CN102847432B - 一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法 - Google Patents

一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，它包括以下步骤，首先，将废菌渣干燥、造粒，浸入按质量为3:1的水和碳酸钾的溶液中，恒温浸渍，活化，盐酸酸洗，水洗至中性，干燥，冷却，过滤，即得菌渣活性炭。然后采用浸渍法对菌渣活性炭改性：将菌渣活性炭浸渍在金属（铜、铁、镍、钡、铅、钴、锰）的盐溶液或金属（钒）的酸根溶液，过滤，滤饼洗涤，焙烧，得到金属改性菌渣活性炭。将金属改性活性炭放入吸附塔中，在10~80℃高效吸附-催化氧化二氧化硫，实现多元金属协同催化作用，达到了“以废治废”的目的。

Description

一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法
技术领域
本发明属于大气治理技术领域，具体涉及一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法。
背景技术
生产抗生素时发酵后产生大量废渣，它含水率很高、不稳定、易腐败、有严重恶臭，主要成分为蛋白质、细菌菌体、残糖、纤维素以及少量维生素、脂肪和各种酶等，含有一定的有毒有害物质，是极其复杂的非均质体。据调查，各大制药厂和化工厂每年产生的废菌丝体量都在几至十几万吨，数量巨大。这些废渣在高温和长期贮存的条件下，发酵产生难闻的气味，长期贮存导致菌丝体自溶后产生大量污水，造成严重的环境污染。自2008年起，抗生素菌渣因其药物残留问题被明确列为危险废物。目前，政策认可的处置方式仅仅是焚烧，但是受处置成本和焚烧设施能力等因素制约，给抗生素生产企业造成了严重的经济负担。同时，抗生素菌渣（干基）中蛋白等有机物含量高达90%以上，直接焚烧处置是对资源的极大浪费。如何安全、有效、合理、经济地处置和利用抗生素菌渣，已成为目前亟待解决的重大课题。
二氧化硫是一种大气污染物，目前有干法和湿法两种类型来脱除气体中的二氧化硫，湿法脱硫负荷高，处理量大，但脱硫精度低，不适用于气体的精细脱硫。氧化锌、氧化铁和活性炭等是现今国内主要使用的干法精脱硫剂。
近年来，由于活性炭化学改性研究的开展，其脱硫精度和硫容逐步提高，尤其是当含硫气体经过活性炭床层时，气体中的硫氧化物先扩散后被吸附在活性炭表面，经表面催化作用，加速硫化物与工艺气中微量氧的反应得到三氧化硫或硫酸，二氧化硫的去除率和氧化率都很高，因而改性活性炭同时吸附-催化氧化二氧化硫成为国内外烟气脱硫的重点方向之一。
发明内容
本发明为解决现在技术中的问题，提供一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，，它可以“以废治废”，实现废菌渣和二氧化硫的资源化、减量化、无害化。
本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，它包括以下步骤；
a.将菌渣干燥、造粒。
b.然后将步骤a的菌渣浸入水和碳酸钾的溶液中，水和碳酸钾的质量比为3:1，恒温浸渍2h，温度为：25℃，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭。
c.采用浸渍法对步骤b所得的菌渣活性炭改性：将菌渣活性炭浸渍在金属溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属的改性菌渣活性炭。
d.将步骤c所得的金属改性菌渣活性炭，在10~80℃吸附-催化氧化二氧化硫气体3h。
所述菌渣为抗生素菌渣。所述抗生素菌渣为土霉素菌渣、青霉素菌渣、阿维菌素菌渣和头孢菌素菌渣中的一种。
所述金属溶液为金属铜、铁、镍、钡、铅、钴或锰的硝酸盐溶液或金属钒的酸根溶液。
优选的，所述步骤c中金属溶液的浓度为17~28%。
更优选的，所述步骤c中金属溶液的浓度为20%。
优选的，所述步骤d中二氧化硫气体浓度为500ppm。
优选的，所述步骤d中二氧化硫气体的吸附温度为40℃。
优选的，所述的一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，它包括以下具体步骤：
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入水和碳酸钾的溶液中，水和碳酸钾的质量比为3:1，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在以质量分数计浓度为20%的硝酸铜溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属铜的改性菌渣活性炭；将所得的金属铜改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h。
本发明研究表明以抗生素（包括青霉素、土霉素、阿奇霉素和头孢菌素菌渣等）菌渣为原料制备高比表面积菌渣活性炭，不仅解决了废菌渣处置难题，而且实现了资源再利用。但是菌渣活性炭强度较弱，且含有一定的金属元素，限制了其应用范围。有研究表明金属负载一定的金属后，其催化和吸附效果增加，尤其是在双或多金属协同作用下，其吸附-催化氧化效果更佳。因而针对菌渣活性炭含有一定量金属的特点，本发明通过对其进行金属改性，制成具有催化作用的催化剂，利用催化剂中的多种金属协同作用，实现高效催化。此工艺的成功开发，既为菌渣活性炭提供了去处，同时还为脱硫开发了良好的吸附剂和催化剂，达到了“以废治废”的目的。最终同时实现了废菌渣和二氧化硫的资源化、减量化、无害化，具有很好的实用价值和环境效益。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
本发明以制药行业抗生素菌渣为主要原料制备活性炭，活性炭的来源特殊，属于危险废物。本发明同时实现了废菌渣和二氧化硫的资源化、减量化、无害化，具有很好的实用价值和环境效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为20%(质量分数)的硝酸铜溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属铜的改性菌渣活性炭。
将所得的金属铜改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达98.7%，催化氧化效率可达55.2%。
实施例2
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为20%(质量分数)的硫酸铁溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属铁的改性菌渣活性炭。
将所得的金属铁改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达92.5%，催化氧化效率可达43.7%。
实施例3
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为18%(质量分数)的硝酸镍溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属镍的改性菌渣活性炭。
将所得的金属镍改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达94.6%，催化氧化效率可达53.37%。
实施例4
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为25%(质量分数)的硝酸钡溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属钡的改性菌渣活性炭。
将所得的金属钡改性菌渣活性炭，在60℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达85.7%，催化氧化效率可达32.6%。
实施例5
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为17%(质量分数)的硝酸铅溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属铅的改性菌渣活性炭。
将所得的金属铅改性菌渣活性炭，在40℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达96.7%，催化氧化效率可达54.9%。
实施例6
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为22%(质量分数)的硝酸钴溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属钴的改性菌渣活性炭。
将所得的金属铅改性菌渣活性炭，在40℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达95.3%，催化氧化效率可达52.7%。
实施例7
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为20%(质量分数)的硝酸锰溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属锰的改性菌渣活性炭。
将所得的金属锰改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达92.3%，催化氧化效率可达47.7%。
实施例8
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入3:1的水和碳酸钾（质量比）溶液中，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105~110℃下干燥2~3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在浓度为28%(质量分数)的偏钒酸钾溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属钒的改性菌渣活性炭。
将所得的金属钒改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h，吸附-催化总效率可达98.3%，催化氧化效率可达55.1%。

