CN103224537B - 一种利用Fenton反应降解煤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用Fenton反应降解煤的方法，其具体步骤为：取适量煤样，加入FeCl2溶液浸泡，使煤样充分吸附Fe2+；在35℃下，加入一定量的H2O2启动反应；加入一定量的NaOH溶液进行碱提；将煤样滤液置于烧杯中，用HCl调节溶液pH值在1-2之间；过滤后，将滤出物进行干燥并称取其质量。在优化实验条件下，微生物能后续利用的较小分子含量得到明显提高。

Description

一种利用Fenton反应降解煤的方法
技术领域
一种利用Fenton反应降解煤的方法，其特征是在温和条件下将煤的立体网状大分子结构破坏，使其转化为能被微生物直接利用的较小分子，从而提高煤降解成气的转化率。属于能源领域。
背景技术
煤是古代植物在不同自然环境下，经过一系列生物、化学及物理化学变化而形成的复杂大分子固体混合物，具有以环芳烃为基本结构单元、通过金属离子桥联、氢键、范德华力、偶极作用以及共价键等交联而成的复杂立体网状结构，可能有部分小分子镶嵌在立体网状主体结构中。煤生物成气是利用酶或微生物参与下把煤转变成气体燃料例如甲烷的技术，是煤炭综合加工利用的一种新的尝试和努力。
国外从20世纪80年代起对低阶煤及其他煤的生物降解成气进行了大量研究，并取得了飞速的发展。我国从本世纪初，也逐渐加强了该方向的研究，并取得了初步成果，但传统处理方法往往需要强酸、强碱、高温、高压等，未取得实质性的突破。
以过渡金属盐为催化剂、双氧水为氧化剂的Fenton反应能产生氧化活性较高的羟基自由基，作为一种廉价而高效的高级氧化过程，已被成功应用于环境中大分子化合物的降解。本文以义马褐煤为研究对象，采用Fenton反应对所采煤样进行降解，在温和条件下从碱提失重方面进行研究。通过对国内外的现有技术进行检索，未发现与本发明相同或类似技术的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用Fenton反应降解煤的方法。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种Fenton反应降解煤的方法，其由以下步骤组成：
a.取煤样，加入FeCl2溶液浸泡，使煤样充分吸附Fe2+；
b.在35℃下，加入H2O2启动反应，其中H2O2溶液的浓度为0.06-30％；
c.加入NaOH溶液进行碱提，其中NaOH溶液的浓度为0.1-2mol/L，碱提时间为1-8天；
d.将煤样滤液置于烧杯中，用HCl调节溶液pH值在1-2之间；
e.过滤后，将滤出物进行干燥并称取其质量。
本发明所要达到的技术效果是在常温常压下利用以亚铁离子催化双氧水降解煤至微生物能后利用的较小分子，增加煤中小分子例如：长链的脂肪羧酸类、苯甲酸类、取代多环芳烃类。这些产物的产生或者含量的增长，可提供更多较小的分子为微生物所利用，为后续的成气提供更多的底物。
附图说明
图1为氢氧化钠浓度对煤中提取物的影响曲线；
图2为不同碱提时间对煤中提取物的影响；
图3为过氧化氢浓度对煤中提取物的影响；
图4为铁盐催化过氧化氢处理和不经过铁盐催化过氧化氢处理对煤中提取物的影响。
具体实施方式
A、实验部分：
1)仪器与试剂：
水样过滤器、磁力加热搅拌器、电热恒温鼓风干燥箱、电子天平等。
氯化亚铁、氢氧化钠和过氧化氢等均购自河南省焦作化学试剂公司。实验中所用试剂均为分析纯，实验用水为Milipore超纯水。
2)实验方法：
a.煤样预处理：
实验用煤样为河南义马褐煤，堆放半年以上。将煤样进行破碎，并用球磨机进一步处理成煤粉，过100目进行筛分。
b.降解实验：
在35℃，取适量煤样，加入FeCl2溶液浸泡。在一定温度下，加入一定浓度的H2O2。搅拌后，加入一定量的NaOH溶液并静置。采用水样过滤器将静置后的煤样进行过滤，用蒸馏水清洗数次，将滤液置于烧杯中，采用HCl调节溶液pH值在1-2之间。将溶液用滤膜进行过滤，将滤出物置于铝箔纸上，在恒温干燥箱内进行干燥，并称取其质量。
B、降解条件的优化：
1)氢氧化钠浓度的影响(实施例1-5)
实施例1:取0.5g煤粉，加入0.1mol/L的NaOH溶液浸泡1d，浸泡后过滤煤样，采用HCl调节滤液pH值在1-2之间并静置1h。将酸提后的溶液用滤膜过滤，清洗至滤液至无色透明，滤膜干燥后称量滤出物的重量。
实施例2:将氢氧化钠浓度改为0.2mol/L,其他具体实验步骤同实施例1.
