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CN110104644A - 一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法 - Google Patents

一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法 Download PDF

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郑志永
颜威
张福鑫
李峰
叶元
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Abstract

本发明公开了一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其包括如下步骤:(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化;干化后菌泥的含水率在13~21%,以便后续炭化处理;(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡一定时间,烘干后,进入活化炉进行活化,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却,进行产品的收集。本发明具有污染小、运行连续、产品可资源化利用等优点,可达到良好的经济效益、社会效益和环境效益。

Description

一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法
技术领域
本发明涉及生物炭的改性与活化领域,具体为一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法。
背景技术
活性炭是一种黑色多孔的固体炭质,由煤通过粉碎、成型或用均匀的煤粒经炭化、活化生产。主要成分为碳,其中会含有少量的氧、氢、硫、氮、氯等元素。传统的活性炭制备原料是煤和椰壳,其中煤基活性炭的比表面积在600~1200m²/间,椰壳基活性炭的比表面积在1000~1600m²/g间,由于其具有很强的吸附性能,可作为工业吸附剂得到广泛的应用。然而,该类方法制备活性炭的弊端在于在制备的过程中会产生有害气体(如二噁英)污染环境,且活化阶段工艺的经济成本较高,相关企业难以承受这部分费用。
此外,目前市场对于废弃的黑曲霉菌菌泥的处置方法基本上为堆肥和用作动物饲料两种方法。堆肥会对周围环境造成危害,用作动物饲料又不能很好地利用该物质的剩余价值。
发明内容
为了克服上述问题,本发明提供一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法。
本发明的技术方案是提供一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化;干化后菌泥的含水率在13~21%,以便后续炭化处理;
(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;
(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡一定时间,烘干后,进入活化炉进行活化,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;
(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,对活性炭产品进行冷却,进行产品的收集。
进一步的,所述步骤(1)中,干化温度控制在90~110℃,停留21~26h。
进一步的,所述步骤(3)中,在KOH溶液中常温浸泡1.8~2.5h。
进一步的,所述步骤(3)中,活化炉温度700~850℃,停留时间为45~75min。
进一步的,所述步骤(3)中,活性炭通过KOH与原料中的碳反应,刻蚀掉其中的部分碳,经过洗涤把生成的盐及多余的KOH洗去,在被刻蚀的位置出现孔径;活化过程中,通过生成碳酸钾消耗碳使孔隙发生;当活化温度超过金属钾沸点时,钾蒸汽会扩散进入不同碳层,形成新的多孔结构。
进一步的,所述步骤(4)中,冷却至44~54℃。
进一步的,通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却。
本发明的有益效果是:本发明的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法在传统的制备活性炭的工艺基础上进行综合改进,利用发酵残渣黑曲霉菌菌泥制备活性炭;将废弃的黑曲霉菌菌泥经过预处理、初步炭化、活化之后,形成活性炭;该工艺制备出的活性炭表现为疏松多孔的状态,且在活性炭的表面会存在相关的化学基团,具有优良的吸附性能,可作为吸附材料用于水处理领域。利用黑曲霉菌菌泥制备活性炭,不仅可以使黑曲霉菌菌泥得到有效的利用,同时也可以使制备出的活性炭具有一定的经济价值,实验了对于固体废弃物减量化、无害化、资源化的处理目标。
本发明利用废弃的黑曲霉菌菌泥具有较高的有机质的特性,经过干化、炭化、活化后制备出具有优良吸附性能的生物炭。该技术产生的活性炭对水体中氮磷污染物的去除均与市面上的商用活性炭效果相当,且磷的去除率略高于商用活性炭。使得在有效利用废弃黑曲霉菌菌泥的同时,也能让制备的活性炭产生一定的经济使用价值。
本发明工艺在热解的过程中产生的生物油和热解气较少,降低了该过程中污染的产生。因此,本发明具有污染小、运行连续、产品可资源化利用等优点,可达到良好的经济效益、社会效益和环境效益。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
本发明的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其包括如下步骤:
(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化;干化后菌泥的含水率在13~21%,以便后续炭化处理;
(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;
(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡一定时间,烘干后,进入活化炉进行活化,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;
(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,对活性炭产品进行冷却,进行产品的收集。
