一种破解生活污泥的催化剂及其制备方法和处理生活污泥的方法技术

本发明专利技术公开了一种破解生活污泥的催化剂及其制备方法和处理生活污泥的方法，破解生活污泥的催化剂SL‑FCCF和可见光作用于污泥细胞和污泥木质纤维素，在达到污泥细胞破壁的同时，实现了污泥木质纤维素的破稳；去掉可见光后，SL‑FCCF又能强化酶活性、降低酶载量，利于脱羧反应的进行，显著提高了还原糖和乙醇得率。本方法处理工序少，不需添加过多的化学药剂，制得的催化剂可作用于污泥减量化与资源化的全过程，同时又便于回收，可循环利用多次，显著节省了污泥处理成本，这对有效解决能源危机、缓解环境污染具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种破解生活污泥的催化剂及其制备方法和处理生活污泥的方法
本专利技术属于污泥处理
，涉及一种破解生活污泥的催化剂及其制备方法和处理生活污泥的方法。
技术介绍
污泥的处理与处置已成为困扰污水处理厂的重大难题与挑战。由于污泥含水率高、体积大，并且污泥中病原菌、重金属等污染物若处理不当将会导致严重的二次污染，给生态环境造成极大的危害，同时也严重地制约着污水处理厂的运行。目前常用的污泥处理方法有污泥脱水、浓缩、消化、干化、焚烧、发酵等。随着现代化技术的发展和环境标准的提高，这些污泥处理处置技术弊端也日益显露。就当前所面临的能源危机与环境问题来看，无论是从国际大环境还是从我国国情考虑，污泥资源化利用都将是未来发展的趋势。生活污泥来源于各类生产生活排放，其中含有大量的有机物质，总有机质比例可以占到污泥干重的40％-90％，主要有机成分则为蛋白质、脂类和木质纤维素等，因此城市污泥资源化利用潜质非常大。但这些有机物质大部分存在于污泥絮体内，在污泥絮体及污泥内含有的大量外源木质纤维素形成的网状壁垒的双重保护下，实现污泥资源化十分困难，污泥有机质转化能源效率低下，致使并不矛盾的污泥能源有效开发与其污染彻底治理很难兼得。在这种情况下，研究开发新的污泥无害化、资源化处理方法和理论有非常重要的意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种破解生活污泥的催化剂及其制备方法和处理生活污泥的方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开的一种破解生活污泥的催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)按照摩尔比Fe2+:Co2+:Fe3+＝1:1:5的比例，将FeCl2·4H2O、FeCl3·6H2O和Co(CH3COO)2·4H2O混合，加水配制成溶液，调节溶液pH值为9～12，然后于37～47℃下搅拌陈化处理30～60min，磁分离沉降物，洗涤沉降物至无Cl-检出，烘干，得磁性基质；2)按照Ca/Fe摩尔比为1.5:1～2.0:1的比例，取CaCl2和FeCl3溶于水中，制得盐溶液，将磁性基质加入到该盐溶液中，保持Ca2+/Co2+摩尔比在25:1～40:1之间；在35～45℃水浴下快速搅拌反应3～5min，然后调节溶液体系pH值为9-11，继续搅拌反应20～40min，再在70℃下老化处理12～20h，过滤收集沉淀物，洗涤沉淀物直至氯离子消失，制得样品；3)将上述样品放焙烧处理后，冷却，制得产物记作FCCF；4)将鼠李糖脂和FCCF溶于水中，于45～55℃下振荡反应2～4天，调节溶液pH值为9～9.5，然后过滤、洗涤、离心，持续数次直至除去残留的鼠李糖脂，将分离出的固体冷冻干燥、研磨、过筛，制得破解生活污泥的催化剂。优选地，步骤3)中，是将样品置于马弗炉中，在500～800℃下焙烧8～12h。优选地，步骤4)中，按照鼠0.1M鼠李糖脂：FCCF：水＝100mL：(1～4)g：100mL的用量比，将鼠李糖脂和FCCF溶于水中。优选地，步骤4)中，采用0.05M的HCl或NaOH溶液调节溶液pH值为9～9.5；将过滤得到的混合物用50％乙醇洗涤，再以13400×g离心20min；持续离心数次直至除去残留的表面活性剂。优选地，步骤4)中，过筛是过200目筛。本专利技术还公开了采用上述的制备方法制得的破解生活污泥的催化剂。本专利技术还公开了使用上述的破解生活污泥的催化剂处理生活污泥的方法，包括以下步骤：(1)按含水生活污泥：破解生活污泥的催化剂＝100mL：(5～10)g的用量比，将破解生活污泥的催化剂加入含水生活污泥中，在搅拌条件下光照处理60～120min，得到预处理生活污泥溶液；(2)避光条件下，向预处理生活污泥溶液中加入纤维素酶和柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，充分混合均匀，酶解反应在恒温震荡培养箱中进行，于35～50℃下酶解反应48～72h；(3)避光条件下，向经步骤(2)处理的生活污泥溶液中加入酵母菌，置于培养箱中，在33～38℃发酵2～4d，得到破解后的生活污泥溶液。优选地，含水生活污泥的含水率为99％～99.5％。优选地，采用磁分离法回收破解后的生活污泥溶液中的催化剂，经洗涤、避光干燥处理后能够重复利用6次。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开的SL-FCCF催化剂，该催化剂具有磁性，易回收，易恢复，可循环利用，不会对环境产生污染，并且该催化剂效果可贯穿木质纤维素破解、酶解糖化、发酵全过程，这是目前所有催化剂不具有的。另外，采用该方法所得的催化剂比表面积大、稳定性好、活性高、粒度均匀。