Claims (6)

1.一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，它包括以下步骤；
a.将菌渣干燥、造粒；
b.然后将步骤a的菌渣浸入水和碳酸钾的溶液中，水和碳酸钾的质量比为3:1，恒温浸渍2h，温度为：25℃，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105～110℃下干燥2～3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；
c.采用浸渍法对步骤b所得的菌渣活性炭改性：将菌渣活性炭浸渍在金属溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属的改性菌渣活性炭；
d.将步骤c所得的金属改性菌渣活性炭，在10～80℃吸附-催化氧化二氧化硫气体3h；
所述菌渣为抗生素菌渣；
所述抗生素菌渣为土霉素菌渣、青霉素菌渣、阿维菌素菌渣和头孢菌素菌渣中的一种；
所述金属溶液为金属铜、铁、镍、钡、铅、钴或锰的硝酸盐溶液或金属钒的酸根溶液。
2.如权利要求1所述的一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，所述步骤c中金属溶液的浓度以质量分数计为17～28％。
3.如权利要求2所述的一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，所述步骤c中金属溶液的浓度以质量分数计为20％。
4.如权利要求1所述的一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，所述步骤d中二氧化硫气体浓度为500ppm。
5.如权利要求1所述的一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，所述步骤d中二氧化硫气体的吸附温度为40℃。
6.如权利要求1所述的一种金属改性抗生素菌渣活性炭吸附-催化氧化二氧化硫的方法，其特征是，它包括以下具体步骤：
将菌渣干燥、造粒；然后将其浸入水和碳酸钾的溶液中，水和碳酸钾的质量比为3:1，25℃下浸渍2h，过滤，滤饼在800℃下活化3h后，将活化后的产品用盐酸酸洗，然后水洗至中性，在105～110℃下干燥2～3h，冷却至室温，即得菌渣活性炭；采用浸渍法对所得的菌渣活性炭改性，其改性过程如下：将菌渣活性炭浸渍在以质量分数计浓度为20％的硝酸铜溶液中2h，过滤，滤饼550℃焙烧，得到负载金属铜的改性菌渣活性炭；将所得的金属铜改性菌渣活性炭，在20℃吸附-催化氧化浓度为500ppm的二氧化硫气体3h。
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