CN108144580A - 一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法及生物炭吸附剂 - Google Patents

一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法及生物炭吸附剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法及生物炭吸附剂。该方法包括将鸡粪与生物质预混后进行发酵，制得发酵鸡粪肥；将发酵鸡粪肥于无氧或贫氧的条件下热解，制得生物炭吸附剂。本发明制备的生物炭吸附剂产率高，较生物质热解碳相比提高了近100％，较新鲜鸡粪生物炭提高了近50％。新鲜鸡粪与生物质混合发酵后热解生物炭，不仅能够对生物质和畜禽粪便等废弃物资源化利用，而且可以提高生物炭的产量，所制备的生物炭吸附剂具有较好的吸附性能。

Description

一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法及生物炭吸附剂
技术领域
本发明属于吸附剂领域，更具体地，涉及一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法及生物炭吸附剂。
背景技术
据统计，我国畜禽粪便年产量约17亿吨，其中鸡鸭等家禽的粪便为1.8亿吨，畜禽粪便的处理及资源化利用已经引起人们的广泛关注，现有针对畜禽粪便的处理方式主要包括能源化、肥料化、饲料化及基料化。近年来，随着热解技术的发展，将畜禽粪便热解也成为畜禽粪便处理的新方式。
畜禽粪便的热解是指在高温及无氧或贫氧的条件下将畜禽粪便转化为生物炭、焦油及热解气的过程，是一种新的将畜禽粪便资源化、减量化和无害化处理的方式。热解所得生物炭是一种高度芳香化的固态物质，结构疏松多孔，比表面积大，还有羟基、羰基等官能团，对金属离子、有机物、氮、磷等都有较好的吸附性，其生产成本低、生态安全、无污染、可再生已经受到关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对磷的吸附性强且制备方法简单的生物炭吸附剂。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法，该方法包括：
(1)将鸡粪与生物质预混后进行发酵，制得发酵鸡粪肥；
(2)将发酵鸡粪肥于无氧或贫氧的条件下热解，制得生物炭吸附剂。
根据本发明，预混后混合物的C/N优选为20～30。
根据本发明，预混后混合物的含水率优选为55～60％。
根据本发明，所述生物质优选包括水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和花生壳中的至少一种经粉碎过筛后获得的颗粒。
根据本发明，所述粉碎过筛后获得的颗粒的粒径优选为2～7mm。
根据本发明，所述发酵的方法优选为在预混后向混合物表面喷洒菌种进行发酵。所述菌种为本领域技术人员常规使用的发酵菌种，通常选用酵母菌、枯草芽孢杆菌、固氮菌等。
根据本发明，所述发酵的时间优选为20～35天，发酵的温度优选为30-70℃。
根据本发明，所述热解的温度优选为300～800℃，热解的保温时间优选为10min～180min。更优选地，所述热解的温度为400～600℃，热解的保温时间为25min～35min。
本发明的第二方面提供由所述的方法制得的生物炭吸附剂。
本发明的优点和积极效果：
本发明制备的生物炭吸附剂产率高，较生物质热解碳相比提高了近100％，较新鲜鸡粪生物炭提高了近50％。新鲜鸡粪与生物质混合发酵后热解生物炭，不仅能够对生物质和畜禽粪便等废弃物资源化利用，而且可以提高生物炭的产量，所制备的生物炭吸附剂具有较好的吸附性能。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
将新鲜的鸡粪与粒径为5mm的小麦秸秆混合，调节C/N比为20，含水率为55％，添加菌种，混合发酵25天。取发酵好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在500℃条件下保温90min，制得生物炭吸附剂T1。
实施例2
将新鲜的鸡粪与稻壳混合，调节C/N比为25，含水率为50％，添加菌种，混合发酵30天。取发酵好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在600℃条件下保温15min，制得生物炭吸附剂T2。
实施例3
将新鲜的鸡粪与粒径为3mm的小麦秸秆混合，调节C/N比为23，含水率为52％，添加菌种，混合发酵35天。取发酵好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在300℃条件下保温30min，制得生物炭吸附剂T3。
实施例4
将新鲜的鸡粪与粒径为5mm的小麦秸秆混合，调节C/N比为20，含水率为55％，添加菌种，混合发酵25天。取发酵好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在500℃条件下保温30min，制得生物炭吸附剂T4。
实施例5
将新鲜的鸡粪与稻壳混合，调节C/N比为25，含水率为50％，添加菌种，混合发酵30天。取发酵好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在600℃条件下保温30min，制得生物炭吸附剂T5。
实施例6
将新鲜的鸡粪与粒径为3mm的小麦秸秆混合，调节C/N比为23，含水率为52％，添加菌种，混合发酵35天。取发酵好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在400℃条件下保温30min，制得生物炭吸附剂T6。
对比例1
将新鲜的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在500℃条件下保温90min，制得生物炭吸附剂D1。
对比例2
将粒径为5mm的小麦秸秆加入热解炉，通入N2做保护气，在500℃条件下保温90min，制得生物炭吸附剂D2。
对比例3
将新鲜的鸡粪与稻壳混合，调节C/N比为25，含水率为50％，将混合好的鸡粪加入热解炉，通入N2做保护气，在600℃条件下保温15min，制得生物炭吸附剂D3。
实施例及对比例的热解产率对比情况如表1所示。
表1实施例及对比例的热解产率对比情况表
由表1可知，实施例的热解产率明显高于对比例。实施例中，当热解的温度为400～600℃、热解的保温时间为25min～35min时，产率尤其高。
在700℃的热解温度下水稻秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆、新鲜鸡粪的热解产率分别为24.49％、22.01％、20.95％、22.15％、21.36％、32.14％，而发酵鸡粪700℃下的产率高达47.41％，较生物质热解碳得到的生物炭吸附剂相比提高了近100％，较新鲜鸡粪制得的生物炭吸附剂提高了近50％。
测试例：
分别取0.05g的T1、T2、T3、T4、T5、T6、D1、D2、D3加入到30ml浓度为100mg/L的磷酸二氢钾中，调剂pH值为6，在25℃下保温震荡2h，测定磷的单位吸附量，其结果如表2所示。
表2实施例及对比例制得的生物炭吸附剂吸附效果对比情况表
由上表可以看出，实施例的磷单位吸附量高于对比例的单位吸附量。实施例中，当热解的温度为400～600℃、热解的保温时间为25min～35min时，对磷的吸附量(mg/g)更高。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将鸡粪与生物质预混后进行发酵，制得发酵鸡粪肥；
(2)将发酵鸡粪肥于无氧或贫氧的条件下热解，制得生物炭吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，预混后混合物的C/N为20～30。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，预混后混合物的含水率为55～60％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生物质包括水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和花生壳中的至少一种经粉碎过筛后获得的颗粒。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述粉碎过筛后获得的颗粒的粒径为2～7mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵的方法为在预混后向混合物表面喷洒菌种进行发酵。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵的时间为20～35天，发酵的温度为30-70℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热解的温度为300～800℃，热解的保温时间为10min～180min。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热解的温度为400～600℃，热解的保温时间为25min～35min。
10.由权利要求1-9中任意一项所述的方法制得的生物炭吸附剂。
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