一種利用有機(jī)廢物制備吸附炭材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境污染處理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及兩種有機(jī)廢物的資源化利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)固體廢物是指在生產(chǎn)、生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的喪失原有利用價(jià)值或者雖未喪失利用價(jià)值但被拋棄或者放棄的固態(tài)有機(jī)類物品和物質(zhì)，其主要特征是碳水化合物(蛋白質(zhì)、多糖類、脂肪)含量大，資源化利用價(jià)值高。如:城市污水處理廠產(chǎn)生大量的剩余污泥含大量蛋白質(zhì)；餐飲業(yè)及人們?nèi)粘．a(chǎn)生的餐廚垃圾含大量碳水化合物。資源化有機(jī)廢物具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。傳統(tǒng)的有機(jī)廢物處理處置方案包括焚燒，填埋等，雖然起到了減量化及無害化功效，但浪費(fèi)了人類有限的有機(jī)碳源。這些有機(jī)廢物既是污染物又是一種資源，大量研究關(guān)注如何資源化回收有機(jī)酸(如:一種資源化處理污泥的方法ZL201010524770.8)。
[0003]將有機(jī)廢物制備其他功能性材料為另一種資源化思路，如吸附劑、燃料等(王定美，王躍強(qiáng)，等.水熱炭化制備污泥生物炭的碳固定.化工學(xué)報(bào)，2013，64(7):2625?2632)。現(xiàn)有的有機(jī)廢物制備吸附材料的方法還停留在使用單一廢物進(jìn)行簡單的水熱處理，存在碳材料碳化程度低，碳結(jié)構(gòu)無定型，孔隙率低且微孔結(jié)構(gòu)不均一等問題，雖然通過金屬改性獲得的碳材料在一定程度上克服了碳材料孔隙率低問題，如(吳倩芳，吳建芝，張付申.水熱炭化餐廚垃圾制備納米鐵/炭復(fù)合材料.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2013，7 (2):695?700)，但吸附性能仍然有待提高。
[0004]單一蛋白質(zhì)和碳水化合物其空間結(jié)構(gòu)不同，在一定溫度和壓力下反應(yīng)后碳骨架構(gòu)象不同；均一化的空間構(gòu)象容易導(dǎo)致碳材料吸附效率下降、容易飽和、微孔結(jié)構(gòu)趨同性強(qiáng)。為了克服這一問題，本發(fā)明采用復(fù)合有機(jī)廢物材料，引入活性催化劑，將不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)碳源耦合反應(yīng)，協(xié)同促進(jìn)了碳材料的吸附性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用有機(jī)廢物制備吸附炭材料的方法，該方法實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢物的聯(lián)合資源化利用，并加入多種催化劑對(duì)生物炭優(yōu)化處改性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用有機(jī)廢物制備吸附炭材料的方法，其特征在于，包括:
[0007]第一步:將有機(jī)廢物進(jìn)行改性預(yù)處理，得到制備吸附炭的原料；
[0008]第二步:將所述的制備吸附炭的原料脫水后，加入催化劑，注入密閉反應(yīng)器中，按照設(shè)定條件反應(yīng)；
[0009]第三步:反應(yīng)結(jié)束后，冷卻反應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)反應(yīng)所得的混合物進(jìn)行后處理，得到吸附炭。
[0010]優(yōu)選地，所述的第一步中的有機(jī)廢物包括城市污水處理廠的剩余污泥和餐廚垃圾，所述的城市污水處理廠的剩余污泥的含水率為65%?98%，總有機(jī)質(zhì)含量(VSS)為5?450g/L，所述的餐廚垃圾的含水率為30%?80%，總有機(jī)質(zhì)含量為10?350g/L。
[0011]更優(yōu)選地，所述的第一步中的改性預(yù)處理包括:將餐廚垃圾剔除無機(jī)物塊后，使用破碎機(jī)破碎至粒徑為2_以下，將城市污水處理廠的剩余污泥和餐廚垃圾按照有機(jī)質(zhì)干重比0.1:1?10:1的比例混合，混合后有機(jī)質(zhì)總含量為10?80g/L ;攪拌，在30?80°C加入0.01?0.5mL/g VSS的HCl溶液或H2S04溶液，得到制備吸附炭的原料。
[0012]更優(yōu)選地，所述的HCl溶液的濃度為36%以上，所述的H2S04溶液的濃度為98 %以上。
[0013]優(yōu)選地，所述的第二步中，脫水后含固率達(dá)到65%以上，脫水的方法為離心、壓濾或真空抽濾，其中，離心采用離心濃縮機(jī)，離心5?15min，轉(zhuǎn)速為200?1500rpm，壓濾采用4 μ m孔徑無紡過濾布，壓力< 0.6MPa，真空抽濾壓力為0.05MPa，抽濾3?5min。
[0014]優(yōu)選地，所述的第二步中的催化劑包括雙氧水、還原性鐵粉、CoC12和FeC13，所述的雙氧水的加入量為0.1?lmL/g VSS，還原性鐵粉、CoC12和FeC13的加入量分別為0.1?
