[发明专利]一种提高风化煤制备腐植酸盐产率的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化剂催化风化煤或褐煤转化为腐植酸的应用化学领域。低级煤炭如风化煤、褐煤等，因其热能较低、利用价值不高，不能作为热源或用来火力发电。但是低级煤炭中却含有腐植酸，经碱液抽提后可将煤炭中的腐植酸抽提出来，剩余残渣中仍含有较高的有机质成分，如何高效提取有机质成为迫在眉睫的问题。本发明将纳米金属氧化物催化剂加入该残渣使其高效转化为腐植酸，减少了残渣的排放量同时提高了腐植酸的产率，最终达到保护环境，提高资源利用率的目的。

背景技术

我国风化煤等低级煤炭资源丰富，但在近几十年里由于风化煤、褐煤等低级煤炭其热能低，而不被人们加以利用。但这种低级煤炭中却含有大量的腐植酸，高效提取这种低级煤炭中的腐植酸成为人们关注的热点。如图1所述的工厂中常用的方法是在煤炭中加入碱液进行提取，但提取率最高只能达60％～70％。而在提取的过程中选用合适的催化剂可以很大程度的提高腐植酸的产率，同时降低残渣的排放量。

近年来，关于纳米催化剂的大量研究表明：纳米粒子作为催化剂，表现出非常高的催化活性和选择性。这是因为纳米粒子尺寸小，表面原子所占的百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。同时，就纳米粒子的表面形态而言，随着粒径的减小，表面光滑程度降低，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面，从而提高了催化剂的有效利用率。

经过文献调研，人们常用的处理风化煤抽提后残渣的方法为湿法氧化法，但加入的氧化剂常选用浓硝酸或臭氧，而上述两种氧化剂存在腐蚀设备，价格昂贵，操作不易等缺点。且浓硝酸分解所释放的一氧化氮、二氧化氮对环境带来很大的污染。该法使用金属氧化物粉末作为催化剂，因其粒径较大、分散性不好等原因，造成活性位点低，与残渣接触不均匀使得腐植酸的收率较低，大量的有机质残渣未能得到充分利用，造成资源浪费。因此探讨如何处理风化煤抽提腐植酸后的残渣，实现残渣和催化剂的循环利用，对于环境保护，降低生产成本，实现变废为宝具有重要的理论和现实意义。

专利CN02150088.6于2003年5月公开了一种制备腐植酸的工艺。该方法是将风化煤粉碎后，加入碱液，充分搅拌，随后加入铵盐，再次搅拌，出料后将物料密闭，烘干粉碎即得。该方法虽然生产工艺简单，但用其方法所获得的腐植酸的含量仅在40％以上，腐植酸的提取率仍需要进一步提高。

专利200910079818.6于2009年9月公开了一种由煤炭残渣制腐植酸的液相催化氧化循环方法。该方法是在常温下加入催化剂和氧化剂，通过循环反应使得煤炭残渣在较低的温度下转化为腐植酸，从而实现废物再利用的目的。其方法所采用的催化剂虽然也为金属氧化物，但其在催化煤炭残渣时，催化产率在65％～75％的范围内，催化剂的活性有限，仍有待于提高。因此寻找分散性良好，尺寸、形貌相对均一的催化剂成为提高腐植酸产率的方法之一。

专利CN200710162538.2于2009年4月公开了一种水热合成氧化铜纳米棒的方法。该方法将可溶性铜盐溶于水，加入适量不同辅助试剂作为模板剂，加入碱液调整pH值在12-14之间。然后在高压釜中加热生成纳米氧化铜。这种方法所合成的氧化铜其粒径在几十纳米范围内，且分散均一，将其作为催化剂催化风化煤或褐煤有着潜在的利用价值。

专利CN200710162557.5于2009年4月公开了一种水热合成棒状纳米氧化锌的方法。该方法将可溶性锌盐溶于水，加入适量苯甲酸作为辅助试剂，用NaOH溶液调整pH值在12-14之间。然后在高压釜中加热生成纳米氧化锌。此方法可通过加入辅助剂来改变产物的形貌和尺寸，这就为其作为催化剂提供了有利的条件。

通过上述方法所合成的纳米氧化物的尺寸和形貌均一，用于催化风化煤或褐煤提取腐植酸后的残渣可以很大程度的提高腐植酸的收率。同时鉴于文献中所报道的腐植酸盐的收率低，反应时间长且反应能耗高这一现象，本发明提供了一种能耗低，循环周期相对较短低且高效的提取腐植酸的方法，在常温常压下通过加入纳米金属氧化物催化剂，最大程度将残渣中的有机物裂解出来，变成较小的分子，而最终残渣中有机质含量较少，大多数为无机物，同时残渣中含有对土壤有益的金属元素因此实现了资源的再循环利用，并最大程度地降低了对环境的污染。

发明内容

本发明的目的就是解决在工业生产中腐植酸盐的提取率不高这一现象，提供一种提高风化煤制备腐植酸盐产率的方法。