申請日2013.10.18
公開(公告)日2015.07.22
IPC分類號C01B31/08; C02F101/20; C02F1/28
摘要
本發(fā)明公開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，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)明工藝簡單易行、成本低、污染少、對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
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、過篩，得稻草厭氧發(fā)酵渣活 性炭成品;
所述稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭在處理含鎘廢水中的應(yīng)用。
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%，浸漬的時間為3～12小 時。
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℃。
說明書
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、 價格低廉且可以年年再生的有機物質(zhì)。稻草曾經(jīng)是中國廣大農(nóng)村 必不可少的生產(chǎn)和生活物質(zhì)，但最近二十年來，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)重的資源浪費和環(huán)境污染。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 國內(nèi)外很多學(xué)者開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，同時全球范圍內(nèi)能 源危機和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重，沼氣資源作為一種應(yīng)用前 景良好的新能源，它的開發(fā)利用日益受到各國政府的重視。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)民帶來了清潔便利的 能源，但是隨之而來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、有效、充分地利用起來，則會給周 邊的環(huán)境帶來二次污染。因此，對稻草循環(huán)利用后的有機廢棄物 進行妥善處理或進一步資源化再利用，是實現(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、魚類養(yǎng)殖等。 但沼渣在利用過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，可能會對環(huán)境和人畜的健康 產(chǎn)生影響。當(dāng)沼渣作為農(nóng)肥進行使用時，還存在著運輸不便、使 用不方便、肥效不好等缺點，另外農(nóng)作物對肥料的需求具有一定 的季節(jié)性，這會導(dǎo)致沼渣出現(xiàn)季節(jié)性過剩。以上這些因素，限制 了沼渣的資源化利用。為了及時充分地利用沼渣，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行厭氧發(fā)酵制備沼氣后的副 產(chǎn)物，其有機質(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)達的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和豐富的表面官能 團，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 的有機材料都能用于制備活性炭，而稻草厭氧發(fā)酵渣中有機質(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)濟效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對沼渣利用過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，工藝簡單的活性炭的 制備方法，實現(xiàn)充分利用稻草厭氧發(fā)酵渣有效處理含鎘廢水。
本發(fā)明的目的可以通過以下步驟實現(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，浸漬的時間為3～12小時;
所述步驟C中，馬弗爐中活化溫度為400～550℃，恒溫時間為 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，實現(xiàn)了對稻草 厭氧發(fā)酵渣的充分利用，達到了資源循環(huán)利用和環(huán)境保護的雙 贏。本發(fā)明制備的活性炭，對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)明具有工藝簡單易行、成本低、污染少、活化 溫度低、對金屬離子吸附效果好等特點，符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的需 要，具有良好的應(yīng)用前景。
具體實施方式：
下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明：
實施例1：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例2：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 120目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例3：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在110℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 80目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例4：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布 濾去殘余的浸潤液。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，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 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例5：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例6：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例7：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在120℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
實施例8：
用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長度為2～4cm小段， 在105℃下烘24小時，烘干后用粉碎機將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎， 過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，振蕩結(jié)束后，用紗布濾 去殘余的浸潤液。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，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 100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實施例得到 的活性炭產(chǎn)品對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%。