采用本专利技术制备的催化剂处理生活污泥，优势在于：第一，操作时使可见光照射SL-FCCF催化污泥细胞和污泥木质纤维素，在达到污泥细胞破壁的同时，实现污泥木质纤维素的破稳，同时控制好剂量与反应时间，不会造成污泥內源有益成分的过度破坏。在可见光作用下，SL-FCCF具有显著地催化活性，能使污泥细胞及木质纤维素的致密结构有效破解，有助于后续的能源转化，该预处理工序简单，操作容易可控。第二，本专利技术方法采用的SL-FCCF在避光条件下可有效辅助纤维素酶水解，这是因为在FCCF基体间和表面吸附的鼠李糖脂可降低污泥中木质素对酶的非特异性吸收，提高酶对纤维素的可及性，节省了酶的用量，同时还可有效地缓解酶的热失活，延长酶活性，并且还可通过鼠李糖脂的表面活性降低酶与气液界面的接触，避免了酶的额外损耗。此外，一部分进入SL-FCCF孔隙间的酶，在SL-FCCF活性基团的作用下，酶活性被进一步激发，同时，在SL-FCCF屏障的保护下，不会轻易被其他物质或恶劣条件所破坏。第三、SL-FCCF还可促使脱羧反应的正向进行，有利于提高乙醇的产率。第四、乙醇转化完成，SL-FCCF可通过磁分离技术回收再利用。本方法同时实现了污泥的有效破解及能源转化，减少了过程步骤与所需助剂的种类，同时催化剂可循环利用多次，成本低又无环境污染，在缓解能源危机与解决环境污染问题上具有重要意义。附图说明图1-1为实施例1处理的污泥木质纤维素生物质的CrI和比表面积变化；图1-2为实施例1的SL-FCCF的循环利用次数对还原糖和乙醇得率的影响；图2-1为实施例2处理的污泥木质纤维素生物质的CrI和比表面积变化；图2-2为实施例2的SL-FCCF的循环利用次数对还原糖和乙醇得率的影响；图3-1为实施例3处理的污泥木质纤维素生物质的CrI和比表面积变化；图3-2为实施例3的SL-FCCF的循环利用次数对还原糖和乙醇得率的影响。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术首先制备SL-FCCF催化剂，然后通过加减可见光照射，使SL-FCCF催化剂的作用可贯穿污泥破解、污泥木质纤维素预处理、酶解糖化及发酵的所有过程，处理后的催化剂回收方便，并可循环利用，具有新颖、独特、简单、高效、成本低等特点。本专利技术公开的SL-FCCF催化剂的合成方法，包括如下步骤：1)按照摩尔比Fe2+:Co2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种破解生活污泥的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照摩尔比Fe2+:Co2+:Fe3+＝1:1:5的比例，将FeCl2·4H2O、FeCl3·6H2O和Co(CH3COO)2·4H2O混合，加水配制成溶液，调节溶液pH值为9～12，然后于37～47℃下搅拌陈化处理30～60min，磁分离沉降物，洗涤沉降物至无Cl‑检出，烘干，得磁性基质；2)按照Ca/Fe摩尔比为1.5:1～2.0:1的比例，取CaCl2和FeCl3溶于水中，制得盐溶液，将磁性基质加入到该盐溶液中，保持Ca2+/Co2+摩尔比在25:1～40:1之间；在35～45℃水浴下快速搅拌反应3～5min，然后调节溶液体系pH值为9‑11，继续搅拌反应20～40min，再在70℃下老化处理12～20h，过滤收集沉淀物，洗涤沉淀物直至氯离子消失，制得样品；3)将上述样品放焙烧处理后，冷却，制得产物记作FCCF；4)将鼠李糖脂和FCCF溶于水中，于45～55℃下振荡反应2～4天，调节溶液pH值为9～9.5，然后过滤、洗涤、离心，持续数次直至除去残留的鼠李糖脂，将分离出的固体冷冻干燥、研磨、过筛，制得破解生活污泥的催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种破解生活污泥的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照摩尔比Fe2+:Co2+:Fe3+＝1:1:5的比例，将FeCl2·4H2O、FeCl3·6H2O和Co(CH3COO)2·4H2O混合，加水配制成溶液，调节溶液pH值为9～12，然后于37～47℃下搅拌陈化处理30～60min，磁分离沉降物，洗涤沉降物至无Cl-检出，烘干，得磁性基质；2)按照Ca/Fe摩尔比为1.5:1～2.0:1的比例，取CaCl2和FeCl3溶于水中，制得盐溶液，将磁性基质加入到该盐溶液中，保持Ca2+/Co2+摩尔比在25:1～40:1之间；在35～45℃水浴下快速搅拌反应3～5min，然后调节溶液体系pH值为9-11，继续搅拌反应20～40min，再在70℃下老化处理12～20h，过滤收集沉淀物，洗涤沉淀物直至氯离子消失，制得样品；3)将上述样品放焙烧处理后，冷却，制得产物记作FCCF；4)将鼠李糖脂和FCCF溶于水中，于45～55℃下振荡反应2～4天，调节溶液pH值为9～9.5，然后过滤、洗涤、离心，持续数次直至除去残留的鼠李糖脂，将分离出的固体冷冻干燥、研磨、过筛，制得破解生活污泥的催化剂。2.根据权利要求1所述的破解生活污泥的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，是将样品置于马弗炉中，在500～800℃下焙烧8～12h。3.根据权利要求1所述的破解生活污泥的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4)中，按照鼠0.1M鼠李糖脂：FCCF：水＝100mL：(1～4)g...

【专利技术属性】
技术研发人员：相玉琳，相玉秀，焦玉荣，戴春雨，王若恺，王立鹏，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61