0.3g/g VSS、0.08 ?0.lg/g VSS和 0.04 ?0.07g/g VSS0
[0015]更優(yōu)選地，所述的雙氧水的濃度為25% -35%。
[0016]優(yōu)選地，所述的密閉反應(yīng)器為耐溫、耐壓的密閉反應(yīng)器，其內(nèi)部設(shè)有襯層。
[0017]更優(yōu)選地，所述的密閉反應(yīng)器為耐溫280°C、耐壓5MPa的密閉反應(yīng)器，所述的襯層為四氟乙烯或PPL。
[0018]優(yōu)選地，所述的第二步中的反應(yīng)條件為:在0.5_1.5h內(nèi)使反應(yīng)體系的溫度升到180?250°C，并保持該溫度0.5-1.5h，壓力為I?1.5MPa，攪拌速度為800rpmo
[0019]優(yōu)選地，所述的后處理方法為:取出液體加入無水乙醇，在搖床中震蕩3?20h，將震蕩后的液體抽濾，得到固體，并用水不斷沖洗，直至清洗液體無色，得到的固體產(chǎn)物放在恒溫干燥箱以30?85°C干燥2?24h，取出干燥固體研磨備用，得到吸附炭。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021](I)本發(fā)明采用含蛋白質(zhì)為主的城市污水處理廠的剩余污泥和含碳水化合物為主的餐廚垃圾，實(shí)現(xiàn)了多種有機(jī)廢物的聯(lián)合資源化利用；
[0022](2)本發(fā)明加入了多種催化物質(zhì)，優(yōu)化了吸附炭的結(jié)晶度，顯著提升其對(duì)染料的吸附性能。
[0023](3)本發(fā)明制備過程簡單，反應(yīng)條件溫和。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1-3中的密閉反應(yīng)器為耐溫280°C、耐壓5MPa的密閉反應(yīng)器，其內(nèi)部設(shè)有四氟乙烯襯層。
[0025]實(shí)施例1
[0026]—種利用有機(jī)廢物制備吸附炭材料的方法，具體為:
[0027](I)取IL城市生活污水處理廠的剩余污泥，室溫下自然沉淀4h，除去上清液，得到濃縮污泥(含水率96%，總有機(jī)質(zhì)含量為20g/L);取食堂餐廚垃圾0.14L(含水率57%，總有機(jī)質(zhì)含量為150g/L)，剔除廢物中的塑料制品、牙簽、骨頭等無機(jī)物塊，使用機(jī)械破碎機(jī)破碎至粒徑<2_。將城市污水處理廠的剩余污泥和餐廚垃圾按照有機(jī)質(zhì)干重比1:1的比例混合，使用磁力攪拌器在300rpm的速度下攪拌7min勾質(zhì)，得到混合物(含水率73%，總有機(jī)質(zhì)含量36g/L)。
[0028](2)取混合物，在35°C下加入0.36mL 37%的濃鹽酸(取0.01g/L VSS)，得到制備吸附炭的原料?；旌衔镌陔x心濃縮機(jī)中進(jìn)一步脫水，轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，離心時(shí)間為1minJA水后含固率為65%。
[0029](3)將上述離心得到固體放入密閉反應(yīng)器中，加入濃度為30%的雙氧水3.6mL(取
0.lmL/g VSS)，還原性鐵粉 3.6g (取 0.lg/g VSS)，CoCl2 2.88g (取 0.08g/g VSS)，F(xiàn)eCl3
1.44g (取0.04g/g VSS)。在Ih內(nèi)使反應(yīng)體系的溫度升到180°C，并保持該溫度lh，壓力為1.2MPa，反應(yīng)器需不斷攪拌，攪拌速度為800rpm。
[0030](4)取出液體加入15mL無水乙醇，在搖床中震蕩6h，將震蕩后的液體抽濾，得到固體，并用自來水不斷沖洗，直至清洗液體無色，得到的固體產(chǎn)物放在恒溫干燥箱65°C干燥10h，取出干燥固體研磨，即為吸附炭。
[0031](5)檢驗(yàn)吸附炭的吸附性需使用10mL 100mg/L的羅丹明B溶液，加入0.1g的吸附炭避光條件下震蕩8h，在554nm波長下測定原始染料和處理后染料的吸光度。經(jīng)測定，吸附炭對(duì)羅丹明B染料的吸附性高達(dá)82%。
[0032]實(shí)施例2
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