CN116328725A - 一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用 - Google Patents
一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116328725A CN116328725A CN202310333013.XA CN202310333013A CN116328725A CN 116328725 A CN116328725 A CN 116328725A CN 202310333013 A CN202310333013 A CN 202310333013A CN 116328725 A CN116328725 A CN 116328725A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biochar
- anaerobic fermentation
- tailings
- magnetized
- cerium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 108
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 23
- MEXSQFDSPVYJOM-UHFFFAOYSA-J cerium(4+);disulfate;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Ce+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O MEXSQFDSPVYJOM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 11
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 11
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- 206010003210 Arteriosclerosis Diseases 0.000 description 1
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010018001 Gastrointestinal perforation Diseases 0.000 description 1
- 206010061459 Gastrointestinal ulcer Diseases 0.000 description 1
- 206010019233 Headaches Diseases 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 1
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 1
- 206010028813 Nausea Diseases 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010047700 Vomiting Diseases 0.000 description 1
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000011775 arteriosclerosis disease Diseases 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 230000002124 endocrine Effects 0.000 description 1
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004153 glucose metabolism Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 230000001339 gustatory effect Effects 0.000 description 1
- 231100000869 headache Toxicity 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004356 hydroxy functional group Chemical class O* 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 210000003292 kidney cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 210000005229 liver cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 230000008693 nausea Effects 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 1
- 230000004792 oxidative damage Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 231100000397 ulcer Toxicity 0.000 description 1
- 230000008673 vomiting Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0207—Compounds of Sc, Y or Lanthanides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0274—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04 characterised by the type of anion
- B01J20/0281—Sulfates of compounds other than those provided for in B01J20/045
