【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废弃物资源化利用，尤其涉及一种铁改性秸秆沼渣炭的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
1、厌氧消化技术因具有二次污染率低、生物安全性强、适于处理高含水率废弃物以及资源化能源化效率高等优势，已被视为最有前途的厨余垃圾处理方式。然而，其在产生沼气等清洁能源的同时也伴随产生了大量难以消解和利用的沼渣；同时，厨余垃圾厌氧消化过程中水解速度过快，体系挥发性脂肪酸(vfas)和氨氮等积累易造成内源性抑制，导致厨余垃圾在厌氧消化过程中出现产气量减少、系统内部酸化、运行不稳定/易失衡等问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种铁改性秸秆沼渣炭的制备方法及其产品和应用。该铁改性秸秆沼渣炭可以加速挥发性脂肪酸的降解，促进系统内甲烷的生成，提高产量，同时还能够降低添加剂的投入成本，实现废弃物的资源化利用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，包括以下步骤：
4、1)将秸秆沼渣原料经过高温热解生成原始生物炭；其中，所述高温热解优选在管式炉中进行；
5、2)将原始生物炭浸泡于fecl3溶液中，搅拌均匀，静置，取沉淀物；其中，搅拌过程优选在常温下用磁力搅拌器进行搅拌；
6、3)在沉淀物中加入氢氧化钠溶液至过饱和，真空抽滤，得到的样品经过烘干、粉碎过筛后即得到铁改性秸秆沼渣炭。优选的，这一过程在搅拌条件下进行，搅拌优选采用磁力搅拌器。
7、进
8、生物炭作为目前环境能源研究上的一大热点材料，除了可以促进微生物之间的电子转移外，还伴有对抑制因子的化学吸附(静电吸引，离子交换和络合)和物理吸附(固定、缓冲)等多种调控机制。将生物炭添加到厌氧消化系统中，可大大缩短厌氧消化的滞后期、缓解了厌氧消化过程中酸的积累。
9、进一步地，步骤2)中，所述fecl3溶液的浓度为0.8-1mol/l，磁力搅拌器搅拌时间为12-24h。金属元素不仅是合成厌氧消化辅酶和辅助因子的必需元素，而且对于减轻vfas积累和增加氢营养产甲烷菌活性也具有重要作用。
10、进一步地，步骤3)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为2-3mol/l，在沉淀物中加入氢氧化钠溶液后，调节ph至8，观察到溶液颜色从深绿色变成深棕色后，在磁力搅拌器作用下浸泡12-24h，用去离子水冲洗溶液至中性后取固体沉淀物。所述烘干是指在100-150℃的干燥箱中干燥24h，粉碎过100目筛。
11、本专利技术还提供一种利用上述制备方法制备得到的铁改性秸秆沼渣炭。
12、本专利技术还提供一种所述的铁改性秸秆沼渣炭在高负荷厌氧消化酸缓解抑制中的应用。
13、进一步地，所述应用是指在发酵罐中接种厨余垃圾和铁改性秸秆沼渣炭，加水调节系统运行体积，向发酵罐中通入氮气后放于恒温培养箱中进行厌氧消化反应。
14、更进一步地，厌氧反应器选用500ml的血清瓶，有效体积定为200-300ml。所述厨余垃圾的负荷为20-45gvs/l，所述铁改性秸秆沼渣炭的添加量为5-25g/l。所述厌氧消化反应的参数为：温度37±1℃，时间为89天。
15、各类固体有机废弃物厌氧消化过程中，微生物选择性的降解蛋白质、纤维素和半纤维素，沼渣中木质素等结构得以富集。木质素是热解过程中生物炭骨架形成的关键，而秸秆经过微生物预处理后，产生的生物炭微孔减少，大孔增加，更有利于微生物在其表面的附着和生化反应的进行。因此，本专利技术选择秸秆厌氧消化产生的沼渣废弃物负载氧化铁制备改性生物炭，并将其用于调控厨余垃圾高负荷厌氧消化系统内的酸抑制具有很好的技术前景。
16、本专利技术选择秸秆厌氧消化的沼渣废弃物制备负载氧化铁的生物炭，一方面提高了有机废弃物的资源化利用率；另一方面，促进了厌氧消化系统内微生物之间的电子传递效率，富集了用于降解挥发性脂肪酸的微生物。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
18、(1)资源化利用率高：以秸秆厌氧发酵产生的沼渣废弃物作为氧化铁改性生物炭的制备原料，将厨余垃圾废弃物作为发酵底物，解决了秸秆厌氧发酵后沼渣的处理问题，降低了高负荷厌氧消化系统的调控技术成本，极大程度的提高了有机高固废弃物的资源化利用率。
19、(2)甲烷转化率高：本专利技术秸秆沼渣基氧化铁改性生物炭的添加使甲烷产量提升了14.33％，挥发性脂肪酸的含量降低了12.42％，强化了高负荷厨余垃圾的系统稳定性。
20、(3)缩短了系统的启动时间：秸秆沼渣基氧化铁改性生物炭的添加使高负荷厨余垃圾的启动时间缩短了13天，发酵进行时间缩短了36天，具有较好的应用价值。
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1.一种铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，所述原始生物炭的具体制备方法为：将秸秆沼渣原料烘干、粉碎后置于管式炉内，以0.2-0.6L/min的速率通入氮气，之后以5-10℃/min的速率将管式炉内的温度升温至500-600℃，热解2-6h，整个热解冷却过程中持续通入氮气。
3.根据权利要求1所述的铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，所述FeCl3溶液的浓度为0.8-1mol/L。
4.根据权利要求1所述的铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为2-3mol/L。
5.一种如权利要求1-4任一项所述制备方法制备得到的铁改性秸秆沼渣炭。
6.一种如权利要求5所述的铁改性秸秆沼渣炭在高负荷厌氧消化酸缓解抑制中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述应用是指在发酵罐中接种厨余垃圾和铁改性秸秆沼渣炭，加水调节系统运行体积，向发酵罐中通入氮气后放于恒温培养箱中进行厌氧消化反应。
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9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述厌氧消化反应的参数为：温度37±1℃，时间为89天。
...【技术特征摘要】
1.一种铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，所述原始生物炭的具体制备方法为：将秸秆沼渣原料烘干、粉碎后置于管式炉内，以0.2-0.6l/min的速率通入氮气，之后以5-10℃/min的速率将管式炉内的温度升温至500-600℃，热解2-6h，整个热解冷却过程中持续通入氮气。
3.根据权利要求1所述的铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，所述fecl3溶液的浓度为0.8-1mol/l。
4.根据权利要求1所述的铁改性秸秆沼渣炭的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为2-3mol/l。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆兰，王依凡，陈冠益，陶俊宇，徐凤莲，武婉婷，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：
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