[发明专利]鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用

说明书

一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用，该制备方法包括将鸡腿菇菌渣和活化剂混合形成混合浆液进行水热反应；将水热反应得到的固体干燥后热解，得到所述鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂。本发明摸索出了磷酸铵活化工艺，同时对比了水热耦合低温热解的促进作用；磷酸铵水热结合低温热解炭产率能够达到64.84％，且对于苯和二氯乙烷的吸附容量高达85.7mg/g‑biomass和128.8mg/g‑biomass；对比不同热解温度，发现低温热解活化更易保持完整的碳骨架以及杂原子保留；水热炭化对碳骨架具有固定化作用，而且可以有效保留N/P杂原子，磷酸铵的交联作用在热解活化过程可有效保护碳骨架，最终得到较高的炭产率。

技术领域

本发明属于生物质固废资源利用及大气污染控制技术领域，尤其涉及一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着城市化和工业化进程加快，国民经济的迅速发展，挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)的排放量急剧增加。VOCs排放来源广泛，主要包括工业源、农业源、交通源和天然源等。其中，工业源VOCs排放为主要排放源，占总排放源的50％以上，预计2020年排放量能达到2446万吨。工业烟气VOCs排放种类繁多、成分复杂、具有强毒性、易随环境区域变化，成为复合型复杂污染问题。VOCs的排放直接或间接的危害人体健康和大气环境质量，VOCs会导致人体眩晕、疲劳、恶心、人体机能、致癌甚至死亡。此外，VOCs在大气中易与SO₂和NO_x等污染组分进一步反应，诱发二次气溶胶、PM颗粒物和臭氧的生成，被认为是造成雾霾的重要因素。VOCs的治理刻不容缓，目前VOCs的治理手段主要包括吸附法、焚烧法、催化氧化法、等离子法、冷凝法、膜分离法以及吸附催化氧化、吸附燃烧法等。其中，吸附法因适用范围广、工艺简单、去除效率高成为工业中应用最为广泛的治理手段，常被用于烟气VOCs的脱除和废气VOCs治理的起始步骤。工业VOCs吸附活性炭主要采用煤质原料通过干馏-脱灰-炭化-活化或者热解活化(物理活化)的方法获得，耗费宝贵的化石燃料资源，吸附效果不够理想。生物质来源广泛、易获得、可调控，在惰性气氛下经过热解活化产生高度芳香化的碳质材料，具有超高比表面积、优良孔结构和丰富官能团等特点。作为微生物处理后的生物质废弃物食用菌渣存在巨大的应用潜力。2016年我国食用菌总产量已经达到3596万吨，已成为世界食用菌产量最大的国家，占全球总产量的75％左右。食用菌渣处理不当，造成资源的极大浪费、滋生霉菌或虫害，常见处理包括土壤废料、饲料、沼气燃料等方式，资源利用效率低。相对于玉米芯、棉籽壳等原生生物质，食用菌渣作为真菌生长过的生物质残渣，具有天然孔道的优势。而且真菌在分解生物质过程生成大量菌丝等富含蛋白质的物质，可提供丰富的氮原子。

现有技术中，以生物质为原料制备高效吸附剂常采用氢氧化钾、氯化锌等具有腐蚀性或有毒性的活化剂结合高温热解活化工艺，获得的吸附碳材料具有很高的比表面积和吸附容量，但往往存在炭产率较低(10％～20％)、表面官能团流失、腐蚀严重等问题。因此，开发一种温和绿色的活化工艺，避免腐蚀性和毒性活化剂使用，采用低温热解获得较高炭产率，保留表面丰富杂原子，最终提高吸附性能，是实现工业化应用的必要方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂的制备方法，包括：

S1、将鸡腿菇菌渣和活化剂混合形成混合浆液进行水热反应；

S2、将水热反应得到的固体干燥后热解，得到所述鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂，采用如上所述的制备方法得到。

作为本发明的又一个方面，还提供了如上所述的鸡腿菇菌渣多孔碳吸附剂在吸附领域的应用。