一种飞灰基吸附材料制备方法技术

本发明专利技术属于固体废弃物处置、沼气提纯净化和污水处理领域，具体涉及一种飞灰基吸附材料制备方法。本发明专利技术以生物质飞灰为原料，与甲壳混合后经球磨机粉碎并过筛，经碱处理干燥后，将飞灰置于活化装置中，于600~900℃通入沼液活化1~2小时，得到净化水和飞灰基吸附材料。本发明专利技术制备的吸附材料对沼气中CO2等杂质气体具有良好的吸附脱除效果，且制备过程中能够实现对沼液的净化，具有原料价格低廉、制备工艺简单等特点，能够实现飞灰、沼液的资源化利用和沼气的高效净化。沼气的高效净化。

【技术实现步骤摘要】
一种飞灰基吸附材料制备方法


[0001]本专利技术属于固体废弃物处置、沼气提纯净化和污水处理领域，具体涉及一种沼气脱碳协同沼液净化的飞灰基吸附材料制备方法。

技术介绍

[0002]我国生物质资源丰富，每年产生农林剩余物、生活垃圾、生活污泥、畜禽粪污、果蔬剩余物等大约在55亿吨，折合标煤约8亿吨。其中，林业剩余物1.6亿吨、农业剩余物9.8亿吨、生活垃圾5亿吨、畜禽粪污38亿吨。生物质能是可再生能源中唯一的绿色零碳燃料，通过耦合生物能源与碳捕获和储存技术（BECCS），可以实现负碳排放，对于“碳达峰，碳中和”目标的实现具有重要意义。
[0003]目前生物质的利用方式主要为生物发酵和焚烧发电等。生物发酵的主要产物是沼气，它是有机物在厌氧条件下经微生物发酵产生的一种可燃性气体，其主要组分包括CH4（50%~80%）和CO2（20%~40%），还含有少量的H2S（0.5%~3%）、O2、CO、N2等。沼气中大量的CO2会降低沼气的热值和能量密度，大大限制了沼气的利用范围。脱除沼气中的CO2有助于提高沼气热量，改善沼气品质。目前，沼气提纯的技术主要有化学吸收、水洗、膜分离、低温分离、原位脱碳和变压吸附分离法等。其中，水洗因操作简单、提纯效率高而应用最广，但存在投资大、成本高、易滋生微生物造成堵塔等不足；变压吸附和化学吸收法应用较多，提纯后甲烷含量高，但变压吸附过程控制多，甲烷损失大，而化学吸收则存在能耗大、溶剂易腐蚀等问题；低温分离和膜分离法则因技术成本较高而难以实现工业应用。
[0004]此外，在沼气生产过程中会产生大量的沼液，属于高浓度有机废水，沼液的化学需氧量（COD）和氨氮（NH3‑
N）分别高达1000~5000和60~1200 mg
·
L
‑1，远高于国家《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596
‑
2001）（其限量分别为400和80 mg
·
L
‑1）。同时，在以畜禽粪污为原料的厌氧发酵过程中，畜禽粪污中富集的重金属和残留的抗生素等污染物也会残留在沼液中。此外，沼液中可能还含有二噁英复合物、多环芳香烃类、酚类等有机污染物。因此，要高度重视沼液利用可能存在的环境风险以及沼液的安全消纳问题。
[0005]焚烧发电是生物质利用的另外一种主要途径，在发电过程中会产生大量的生物质燃烧飞灰，主要成分为Si、Ca、Mg、Al、K、P，还包括多种微量、痕量元素（Fe、Mn、Cu、Co、As、Cr、Pb、Cd等）、未燃炭和有机物等。目前主要采用就地掩埋或者集中堆放处置飞灰，不仅造成了资源浪费，又极易引发二次环境污染问题。利用飞灰表面碱性特征，可以将其用于对CO2等酸性气体的吸附，但飞灰比表面积较低，且碱性位点较少，进一步优化飞灰的结构特征和化学组成，对其吸附性能至关重要。
[0006]因此，开发高效低廉的沼气和沼液净化技术、实现生物质电厂飞灰的高值化利用，对于推动生物质的高效安全利用具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种沼气脱碳协同沼液净化的飞灰
基吸附材料制备方法。
[0008]本专利技术所述方法，具体如下：一种飞灰基吸附材料制备方法，以生物质飞灰为原料，与甲壳混合后经粉碎并过筛，筛选粒径小于等于预设值的混合物，在强碱溶液中超声震荡处理T1小时，再搅拌T2小时后抽滤冲洗至中性，真空干燥后将其置于活化装置中，于600~900℃通入沼液活化1~2小时，沼液蒸汽冷凝后得到净化水，飞灰在惰性气氛中冷却至常温得到飞灰基吸附材料。
[0009]优选的，所述飞灰来源于生物质电厂。
[0010]优选的，所述粉碎是指采用球磨机球磨粉碎，特别是干法球磨粉碎。
[0011]优选的，所述预设值为0.2mm。
[0012]优选的，所述T1为1~2，所述T2为12~24。
