申請(qǐng)日2013.10.18

　　公開(kāi)(公告)日2014.02.26

　　IPC分類號(hào)C01B31/08; C02F101/20; C02F1/28

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法，將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈、切割、烘干、粉碎、過(guò)篩后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～40%氫氧化鉀溶液在振蕩轉(zhuǎn)速100～120r/min條件下浸漬3～12小時(shí)，氫氧化鉀與稻草厭氧發(fā)酵渣粉末的質(zhì)量比為0.5～4：1，烘干后在馬弗爐中活化30～60分鐘，溫度為400～550℃，用70～80℃的熱蒸餾水洗滌至pH為5～6，將所得產(chǎn)品烘干后研磨至粒徑目數(shù)小于150目。本發(fā)明制備的活性炭，對(duì)含鎘廢水的處理效果好，鎘離子的理論飽和吸附容量在20.79～66.22mg/g之間，遠(yuǎn)高于一般的商品活性炭。而且本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易行、成本低、污染少、對(duì)金屬離子吸附效果好，具有良好的應(yīng)用前景。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法， 包括如下步驟：

　　A：將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈、切割、烘干、粉碎、過(guò)篩，得到 稻草厭氧發(fā)酵渣粉末;

　　B：將步驟A制得的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末加到氫氧化鉀溶液中， 攪拌混勻、振蕩、浸漬后固液分離;

　　C：將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末烘干后，在馬弗爐中活化;

　　D：將活化后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末取出，冷卻后，用1M鹽酸 酸洗，然后用熱蒸餾水洗滌;

　　E：將洗滌好的試樣烘干、研磨、過(guò)篩，得稻草厭氧發(fā)酵渣活 性炭成品。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于粉碎粒徑目數(shù) 大于20目。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟B中， 所用氫氧化鉀溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～40%，浸漬的時(shí)間為3～12小 時(shí)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟B中氫氧 化鉀與步驟A制得的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末的質(zhì)量比為0.5～4：1。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟B中振蕩 轉(zhuǎn)速為100～120r/min。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟C中馬弗 爐活化的溫度為400～550℃，恒溫時(shí)間為30～60分鐘。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟D中，所 用熱蒸餾水的溫度為70～80℃，用熱蒸餾水洗滌至洗滌液的pH 為5～6。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟E中， 試樣研磨至粒徑目數(shù)小于150目。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟A、 步驟C、步驟E中烘干溫度均為100～120℃。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，特別涉及一種可處理含 鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法。

　　背景技術(shù)

　　稻草是我國(guó)第一大農(nóng)作物秸稈，其產(chǎn)量占農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量 的四分之一以上。稻草是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中一種重要的生物資 源，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成，也是一種貯量豐富、 價(jià)格低廉且可以年年再生的有機(jī)物質(zhì)。稻草曾經(jīng)是中國(guó)廣大農(nóng)村 必不可少的生產(chǎn)和生活物質(zhì)，但最近二十年來(lái)，隨著農(nóng)民生活水 平的提高、農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的改善和各類替代原料的應(yīng)用，以稻草 為首的秸稈出現(xiàn)了過(guò)剩，大量稻草被廢棄或直接被焚燒，造成了 嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者開(kāi)展了稻草的綜合利用研究。

　　目前，稻草主要應(yīng)用于沼氣發(fā)酵、畜禽養(yǎng)殖、食用菌栽培種 植、還田、造紙、稻草編織和生物乙醇制備等產(chǎn)業(yè)中，其中將稻 草等農(nóng)作物秸稈應(yīng)用于沼氣發(fā)酵，得到了世界范圍的普遍重視。 特別是伴隨著農(nóng)村地區(qū)能源消耗的日益增大，同時(shí)全球范圍內(nèi)能 源危機(jī)和環(huán)境污染等問(wèn)題的日益嚴(yán)重，沼氣資源作為一種應(yīng)用前 景良好的新能源，它的開(kāi)發(fā)利用日益受到各國(guó)政府的重視。沼氣 發(fā)酵工藝在農(nóng)村地區(qū)的推廣應(yīng)用，給廣大農(nóng)民帶來(lái)了清潔便利的 能源，但是隨之而來(lái)的是沼渣等廢棄物的排放量也在不斷增加。 如果不能把這些廢棄物及時(shí)、有效、充分地利用起來(lái)，則會(huì)給周 邊的環(huán)境帶來(lái)二次污染。因此，對(duì)稻草循環(huán)利用后的有機(jī)廢棄物 進(jìn)行妥善處理或進(jìn)一步資源化再利用，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的 必然要求。目前，稻草發(fā)酵后的沼渣主要用作農(nóng)作物和花卉等的 肥料，也能用于養(yǎng)殖業(yè)，如菌類養(yǎng)殖、蚯蚓養(yǎng)殖、魚(yú)類養(yǎng)殖等。 但沼渣在利用過(guò)程中存在著一定的安全隱患，如沼渣中含有一定 量的激素、病原微生物、重金屬等，可能會(huì)對(duì)環(huán)境和人畜的健康 產(chǎn)生影響。當(dāng)沼渣作為農(nóng)肥進(jìn)行使用時(shí)，還存在著運(yùn)輸不便、使 用不方便、肥效不好等缺點(diǎn)，另外農(nóng)作物對(duì)肥料的需求具有一定 的季節(jié)性，這會(huì)導(dǎo)致沼渣出現(xiàn)季節(jié)性過(guò)剩。以上這些因素，限制 了沼渣的資源化利用。為了及時(shí)充分地利用沼渣，探索沼渣的新 的利用方式，顯得十分必要。

