[发明专利]一种载铁活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种载铁活性炭及其制备方法和应用，包括如下步骤：S1、将有机废弃物进行预处理，以去除无机物并破碎形成颗粒均匀的有机浆料；S2、将有机浆料与三氯化铁进行混合，在室温下搅拌浸渍6‑24h；S3、浸渍完成后，将浆料进行固液分离，得到泥饼；S4、将泥饼挤条塑形，并进行无氧煅烧，无氧煅烧过程中通入氮气进行保护，碳化温度为400‑700℃，碳化时间为2‑6h，得到碳化物料；S5、碳化物料经冷却、研磨处理后即得载铁活性炭。其对有机废弃物资源化利用，将其制成载铁活性炭，制备方法经济合理，制备流程简单，产品促甲烷产生效果好。

技术领域

本发明涉及有机废弃物资源化处理技术领域，具体涉及一种载铁活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

厌氧消化在高效降解有机废弃物的同时产生沼气，且能灭活部分病原菌和寄生虫卵，是一种绿色经济的处理方式。然而，传统厌氧消化的反应周期长，甲烷产率低，尤其是对高氮有机废弃物、高有机质高氮有机废水时，常常会发生酸抑制和氨抑制导致产沼效率低下甚至系统崩溃。

厌氧消化过程中，厌氧产生过程与产甲烷过程的代谢速度差别较大，导致产酸菌产生的挥发性有机酸不能及时被产甲烷菌代谢，进而导致体系酸积累。近年来，研究发现添加导电材料可以促进种间电子传递而促进甲烷形成，缓解酸积累。这类种间电子传递不是由扩散电子载体介导的，而是由导电材料直接将电子传递给了产甲烷菌。这类微生物之间不需要以氢气、甲酸等电子载体介导的电子传递过程被称为直接种间电子传递(简称：DIET)。载铁活性炭表面负载了一定量的铁及铁氧化物活性组分，活性位点大大增加，导电性强，增强消化微生物之间的DIET从而存进甲烷生成；另外，其具有巨大比表面积和大量丰富官能团，可迅速吸附有机化合物和氨氮，缓解有机酸或氨氮浓度过高对厌氧消化的不良影响，并为活性炭表面的微生物提供降解有机物的条件；同时也可大量吸附厌氧细菌，有效富集产甲烷菌以促进厌氧产气效率。

专利CN110182944A提到了在成品颗粒碳上通过共沉淀法负载铁离子。该发明将成品颗粒活性炭浸入到铁盐和亚铁盐溶液中，共沉淀反应一定时间后，对固形物清洗、烘干制得。载铁活性炭的性能受制于成品颗粒炭本身的类型和性能；且该方法制得的载铁颗粒炭中的铁离子未经过高温焙烧，部分铁在吸附实验过程中会从活性炭基体中脱落。

中国专利CN107522375A提到了同时添加零价铁和活性炭促进污泥厌氧消化的方法。该发明中的铁粉和活性炭粉按特定比例投入，零价铁在反应器中易发生结块而导致活性受限。

中国专利CN111876173A提到将剩余污泥浸渍到FeCl₃溶液，再用碳酸氢钠中和pH到7.0，该污泥脱水后加入高纯水洗涤后再脱水，重复洗涤三次，再碳化制得载铁碳粉。该发明的制备方法较繁琐，洗涤多次，需消耗大量化学药剂和高纯水。

鉴于以上缺陷，本发明提出一种载铁活性炭的制备方法，并将制得载铁活性炭粉加入厌氧消化系统内以促进甲烷产生。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种载铁活性炭的制备方法，对有机废弃物资源化利用，将其制成载铁活性炭，制备方法经济合理，制备流程简单，产品促甲烷产生效果好。此外，本发明还提供一种载铁活性炭，并将其用于厌氧消化反应促进甲烷产生。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种载铁活性炭的制备方法，包括如下步骤：

S1、将含固率为5-25％的有机废弃物直接进行预处理，以去除无机物并破碎形成颗粒均匀的糊状的有机浆料，粒径控制在10mm以下；

S2、将有机浆料在搅拌状态下加入三氯化铁进行混合，在室温下搅拌浸渍6-24h，使有机浆料充分吸收三价铁离子，浸渍过程可通过超声波增强浸渍效果；

S3、浸渍完成后，用板框式压滤机、高压带式压滤机、立式压榨机、真空压滤机等设备对浆料进行固液分离，得到泥饼；