專利名稱：一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大量產(chǎn)生的餐廚垃圾的處理處置，屬于環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用領(lǐng)域的固體廢棄物處理新技術(shù)，尤其適合于有機(jī)類固體廢棄物的處理和高附加值資源化利用。
背景技術(shù)：
目前，我國餐飲業(yè)和家庭廚房大量產(chǎn)生的餐廚類垃圾的主要處理手段是混入一般生活垃圾焚燒、填埋或進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)沼氣、作飼料等。焚燒法處理餐廚垃圾減容減量效率明顯，但由于餐廚垃圾含水率高，熱值較低，燃燒時(shí)需添加輔助燃料需要消耗大量的能量；垃圾填埋造成的垃圾圍城現(xiàn)象越來越突出，填埋場(chǎng)地日益緊缺，并且垃圾滲濾液污染地下水的問題也越來越被人們所關(guān)注，因此填埋方式并不適合用于餐廚垃圾的處置；生物轉(zhuǎn)化法的周期比較長，再加上餐廚垃圾中伴有塑料包裝材料等難以生物降解的成分使這類垃圾的生物轉(zhuǎn)化受到較大程度的限制。因此，開發(fā)高效、潔凈的餐廚垃圾資源化處理技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鐵/炭納米復(fù)合材料由于炭的負(fù)載作用使得納米鐵不易團(tuán)聚，同時(shí)保持了納米鐵粒徑小，比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，在磁、催化、選擇吸附、電池等領(lǐng)域有著廣泛的用途。目前關(guān)于鐵/炭復(fù)合納米材料的制備方法有很多，主要有化學(xué)沉淀法、浸漬法、氣相沉積法等。這些方法基本上都采用純碳水化合物作為原料，制備工藝手段復(fù)雜，生產(chǎn)成本高昂，不利于工業(yè)化推廣。餐廚垃圾由于含水率高，易降解有機(jī)組分豐富，不當(dāng)?shù)奶幚硖幹梅椒ㄈ缫庖鸲挝廴竞唾Y源浪費(fèi)。本發(fā)明針對(duì)餐廚垃圾難以處理及鐵/炭復(fù)合納米材料生產(chǎn)工藝的不足， 利用餐廚垃圾作為碳源，采用水熱炭化的方法直接炭化負(fù)載制備鐵/炭納米復(fù)合材料。方法簡便，工藝穩(wěn)定可靠，成本低廉，二次污染小，易于工業(yè)推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前我國餐廚垃圾量大、處理技術(shù)匱乏、再生循環(huán)利用困難的現(xiàn)狀，提供一種餐廚垃圾水熱法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，實(shí)現(xiàn)這類廢棄物的該附加值循環(huán)利用。其特征是將餐廚垃圾經(jīng)簡單預(yù)處理后，在特定的催化劑催化條件下實(shí)施水熱處理， 反應(yīng)完畢后分離、清洗、干燥即得產(chǎn)品，合成過程中的水可以循環(huán)利用。具體工藝包括以下幾個(gè)步驟1、將餐廚垃圾中大塊骨頭及塑料分離去除，然后放入水熱反應(yīng)釜中，根據(jù)需要可以將原材料進(jìn)行破碎。2、向反應(yīng)釜中添加水分，調(diào)整原料的固液比為(0.5-1) 10，攪拌均勻后加蓋密封，在80-10(TC條件下加熱反應(yīng)釜30-60分鐘，使餐廚垃圾充分糊化，然后停止加熱。3、打開反應(yīng)釜蓋，向反應(yīng)釜中迅速加入硝酸鐵或氯化鐵或硫酸鐵的鹽溶液，鐵鹽的加入量按每公斤餐廚垃圾干物質(zhì)重0. 50-1. 0摩爾計(jì)算；攪拌均勻后加蓋密封，迅速升高溫度至180-200°C，保持2-M小時(shí)后停止加熱。4、待反應(yīng)釜冷卻至室溫后，過濾分離固液兩相，并用一定量的水洗滌固相產(chǎn)物，在
380-105°C溫度下干燥，得到鐵/炭納米材料復(fù)合體；液相回流到反應(yīng)釜循環(huán)利用。上述工藝具有操作簡便，流程短，效率高，所需試劑劑少等優(yōu)點(diǎn)。該工藝所述的反應(yīng)在密閉容器內(nèi)進(jìn)行，可以有效控制氣味的擴(kuò)散，水分循環(huán)利用，避免了污水的產(chǎn)生，產(chǎn)品可以用做催化材料和功能吸附材料，具有良好的應(yīng)用前景。下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施方案進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1是餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的工藝流程圖。圖2是用餐廚垃圾制備的鐵/碳納米復(fù)合材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片，其中a、b是合成產(chǎn)品的照片，c、d是除碳后剩余骨架的照片，顯示復(fù)合材料呈現(xiàn)出殼核式的微米球及納米線結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面給出的實(shí)施例擬對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法，具體包括下列步驟按照?qǐng)D1所示工藝流程，選取去除塑料及骨頭的餐廚垃圾原料40克，粉碎成糊狀， 添加20毫升去離子水，在水浴加熱條件下(80°C )快速攪拌30分鐘，隨后緩慢加入10毫升硝酸鐵(0.4摩爾/L)溶液，繼續(xù)攪拌10分鐘。將混合液移入100毫升密封容彈內(nèi)，升溫到180°C保溫18小時(shí)，停止加熱后快速冷卻，將混合液轉(zhuǎn)移出來，壓濾分離，液體回流進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)，固體產(chǎn)品經(jīng)去離子水重復(fù)洗三次，過濾后在80°C下干燥M小時(shí)，研磨制得3. 5克鐵炭復(fù)合納米材料，對(duì)復(fù)合物及灰分的形貌進(jìn)行電鏡分析(圖幻，表明鐵炭復(fù)合物以殼核式微米球及納米線結(jié)構(gòu)存在，元素分析表明復(fù)合材料中炭含量61. %,氫含量5. 