　　沼渣是由灰分物質(zhì)、腐植酸類物質(zhì)和難分解的有機(jī)殘余物質(zhì) 如木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等組成。其中木質(zhì)素、纖維素和半 纖維素等有機(jī)殘余物質(zhì)占40%～50%，腐植酸類物質(zhì)占10%～20%。 稻草厭氧發(fā)酵渣是以稻草為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵制備沼氣后的副 產(chǎn)物，其有機(jī)質(zhì)的含量約為47%左右�；钚蕴渴且环N優(yōu)質(zhì)吸附劑， 因其具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和豐富的表面官能 團(tuán)，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、食品和化工等領(lǐng)域。幾乎所有富含碳 的有機(jī)材料都能用于制備活性炭，而稻草厭氧發(fā)酵渣中有機(jī)質(zhì)含 量豐富，是一種較好的活性炭制備的前驅(qū)體，因此，可以試著將 稻草厭氧發(fā)酵渣用于制備活性炭，并將所制備的活性炭用于處理 含鎘廢水。這一方面可為含鎘廢水的治理提供一種新的處理方 法，同時(shí)為沼渣的資源化再利用提供了一種新的處理途徑，具有 較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明針對(duì)沼渣利用過(guò)程中存在的不足及含鎘廢水治理的緊 迫性，提供一種以稻草厭氧發(fā)酵渣為原料，工藝簡(jiǎn)單的活性炭的 制備方法，實(shí)現(xiàn)充分利用稻草厭氧發(fā)酵渣有效處理含鎘廢水。

　　本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

　　一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法， 包括如下步驟：

　　A：將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈、切割、烘干、粉碎、過(guò)篩，得到 稻草厭氧發(fā)酵渣粉末;

　　B：將步驟A制得的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末加到氫氧化鉀溶液中， 攪拌混勻、振蕩浸漬后固液分離;

　　C：將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末烘干，在馬弗爐中活化;

　　D：將活化后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉取出，冷卻，用1M鹽酸酸洗， 然后用熱蒸餾水洗滌;

　　E：將洗滌好的試樣烘干、研磨、過(guò)篩，得稻草厭氧發(fā)酵渣活 性炭成品。

　　所述步驟A中，粉碎粒徑目數(shù)大于20目;

　　所述步驟B中，氫氧化鉀溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～40%，氫氧化鉀 與稻草厭氧發(fā)酵渣粉末的質(zhì)量比為0.5～4：1，振蕩轉(zhuǎn)速為 100～120r/min，浸漬的時(shí)間為3～12小時(shí);

　　所述步驟C中，馬弗爐中活化溫度為400～550℃，恒溫時(shí)間為 30～60分鐘;

　　所述步驟D中，熱蒸餾水的溫度優(yōu)選為70～80℃，用熱蒸餾水 洗滌至洗滌液的pH為5～6;

　　所述步驟E中，試樣研磨至粒徑目數(shù)小于150目，優(yōu)選100目。

　　所述步驟A、步驟C、步驟E中烘干溫度均為為100～120℃。

　　本發(fā)明首次利用稻草厭氧發(fā)酵渣制備活性炭，實(shí)現(xiàn)了對(duì)稻草 厭氧發(fā)酵渣的充分利用，達(dá)到了資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的雙 贏。本發(fā)明制備的活性炭，對(duì)含鎘廢水的處理效果好，鎘離子的 理論飽和吸附容量在20.79～66.22mg/g之間，遠(yuǎn)高于一般的商品 活性炭。而且本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單易行、成本低、污染少、活化 溫度低、對(duì)金屬離子吸附效果好等特點(diǎn)，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需 要，具有良好的應(yīng)用前景。

　　具體實(shí)施方式：

　　下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明：

　　實(shí)施例1：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬6小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度450℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫60分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用70℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至6。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為66.22mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為93.76%。

　　實(shí)施例2：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬12小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度450℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫60分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用75℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至5。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 120目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為61.35mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為96.09%。

　　實(shí)施例3：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在110℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度450℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫40分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用75℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至5。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 80目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為31.44mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為73.00%。

　　實(shí)施例4：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)40目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與5%的氫氧化鉀溶液以0.5:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻， 然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布 濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥 箱中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活 化溫度450℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫50分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用70℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至6。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為44.64mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為87.91%。

　　實(shí)施例5：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與40%的氫氧化鉀溶液以4:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度450℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫60分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用70℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至5。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為38.16mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為80.99%。

　　實(shí)施例6：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)60目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬6小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度400℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫60分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用80℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至5。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為58.87mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為93.49%。

　　實(shí)施例7：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在120℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以100r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度500℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫60分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用80℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至5。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為25.64mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為73.62%。

　　實(shí)施例8：

　　用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過(guò)20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣 粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然 后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸漬6小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤(rùn)液。將浸漬后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱 中，于105℃下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化 溫度550℃后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中， 恒溫30分鐘。冷卻后，用1M鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬 類化合物雜質(zhì)，隨后用70℃的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗 滌液的pH至5。將洗滌后的試樣在105℃下烘干，烘干后研磨過(guò) 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到 的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為20.79mg/g， 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為69.94%。