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J20/28009—Magnetic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，所述生物炭由厌氧发酵尾渣为原料，经磁化后铈改性得到。本发明还具体公开了其制备方法，以厌氧发酵尾渣为原料，采用FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O等对生物炭进行改性，以改性生物炭复合材料为吸附剂，根据厌氧发酵尾渣和生物炭的特点，将二者有机结合，既解决了厌氧发酵残余物存在的问题，又实现了水体中Cr(Ⅵ)的去除，对推进厌氧发酵尾渣资源化利用和高效去除水体中Cr(Ⅵ)具有深远的影响。
Description
技术领域
本发明属于吸附剂材料制备技术领域，具体涉及一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用。
背景技术
铬(Cr)是一种典型的重金属，在自然界中一般以Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)两种价态存在。Cr(Ⅲ)通常以羟基复合物的形式存在，包括Cr(OH)2+、Cr(OH)2 +、Cr(OH)3、Cr(OH)4 -等，Cr(Ⅲ)的毒性较小，还是人体必须的微量元素，当人体缺少Cr(Ⅲ)时可能会出现动脉硬化等疾病；Cr(Ⅲ)还能激活胰岛素促进糖代谢，但过量的Cr(Ⅲ)引起头痛、恶心、呕吐等不良反应，同时会影响肺部的正常工作。Cr(Ⅵ)的存在状态和pH有关，在水体中主要以HCrO4 -、CrO4 2-、Cr2O7 2-等形式存在。Cr(Ⅵ)的毒性大约是Cr(Ⅲ)的100倍，会对人体的DNA造成氧化损伤，进而导致DNA链断裂以及阻断DNA之间的交联；同时，Cr(Ⅵ)具有刺激性、腐蚀性和强氧化性，会影响人体肝脏、肾脏和内分泌等系统的正常工作，还会通过干扰人体内的氧化还原反应、水解反应和蛋白质的合成等影响人体健康。当水中Cr(Ⅵ)的浓度在0.015-0.050mg/m3时，在短时间内大量接触会造成人体嗅觉和味觉功能的丧失，长时间饮用能够引起肠道炎症，造成肠胃穿孔和溃疡等，还会导致肝细胞和肾脏细胞的变性坏死，进而诱发癌症等疾病。因此，解决水体Cr(Ⅵ)污染问题刻不容缓，对保护人类的健康具有重要意义。
对于处理含铬废水，国内外已经有较多的方法，按照处理原理可以分为三大类：物理，化学和生物处理。每一种技术都有一定的优势，同样也存在着不足。对于自然水体中重金属离子的去除，吸附法具有高效率，成本低，易操作和吸附剂可再生重复利用等优势，在实际生产中吸附法被广泛采用于废水中重金属离子的治理。
在众多吸附材料中，生物炭因其生物质来源丰富，制备简单，成本低廉，且具有较大的比表面积和孔体积，以及丰富的官能团等优点适合用做处理废水中Cr(Ⅵ)的吸附剂。生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能受到制备原料的影响，当前研究主要集中在以植物残体为原料制备的生物炭，而对以厌氧发酵尾渣为原料制备生物炭的研究相对较少。厌氧发酵作为一种新能源技术，在处理有机废弃物的同时还可以产生沼气，因此得到了大力推广，然而，在厌氧发酵产沼气的同时会伴随尾渣的产生，尾渣难以消纳和二次利用，严重阻碍了厌氧发酵技术的发展，但尾渣中碳含量很高，可用于制备生物炭，而厌氧发酵尾渣生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能尚未明确。因此，本项目以厌氧发酵尾渣为原料制备生物炭并进行改性，研究改性生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能，以期为利用生物炭吸附环境中的Cr(Ⅵ)提供理论依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，同时提供其制备方法与应用是本发明的又一发明目的。
为达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，由厌氧发酵尾渣为原料，经磁化后铈改性得到。
所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)生物炭的制备
以厌氧发酵尾渣为原材料制备厌氧发酵尾渣生物炭；
2)制备磁化厌氧发酵尾渣生物炭
将厌氧发酵尾渣生物炭与一定量的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O充分混合后，加入氨水，于55-95℃下水浴搅拌反应1-2h制得磁化厌氧发酵尾渣生物炭；
3)生物炭的改性
以四水硫酸铈溶液为改性剂，采用浸渍法对磁化厌氧发酵尾渣生物炭进行改性，即得铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭。
优选地，步骤1)中，生物炭通过以下步骤制备得到：将厌氧发酵尾渣烘干后，粉碎、过网，置于管式炉升温至400～900℃，保温180min，自然降至室温即得生物炭；所述管式炉升温速率为15-20℃·min-1。升温速率是保证生物炭品质的重要影响因素之一，升温速率过高，不利于初始孔隙形成，生物炭产率相对较低，升温速率过低，生物炭机械强度会下降。其次，热解温度越高，生物质的空隙发育越完全，但过高的热解温度也会导致生物质的空隙架构坍塌。
进一步优选地，所述厌氧发酵尾渣的烘干温度为100～105℃，烘干时间为23-25h；过筛采用50-80目不锈钢筛网。
步骤2)中，所述厌氧发酵尾渣生物炭、FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、氨水的用量比为：(6-10)g:(5-20)g:(5-20)g:(10-20)ml；本发明中，加入氨水的目的是产生的氨气能促进三价铁向零价铁转化，之所以选择FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O按照(5-20)g:(5-20)g混合，原因在于便于生物炭使用过程中的固液分离。
