[发明专利]一种热裂解畜禽粪便沼渣的方法及其应用

说明书

本申请公开了一种热裂解畜禽粪便沼渣的方法及其应用，属于农林生物质废弃物资源化领域。针对畜禽粪便源沼渣处置难、开孔障碍大等问题，本申请提出了一种热裂解畜禽粪便沼渣的方法，即1)低温无氧热裂解，2)钙/镁氢氧化物辅助高温无氧热裂解，3)钠/钾氢氧化物辅助高温无氧热裂解，实现了基于畜禽粪便源沼渣的孔隙结构发达、污染物残留少、可高效吸附酞酸酯的炭基材料的制备。本申请为畜禽粪便源沼渣的高值资源化提供了一种新的方式方法，为水环境污染物治理提供了一种新型、高效吸附剂。

技术领域

本申请属于农林废弃碳处理技术领域，具体涉及一种热裂解畜禽粪便沼渣的方法及其应用。

背景技术

我国每年农林牧生物质废弃物产生量可达50亿吨以上，其中畜禽粪污占比最大，容易造成面源污染等环境问题，亟待快速减量化与处置。从物质与能量循环的角度出发，畜禽粪污可被视为放错地方的资源，将其进行高值资源化是大势所趋，也是必然。然而，如何基于畜禽粪污进行高值资源化是世界性的难点与痛点。

在现存的畜禽粪污处置方法中，厌氧发酵工艺备受青睐。近些年，随着规模化养殖场的大幅度增加，集约化养殖场沼气工程发展迅速，一定程度上解决了畜禽粪污难题，又为周边居民提供了清洁能源。但是，对于发酵后残留物的处理还存在着许多问题。沼渣是畜禽粪污经高度厌氧发酵后残留的难降解有机质。畜禽粪污的特点以及处置难点是其含有重金属与抗生素等有机污染物。厌氧发酵后，重金属与有机污染物进一步浓缩于沼渣残留物中，极其限制沼渣的高值资源化。

近些年，将农林牧生物质废弃物进行热裂解处置制备炭基材料成为主流方向，可起到“一石二鸟”的功效，即固碳与降污。直接一步式热裂解沼渣，其衍生炭基材料孔隙结构不发达。然而，炭基材料的孔隙结构是决定其性能和经济价值的关键参数。氢氧化物是典型的高效活化剂，可在生物质热裂解过程中致孔，进一步拓展孔隙结构。然而，已有的研究表明，经典的氢氧化物活化剂难以应用于沼渣源多孔炭材料的制备。如Talam Kibona Enock等的研究，KOH活化剂仅将比表面积提升了3.5倍，最高达514.7m²/g(Biogas-slurryderived mesopor ous carbon for supercapacitor applications，Materials TodayEnergy，2017，5：120-137)。对于典型的畜禽粪便源沼渣，其孔隙结构提升难度更大。如Xia等的研究，以猪粪源沼渣为前驱体，KOH活化剂仅将比表面积提升了1.0倍，最高达115.8m²/g；虽然ZnCl₂的致孔效果更好，但是高含量的重金属Zn将限制沼渣源炭基材料在环境修复中的应用(Mesoporous act ivated biochar for As(III)adsorption:A newutilization approach for biogas residue,Industri alEngineering ChemistryResearch，2019，38：17859–17870)。此外，畜禽粪污源沼渣自身含有重金属和有机污染物，在热裂解过程中，将其去除，是将其衍生炭基材料用于环境修复的基础和前提。

申请内容

1.要解决的问题

本申请针对畜禽粪便源沼渣资源化难、开孔障碍大等问题之一，提供了一种热裂解畜禽粪便沼渣的方法，该方法极大的提高了其炭基材料的孔隙度，进而提高了吸附能力。此外，本申请的热裂解方法，可去除沼渣中大量的重金属与有机污染物，将其转化为绿色、可持续应用的炭基材料。

2.技术方案

为了解决上述问题，本申请所采用的技术方案如下：

本申请提供了一种热裂解畜禽粪便沼渣的方法，具体包括如下步骤：

(1)低温炭化：将发酵结束的畜禽粪便沼渣烘干，粉碎至80～120目，氮气保护下升温至300～000℃，并保持炭化4.0～8.0h，冷却至室温后，研磨至80～120目，获得固体产物C₀；