[發明專利]一種利用生物質焦處理工業廢水并制備石墨型多孔碳材料的方法

有效

• 申請號: 201711139135.6
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107814385B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 胡松;陳小芳;向軍;任強強;何立模;廖廣;張玉飛;張雅妮;蘇勝;汪一;許凱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;C01B32/205;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22;C02F101/20
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;陳璐

本發明涉及一種利用生物質焦處理工業廢水并制備石墨型多孔碳材料的方法，其包括如下步驟：S1.生物質固體廢棄物經熱解轉變為生物質焦，生物質焦經酸洗脫灰與改性處理得碳基吸附材料；S2.將工業廢水進行預處理，投入適量S1所得碳基吸附材料，充分混合吸附后，固液分離，得到吸附有金屬離子和部分酸根離子的固體物質；S3.取S2所得固體物質適量，在一定溫度下于惰性氣氛中發生活化造孔與催化石墨化反應，得石墨型多孔碳材料。本發明的有益效果為，將生物質固體廢棄物、廢水處理和石墨型多孔碳材料制備結合起來，降低了制備石墨型多孔碳材料的原料成本，提出了廢棄物中有效物質向多應用性材料轉化的概念，實現了生物質固體廢棄物和工業廢水的資源化利用。

技術領域

本發明屬于生物質固體廢棄物和工業廢水處理及資源化利用領域，具體涉及一種利用生物質焦處理工業廢水并制備石墨型多孔碳材料的方法。

背景技術

石墨型多孔碳材料因其良好的導電性能、較高的比表面積和化學穩定性等優點被廣泛地用作電極材料。目前，工業用石墨化多孔碳材料主要以瀝青和煤炭等化石燃料為原料，在2000℃以上高溫下進行無氧煅燒所制得。其原料來源受限，成本過高且該石墨化反應過程中所需較高的反應溫度，導致過多的能源消耗，石墨型多孔碳材料的制備成本頗高。因此，找到低成本的合適碳源以減少制備成本是石墨型多孔碳材料生產應用的重要研究方向。包括樹皮、秸稈、鋸末、稻糠等在內的農林廢棄物來源廣泛、儲量巨大，其資源化處理問題一直備受關注，此類具有較高碳含量的生物質廢棄物得以逐漸應用于催化石墨化研究領域。相關研究表明，在農林廢棄物石墨化過程中加入含有Fe、Ni、Cr、Cu等金屬元素的單質及其化合物可有效降低催化石墨化反應溫度至900℃。

隨著城市化發展的推進，工業生產過程中產生的大量廢水也日益增多，工業廢水中含有過量金屬離子及酸根離子，其直接排放會對水體、土壤以及人體健康產生嚴重危害。因此，如何有效降低工業廢水中有害物含量使其達到國家要求的排放標準是工業廢水處理過程中備受關注的問題。目前，常見的物理、化學及生物處理方法易在處理過程中造成二次污染，且未能實現廢水中金屬元素的再利用，使得處理成本偏高。

綜合考慮石墨型多孔碳材料制備及工業廢水處理兩方面存在的問題，尋求將兩者關聯起來的方法，有望實現治理工業廢水的同時，在相對較低的溫度下(900℃左右)獲取高附加值的石墨型多孔碳材料。

發明內容

本發明提供一種利用生物質焦處理工業廢水并制備石墨型多孔碳材料的方法，旨在對生物質廢棄物有效利用，利用生物質熱解產生的生物質焦對工業廢水中的金屬離子及有機污染物進行吸附處理，然后吸附后的中間產物在相對較低的溫度下催化石墨化獲得高附加值的石墨型多孔碳材料。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種利用生物質焦處理工業廢水并制備石墨型多孔碳材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.生物質固體廢棄物經熱解轉變為生物質焦，生物質焦經酸洗脫灰與改性處理得碳基吸附材料；

S2.將工業廢水進行預處理，然后將S1所得碳基吸附材料投入預處理后的工業廢水中，充分混合吸附后，固液分離并烘干，得到吸附有金屬離子和部分酸根離子的固體物質；

S3.將S2所得固體物質置于惰性氣氛中，煅燒處理，發生活化造孔與催化石墨化反應，得所述石墨型多孔碳材料。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以有如下進一步的具體選擇。

具體的，S1中生物質固體廢棄物的熱解溫度為300-700℃。其中，生物質固體廢棄物優選使用樹皮、秸稈、鋸末和稻糠等農林廢棄物中的一種或多種的組合。可以理解的是，生物質固體廢物也可以進一步擴展為生活垃圾經分揀后灰分含量低、碳含量高的物質，本領域的技術人員可根據具體生物質廢棄物的種類，對熱解溫度做出更具體選擇。需要說明的是，熱解過程中產生的熱解氣也可收集后作燃燒使用。