一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法，包括下述步骤：原材料的预处理

【技术实现步骤摘要】
一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及有机危废资源化利用
，尤其涉及一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]我国已经成为全世界最大的抗生素生产国和出口国之一，抗生素年产量达到
24.8
万吨
。
在生产抗生素的发酵过程中，不可避免地会产生大量的抗生素菌丝体残渣
。
抗生素菌渣的组成主要包括菌丝体
、
剩余底物
、
中间代谢物和由于提取不完全而残留的抗生素
。
抗生素菌渣在
2021
年新版的
《
国家危险废物名录
》
中属于
HW02
中的
271
‑
002
‑
02
和
276
‑
002
‑
02
，为危险废物
。
重金属造成的水污染是世界范围内的重大威胁，对环境和人类健康造成累积
、
长期和有害的影响
。
铅和镉是对人类毒性最大的物质之一，在液体工业废物中可以发现高浓度的铅和镉
。
利用抗生素菌渣为碳源经水热碳化处理制得水热炭，水热炭经活化后具有大的表面积
、
发达的孔结构
、
官能团和芳香结构，可作为吸附废水中重金属的高性能吸附材料
。
[0003]对于抗生素菌渣这类有机危废，热化学处理技术不仅能够有效实现无害化处理还可实现资源化利用，焚烧因其简单和大规模操作而被认为是实际应用中可行的
。
然而，由于含水率过高在热解过程中需要大量的能量，这导致该技术的成本大大增加
。
此外，来自抗生素菌渣的二噁英，
NO2，
CO2等废气也容易引起二次污染，使其成为环境挑战的重要因素
。
抗生素菌渣的热解可以产生生物油，但化学组成复杂，热值偏低
(13
‑
18MJ/kg)
，不利于广泛应用
。
此外，抗生素菌渣在热解前必须进行干燥预处理，消耗更多能量的同时也增加了成本
。
水热碳化是在
180
‑
260℃
的温度范围内将高含水量原料转化为生物炭，且原料不需要预干燥，反应条件温和，可有效消除抗生素残留
。
反应产生的固相产物表面富含酸性官能团，有利于重金属的吸附
。
[0004]水热处理可以将生物质转化为富含碳和氧官能团且芳构化程度低的均质材料，因此可以用作碳化和化学活化的有效前体
。
为了进一步提高水热炭的吸附能力，可以采用化学活化的方法对生物炭进行改性，提高其比表面积和孔结构
。
活性化学试剂包括
HCl、H3PO4、NaOH、KOH
和金属盐
。
然而，这些试剂具有高危险性
、
二次污染和产生有毒气体等缺点
。
活化剂
A
是一种环境友好的活化试剂，因其不会造成二次污染，且腐蚀性低
、
效率高，常被用于活化材料
。
且活化炭的表面形貌显示出许多发达和有序的孔结构，类似于其表面的
3D
蜂窝结构，这是由于活化剂
KHCO3和抗生素菌渣组分之间的热化学反应造成的
。
在这些反应中，释放的气体能够产生中孔和大孔，嵌入的
K
单质及钾氧化物在水热炭中形成更多的微
、
介孔
。
[0005]由抗生素菌渣生产的水热炭具有较强的固碳能力及其多种环境效益，作为一种二氧化碳负排放技术，在碳中和的实现和气候变化的减缓中起着重要作用
。
本专利技术使用抗生素菌渣类含碳危废制备高性能吸附炭材料，实现了危险废弃物的资源化利用，且制备的炭材料对于废水中的重金属具有良好的吸附作用，达到了以废治废的目的
。
[0006]CN108751162A
公开了一种抗生素菌渣的碳化处理方法
。
包括
1)
将抗生素菌渣与硫
酸
、
催化剂混合加热后生成混合物；
2)
将步骤
1)
得到的混合物降至室温，向混合物中加入溶剂，搅拌均匀
、
洗涤
、
烘干后得到生物质碳与稀酸
。
[0007]CN103111264A
公开了一种离子液体与金属双改性菌渣活性炭的制备方法
。
以抗生素菌渣为原料，再用浸渍法对菌渣活性炭进行金属改性，然后将己内酰胺
‑
四烷基卤化铵离子液体负载到金属改性菌渣活性炭，得到改性菌渣活性炭，可以用于吸附
‑
催化氧化二氧化硫工艺
。
[0008]CN108455598A
公开了一种抗生素菌渣制备富含微孔的高性能活性炭的方法，首先将待处理的含水率
70
‑
90
％的抗生素菌渣调整
pH
值，搅拌过滤后干燥，磨细至
0.1
‑
2mm
的微粒，再以
10
‑
20℃/min
的升温速度加热到
400
‑
550℃
，在
CO2气氛中热解3‑
6h
，得到富含微孔的活性炭
。
[0009]CN114832780A
公开了一种抗生素菌渣基活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)
将抗生素菌渣烘焙处理后研磨成粉，
2)
将抗生素菌渣粉末与
KOH
混合均匀，在惰性气氛下热解，热解固体洗涤至中性，得到抗生素菌渣活性基炭
。
该活性炭用于吸附
VOCs
后，可以用空气加热法再生
。
[0010]CN112479205A
公开了一种窄孔径竹箨活性炭及其制备方法，在水热碳化处理
6h
后得到水热炭，将水热炭球磨
6h
后与碳酸氢钾研磨混合，在
650
‑
750℃
高温活化
60
‑
120min
制备得到竹箨活性炭以用作电极材料
。
此专利技术中水热碳化
6h
，时间长耗能高，且水热炭进行球磨后与活化剂混合，繁杂了工艺过程，且活化时间较长，造成较高的能耗
。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是解决现有技术中的问题，提供一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法
。
[0012]本专利技术的技术方案是：
[0013]一种高性能水热炭基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)
将抗生素菌渣与去离子水配成含固率为
3.3
‑
10wt.
％的混合液体，置于高温高压水热反应釜中进行水热碳化处理；处理温度为
150
‑
200℃
，处理时间
60
‑
300min
；
2)
将反应后产物进行收集并抽滤得到固体产物，干燥后即为水热炭；
3)
将步骤
2)
所得水热炭与活化剂按质量比
1:1
‑
10
混合均匀，在
500
‑
1000℃
下进行活化，停留时间
0.1
‑
10h
，活化过程在惰性气氛下进行；
4)
将步骤
3)
中得到的活化产物进行去离子水离心洗涤至中性，离心洗涤的离心转速
2000
‑
10000r/min
，离心后经
80℃
干燥至恒重即为高性能吸附炭材料
。2.
根据权利要求1所述的一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：所述抗生素菌渣为阿维菌素发酵菌渣，其中含有
1000
‑
50000mg/kg
的阿维菌素残留
。3.
根据权利要求1所述的一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中水热碳化处理的抗生素菌渣粒径为
60
‑
100
目
。4.
根据权利要求1所述的一种高性能水热炭基重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中水热碳化处理前用氮气吹扫1‑
10min
以除去高温高压水热反应釜中残余气体；水热碳化处理的升温速度为3‑
10℃/min
，搅拌转速为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：关海滨，陈丙彤，赵保峰，刘素香，朱地，刘良贝，包庆贺，乌兰巴日，冯翔宇，宋安刚，徐丹，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：