公布日：2023.12.05
申請日：2023.11.02
分類號：B01J20/20(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I
摘要
本發明公開了一種含糖廢水的水熱炭化處理方法，包括以下步驟:S1、將含糖廢水、鐵鹽、碳酸氫銨、尿素按質量比（5-15）:（0.5-1.2）：（1-2）：（0.5-1.5）的比例加入到溶劑中，再加入酸攪拌混合后得到混合溶液；進行水熱反應；S2、將混合溶液置于反應釜中進行水熱反應，并將反應產物進行固液分離，以及將固相產物洗滌過濾；S3、將過濾后的產物在惰性氣體下煅燒活化，得到炭材料。所制備得到的介孔-微孔結構的炭材料，介孔的孔徑為30～80nm，微孔的孔徑為10～300µm，具有較高的比表面積，活性位點多，因而在催化吸附領域表現出優異的性能。炭材料作為吸附材料，既處理了糖廢又有效利用了碳資源，滿足了吸附劑的巨大需求。
權利要求書
1.一種含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，包括以下步驟:S1、將含糖廢水、鐵鹽、碳酸氫銨、尿素按質量比（5-15）:（0.5-1.2）：（1-2）：（0.5-1.5）的比例加入到溶劑中，再加入酸攪拌混合后得到混合溶液；進行水熱反應；S2、將混合溶液置于反應釜中進行水熱反應，并將反應產物進行固液分離，以及將固相產物洗滌過濾；S3、將過濾后的產物在惰性氣體下煅燒活化，得到炭材料。
2.根據權利要求1所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，步驟S1中，所述鐵鹽為三氯化鐵或多羥基鐵。
3.根據權利要求2所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，所述多羥基鐵由以下步驟制備得到：將碳酸鹽、過硫酸鹽和鐵鹽加入到水溶液中，攪拌，老化，得到多羥基鐵溶液；向多羥基鐵溶液加入過氧化氫攪拌，得到混合溶液；向混合溶液逐漸滴加氫氧化鈉溶液，邊滴加邊攪拌，得到沉淀物，過濾，得到所述多羥基鐵。
4.根據權利要求3所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，碳酸鹽、過硫酸鹽和鐵鹽的質量比為（2-3）:（0.8-1.5）：（1-2）。
5.根據權利要求3所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，過氧化氫質量體積比為20-25％。
6.根據權利要求3所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，過硫酸鹽為過二硫酸鈉、過二硫酸鉀或者過二硫酸銨中的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，步驟S2中，水熱反應的溫度為150-220℃，時間為12-24h。
8.根據權利要求1所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，步驟S3中，煅燒活化的溫度為550-50℃，時間為1-h。
9.根據權利要求1所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，步驟S1還包括：取制糖工業廢水，向制糖工業廢水中加入聚合硫酸鋁，混合均勻后自然沉降；沉降結束后，抽取上層上清液，將上層上清液通過過濾膜，再經膜分離裝置微濾處理，獲得含糖廢水。
10.根據權利要求1所述的含糖廢水的水熱炭化處理方法，其特征在于，聚合硫酸鋁加入量為廢水重量的2-3wt%，沉降時間為3～5h。
發明內容
為了解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種含糖廢水的水熱炭化處理方法，包括以下步驟:S1、將含糖廢水、鐵鹽、碳酸氫銨、尿素按質量比（5-15）:（0.5-1.2）：（1-2）：（0.5-1.5）的比例加入到溶劑中，再加入酸攪拌混合后得到混合溶液；進行水熱反應；S2、將混合溶液置于反應釜中進行水熱反應，并將反應產物進行固液分離，以及將固相產物洗滌過濾；S3、將過濾后的產物在惰性氣體下煅燒活化，得到炭材料。
進一步的，步驟S1中，所述鐵鹽為三氯化鐵或多羥基鐵。
進一步的，所述多羥基鐵由以下步驟制備得到：將碳酸鹽、過硫酸鹽和鐵鹽加入到水溶液中，攪拌，老化，得到多羥基鐵溶液；向多羥基鐵溶液加入過氧化氫攪拌，得到混合溶液；向混合溶液逐漸滴加氫氧化鈉溶液，邊滴加邊攪拌，得到沉淀物，過濾，得到所述多羥基鐵。
進一步的，碳酸鹽、過硫酸鹽和鐵鹽的質量比為（2-3）:（0.8-1.5）：（1-2）。
進一步的，過氧化氫質量體積比為20-25％。
進一步的，過硫酸鹽為過二硫酸鈉、過二硫酸鉀或者過二硫酸銨中的一種或多種。
進一步的，步驟S2中，水熱反應的溫度為150-220℃，時間為12-24h，溶劑為水或乙醇。
進一步的，步驟S3中，煅燒活化的溫度為550-50℃，時間為1-3h。
進一步的，步驟S1還包括：取制糖工業廢水，向制糖工業廢水中加入聚合硫酸鋁，混合均勻后自然沉降；沉降結束后，抽取上層上清液，將上層上清液通過過濾膜，再經膜分離裝置微濾處理，獲得含糖廢水。
進一步的，聚合硫酸鋁加入量為廢水重量的2-3wt%，沉降時間為3～5h。
相對于現有技術，本發明具有以下的有益效果：水熱反應過程中，糖類發生脫水反應，形成呋喃產物，在酸作用下呋喃產物與反應體系中的Fe離子形成配位，并與碳酸氫銨的水解產物以及尿素的水解產物發生反應聚集，而且呋喃產物以氫鍵與尿素水解產物的羥基作用形成介孔，然后呋喃產物進一步脫水形成炭，最后通過煅燒，碳酸氫銨發生分解反應形成微孔，得到介孔-微孔結構的炭材料。所制備得到的介孔-微孔結構的炭材料，介孔的孔徑為30～80nm，微孔的孔徑為10～300µm，具有較高的比表面積，活性位點多，因而在催化吸附領域表現出優異的性能。炭材料作為吸附材料，既處理了糖廢又有效利用了碳資源，滿足了吸附劑巨大需求。
利用碳酸鹽、過硫酸鹽對鐵鹽進行改性，得到反應活性較高的多羥基鐵溶液，再加入過氧化氫將殘留亞鐵離子氧化成三價鐵，再加入氫氧化鈉，并通過控制鐵離子和氫氧根的摩爾比，得到多羥基鐵沉淀物，過濾得到多羥基鐵。而且多羥基鐵羥基能夠促進呋喃產物與反應體系中的Fe離子的配位，并且能夠促進呋喃產物以氫鍵與尿素水解產物的結合，進而增加介孔的生成，進一步提高了炭材料的吸附能力。
（發明人：霍志保;姚國棟;任德章）