68%，氮含量5. 48%,磷含量0. 74%,鐵含量5. 48% ο實(shí)施例2一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法，具體包括下列步驟按照?qǐng)D1所示工藝流程，選取去除塑料及骨頭的餐廚垃圾原料80克，粉碎成糊狀， 添加50毫升去離子水，在水浴加熱條件下90°C快速攪拌30分鐘，隨后緩慢加入20毫升氯化鐵(0.4摩爾/L)溶液，繼續(xù)攪拌10分鐘。將混合液移入100毫升密封容彈內(nèi)，升溫到 180°C保留20小時(shí)，停止加熱后快速冷卻，將混合液轉(zhuǎn)移出來，壓濾分離，液體回流進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)，固體產(chǎn)品經(jīng)去離子水重復(fù)洗三次，在80°C下干燥M小時(shí)，研磨制得5. 60克鐵炭復(fù)合納米材料，對(duì)復(fù)合物及灰分的形貌進(jìn)行電鏡分析(圖幻，表明鐵炭復(fù)合物以殼核式微米球及納米線結(jié)構(gòu)存在，元素分析表明復(fù)合材料中炭含量61. 42%，氫含量5. 63% )，氮含量 4. 25%，磷含量0. 57%，鐵含量2. 44% ο實(shí)施例3一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法，具體包括下列步驟按照?qǐng)D1所示工藝流程，選取去除塑料及骨頭的餐廚垃圾原料80克，粉碎成糊狀，添加60毫升去離子水，在水浴加熱條件下(90°C )快速攪拌35分鐘，隨后緩慢加入10毫升硫酸鐵(0.8摩爾/L)溶液，繼續(xù)攪拌15分鐘。將混合液移入200毫升密封容彈內(nèi)，升溫到180°C保留15小時(shí)，停止加熱后快速冷卻，將混合液轉(zhuǎn)移出來，壓濾分離，液體回流進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)，固體產(chǎn)品經(jīng)去離子水重復(fù)洗三次，在80°C下干燥M小時(shí)，研磨制得6. 14克鐵炭復(fù)合納米材料，對(duì)復(fù)合物及灰分的形貌進(jìn)行電鏡分析(圖幻，表明鐵炭復(fù)合物以殼核式微米球及納米線結(jié)構(gòu)存在，元素分析表明復(fù)合材料中炭含量60.對(duì)％，氫含量5. 75%，氮含量 4. 47%,磷含量0. 51%,鐵含量3. 45%。上述實(shí)例中采用的餐廚垃圾均取自某大學(xué)學(xué)生餐廳，分不同時(shí)期采集。其中實(shí)例1 中所用原料經(jīng)分析含水率為80 %，揮發(fā)分87 %，灰分5 % ；實(shí)例2中所用原料含水率為85 %， 揮發(fā)分80 %，灰分6 % ；實(shí)例3中所有原料含水率為82 %，揮發(fā)分87 %，灰分4 %。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，發(fā)明內(nèi)容均可實(shí)施，并具有良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法，具體包括下列步驟(1)將餐廚垃圾中大塊骨頭及塑料分離去除，然后放入水熱反應(yīng)釜中，根據(jù)需要可以將原材料進(jìn)行適當(dāng)破碎。(2)向反應(yīng)釜中添加水分，調(diào)整原料的固液比，攪拌均勻后加蓋密封，加熱反應(yīng)釜至一定溫度后保溫30-60分鐘，使餐廚垃圾充分糊化，然后停止加熱。(3)打開反應(yīng)釜蓋，向反應(yīng)釜中加入催化劑，攪拌均勻后加蓋密封，迅速加熱至一定溫度后保持2-M小時(shí)后停止加熱，。(4)待反應(yīng)釜冷卻至室溫后，過濾分離固液兩相，并用一定量的水洗滌固相產(chǎn)物，在 80-105°C溫度下干燥，得到鐵/炭納米材料復(fù)合體，液相回流到反應(yīng)釜體內(nèi)循環(huán)利用。
2.按照權(quán)利1第( 項(xiàng)所述的一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法，其特征是調(diào)整反應(yīng)釜中原料的固液比為(0.5-1) 10，加熱溫度為80-100°C。
3.按照權(quán)利1第C3)項(xiàng)所述的一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復(fù)合材料的方法，其特征是向反應(yīng)釜中迅速加入的催化劑是硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵任意一種的鹽溶液，鐵鹽的加入量按每公斤餐廚垃圾干物質(zhì)重0. 50-1. 0摩爾計(jì)算，加熱溫度為180-200°C。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)目前我國餐飲業(yè)廢棄物量大、處理技術(shù)匱乏、再生循環(huán)利用困難的現(xiàn)狀，提供一種利用餐廚垃圾為原材料制備納米鐵/碳復(fù)合材料的方法。其特征是在密閉的容器內(nèi)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行糊化預(yù)處理后，加入催化劑和助劑，在一定的條件下實(shí)施水熱處理，經(jīng)過水解、脫水、脫羧、聚合、芳香化反應(yīng)，最終合成包含有大量納米線和微米球結(jié)構(gòu)的鐵/碳復(fù)合體。該方法操作簡便、生產(chǎn)成本低、穩(wěn)定可靠、原料來源廣泛、輔助原料價(jià)格低廉，易于規(guī)?；a(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。合成的產(chǎn)品具有良好的催化和吸附性能，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B09B5/00GK102527695SQ20121000498
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者吳倩芳, 張付申 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心