鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用技术

一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用，该制备方法包括将鸡腿菇菌渣和活化剂混合形成混合浆液进行水热反应；将水热反应得到的固体干燥后热解，得到所述鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂。本发明专利技术摸索出了磷酸铵活化工艺，同时对比了水热耦合低温热解的促进作用；磷酸铵水热结合低温热解炭产率能够达到64.84％，且对于苯和二氯乙烷的吸附容量高达85.7mg/g

【技术实现步骤摘要】
鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物质固废资源利用及大气污染控制
，尤其涉及一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着城市化和工业化进程加快，国民经济的迅速发展，挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)的排放量急剧增加。VOCs排放来源广泛，主要包括工业源、农业源、交通源和天然源等。其中，工业源VOCs排放为主要排放源，占总排放源的50％以上，预计2020年排放量能达到2446万吨。工业烟气VOCs排放种类繁多、成分复杂、具有强毒性、易随环境区域变化，成为复合型复杂污染问题。VOCs的排放直接或间接的危害人体健康和大气环境质量，VOCs会导致人体眩晕、疲劳、恶心、人体机能、致癌甚至死亡。此外，VOCs在大气中易与SO2和NO
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等污染组分进一步反应，诱发二次气溶胶、PM颗粒物和臭氧的生成，被认为是造成雾霾的重要因素。VOCs的治理刻不容缓，目前VOCs的治理手段主要包括吸附法、焚烧法、催化氧化法、等离子法、冷凝法、膜分离法以及吸附催化氧化、吸附燃烧法等。其中，吸附法因适用范围广、工艺简单、去除效率高成为工业中应用最为广泛的治理手段，常被用于烟气VOCs的脱除和废气VOCs治理的起始步骤。工业VOCs吸附活性炭主要采用煤质原料通过干馏
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脱灰
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炭化
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活化或者热解活化(物理活化)的方法获得，耗费宝贵的化石燃料资源，吸附效果不够理想。生物质来源广泛、易获得、可调控，在惰性气氛下经过热解活化产生高度芳香化的碳质材料，具有超高比表面积、优良孔结构和丰富官能团等特点。作为微生物处理后的生物质废弃物食用菌渣存在巨大的应用潜力。2016年我国食用菌总产量已经达到3596万吨，已成为世界食用菌产量最大的国家，占全球总产量的75％左右。食用菌渣处理不当，造成资源的极大浪费、滋生霉菌或虫害，常见处理包括土壤废料、饲料、沼气燃料等方式，资源利用效率低。相对于玉米芯、棉籽壳等原生生物质，食用菌渣作为真菌生长过的生物质残渣，具有天然孔道的优势。而且真菌在分解生物质过程生成大量菌丝等富含蛋白质的物质，可提供丰富的氮原子。
[0003]现有技术中，以生物质为原料制备高效吸附剂常采用氢氧化钾、氯化锌等具有腐蚀性或有毒性的活化剂结合高温热解活化工艺，获得的吸附碳材料具有很高的比表面积和吸附容量，但往往存在炭产率较低(10％～20％)、表面官能团流失、腐蚀严重等问题。因此，开发一种温和绿色的活化工艺，避免腐蚀性和毒性活化剂使用，采用低温热解获得较高炭产率，保留表面丰富杂原子，最终提高吸附性能，是实现工业化应用的必要方向。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0005]为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂的制备方法，包括：
[0006]S1、将鸡腿菇菌渣和活化剂混合形成混合浆液进行水热反应；
[0007]S2、将水热反应得到的固体干燥后热解，得到所述鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂。
[0008]作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂，采用如上所述的制备方法得到。
[0009]作为本专利技术的又一个方面，还提供了如上所述的鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂在吸附领域的应用。
[0010]基于上述技术方案可知，本专利技术的鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：
