[发明专利]一种氧化铈改性微波水热炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化铈改性微波水热炭及其制备方法和应用，按照如下步骤制备：(1)将粪便在室外自然风干至含水量为35％‑45％，剔除杂物，冷冻干燥，过筛后避光保存备用；(2)配制Ce(NO₃)₃·6H₂O溶液，并在其中加入氨水；(3)在上述溶液中加入导向剂，然后加入干燥的粪便，微波加热反应得到氧化铈改性微波水热炭。本发明基于“以废治理废”的理念，以畜禽粪污为原料制备水热炭，与具有丰富的氧空位和较低的Ce³⁺与Ce⁴⁺之间的氧化还原电位的CeO₂耦合，以粪便和具有配位不饱和性质的稀土氧化物CeO₂为原料，利用微波水热法制备CeO₂/水热炭复合物添加剂，实现厌氧发酵过程低成本原位脱硫，提高厌氧发酵产物的品质，降低H₂S对设施设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种氧化铈改性微波水热炭及其制备方法和应用，属于生物发酵技术领域。

背景技术

厌氧消化(anaerobic digestion)产生的沼气由55-70％可用作可再生能源的甲烷(CH₄)、二氧化碳(CO₂)(30-45％)和微量硫化氢(H₂S)(0.01-1％)组成。现有厌氧发酵研究主要致力于提高CH₄产量，而对其中的副产物H₂S研究较少。沼气中存在的H₂S会腐蚀管道、降低仪器设备的使用寿命。市场上提供的H₂S洗涤系统，如氧化铁洗涤系统、生物滴滤池等也因投资、运营成本高，处理效果不稳定等特点，制约了其在H₂S处理领域的应用。因此，研究如何在厌氧发酵过程中减少硫化氢的生成，同时不降低CH₄的产量，从而减少设备腐蚀的效果，降低设备的运行维护成本，成为我们想要解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种氧化铈改性微波水热炭的制备方法，第二目的在于提供这种氧化铈改性微波水热炭，第三目的在于提供其应用。该氧化铈改性微波水热炭可以起到在厌氧发酵过程中，不减少沼气产量的情况下，降低硫化氢的产量。

为了实现上述第一目的，本发明提供了一种氧化铈改性微波水热炭的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：(1)将粪便在室外自然风干至含水量为35％-45％，剔除杂物，冷冻干燥，过筛后避光保存备用；

(2)配制Ce(NO₃)₃·6H₂O溶液，并在其中加入氨水；

(3)在上述溶液中加入导向剂，然后加入干燥的粪便，微波加热反应得到氧化铈改性微波水热炭。

上述方案中：所述粪便为人粪、猪粪、牛粪中的一种，冷冻干燥后过100-300目筛。人粪来自三格化粪池第一池中的粪污，猪粪来自化粪池，牛粪直接为拉出的粪便。选用100-300目干粉，使得接触更充分，改性效果更好。

上述方案中：所述Ce(NO₃)₃·6H₂O的浓度为0.1-0.2mol/L，氨水的浓度为6-8mol/L。

上述方案中：所述导向剂为十二烷基磺酸钠(SDS)或聚丙烯酰胺(PAM)中的至少一种。有利于晶体生长。

上述方案中：所述导向剂与Ce(NO₃)₃·6H₂O的摩尔比为1.5-3:1。有利于晶体生长。

上述方案中：所述氧化铈的质量为干燥人粪质量的20-40％。对甲烷的产量影响小，硫化氢的累积产量低。

上述方案中：所述微波功率为400W，压力为1.5-2.0Mpa，加热时间为1-3h。