[0013]优选的，所述搅拌为磁力搅拌。
[0014]优选的，所述活化装置为竖式活化装置。
[0015]优选的，所述甲壳指虾壳、蟹壳或贝壳中的至少一种，且飞灰与甲壳质量比为10:1~10:3。
[0016]优选的，所述强碱溶液为KOH溶液或NaOH溶液，溶液浓度为10~20 wt%。
[0017]优选的，飞灰/甲壳混合物与强碱溶液的比例为（1:1）g/mL~（1:3）g/mL。
[0018]优选的，所述抽滤是指使用真空泵、布氏漏斗完成。
[0019]优选的，所述冲洗是指使用去离子水冲洗。
[0020]优选的，所述真空干燥温度为60~100℃，干燥时间6~12小时。
[0021]优选的，所述沼液为沼气池原液经静置沉淀后的上清液，体积空速为20~40 mL/( h
·
g )。
[0022]优选的，所述惰性气氛是指氮气、氦气或氩气气氛。
[0023]一种飞灰基吸附材料，所述吸附材料根据以上任一所述的制备方法制得。本专利技术的有益效果是：（1）以生物质飞灰为原料，制备飞灰基吸附材料，实现了飞灰的资源化利用。
[0024]（2）以沼液为活化剂在高温下对飞灰进行活化改性，一方面，沼液蒸汽使飞灰比表面积增大、吸附能力增强，并丰富其表面官能团、增强表面碱性；另一方面，飞灰吸附沼液蒸汽中氨氮等污染物，沼液蒸汽冷却后可以得到净化水，减少了污染物的排放。
[0025]（3）以虾壳、蟹壳、贝壳等甲壳为添加剂，其壳聚糖成分能够在活化过程中增加飞灰表面含氮官能团，增强飞灰对CO2的选择性吸附。
[0026]（4）利用飞灰基吸附材料净化沼气，可以吸附并固定沼气中CO2等杂质气体，提高沼气的热值，降低CO2排放。
[0027]（5）所用原材料、添加剂、活化剂成本低廉、变废为宝，具有经济、环境双重效益。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种沼气脱碳协同沼液净化的飞灰基吸附材料制备方法，下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步说明。以下实施例中涉及“灰壳质量比”均指飞灰与甲壳的质量比。
[0029]本专利技术提供一种飞灰基吸附材料制备方法，以生物质飞灰为原料，与甲壳混合后
经粉碎并过筛，筛选粒径小于等于预设值的混合物，在强碱溶液中超声震荡处理T1小时，再搅拌T2小时后抽滤冲洗至中性，真空干燥后将其置于活化装置中，于600~900℃通入沼液活化1~2小时，沼液蒸汽冷凝后得到净化水，飞灰在惰性气氛中冷却至常温得到飞灰基吸附材料。
[0030]上述飞灰来源于生物质电厂。
[0031]上述粉碎是指采用球磨机粉碎，优选采用干法球磨粉碎。球磨一方面可以减小飞灰或混合物的粒径，使飞灰粒径大小均匀；另一方面调控飞灰或混合物微观形貌，增加飞灰比表面积；此外还可以增加飞灰或混合物表面悬空化学键，改变颗粒的理化性能，在后续活化中反应更充分。
[0032]上述预设值为0.2mm。
[0033]上述T1为1~2，T2为12~24。
[0034]上述搅拌为磁力搅拌。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞灰基吸附材料制备方法，其特征在于，以生物质飞灰为原料，与甲壳混合后经粉碎并过筛，筛选粒径小于等于预设值的混合物，在强碱溶液中超声震荡处理T1小时，再搅拌T2小时后抽滤冲洗至中性，真空干燥后将其置于活化装置中，于600~900℃通入沼液活化1~2小时，沼液蒸汽冷凝后得到净化水，飞灰在惰性气氛中冷却至常温得到飞灰基吸附材料。2.根据权利要求1所述的一种飞灰基吸附材料制备方法，其特征在于，所述甲壳是虾壳、蟹壳或贝壳中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种飞灰基吸附材料制备方法，其特征在于，所述粉碎是经球磨机粉碎。4.根据权利要求1所述的一种飞灰基吸附材料制备方法，其特征在于，所述预设值为0.2 mm，所述T1为1~2，所述T2为12~24。5.根据权利要求1所述的一种飞灰基吸附材料制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠源，李凯，谢金恒，党乐，马善为，佟敏，陆强，
申请(专利权)人：华北电力大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：