CN102527695A

CN102527695A - 一种餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的方法

Info

Publication number: CN102527695A
Application number: CN2012100049860A
Authority: CN
Inventors: 张付申; 吴倩芳
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明针对目前我国餐饮业废弃物量大、处理技术匮乏、再生循环利用困难的现状，提供一种利用餐厨垃圾为原材料制备纳米铁/碳复合材料的方法。其特征是：在密闭的容器内对餐厨垃圾进行糊化预处理后，加入催化剂和助剂，在一定的条件下实施水热处理，经过水解、脱水、脱羧、聚合、芳香化反应，最终合成包含有大量纳米线和微米球结构的铁/碳复合体。该方法操作简便、生产成本低、稳定可靠、原料来源广泛、辅助原料价格低廉，易于规模化生产，经济效益显著。合成的产品具有良好的催化和吸附性能，具有广阔的产业化应用前景。

Description

一种餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的方法

技术领域

本发明涉及大量产生的餐厨垃圾的处理处置，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物处理新技术，尤其适合于有机类固体废弃物的处理和高附加值资源化利用。

背景技术

目前，我国餐饮业和家庭厨房大量产生的餐厨类垃圾的主要处理手段是混入一般生活垃圾焚烧、填埋或进行生物转化生产沼气、作饲料等。焚烧法处理餐厨垃圾减容减量效率明显，但由于餐厨垃圾含水率高，热值较低，燃烧时需添加辅助燃料需要消耗大量的能量；垃圾填埋造成的垃圾围城现象越来越突出，填埋场地日益紧缺，并且垃圾渗滤液污染地下水的问题也越来越被人们所关注，因此填埋方式并不适合用于餐厨垃圾的处置；生物转化法的周期比较长，再加上餐厨垃圾中伴有塑料包装材料等难以生物降解的成分使这类垃圾的生物转化受到较大程度的限制。因此，开发高效、洁净的餐厨垃圾资源化处理技术具有重要的现实意义。

铁/炭纳米复合材料由于炭的负载作用使得纳米铁不易团聚，同时保持了纳米铁粒径小，比表面积大等优点，在磁、催化、选择吸附、电池等领域有着广泛的用途。目前关于铁/炭复合纳米材料的制备方法有很多，主要有化学沉淀法、浸渍法、气相沉积法等。这些方法基本上都采用纯碳水化合物作为原料，制备工艺手段复杂，生产成本高昂，不利于工业化推广。餐厨垃圾由于含水率高，易降解有机组分丰富，不当的处理处置方法如意引起二次污染和资源浪费。本发明针对餐厨垃圾难以处理及铁/炭复合纳米材料生产工艺的不足，利用餐厨垃圾作为碳源，采用水热炭化的方法直接炭化负载制备铁/炭纳米复合材料。方法简便，工艺稳定可靠，成本低廉，二次污染小，易于工业推广。

发明内容

本发明针对目前我国餐厨垃圾量大、处理技术匮乏、再生循环利用困难的现状，提供一种餐厨垃圾水热法合成负载型纳米复合材料的方法，实现这类废弃物的该附加值循环利用。其特征是：将餐厨垃圾经简单预处理后，在特定的催化剂催化条件下实施水热处理，反应完毕后分离、清洗、干燥即得产品，合成过程中的水可以循环利用。具体工艺包括以下几个步骤：

1、将餐厨垃圾中大块骨头及塑料分离去除，然后放入水热反应釜中，根据需要可以将原材料进行破碎。

2、向反应釜中添加水分，调整原料的固液比为(0.5-1)∶10，搅拌均匀后加盖密封，在80-100℃条件下加热反应釜30-60分钟，使餐厨垃圾充分糊化，然后停止加热。

3、打开反应釜盖，向反应釜中迅速加入硝酸铁或氯化铁或硫酸铁的盐溶液，铁盐的加入量按每公斤餐厨垃圾干物质重0.50-1.0摩尔计算；搅拌均匀后加盖密封，迅速升高温度至180-200℃，保持2-24小时后停止加热。

4、待反应釜冷却至室温后，过滤分离固液两相，并用一定量的水洗涤固相产物，在80-105℃温度下干燥，得到铁/炭纳米材料复合体；液相回流到反应釜循环利用。

上述工艺具有操作简便，流程短，效率高，所需试剂剂少等优点。该工艺所述的反应在密闭容器内进行，可以有效控制气味的扩散，水分循环利用，避免了污水的产生，产品可以用做催化材料和功能吸附材料，具有良好的应用前景。

