專利名稱：一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法
技術領域：
本發明涉及大量產生的餐廚垃圾的處理處置，屬于環境保護與資源綜合利用領域的固體廢棄物處理新技術，尤其適合于有機類固體廢棄物的處理和高附加值資源化利用。
背景技術：
目前，我國餐飲業和家庭廚房大量產生的餐廚類垃圾的主要處理手段是混入一般生活垃圾焚燒、填埋或進行生物轉化生產沼氣、作飼料等。焚燒法處理餐廚垃圾減容減量效率明顯，但由于餐廚垃圾含水率高，熱值較低，燃燒時需添加輔助燃料需要消耗大量的能量；垃圾填埋造成的垃圾圍城現象越來越突出，填埋場地日益緊缺，并且垃圾滲濾液污染地下水的問題也越來越被人們所關注，因此填埋方式并不適合用于餐廚垃圾的處置；生物轉化法的周期比較長，再加上餐廚垃圾中伴有塑料包裝材料等難以生物降解的成分使這類垃圾的生物轉化受到較大程度的限制。因此，開發高效、潔凈的餐廚垃圾資源化處理技術具有重要的現實意義。鐵/炭納米復合材料由于炭的負載作用使得納米鐵不易團聚，同時保持了納米鐵粒徑小，比表面積大等優點，在磁、催化、選擇吸附、電池等領域有著廣泛的用途。目前關于鐵/炭復合納米材料的制備方法有很多，主要有化學沉淀法、浸漬法、氣相沉積法等。這些方法基本上都采用純碳水化合物作為原料，制備工藝手段復雜，生產成本高昂，不利于工業化推廣。餐廚垃圾由于含水率高，易降解有機組分豐富，不當的處理處置方法如意引起二次污染和資源浪費。本發明針對餐廚垃圾難以處理及鐵/炭復合納米材料生產工藝的不足， 利用餐廚垃圾作為碳源，采用水熱炭化的方法直接炭化負載制備鐵/炭納米復合材料。方法簡便，工藝穩定可靠，成本低廉，二次污染小，易于工業推廣。

發明內容
本發明針對目前我國餐廚垃圾量大、處理技術匱乏、再生循環利用困難的現狀，提供一種餐廚垃圾水熱法合成負載型納米復合材料的方法，實現這類廢棄物的該附加值循環利用。其特征是將餐廚垃圾經簡單預處理后，在特定的催化劑催化條件下實施水熱處理， 反應完畢后分離、清洗、干燥即得產品，合成過程中的水可以循環利用。具體工藝包括以下幾個步驟1、將餐廚垃圾中大塊骨頭及塑料分離去除，然后放入水熱反應釜中，根據需要可以將原材料進行破碎。2、向反應釜中添加水分，調整原料的固液比為(0.5-1) 10，攪拌均勻后加蓋密封，在80-10(TC條件下加熱反應釜30-60分鐘，使餐廚垃圾充分糊化，然后停止加熱。3、打開反應釜蓋，向反應釜中迅速加入硝酸鐵或氯化鐵或硫酸鐵的鹽溶液，鐵鹽的加入量按每公斤餐廚垃圾干物質重0. 50-1. 0摩爾計算；攪拌均勻后加蓋密封，迅速升高溫度至180-200°C，保持2-M小時后停止加熱。4、待反應釜冷卻至室溫后，過濾分離固液兩相，并用一定量的水洗滌固相產物，在
380-105°C溫度下干燥，得到鐵/炭納米材料復合體；液相回流到反應釜循環利用。上述工藝具有操作簡便，流程短，效率高，所需試劑劑少等優點。該工藝所述的反應在密閉容器內進行，可以有效控制氣味的擴散，水分循環利用，避免了污水的產生，產品可以用做催化材料和功能吸附材料，具有良好的應用前景。下面結合說明書附圖和實施方案進一步闡述本發明的內容。


圖1是餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的工藝流程圖。圖2是用餐廚垃圾制備的鐵/碳納米復合材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片，其中a、b是合成產品的照片，c、d是除碳后剩余骨架的照片，顯示復合材料呈現出殼核式的微米球及納米線結構。
具體實施例方式下面給出的實施例擬對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明做出的一些非本質的改進和調整，仍然屬于本發明的保護范圍。實施例1 一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法，具體包括下列步驟按照圖1所示工藝流程，選取去除塑料及骨頭的餐廚垃圾原料40克，粉碎成糊狀， 添加20毫升去離子水，在水浴加熱條件下(80°C )快速攪拌30分鐘，隨后緩慢加入10毫升硝酸鐵(0.4摩爾/L)溶液，繼續攪拌10分鐘。將混合液移入100毫升密封容彈內，升溫到180°C保溫18小時，停止加熱后快速冷卻，將混合液轉移出來，壓濾分離，液體回流進入預熱系統，固體產品經去離子水重復洗三次，過濾后在80°C下干燥M小時，研磨制得3. 5克鐵炭復合納米材料，對復合物及灰分的形貌進行電鏡分析(圖幻，表明鐵炭復合物以殼核式微米球及納米線結構存在，元素分析表明復合材料中炭含量61. %,氫含量5. 