[發明專利]一種利用有機固體廢棄物產氫的方法

在審

• 申請號: 201910353265.2
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110038488A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 候其東;鞠美庭;甄梅楠;李婧男;陳奕
• 申請（專利權）人: 南開大學;天津拾起賣科技有限公司
• 主分類號: B01J8/08
• 分類號: B01J8/08;B01J8/10;B01J19/12;C01B3/02
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本發明屬于有機固體廢棄物資源化領域，提供一種利用有機固體廢棄物產氫的方法，其特征在于包括以下步驟：將含有氫氧根的堿性物質和水按照1:10~20:1的質量比混合，獲得堿性溶劑體系；將有機固體廢棄物和堿性溶劑體系按照1:1000~2:1的質量比混合，在零下20~150℃條件下攪拌，獲得有機固體廢棄物溶液或者懸浮液；將產氫催化劑加入到有機固體廢棄物溶液中，在光照和攪拌條件下進行產氫；反應結束后，回收未反應的剩余材料。本發明提供的方法不需要對生物質和塑料進行預處理，轉化過程不需要額外的能量投入，可以在室溫和自然光照條件下進行轉化，產氫效率高，不會造成二次污染。

技術領域

本發明屬于有機固體廢棄物處理領域，具體地涉及一種有機固體廢棄物產氫的方法。

背景技術

固體廢棄物是指人類在生產、消費、生活和其他活動中產生的固態、半固態廢棄物質，其中有機固體廢棄物主要是指廢棄的有機類物品和物質。從來源來看，主要有機固體廢棄物包括農業有機廢物（主要包括農作物秸稈藤蔓、畜禽糞便和水產廢棄物等）、工業有機廢物（主要包括高濃度有機廢水、有機廢渣等）、市政有機垃圾（主要包括園林綠化廢棄物、市政污泥、屠宰廠動物內含物、餐廚垃圾等）三大類。

利用有機固體廢棄物作為原料生產氫氣是治理環境污染開發清潔能源的有效途徑，但利用有機固體廢棄物需要苛刻的反應條件和化學轉化過程。例如，通過氣化可以將生物質分解為包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的氣態產品，并伴隨著生物炭和生物油的生成，氣化通常需要高達750 ℃的溫度來分解有機結構。熱解過程的效率低、能耗高且選擇性較低，而且獲得的氣態產品、生物炭和生物油還需要進行一系列復雜的分離純化和升級轉化過程，進一步降低了轉化效率和經濟性。

利用生物質作為產氫的原料也是實現生物質資源化的有效途徑。為了提高有機固體廢棄物轉化為氫氣的經濟性，可以采用太陽能替代熱能輸入。太陽能是一種可再生的能源，利用生物質衍生化合物作為原料光催化產氫已經有了大量的研究。最新研究證明，在KOH溶液中利用CdS/CdO_x量子點在可見光作用下直接催化未經過預處理的生物質和塑料分解產氫，但目前的產氫效率仍然很低（）。由于生物質在KOH溶液中的溶解度很低，限制了反應基質和催化劑之間的質量轉移，極大地限制了氫氣的生成速率。

設計新型光催化材料，通過調控組成結構和引入助催化劑等方式調控其溶解分散性能和光催化性能對實現生物質的高效光催化轉化是非常必要的。與此同時，開發能在室溫條件下高效溶解纖維素和半纖維素的堿性溶劑體系，有助于提高生物質與光催化劑的接觸效率，從而進一步提升光催化反應的效率。此外，由于木質素會吸收光，這也是限制光催化反應效率的重要因素，通過木質素優先解聚獲得高純度的纖維素和半纖維素，也有助于進一步提升生物質分解產氫效率。

發明內容

本發明的目的解決傳統有機固體廢棄物產氫技術成本高、能耗高、效率低且選擇性低的問題，提供一種光催化有機固體廢棄物產氫的方法。本發明提供一種利用有機固體廢棄物產氫的方法，其特征在于包括以下步驟：

將含有氫氧根的堿性物質和水按照1:10~20:1的質量比混合，獲得堿性溶劑體系；

將有機固體廢棄物和堿性溶劑體系按照1:1000~6:10的質量比混合，零下20~150 ℃條件下攪拌，獲得有機固體廢棄物溶液；

將產氫催化劑加入到有機固體廢棄物溶液中，在光照和攪拌條件下進行產氫；

反應結束后，回收未反應的剩余材料。

所述的利用有機固體廢棄物產氫的方法，其中，有機固體廢棄物包括農作物秸稈、林業廢棄物、餐廚垃圾、廢棄塑料、纖維素、半纖維素、木質素、木質纖維素、單糖、氨基酸、多糖或有機酸。