步骤3)中，浸渍过程为将磁化厌氧发酵尾渣生物炭浸渍在四水硫酸铈溶液中，浸渍时间6～9h，浸渍温度为20～30℃；浸渍过程中，所使用的四水硫酸铈的浓度为1.0～2.0g·L-1，磁化厌氧发酵尾渣生物炭与改性剂溶液的用量比为(0.5～1.5)g:(50～150)ml。
利用所述的铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭去除含铬废水中Cr(Ⅵ)的方法，在填充滤柱底部填充5-20目的石英砂1-1.5cm，其上再填充50-150目的石英砂0.2-0.5cm，作为承托层以防治吸附剂的流失，在底部石英砂和上面石英砂中间是铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，控制含铬废水的流速为1.3-1.5mL·min-1，pH4.5-5.5。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：以厌氧发酵尾渣为原料，采用FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O等对生物炭进行改性，以改性生物炭复合材料为吸附剂，根据厌氧发酵尾渣和生物炭的特点，将二者有机结合，既解决了厌氧发酵残余物存在的问题，又实现了水体中Cr(Ⅵ)的去除，对推进厌氧发酵尾渣资源化利用和高效去除水体中Cr(Ⅵ)具有深远的影响。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的扫描电镜照片(左图为改性前，右图为改性后)。
具体实施方式
以下是本发明的几个具体实施例，以进一步说明本发明，但本发明的保护范围不限于这些实施例。
实验例1
一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，由厌氧发酵尾渣为原料，经磁化后铈改性得到。
其制备方法，包括以下步骤：
1)生物炭的制备
以厌氧发酵尾渣为原材料制备厌氧发酵尾渣生物炭；
生物炭通过以下步骤制备得到：将厌氧发酵尾渣100℃烘干24h后，粉碎、过60目不锈钢筛网，置于管式炉升温至700℃，保温180min，自然降至室温即得生物炭；所述管式炉的升温速率为18℃·min-1；
2)制备磁化厌氧发酵尾渣生物炭
将厌氧发酵尾渣生物炭与一定量的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O充分混合后，加入氨水，于75℃下水浴搅拌反应1.5h制得磁化厌氧发酵尾渣生物炭；所述厌氧发酵尾渣生物炭、FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、氨水的用量比为：8g:15g:15g:15ml；
3)生物炭的改性
以四水硫酸铈溶液为改性剂，采用浸渍法对磁化厌氧发酵尾渣生物炭进行改性，即得铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭；所述浸渍过程为将磁化厌氧发酵尾渣生物炭浸渍在四水硫酸铈溶液中，浸渍时间7h，浸渍温度为25℃；浸渍过程中，所使用的四水硫酸铈的浓度为1.5g·L-1，磁化厌氧发酵尾渣生物炭与改性剂溶液的用量比为1.0g:100ml。
实施例2
一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，由厌氧发酵尾渣为原料，经磁化后铈改性得到。
所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)生物炭的制备
以厌氧发酵尾渣为原材料制备厌氧发酵尾渣生物炭；
生物炭通过以下步骤制备得到：将厌氧发酵尾渣105℃烘干23h后，粉碎、过50目不锈钢筛网，置于管式炉升温至400℃，保温180min，自然降至室温即得生物炭；所述管式炉升温速率为15℃·min-1；
2)制备磁化厌氧发酵尾渣生物炭
将厌氧发酵尾渣生物炭与一定量的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O充分混合后，加入氨水，于55℃下水浴搅拌反应1h制得磁化厌氧发酵尾渣生物炭；所述厌氧发酵尾渣生物炭、FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、氨水的用量比为：6g:5g:5g:10ml；
3)生物炭的改性
以四水硫酸铈溶液为改性剂，采用浸渍法对磁化厌氧发酵尾渣生物炭进行改性，即得铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭；所述浸渍过程为将磁化厌氧发酵尾渣生物炭浸渍在四水硫酸铈溶液中，浸渍时间6h，浸渍温度为20℃；浸渍过程中，所使用的四水硫酸铈的浓度为1.0g·L-1，磁化厌氧发酵尾渣生物炭与改性剂溶液的用量比为0.5g:50ml。
实施例3
一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，由厌氧发酵尾渣为原料，经磁化后铈改性得到。
所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)生物炭的制备
以厌氧发酵尾渣为原材料制备厌氧发酵尾渣生物炭；
生物炭通过以下步骤制备得到：将厌氧发酵尾渣100℃烘干25h后，粉碎、过80目不锈钢筛网，置于管式炉升温至900℃，保温180min，自然降至室温即得生物炭；所述管式炉升温速率为20℃·min-1；
2)制备磁化厌氧发酵尾渣生物炭
将厌氧发酵尾渣生物炭与一定量的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O充分混合后，加入氨水，于95℃下水浴搅拌反应2h制得磁化厌氧发酵尾渣生物炭；所述厌氧发酵尾渣生物炭、FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、氨水的用量比为：10g:20g:20g:20ml；
3)生物炭的改性
以四水硫酸铈溶液为改性剂，采用浸渍法对磁化厌氧发酵尾渣生物炭进行改性，即得铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭；所述浸渍过程为将磁化厌氧发酵尾渣生物炭浸渍在四水硫酸铈溶液中，浸渍时间9h，浸渍温度为30℃；浸渍过程中，所使用的四水硫酸铈的浓度为2.0g·L-1，磁化厌氧发酵尾渣生物炭与改性剂溶液的用量比为1.5g:150ml。
