一种利用沼渣制备活性炭的方法

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一种利用沼渣制备活性炭的方法
申请号	CN201010100163.9	申请日	2010-01-25	公开(公告)号	CN102134070A	公开(公告)日	2011-07-27
申请人	中国科学院青岛生物能源与过程研究所;			发明人	袁宪正; 曾淑娟; 师晓爽; 邱艳玲; 朱玉伟;
摘要	本发明涉及一种利用沼渣制备活性炭的方法，采用沼气发酵后产生的沼渣在500-900℃中直接炭化制成，或沼渣炭化前先经过氢氧化钾、磷酸、水蒸气或CO2活化。发明的活性材料可广泛应用于水处理、食品、化工等行业的吸附过程。
权利要求	1.一种利用沼渣制备活性炭的方法，采用沼气发酵后产生的沼渣在500-900℃中直接炭化制成。 2.一种利用沼渣制备活性炭的方法，沼渣经氢氧化钾、磷酸、水蒸气或CO2活化，于 500-700℃中炭化制成。 3.根据权利要求2所述的方法，其中，炭化后用水清洗至pH为6.5-7再于100-120℃干燥。 4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，炭化前将沼渣粉碎为0.01mm～0.1cm的粒径。 5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述炭化是在反应炉中进行。 6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沼气发酵后产生的沼渣为牛粪、秸秆、、猪粪、羊粪等生物质原料的一种或几种，经过沼气发酵后，产生的固体废弃物。
说明书全文	一种利用沼渣制备活性炭的方法技术领域 [0001] 本发明属于化工技术领域，具体地涉及一种利用沼渣制备活性炭的方法，更详细地说是利用沼气发酵剩余的沼渣经过一步法或两步法处理后，得到一种高比表面的活性炭。背景技术 [0002] 活性炭是一种具有高度发达孔隙结构和极大比表面积的多孔炭材料，吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点。活性炭作为一种优良的吸附剂及催化剂载体，早已广泛应用于化学工业、食品加工、交通能源、医疗卫生、农业、国防等领域，以及环境保护和人类生活等各个方面，如美国环保署(USEAP)饮用水标准的64项有机污染物指标中，有51项将活性炭列为最有效技术(BAT)。随着科学技术的进步和国民经济的发展，特别是近年来各国政府都加强了对环境的保护和治理力度，进一步推动了活性炭的研究与开发，出现了许多具有特殊功能的新型活性炭材料，应用领域也不断扩大，活性炭这一古老而新颖的材料已显示出良好的发展前景。 [0003] 目前，世界范围内活性炭的生产量和使用量正不断扩大，2003年世界活性炭年消费量超过70万吨，并以每年15％的速度递增。西方一些发达国家在环保方面的人均活性炭需求量达到300～400g/年。由于美国环保法律的严格实施，近年来用于环保的活性炭以平均25％的速度增长。我国活性炭年产量已突破21万吨，取代美国(15～17万吨)成为世界第一活性炭生产大国；活性炭出口量也逐年上升，2002年出口15万吨，已稳居世界首位。因此，活性炭工业的发展有着极大的前景。 [0004] 早期制备活性炭的主要原料是煤、木材、锯末、果壳等，随着社会环保意识的增强，国家对自然林实行禁伐，致使木材、木炭的来源萎缩，使制备活性炭的原料受到很大限制，价格也呈上涨趋势。近年来，活性炭原料有两种发展趋势：一种是制造应用量大而广、性能一般但价格低廉的活性炭，多采用简单易得的低成本原料，如石油废料、废旧塑料、废旧皮革、造纸废料等；另一种是制造性能优良具有特殊用途的高性能活性炭，多使用特制高价原料。 [0005] 生物质物料经过沼气发酵后，除生成以甲烷和二氧化碳为主要成分的沼气外，还有发酵剩余物沼液与沼渣。沼渣的主要成分是有机质和腐殖酸，目前其主要用作肥料。但对于大型沼气工程，每天产生大量的沼渣，仅将其用作肥料，不仅不能使其物尽所用，还会造成新的二次污染。发明内容 [0006] 本发明的目的是为了克服现有沼渣利用技术的不足之处而提出一种利用沼渣制备活性炭的方法。 [0007] 为实现上述目的，本发明提供的一种利用沼渣制备活性炭的方法，采用沼气发酵后产生的沼渣在500-900℃中直接炭化制成。 [0008] 本发明还可以将沼渣先经氢氧化钾、磷酸、水蒸气或CO2活化，然后于500-700℃中炭化制成；炭化后再用水清洗至pH为6.5-7后于100-120℃干燥。 [0009] 所述的方法中，可以先将沼渣粉碎为0.01mm～0.1cm的粒径，再炭化。 [0010] 所述的方法中，炭化是在反应炉中进行。 [0011] 所述的方法中，沼气发酵后产生的沼渣为牛粪、秸秆、羊粪等生物质原料的一种或几种，经过沼气发酵后，产生的固体废弃物。 [0012] 本发明具有制备简单、材料产率高、成本低廉、效果好等优点。具体实施方式 [0013] 本发明提供的利用沼渣制备活性炭的方法，是采用沼气发酵产生的沼渣经过一步法或两步法制备而成。 [0014] 本发明的沼渣为牛粪、秸秆、羊粪等生物质原料的一种或几种，经过沼气发酵后，产生的固体废弃物。 [0015] 本发明的一步法活性炭制备方法，是将沼气发酵产生的沼渣在500-900℃的反应炉中直接炭化制成。 [0016] 本发明的两步法活性炭制备方法，是将沼渣先经过氢氧化钾、磷酸、水蒸气或CO2活化，然后在500-700℃的反应炉中制备而成。 [0017] 本发明的沼渣的粒径为0.01mm～0.1cm。 [0018] 下面通过实施例对本发明所述的技术给予进一步详细的说明。 [0019] 实施例1：沼渣一步制备活性炭 [0020] 取奶牛粪沼气发酵后产生的沼渣，风干，研磨，过筛，使其粒径为0.1mm，将其放入马弗炉中，以18℃/min的升温速度，升温至300℃后恒温15min，然后继续升温至500℃并恒温50min，冷却取出后，即得到活性炭材料。 [0021] 实施例2：沼渣两步制备活性炭 [0022] 取奶牛粪沼气发酵后产生的沼渣(扫描电镜图如图1所示)，风干，研磨，使其粒径为0.1mm，用3.5倍其质量的磷酸溶液浸渍12h后，以30℃/min的升温速率加热到500℃下并保温30min，保温结束后采用温度为80℃的热自来水进行漂洗，使物料的pH值为6.5-7，再在120℃下烘干2h，最后粉碎得到活性炭，得到的活性炭的扫描电镜图如图2所示。 [0023] 实施例3：沼渣制备的活性炭对次甲基蓝的吸附动力学曲线 [0024] 在250mL三角瓶中加入160mL浓度分别为10、20、40、60mg/L的次甲基蓝溶液，称取0.3g/L实施例2所制备的活性炭，加入到三角瓶中，在25℃水浴下振荡。在不同时间间隔取样、离心，取上清液在665nm处测定吸光度。得到沼渣制备的活性炭对次甲基蓝的吸附动力学曲线如图3所示。