在本发明的一些实施例中,所述步骤(1)中,干化温度控制在90~110℃,停留21~26h。
在本发明的一些实施例中,所述步骤(3)中,在KOH溶液中常温浸泡1.8~2.5h。
在本发明的一些实施例中,所述步骤(3)中,活化炉温度分别选取700℃、750℃、800℃、850℃,4个控制参数,停留时间为45~75min。
在本发明的一些实施例中,所述步骤(3)中,活性炭通过KOH与原料中的碳反应,刻蚀掉其中的部分碳,经过洗涤把生成的盐及多余的KOH洗去,在被刻蚀的位置出现孔径。反应方程式:
-CH2+4KOH→K2CO3+K2O+3H2
-CH+8KOH→K2CO3+2K2O+5H
K2O+C→2K+CO
K2CO3+2C→2K+3CO
活化过程中,一方面通过生成碳酸钾消耗碳使孔隙发生;另一方面,当活化温度超过金属钾沸点(762℃)时,钾蒸汽会扩散进入不同碳层,形成新的多孔结构。气态金属钾在微晶的层片见穿行,撑开芳香层片使其发生扭曲或变形,创造出新的微孔。
在本发明的一些实施例中,所述步骤(4)中,冷却至44~54℃。
在本发明的一些实施例中,通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却。
下面结合具体是实施例对本发明的基于污泥热解固化重金属的方法进行说明,可以理解的是,本发明并不限于以下实施例:
实施例1:
一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其包括如下步骤:
(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化,干化温度控制在100℃,停留24h;干化后菌泥的含水率在18%,以便后续炭化处理;
(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;
(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡1.8~2.5h,烘干后,进入活化炉进行活化,活化炉温度800℃,停留时间为60min,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;
(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却,冷却至50℃,进行产品的收集。
实施例2:
一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其包括如下步骤:
(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化,干化温度控制在90℃,停留21h;干化后菌泥的含水率在20%,以便后续炭化处理;
(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;
(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡1.8h,烘干后,进入活化炉进行活化,活化炉温度700℃,停留时间为50min,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;
(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却,冷却至45℃,进行产品的收集。
实施例3:
一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其包括如下步骤:
(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化,干化温度控制在110℃,停留26h;干化后菌泥的含水率在13%,以便后续炭化处理;
(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;
(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡2.5h,烘干后,进入活化炉进行活化,活化炉温度850℃,停留时间为70min,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;
(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却,冷却至54℃,进行产品的收集。
以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)干化处理:将黑曲霉菌菌泥进行干化;干化后菌泥的含水率在13~21%,以便后续炭化处理;
(2)炭化处理:干菌泥在经过干化后,进行炭化处理,经过裂解、脱氢、还原反应,产生生物炭;
(3)活化处理:生物炭产生后,在KOH溶液中常温浸泡一定时间,烘干后,进入活化炉进行活化,将炭化炉中的生物炭进行活化制成最终产品活性炭;
(4)冷却处理:活性炭产品产出后,温度与原有炉温相近,对活性炭产品进行冷却,进行产品的收集。
2.根据权利要求1所述的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,干化温度控制在90~110℃,停留21~26h。
3.根据权利要求1所述的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于:所述步骤(3)中,在KOH溶液中常温浸泡1.8~2.5h。
4.根据权利要求1所述的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于:所述步骤(3)中,活化炉温度700~850℃,停留时间为45~75min。
5.根据权利要求1所述的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于:所述步骤(3)中,活性炭通过KOH与原料中的碳反应,刻蚀掉其中的部分碳,经过洗涤把生成的盐及多余的KOH洗去,在被刻蚀的位置出现孔径;活化过程中,通过生成碳酸钾消耗碳使孔隙发生;当活化温度超过金属钾沸点时,钾蒸汽会扩散进入不同碳层,形成新的多孔结构。
6.根据权利要求1所述的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于:所述步骤(4)中,冷却至44~54℃。
7.根据权利要求1所述的一种利用黑曲霉菌菌泥制备高吸附性能活性炭活化的方法,其特征在于:通过螺旋水冷设备对活性炭产品进行冷却。
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