对比例1
本对比例所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，其制备方法同实施例1，不同之处在于：四水硫酸铈的浓度为0.3g·L-1。
对比例2
本对比例所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，其制备方法同实施例1，不同之处在于：四水硫酸铈的浓度为5.0g·L-1。
性能测试例1本发明产品的结构表征
对实施例1制备得到的铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭进行XRD分析，结果见图1所示，从图1可以看出，XRD分析生物炭的晶体结构表明，Fe3O4颗粒成功合成并负载到生物炭上。为说明效果，本发明附图给出了实施例1制备的铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，其他实施例制备得到的晶体结构同样得到了一致的结论。
性能测试例2本发明实施例1-3及对比例1-2的复合材料对含铬废水中Cr(Ⅵ)吸附性能测试
以实施例1-3和对比例1-2制备的生物炭复合材料为例，测试复合材料去除含铬废水中Cr(Ⅵ)的效果。具体吸附方法为：采用填充滤柱的方法进行吸附，在填充滤柱底部填充5-20目的石英砂1-1.5cm，其上再填充50-150目的石英砂0.2-0.5cm，作为承托层以防治吸附剂的流失，在底部石英砂和上面石英砂中间是铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，控制含铬废水的流速为1.3-1.5mL·min-1，pH5。
表1复合材料去除含铬废水中Cr(Ⅵ)的效果
由表1的结果可知，本发明的实施例1-3的吸附量均达到了20mg/g以上。当四水硫酸铈的浓度超过1.0～2.0g·L-1范围时，Cr(Ⅵ)吸附量显著降低。
性能测试例3反应前后材料的扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)观察
利用扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对反应前后材料表面的形貌进行表征，图1是铈改性前后材料的扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)，从图1可以看出，经过铈改性后，有大量的颗粒出现在生物炭的表面。
性能测试例4不同pH条件下，本发明磁性生物炭复合材料去除水中Cr(Ⅵ)的影响
以实施例1制备得到的铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭为例，按照以下步骤进行处理：在填充滤柱底部填充5-20目的石英砂1.5cm，其上再填充50-150目的石英砂0.4cm，作为承托层以防治吸附剂的流失，在底部石英砂和上面石英砂中间填充铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，控制含铬废水的流速为1.3-1.5mL·min-1，控制吸附温度为25℃，控制pH分别为2、2.5、3、4.5、5.5和6，得到不同pH条件下，本发明磁性生物炭复合材料的Cr(Ⅵ)去除结果见下表所示。
表2不同pH条件下，磁性生物炭复合材料的Cr(Ⅵ)去除结果
从上表的结果表明，pH值为4.5-5.5，时Cr(Ⅵ)去除效果最好，达到20.5mg·g-1。
性能测试例5不同吸附温度对Cr(Ⅵ)离子去除的影响
以实施例1制备得到铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭为例实验过程同性能测试例4，不同之处在于，在pH值为4.5下，吸附温度为分别调整为10℃、15℃、20℃、30℃和40℃。
| 吸附温度/℃ | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 |
| Cr(Ⅵ)去除量 | 12.4 | 15 | 22.5 | 20.2 | 13 |
结果表明，吸附温度从10℃上升到40℃的过程中，铈改性生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量呈现先增加后减少的趋势，当在20-30℃时，吸附量达到最大，为22.5mg·g-1。
实验例3磁性生物炭复合材料修复铬污染水体的柱实验模拟研究
近年来，填充滤柱作为一种高效的污染物修复体系，被广泛应用于地下水、工业/生活废水和饮用水的处理。因此，本研究以本发明磁性生物炭复合材料为研究对象，在室内通过柱实验模拟研究磁性生物炭复合材料修复铬污染水体的过程，重点就该体系对铬污染水体修复效率及长效性进行综合评估。
具体评估方法为：底部填充5-20目的石英砂1-1.5cm，其上再填充50-150目的石英砂0.2-0.5cm，作为承托层以防治吸附剂的流失，在底部石英砂和上面石英砂中间，即中间是生物炭，是吸附剂。流速可以直接影响改性生物炭与Cr(Ⅵ)的接触时间，是动态吸附的重要参数之一，控制进水流速范围为1.0-5.0mL·min-1，
随着进水流速的增加，吸附柱对Cr(Ⅵ)的去除率和吸附容量都有所下降，穿透时间也进一步缩短，当进水流量为1.3-1.5mL·min-1时，吸附柱对Cr(Ⅵ)的去除率和吸附总量相对较高，且在510min之后才达到穿透点。
以上所述实施例为该发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，其特征在于，由厌氧发酵尾渣为原料，经磁化后铈改性得到。
2.权利要求1所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)生物炭的制备
以厌氧发酵尾渣为原材料制备厌氧发酵尾渣生物炭；
2)制备磁化厌氧发酵尾渣生物炭
将厌氧发酵尾渣生物炭与一定量的FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O充分混合后，加入氨水，于55-95℃下水浴搅拌反应1-2h制得磁化厌氧发酵尾渣生物炭；
3)生物炭的改性