[0011]1、本专利技术首先摸索出了磷酸铵活化工艺，同时对比了水热耦合低温热解(500～900℃)的促进作用；磷酸铵水热结合低温热解炭产率能够达到64.84％；对比不同热解温度，发现低温热解活化更易保持完整的碳骨架以及杂原子保留；水热炭化对碳骨架具有固定化作用，而且可以有效保留N/P杂原子，磷酸铵的交联作用在热解活化过程可有效保护碳骨架，最终得到较高的炭产率；
[0012]2、本专利技术利用鸡腿菇菌渣，通过最优制备工艺制备不同多孔碳，其中经过磷酸铵活化后的多孔碳表现出更为丰富的N/P杂原子掺杂，N原子含量能够达到7.20％，P原子的含量能够达到5.54％，磷酸铵的交联作用在热解活化过程中可有效保护碳骨架，最终得到较高的炭产率；
[0013]3、本专利技术采用苯作为典型VOCs评价了多孔碳的吸附性能，磷酸铵活化多孔碳表现出最优的吸附性能；以折合生物质原料为衡量指标，磷酸铵水热热解炭对于苯的吸附容量能够达到85.7mg/g
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biomass，这一数值是氢氧化钾高温热解活化炭的3倍左右，具有良好的工业应用前景，且对于苯和二氯乙烷的吸附容量高达85.7mg/g
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biomass和128.8mg/g
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biomass本专利技术首先采用基于单位质量生物质原料的吸附容量，即mg/g
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biomass作为衡量标准，为工业实际应用提供参考指标；
[0014]4、本专利技术利用的是一种温和绿色的磷酸铵活化剂，具有无害化、无污染化、价格低廉易得的特点，而且还避免了腐蚀性、有毒性试剂的使用，有效的避免了二次污染，最重要的是在制备过程中不会造成设备和管件的腐蚀，有利于大规模的推广和使用；
[0015]5、本专利技术采用水热炭化结合热解活化的方式，显著提高了多孔碳炭产率，为工业实际应用提供了方向；
[0016]6、本专利技术中废弃鸡腿菇菌渣制备的多孔碳具有丰富的表面官能团，显著提高了多孔碳的N/P杂原子掺杂，优化了表面吸附性能；
[0017]7、鸡腿菇菌渣制备的多孔碳吸附剂的粒径与吸附性能有一定的关系，在固定床吸附测试中，吸附粒径会影响气体流动阻力，进一步影响吸附效果；
[0018]8、本专利技术中经过微生物处理后的鸡腿菇菌渣生物质，真菌微生物可以有效分解木质素等成分形成天然孔道结构，经过磷酸铵水热炭化与热解活化有助于进一步保持完整的孔隙结构；
[0019]9、本专利技术中经过微生物处理后的生物质中残留了许多微生物生长的蛋白质，有助于保证氮杂原子的掺杂；
[0020]10、本专利技术的鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂具有高炭产率、丰富官能团和优良表面性质等特点，有利于提高有机污染物分子的吸附效果。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0022]本专利技术要解决的技术问题是克服目前传统生物质多孔碳炭产率低、表面官能团匮乏以及腐蚀性污染性试剂使用的问题。针对工业烟气和废气中典型烃类污染物的吸附问题，提供一种食用菌渣温和绿色活化制备高炭产率吸附剂的方法。
[0023]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：在对比各类食用菌渣的基础上，选择鸡腿菇菌渣进行试验，验证废弃食用菌渣的资源化利用潜力；拥有天然成分和天然孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂的制备方法，包括：S1、将鸡腿菇菌渣和活化剂混合形成混合浆液进行水热反应；S2、将水热反应得到的固体干燥后热解，得到所述鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述活化剂包括磷酸铵、磷酸、尿素中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述活化剂与鸡腿菇菌渣的质量比为(2至4)∶1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述水热反应的反应温度为100至180℃，反应时间为6至12h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的鸡腿菇菌渣先经过干燥步骤再和活化剂混合；步骤S1中所述干燥温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：林法伟，玉洪迪，陈冠益，颜蓓蓓，程占军，崔孝强，宋英今，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：