【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物炭，具体涉及以厨余垃圾为原料的腐殖酸改性生物炭制备方法及其应用。
技术介绍
1、中国每年从畜牧场产生大量动物粪便，奶牛是主要贡献者之一。近年来，随着集约化动物饲养经营的快速发展，牛粪产量进一步增加。如果牛粪处理不当，会对自然资源产生许多负面影响，包括水体富营养化、酸化、光化学氧化等。将厌氧消化（ad）技术应用于牛粪管理，不仅可以控制环境污染问题，如减少温室气体排放和病原体，还可以产生甲烷和优质肥料。尽管利用厌氧消化技术处理奶牛粪便具有显著的环境效益，但牛粪的低甲烷产量限制了其ad的应用。
2、生物炭作为一种廉价的碳基材料，由于其能有效改善发酵底物的降解，提高甲烷产量得到了广泛的研究。虽然生物炭可以显著地有益于ad过程，但是生物炭由于原材料，制备条件等的不同可能会影响其功能，探索提高生物炭性能的方法十分必要。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了以厨余垃圾为原料的腐殖酸改性生物炭制备方法及其应用，使用厨余垃圾作为腐殖酸前体、包括但不限于厨余垃圾的有机废弃物作为生物炭前体，分别制备得到腐殖酸和生物炭，再进一步制备得到腐殖酸改性生物炭，具有原材料广泛，成本低等优点，可以实现有机废弃物的有效利用，同时在提高牛粪厌氧消化甲烷产量方面具有良好的应用前景。
2、本专利技术为实现技术目的采用的技术方案为：
3、本专利技术提供了以厨余垃圾为原料的腐殖酸改性生物炭制备方法，包括：
4、1）人工腐殖酸的制备：
5、
6、2）生物炭的制备：
7、将粉碎过筛的有机废弃物装入反应釜，加入去离子水，放置于190~200℃的加热炉中保温4~6小时，待反应结束，自然降温后固液分离，并用去离子水或乙醇对固体沉淀进行多次洗涤直到滤液澄清，干燥研磨后过筛得到有机废弃物生物炭；
8、3）腐殖酸与有机废弃物生物炭相结合：
9、将步骤1）制备得到的人工腐殖酸溶解到naoh溶液，加入步骤2）制备的有机废弃物生物炭，升温到70~80℃搅拌6~8小时，进行老化处理，搅拌结束后静置，静置完毕后调节ph为中性，进行固液分离，再用去离子水对沉淀物进行清洗，干燥，即得到腐殖酸改性生物炭。
10、优选地，上述制备方法还包括4）腐殖酸化学锚定生物炭的制备：将步骤3）所得的腐殖酸改性生物炭用naoh溶液洗涤，以去除生物炭中残留的人工腐殖酸，获得腐殖酸化学锚定生物炭。
11、优选地，步骤1）中，将厨余垃圾烘干粉碎过筛后，按照1:5的质量比与去离子水置于反应釜中，在210~220℃下加热1~2小时。
12、优选地，步骤1）中，用1 m naoh溶液对沉淀物浸泡5~6小时提取腐殖酸。
13、优选地，步骤1）中，用6 m盐酸将上清液ph调节到1~1.5，静置10~12小时，并在9000rpm条件下离心3~5分钟。
14、优选地，步骤2）中，将粉碎过筛的有机废弃物装入反应釜，按照1:5的质量比加入去离子水；所述有机废弃物包括厨余垃圾和农业废弃物，所述农业废弃物包括秸秆。优选地，步骤2）中，在105℃下干燥12小时。
15、优选地，步骤3）中，naoh溶液的质量百分浓度为1%，人工腐殖酸与1% naoh溶液的质量体积比（g/ml）为0.28:100，加入的有机废弃物生物炭与人工腐殖酸的质量比为12.5：1。
16、优选地，步骤3）中，搅拌结束后静置20~21小时；用去离子水对沉淀物进行清洗后在105℃下干燥12小时。
17、本专利技术还提供了采用上述制备方法得到的腐殖酸改性生物炭在厌氧消化系统中作为添加剂的应用。
18、优选地，上述应用包括：将腐殖酸改性生物炭按照10 g/l的添加浓度和厌氧消化机制混合到一起，加入厌氧消化反应体系中，并不断搅拌使材料和基质充分混合，调节厌氧消化参数为：发酵温度为37~38℃，ph值为6.5~7.5。
19、更优选地，所述厌氧消化系统为牛粪厌氧消化系统。
20、本专利技术具有以下优点：
