[发明专利]用于厌氧消化过程的吸附剂

说明书

提供一种用于厌氧消化中的微粒状碳吸附剂。该微粒状碳吸附剂为大致平面的并包含介于40‑90wt％之间的碳。还提供制备微粒状碳吸附剂的方法。

技术领域

本发明涉及发酵领域，例如厌氧消化，更具体地，涉及用于发酵过程中的吸附剂。

背景技术

各种类型的有机和矿物吸附剂用于厌氧消化中，以生产沼气。它们结合发酵液中的抑制物质，如有机酸、例如木薯渣中存在的氰化物、例如橄榄油废料中存在的酚类、铵和硫化氢，并且它们支持生产沼气的微生物在其表面生长，形成有效的生物膜。这包括使用富碳材料，如木炭，包括所谓的“生物炭”和活性炭，富碳材料相对容易生产并不会干扰消化物，例如有机肥或可替代燃料的后续使用。

DE 102011 010 525公开了一种用于清洁沼气的吸附剂，该沼气由诸如骨头和骨头的一部分的动物产品产生。WO 2011/018505描述了用于沼气和生物炭的生产的设备和过程，以及用于生物炭提纯的设备和过程。DE 10 2014 100 850公开了用于沼气工厂的可磁化生物炭粒子的生产和使用。

用于厌氧消化的碳基吸附剂的现有技术的当前状况的主要缺点是它们低的表面与体积比和表面与质量比。吸附剂的表面积限定其在用于产生沼气的生物膜的吸附能力和可利用空间方面的效能。具有高内表面的多孔吸附剂首先可以吸附大量溶解的化学物质，但是随着时间的过去，沼液中的细微粒子和微生物生长将堵住孔隙。这降低了吸附和解吸的能力，生长在内表面的生物膜将遭受基质的缺乏。因此，即使有较高内表面积的粒状吸附剂，在抑制物质的吸附和生产沼气的生物膜的生长方面，在沼气工厂中显示相对较低的效能。具有粒子大小低于10μm的非常小的粉末状吸附剂的使用将增加沼气工厂中的吸附能力，但是这样小的粒子并没有足够大以用于生物膜的形成。此外，它们不能在沼气工厂中保留，并且他们在储存和运输过程中有粉尘化的风险。

因此，需要改进的吸附剂，用于如厌氧消化的发酵过程中。

磷是必要的植物营养物。其有限的可得性已经成为全球粮食安全的日益增长的关注点。在另一方面，磷的人为释放是对淡水和生态系统为较大的威胁的富营养化的主要原因。因此，研究了几种生物、化学和物理的方法，来从废液特别是废水中分离磷，并且将其转变为肥料。通过附聚剂，这包括像钙、铝和铁的磷酸盐沉淀。还考虑了鸟粪石沉淀，其也包含氮(如铵)并且常常需要添加镁。基于微生物磷的生物移除是通过积聚磷的特别的微生物开始的。然而，由于与目前的去除磷的方法相关的高成本，更可行的方法引发用于去除磷的碳材料的研究。

这包括活性炭和更低成本的生物炭。发现活性炭上的磷吸附的测量值在0-10mgg^-1(Yao et al.，2011；Zheng et al.，2010；Park et al.，2015)。对于原生的生物炭，最高测量值为仅略高于12.4mg g^-1(Zheng et al.，2010)。为了增加吸附能力，研究了富集铁(Chen et al.2011；Ren et al.，2015；Yao et al.，2011)和镁((Zhang et al.，2012；Zhang et al.2013；Yao et al.，2013a)的生物炭。通过液相沉积物制备的生物炭/镁铝层状双氢氧化物超细复合物显示出最高的吸附能力(Zhang et al.，2013)。发现这个材料具有134mg g^-1的磷的计算吸附容量(PO₄＝410mg g^-1)。

然而，这些技术是非常复杂且昂贵的，因此需要非常低成本的磷有效吸附剂。

因此，本发明的至少一个目的在于提供改进的吸附剂。