68%，氮含量5. 48%,磷含量0. 74%,鐵含量5. 48% ο實施例2一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法，具體包括下列步驟按照圖1所示工藝流程，選取去除塑料及骨頭的餐廚垃圾原料80克，粉碎成糊狀， 添加50毫升去離子水，在水浴加熱條件下90°C快速攪拌30分鐘，隨后緩慢加入20毫升氯化鐵(0.4摩爾/L)溶液，繼續攪拌10分鐘。將混合液移入100毫升密封容彈內，升溫到 180°C保留20小時，停止加熱后快速冷卻，將混合液轉移出來，壓濾分離，液體回流進入預熱系統，固體產品經去離子水重復洗三次，在80°C下干燥M小時，研磨制得5. 60克鐵炭復合納米材料，對復合物及灰分的形貌進行電鏡分析(圖幻，表明鐵炭復合物以殼核式微米球及納米線結構存在，元素分析表明復合材料中炭含量61. 42%，氫含量5. 63% )，氮含量 4. 25%，磷含量0. 57%，鐵含量2. 44% ο實施例3一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法，具體包括下列步驟按照圖1所示工藝流程，選取去除塑料及骨頭的餐廚垃圾原料80克，粉碎成糊狀，添加60毫升去離子水，在水浴加熱條件下(90°C )快速攪拌35分鐘，隨后緩慢加入10毫升硫酸鐵(0.8摩爾/L)溶液，繼續攪拌15分鐘。將混合液移入200毫升密封容彈內，升溫到180°C保留15小時，停止加熱后快速冷卻，將混合液轉移出來，壓濾分離，液體回流進入預熱系統，固體產品經去離子水重復洗三次，在80°C下干燥M小時，研磨制得6. 14克鐵炭復合納米材料，對復合物及灰分的形貌進行電鏡分析(圖幻，表明鐵炭復合物以殼核式微米球及納米線結構存在，元素分析表明復合材料中炭含量60.對％，氫含量5. 75%，氮含量 4. 47%,磷含量0. 51%,鐵含量3. 45%。上述實例中采用的餐廚垃圾均取自某大學學生餐廳，分不同時期采集。其中實例1 中所用原料經分析含水率為80 %，揮發分87 %，灰分5 % ；實例2中所用原料含水率為85 %， 揮發分80 %，灰分6 % ；實例3中所有原料含水率為82 %，揮發分87 %，灰分4 %。本發明不限于上述實施例，發明內容均可實施，并具有良好的效果。
權利要求
1.一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法，具體包括下列步驟(1)將餐廚垃圾中大塊骨頭及塑料分離去除，然后放入水熱反應釜中，根據需要可以將原材料進行適當破碎。(2)向反應釜中添加水分，調整原料的固液比，攪拌均勻后加蓋密封，加熱反應釜至一定溫度后保溫30-60分鐘，使餐廚垃圾充分糊化，然后停止加熱。(3)打開反應釜蓋，向反應釜中加入催化劑，攪拌均勻后加蓋密封，迅速加熱至一定溫度后保持2-M小時后停止加熱，。(4)待反應釜冷卻至室溫后，過濾分離固液兩相，并用一定量的水洗滌固相產物，在 80-105°C溫度下干燥，得到鐵/炭納米材料復合體，液相回流到反應釜體內循環利用。
2.按照權利1第( 項所述的一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法，其特征是調整反應釜中原料的固液比為(0.5-1) 10，加熱溫度為80-100°C。
3.按照權利1第C3)項所述的一種餐廚垃圾制備鐵/碳納米復合材料的方法，其特征是向反應釜中迅速加入的催化劑是硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵任意一種的鹽溶液，鐵鹽的加入量按每公斤餐廚垃圾干物質重0. 50-1. 0摩爾計算，加熱溫度為180-200°C。
全文摘要
本發明針對目前我國餐飲業廢棄物量大、處理技術匱乏、再生循環利用困難的現狀，提供一種利用餐廚垃圾為原材料制備納米鐵/碳復合材料的方法。其特征是在密閉的容器內對餐廚垃圾進行糊化預處理后，加入催化劑和助劑，在一定的條件下實施水熱處理，經過水解、脫水、脫羧、聚合、芳香化反應，最終合成包含有大量納米線和微米球結構的鐵/碳復合體。該方法操作簡便、生產成本低、穩定可靠、原料來源廣泛、輔助原料價格低廉，易于規模化生產，經濟效益顯著。合成的產品具有良好的催化和吸附性能，具有廣闊的產業化應用前景。
文檔編號B09B5/00GK102527695SQ20121000498
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者吳倩芳, 張付申 申請人:中國科學院生態環境研究中心