实施例3:将氢氧化钠浓度改为0.5mol/L,其他具体实验步骤同实施例1.
实施例4:将氢氧化钠浓度改为1mol/L,其他具体实验步骤同实施例1.
实施例5:将氢氧化钠浓度改为2mol/L,其他具体实验步骤同实施例1.
考察了溶液中氢氧化钠浓度为0.1、0.2、0.5、1、2mol/L时，对提取煤中小分子量的影响，实施例1-5的结果如图1所示。从图中可以看出，随着氢氧化钠浓度的增加，提取物的量呈现出先增加后降低的趋势。在0.5mol/L氢氧化钠浓度下，提取物的量最大。
2)碱提时间的影响(实施例6-10)
实施例6:取0.5g煤粉，加入0.5mol/LNaOH溶液浸泡，浸泡1天后过滤煤样，采用HCl调节滤液pH值在1-2之间并静置1h。将酸提后的溶液用滤膜过滤，清洗至滤液至无色透明，滤膜干燥后称量滤出物的重量。
实施例7:将碱提时间改为2天,其他具体实验步骤同实施例6.
实施例8:将碱提时间改为4天,其他具体实验步骤同实施例6.
实施例9:将碱提时间改为6天,其他具体实验步骤同实施例6.
实施例10:将碱提时间改为8天,其他具体实验步骤同实施例6.
为保证最大限度的提取煤中的小分子，考察了碱提时间为1、2、4、6、8天时对提取物的影响，结果如图2所示。从图中可以看出，煤中提取物的量随着碱提时间的增加而增加，但考虑到时间的因素，选择碱提时间为2d。
3)过氧化氢浓度的影响(实施例11-14)
实施例11:取0.5g煤粉，加入0.06％的H2O2，加入0.5mol/LNaOH溶液浸泡2天，采用HCl调节滤液pH值在1-2之间并静置1h。将酸提后的溶液用滤膜过滤，清洗至滤液至无色透明，滤膜干燥后称量滤出物的重量。
实施例12:将H2O2浓度改为3％,其他具体实验步骤同实施例11.
实施例13:将H2O2浓度改为6％,其他具体实验步骤同实施例11.
实施例14:将H2O2浓度改为30％,其他具体实验步骤同实施例11.
考察了浓度为0.06、3、6、30％的H2O2对煤中小分子提取物的影响，图3给出了加入不同浓度的双氧水对煤降解影响的实验结果。可以看出，煤的降解效率随双氧水浓度的增加而升高，但考虑到H2O2浓度的增加会提高实验成本，因此，选择H2O2浓度为3％。
C、铁盐催化过氧化氢处理和不经过铁盐催化过氧化氢处理对提取物的影响(实施例15-16)
实施例15:铁盐催化过氧化氢处理实验：取0.5g煤粉，加入FeCl2溶液浸泡，使煤样充分吸附Fe2+；加入3％的H2O2启动反应；搅拌后，加入0.5mol/LNaOH溶液浸泡2d，采用HCl调节滤液pH值在1-2之间并静置1h。将酸提后的溶液用滤膜过滤，清洗至滤液至无色透明，滤膜干燥后称量滤出物的重量。
实施例16:不经过铁盐催化过氧化氢处理实验：取0.5g煤粉，加入3％的H2O2，加入0.5mol/LNaOH溶液浸泡2d，采用HCl调节滤液pH值在1-2之间并静置1h。将酸提后的溶液用滤膜过滤，清洗至滤液至无色透明，滤膜干燥后称量滤出物的重量。
考察了铁盐催化氧化氢处理和不经过铁盐催化过氧化氢处理对提取物的影响，结果如图4所示。从图中可以看出，经过铁盐催化处理后煤中的提取物为未经过铁盐催化处理的1.8倍。
根据上述说明书的揭示和教导，本领域技术人员可以对上述实施例进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的进行的修改和变更也应当落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种Fenton反应降解煤的方法，其由以下步骤组成：
a.取煤样，加入FeCl2溶液浸泡，使煤样充分吸附Fe2+；
b.在35℃下，加入H2O2启动反应，其中H2O2溶液的浓度为0.06-30％；
c.加入NaOH溶液进行碱提，其中NaOH溶液的浓度为0.1-2mol/L，碱提时间为1-8天；
d.将煤样滤液置于烧杯中，用HCl调节溶液pH值在1-2之间；
e.过滤后，将滤出物进行干燥并称取其质量。
2.如权利要求1所述的Fenton反应降解煤的方法,其中NaOH溶液的浓度为0.5mol/L。
3.如权利要求1所述的Fenton反应降解煤的方法,其中碱提时间为2天。
4.如权利要求1所述的Fenton反应降解煤的方法,其中H2O2溶液的浓度为3％。
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