以四水硫酸铈溶液为改性剂，采用浸渍法对磁化厌氧发酵尾渣生物炭进行改性，即得铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭。
3.根据权利要求2所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)中，生物炭通过以下步骤制得：将厌氧发酵尾渣烘干后，粉碎、过筛，置于管式炉中升温至400～900℃后，保温180min，自然降至室温，即得到生物炭；所述管式炉的升温速率为15-20℃·min-1。
4.根据权利要求3所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，其特征在于，所述厌氧发酵尾渣的烘干温度为100～105℃，烘干时间为23-25h；
过筛采用50-80目不锈钢筛网。
5.根据权利要求2所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述厌氧发酵尾渣生物炭、FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、氨水的用量比为：(6-10)g:(5-20)g:(5-20)g:(10-20)ml。
6.根据权利要求2所述的一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤3)中，浸渍过程为将磁化厌氧发酵尾渣生物炭浸渍在四水硫酸铈溶液中，浸渍时间6～9h，浸渍温度为20～30℃；浸渍过程中，所使用的四水硫酸铈的浓度为(1.0-2.0)g·L-1，磁化厌氧发酵尾渣生物炭与改性剂溶液的用量比为(0.5～1.5)g:(50～150)ml。
7.利用权利要求1所述的铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭去除含铬废水中Cr(Ⅵ)的方法，其特征在于，在填充滤柱底部填充5-20目的石英砂1-1.5cm，其上再填充50-150目的石英砂0.2-0.5cm，作为承托层以防治吸附剂的流失，在底部石英砂和上面石英砂中间填充铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭，控制含铬废水的流速为1.3-1.5mL·min-1，pH4.5-5.5，吸附温度在20-30℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310333013.XA CN116328725A (zh) | 2023-03-30 | 2023-03-30 | 一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310333013.XA CN116328725A (zh) | 2023-03-30 | 2023-03-30 | 一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116328725A true CN116328725A (zh) | 2023-06-27 |
Family
ID=86894669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310333013.XA Pending CN116328725A (zh) | 2023-03-30 | 2023-03-30 | 一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116328725A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107138138A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-09-08 | 西南科技大学 | 改性海绵皮革吸附重金属材料的制备方法 |
| CN111377429A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-07 | 中国环境科学研究院 | 一种有机废物沼渣热解制备的生物炭及循环利用方法 |
| CN113481089A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-08 | 河南财政金融学院 | 一种提高沼气中甲烷含量的两相厌氧发酵系统 |
| CN114259985A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-01 | 中州水务控股有限公司 | 一种厨余垃圾作为生物质制备生物炭的方法 |
| CN115090262A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-23 | 湖南仁和环保科技有限公司 | 磷酸铈改性沼渣生物炭及其制备方法和应用 |
-
2023
- 2023-03-30 CN CN202310333013.XA patent/CN116328725A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107138138A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-09-08 | 西南科技大学 | 改性海绵皮革吸附重金属材料的制备方法 |
| CN111377429A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-07 | 中国环境科学研究院 | 一种有机废物沼渣热解制备的生物炭及循环利用方法 |
| CN113481089A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-08 | 河南财政金融学院 | 一种提高沼气中甲烷含量的两相厌氧发酵系统 |
| CN114259985A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-01 | 中州水务控股有限公司 | 一种厨余垃圾作为生物质制备生物炭的方法 |