21、本专利技术使用厨余垃圾作为腐殖酸前体、包括但不限于厨余垃圾的有机废弃物作为生物炭前体，分别制备得到腐殖酸和生物炭，采用水热碳化的方法制备腐殖酸改性生物炭，进一步采用碱性溶液进行浸泡洗涤以除去负载不牢固的腐殖酸，得到腐殖酸化学锚定生物炭。本专利技术得到的两种经腐殖酸改性的生物炭在实际厌氧消化过程中可以有效提高甲烷产量，提高处理效率。此外，该生物炭具有原材料广泛、制备条件简单、制备成本低、制备出的材料分层多孔、含氧官能团丰富的特点，可以有效实现厌氧消化反应器内的挥发性脂肪酸降解及甲烷的高质量生产，提高处理效率。实现有机废弃物的有效利用的同时在高效处理奶牛场粪污、提高牛粪厌氧消化甲烷产量方面具有良好的应用前景。
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1.以厨余垃圾为原料的腐殖酸改性生物炭制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括4）腐殖酸化学锚定生物炭的制备：将步骤3）所得的腐殖酸改性生物炭用NaOH溶液洗涤，以去除生物炭中残留的人工腐殖酸，获得腐殖酸化学锚定生物炭。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，将厨余垃圾烘干粉碎过筛后，按照1:5的质量比与去离子水置于反应釜中，在210~220℃下加热1~2小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，用1 M NaOH溶液对沉淀物浸泡5~6小时提取腐殖酸。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，用6 M盐酸将上清液pH调节到1~1.5，静置10~12小时，并在9000 rpm条件下离心3~5分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，将粉碎过筛的有机废弃物装入反应釜，按照1:5的质量比加入去离子水；所述有机废弃物包括厨余垃圾和农业废弃物，所述农业废弃物包括秸秆。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，搅拌结束后静置20~21小时；用去离子水对沉淀物进行清洗后在105℃下干燥12小时。
9.权利要求1~8任意一项所述的制备方法得到的腐殖酸改性生物炭在厌氧消化系统中作为添加剂的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括：将腐殖酸改性生物炭按照10 g/L的添加浓度和厌氧消化机制混合到一起，加入厌氧消化反应体系中，并不断搅拌使材料和基质充分混合，调节厌氧消化参数为：发酵温度为37~38℃，pH值为6.5~7.5。
...【技术特征摘要】
1.以厨余垃圾为原料的腐殖酸改性生物炭制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括4）腐殖酸化学锚定生物炭的制备：将步骤3）所得的腐殖酸改性生物炭用naoh溶液洗涤，以去除生物炭中残留的人工腐殖酸，获得腐殖酸化学锚定生物炭。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，将厨余垃圾烘干粉碎过筛后，按照1:5的质量比与去离子水置于反应釜中，在210~220℃下加热1~2小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，用1 m naoh溶液对沉淀物浸泡5~6小时提取腐殖酸。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，用6 m盐酸将上清液ph调节到1~1.5，静置10~12小时，并在9000 rpm条件下离心3~5分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，将粉碎过筛的有机废弃物装入反应釜，...
【专利技术属性】
技术研发人员：奚永兰，曹春晖，刘洋，叶小梅，孔祥平，王莉，张应鹏，朱飞，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：
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