下面结合说明书附图和实施方案进一步阐述本发明的内容。

附图说明

图1是餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的工艺流程图。

图2是用餐厨垃圾制备的铁/碳纳米复合材料的透射电子显微镜(TEM)照片，其中a、b是合成产品的照片，c、d是除碳后剩余骨架的照片，显示复合材料呈现出壳核式的微米球及纳米线结构。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的方法，具体包括下列步骤：

按照图1所示工艺流程，选取去除塑料及骨头的餐厨垃圾原料40克，粉碎成糊状，添加20毫升去离子水，在水浴加热条件下(80℃)快速搅拌30分钟，随后缓慢加入10毫升硝酸铁(0.4摩尔/L)溶液，继续搅拌10分钟。将混合液移入100毫升密封容弹内，升温到180℃保温18小时，停止加热后快速冷却，将混合液转移出来，压滤分离，液体回流进入预热系统，固体产品经去离子水重复洗三次，过滤后在80℃下干燥24小时，研磨制得3.5克铁炭复合纳米材料，对复合物及灰分的形貌进行电镜分析(图2)，表明铁炭复合物以壳核式微米球及纳米线结构存在，元素分析表明复合材料中炭含量61.29％，氢含量5.68％，氮含量5.48％，磷含量0.74％，铁含量5.48％。

实施例2

按照图1所示工艺流程，选取去除塑料及骨头的餐厨垃圾原料80克，粉碎成糊状，添加50毫升去离子水，在水浴加热条件下90℃快速搅拌30分钟，随后缓慢加入20毫升氯化铁(0.4摩尔/L)溶液，继续搅拌10分钟。将混合液移入100毫升密封容弹内，升温到180℃保留20小时，停止加热后快速冷却，将混合液转移出来，压滤分离，液体回流进入预热系统，固体产品经去离子水重复洗三次，在80℃下干燥24小时，研磨制得5.60克铁炭复合纳米材料，对复合物及灰分的形貌进行电镜分析(图2)，表明铁炭复合物以壳核式微米球及纳米线结构存在，元素分析表明复合材料中炭含量61.42％，氢含量5.63％)，氮含量4.25％，磷含量0.57％，铁含量2.44％。

实施例3

按照图1所示工艺流程，选取去除塑料及骨头的餐厨垃圾原料80克，粉碎成糊状，添加60毫升去离子水，在水浴加热条件下(90℃)快速搅拌35分钟，随后缓慢加入10毫升硫酸铁(0.8摩尔/L)溶液，继续搅拌15分钟。将混合液移入200毫升密封容弹内，升温到180℃保留15小时，停止加热后快速冷却，将混合液转移出来，压滤分离，液体回流进入预热系统，固体产品经去离子水重复洗三次，在80℃下干燥24小时，研磨制得6.14克铁炭复合纳米材料，对复合物及灰分的形貌进行电镜分析(图2)，表明铁炭复合物以壳核式微米球及纳米线结构存在，元素分析表明复合材料中炭含量60.24％，氢含量5.75％，氮含量4.47％，磷含量0.51％，铁含量3.45％。

上述实例中采用的餐厨垃圾均取自某大学学生餐厅，分不同时期采集。其中实例1中所用原料经分析含水率为80％，挥发分87％，灰分5％；实例2中所用原料含水率为85％，挥发分80％，灰分6％；实例3中所有原料含水率为82％，挥发分87％，灰分4％。

本发明不限于上述实施例，发明内容均可实施，并具有良好的效果。

Claims

1.一种餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的方法，具体包括下列步骤：

(1)将餐厨垃圾中大块骨头及塑料分离去除，然后放入水热反应釜中，根据需要可以将原材料进行适当破碎。

(2)向反应釜中添加水分，调整原料的固液比，搅拌均匀后加盖密封，加热反应釜至一定温度后保温30-60分钟，使餐厨垃圾充分糊化，然后停止加热。

(3)打开反应釜盖，向反应釜中加入催化剂，搅拌均匀后加盖密封，迅速加热至一定温度后保持2-24小时后停止加热，。

(4)待反应釜冷却至室温后，过滤分离固液两相，并用一定量的水洗涤固相产物，在80-105℃温度下干燥，得到铁/炭纳米材料复合体，液相回流到反应釜体内循环利用。

2.按照权利1第(2)项所述的一种餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的方法，其特征是：调整反应釜中原料的固液比为(0.5-1)∶10，加热温度为80-100℃。

3.按照权利1第(3)项所述的一种餐厨垃圾制备铁/碳纳米复合材料的方法，其特征是：向反应釜中迅速加入的催化剂是硝酸铁、氯化铁或硫酸铁任意一种的盐溶液，铁盐的加入量按每公斤餐厨垃圾干物质重0.50-1.0摩尔计算，加热温度为180-200℃。