| CN115090262A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-23 | 湖南仁和环保科技有限公司 | 磷酸铈改性沼渣生物炭及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JINGWEN PAN等: "Waste-to-resources: Green preparation of magnetic biogas residues-based biochar for effective heavy metal removals", 《SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT》, vol. 737, 17 June 2020 (2020-06-17), pages 140283, XP086228797, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140283 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104961313B (zh) | 一种增强厌氧消化污泥重金属稳定化过程的方法 | |
| Zhang et al. | Removal of ammonia nitrogen and phosphorus by biochar prepared from sludge residue after rusty scrap iron and reduced iron powder enhanced fermentation | |
| CN108311153B (zh) | 负载纳米级ZnO的磁性生物炭复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN108126657B (zh) | 磁性猪粪生物炭及其制备方法 | |
| CN105536703A (zh) | 一种一步合成磁性生物炭的制备方法 | |
| Fu et al. | Hierarchically porous magnetic biochar as an efficient amendment for cadmium in water and soil: Performance and mechanism | |
| CN110756168A (zh) | 用于吸附废水中四环素的改性生物炭的制备方法及其应用 | |
| Pokharel et al. | Biochar-assisted wastewater treatment and waste valorization | |
| Feng et al. | In-situ formed Prussian blue nanoparticles supported by porous biochar as highly efficient removal of cesium ions | |
| CN110652964A (zh) | 一种磁性铁基生物炭复合材料、制备方法及应用 | |
| CN112619600A (zh) | 一种利用植物废弃物制备改性生物炭的方法及应用 | |
| Gao et al. | Preparation of spiramycin fermentation residue derived biochar for effective adsorption of spiramycin from wastewater | |
| CN111285574B (zh) | 一种底泥重金属污染修复剂的制备方法及其应用 | |
| Ahmad et al. | Microwave-assisted hydrothermal treatment of soybean residue and chitosan: Characterization of hydrochars and role of N and P transformation for Pb (II) removal | |
| Tan et al. | Efficient removal of ammonium in aqueous solution by ultrasonic magnesium-modified biochar | |
| CN111729654A (zh) | 一种改性槐树叶生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN111715194A (zh) | 一种改性银杏叶生物炭的制备方法及应用 | |
| CN113636734B (zh) | 一种载铁掺氮复合碳材料联合热水解预处理强化剩余污泥厌氧消化产甲烷效能的方法 | |
| Sun et al. | Adsorption of sulfonamides in aqueous solution on reusable coconut-shell biochar modified by alkaline activation and magnetization | |
| Shao et al. | Two-step pyrolytic preparation of biochar for the adsorption study of tetracycline in water | |
| CN114931929A (zh) | 一种铁基污泥/塑料复合生物炭吸附材料，及其制备方法和应用 | |
| Dong et al. | Porous biochar derived from waste distiller's grains for hexavalent chromium removal: adsorption performance and mechanism | |
| CN113893824A (zh) | 一种以废弃绿茶渣为原料的金属钒高效吸附-还原材料的制备及其应用 | |
| KR102199095B1 (ko) | 악취 저감 및 부피 감량을 위한 생활 폐기물의 처리 방법 | |
| CN116328725A (zh) | 一种铈改性磁化厌氧发酵尾渣生物炭及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |