一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法技術(shù)

本申請(qǐng)屬于生物質(zhì)廢棄物降解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的方法通過引入價(jià)格低廉的三價(jià)鐵鹽作為降解生物質(zhì)廢棄物的氧化劑，降低了降解成本，而且在反應(yīng)過程中無需苛刻的反應(yīng)條件即可實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化，操作簡(jiǎn)單；同時(shí)，本發(fā)明專利技術(shù)方法還利用光熱耦合效應(yīng)，大大提高了三價(jià)鐵鹽斷裂生物質(zhì)廢棄物化學(xué)鍵的能力，進(jìn)而有效提高降解生物質(zhì)廢棄物的效率，綠色環(huán)保，簡(jiǎn)單高效，可廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)廢棄物降解領(lǐng)域。

Method for degradation of biomass waste by photothermal coupling

The utility model belongs to the technical field of biomass waste degradation, in particular to a method for degradation of biomass waste by photothermal coupling. The method provided by the invention by oxidant into a cheap trivalent iron salt as degradation of biomass waste, reduce the cost of degradation in the reaction process, and no severe reaction conditions can achieve efficient conversion, simple operation; at the same time, using the method of thermal coupling effect, greatly improving the ability of ferric fracture biomass waste chemical bonding, and effectively improve the efficiency of the degradation of biomass waste, green environmental protection, simple and efficient, and can be widely used in the field of biomass waste degradation.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法
本專利技術(shù)屬于生物質(zhì)廢棄物降解
，具體涉及一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法。
技術(shù)介紹
近年來，煤、石油等不可再生資源日益枯竭，石化原料價(jià)格不斷上漲，因而人們開始尋找高效利用綠色可再生資源的途徑與方法。生物質(zhì)資源作為一種分布廣泛、品種繁多、儲(chǔ)量豐富的可再生資源，成為未來可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的主要資源，已引起世界各國(guó)的重視。因此，研究生物質(zhì)資源高效化利用技術(shù)，開發(fā)環(huán)境友好的新能源和綠色化學(xué)品，順應(yīng)了可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需求。豐富的生物質(zhì)資源在為人類服務(wù)的同時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，比如制糖工業(yè)的甘蔗渣。我國(guó)的甘蔗種植面積較大，產(chǎn)量高，名列世界第三，是生產(chǎn)燃料酒精和蔗糖的原料。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)出一噸的蔗糖，產(chǎn)生2～3噸的蔗渣。以2012-2013榨季為例，我國(guó)甘蔗產(chǎn)量約為12820萬噸，按計(jì)算，經(jīng)過榨糖之后剩下的甘蔗渣(約占甘蔗的24％～27％)約達(dá)3200多萬噸。目前，這些甘蔗渣主要被用作造紙?jiān)虾湾仩t燃料，利用效率低下，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。另一方面，我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年產(chǎn)生大量生物質(zhì)廢棄物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年可收集玉米、水稻、小麥、棉花、油料等農(nóng)作物秸稈的量約6.9億噸。作為肥料、飼料、食用菌基料以及造紙等用途共計(jì)每年約3.5億噸，但仍有3.4億噸未被合理利用，許多農(nóng)民通過直接田間焚燒等方法處理，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。因此，研究開發(fā)甘蔗渣、玉米秸稈等生物質(zhì)廢棄物的高效降解方法，為生物質(zhì)資源的高效利用提供新途徑，使其變廢為寶，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。眾所周知，甘蔗渣、玉米秸稈等生物質(zhì)廢棄物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有大量穩(wěn)定的碳碳鍵等化學(xué)鍵，難以通過貴金屬或其它常規(guī)催化劑進(jìn)行分解，因此，如何使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物質(zhì)廢棄物有效降解和利用一直是困擾人們的難題。目前，針對(duì)生物質(zhì)的降解方法主要有物理法、化學(xué)法以及生物法。其中，物理法能耗非常大；生物法因需使用對(duì)溫度和環(huán)境敏感的酶催化使得其要求條件苛刻；化學(xué)法主要有酸處理法、堿處理法和離子液體處理法。酸處理法一般使用純酸進(jìn)行處理，對(duì)工藝要求很高，且降解效率低；堿處理法所需處理時(shí)間較長(zhǎng)，易產(chǎn)生大量的不可回收性鹽；離子液體處理法效果不錯(cuò)，但是所需成本過高。可見，研究開發(fā)一種方法簡(jiǎn)單、成本低且高效環(huán)保的降解生物質(zhì)廢棄物方法具有重要意義和廣闊應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法，具有低成本、簡(jiǎn)單高效和綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)具體技術(shù)方案如下：本專利技術(shù)提供了一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法，包括：將三價(jià)鐵鹽、酸和生物質(zhì)廢棄物混合，得到混合溶液；將所述混合溶液在光照下加熱。優(yōu)選的，所述生物質(zhì)廢棄物為甘蔗渣、大豆渣、小麥秸稈、玉米秸稈、玉米芯、果殼、果核、樹葉和木屑中的一種或多種。優(yōu)選的，所述三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的一種或兩種。優(yōu)選的，所述酸為鹽酸、磷酸、硫酸和硝酸中的一種或兩種。優(yōu)選的，所述反應(yīng)液中所述三價(jià)鐵鹽的濃度為0.01～6mol/L，更優(yōu)選為0.5～3mol/L，最優(yōu)選為1～2mol/L；所述酸的氫離子濃度為0.05～5.0mol/L，更優(yōu)選為0.1～1mol/L，最優(yōu)選為0.2～0.5mol/L；所述生物質(zhì)廢棄物的含量為0.1～250g/L，更優(yōu)選為0.1～60g/L，最優(yōu)選為0.1～40g/L。優(yōu)選的，所述加熱的溫度為70～120℃；所述加熱的時(shí)間為0.5～40h。優(yōu)選的，所述光照采用的光源為紫外光、太陽光、可見光和紅外光中的一種或多種。本專利技術(shù)提供了一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法，通過引入價(jià)格低廉的三價(jià)鐵鹽作為降解生物質(zhì)廢棄物的氧化劑，降低了降解成本，而且在反應(yīng)過程中無需苛刻的反應(yīng)條件即可實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化，操作簡(jiǎn)單；同時(shí)，本專利技術(shù)方法還利用光熱耦合效應(yīng)，大大提高了三價(jià)鐵鹽斷裂生物質(zhì)廢棄物化學(xué)鍵的能力，進(jìn)而有效提高降解生物質(zhì)廢棄物的效率，綠色環(huán)保，簡(jiǎn)單高效，可廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)廢棄物降解領(lǐng)域。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為實(shí)施例1～3的反應(yīng)液中亞鐵離子濃度的變化趨勢(shì)圖；圖2為實(shí)施例1和實(shí)施例3的反應(yīng)液中固體組分紅外光譜圖；圖3為實(shí)施例3不同反應(yīng)時(shí)間的反應(yīng)液的固體組分紅外光譜圖；圖4為實(shí)施例4～5的反應(yīng)液中亞鐵離子濃度的變化趨勢(shì)圖；圖5為酸性條件下的三氯化鐵溶液的吸光度曲線圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例只是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施例進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行同等替換，而不脫離本專利技術(shù)技術(shù)方案的精神，均應(yīng)涵蓋在本專利技術(shù)保護(hù)的范圍中。實(shí)施例1單加熱反應(yīng)法降解甘蔗渣將27g六水合三氯化鐵、2mL11.7mol/L鹽酸和48mL水加入三口燒瓶中，混合均勻。然后將2.5g甘蔗渣和磁力攪拌子加入到三口燒瓶中，并將燒瓶固定于恒溫加熱磁力攪拌器中，接入和開啟冷凝回流管。開啟恒溫加熱磁力攪拌器的控溫系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)，設(shè)置反應(yīng)溫度100℃和攪拌檔位10，進(jìn)行加熱反應(yīng)4h。然后，在反應(yīng)時(shí)間為0h、0.5h、1h、2h、3h、4h時(shí)分別取3mL反應(yīng)液，待測(cè)。接著，利用鄰菲羅啉分光光度法檢測(cè)反應(yīng)液中亞鐵離子濃度的變化，利用傅里葉紅外光譜儀檢測(cè)反應(yīng)液中固體組分的結(jié)構(gòu)變化。其中，采用鄰菲羅啉分光光度法檢測(cè)反應(yīng)液中亞鐵離子濃度的具體步驟為：1)稱0.1g1,10-鄰菲羅啉置于100mL容量瓶中，加水定容至100mL，攪拌溶解，制得無色透明的1,10-鄰菲羅啉溶液，待用；2)稱136g醋酸鈉和120mL的17mol/L醋酸，加入到500mL容量瓶中，加水定容至500mL，制得醋酸-醋酸鈉緩沖液；3)取0.5mL反應(yīng)液，置于500mL容量瓶中，加水定容至500mL，搖勻，待用；4)取1mL經(jīng)步驟3)稀釋后的反應(yīng)液，置于50mL容量瓶中，加入5mL醋酸-醋酸鈉緩沖液、5mL的1,10-鄰菲羅啉溶液，然后加水定容至50mL，搖勻，靜止10min，然后利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)量待測(cè)樣品的吸光度。本實(shí)施例中采用單加熱反應(yīng)法進(jìn)行生物質(zhì)廢棄物降解所得反應(yīng)液中亞鐵離子濃度的變化如圖1所示，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，亞鐵離子濃度顯著增大，表明在加熱條件下三價(jià)鐵離子可較好地氧化降解甘蔗渣。采用單加熱反應(yīng)法反應(yīng)4h所得反應(yīng)液中固體組分的紅外譜圖如圖2所示，與未經(jīng)處理的甘蔗渣原樣相比，該單加熱法所得譜圖峰形發(fā)生顯著變化，甘蔗渣原樣中2900cm-1附近的飽和C-H鍵峰消失，并在1050cm-1附近出現(xiàn)了C-O峰，在1600cm-1附近出現(xiàn)了很明顯的C＝O峰，在1640cm-1附近出現(xiàn)了很明顯的C＝C峰，在2200cm-1附近出現(xiàn)了C≡C峰，在3200cm-1出現(xiàn)了不飽和C-H鍵，表明本實(shí)施例反應(yīng)液中生成了含有C-O鍵、C≡C鍵、C＝C鍵和C＝O鍵等的產(chǎn)物。進(jìn)一步證明了在加熱條件下三價(jià)鐵離子可氧化降解甘蔗渣，生成一系列化學(xué)產(chǎn)物。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法，其特征在于，包括：將三價(jià)鐵鹽、酸和生物質(zhì)廢棄物混合，得到混合溶液；將所述混合溶液在光照下加熱。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光熱耦合降解生物質(zhì)廢棄物的方法，其特征在于，包括：將三價(jià)鐵鹽、酸和生物質(zhì)廢棄物混合，得到混合溶液；將所述混合溶液在光照下加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)廢棄物為甘蔗渣、大豆渣、小麥秸稈、玉米秸稈、玉米芯、果殼、果核、樹葉和木屑中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的一種或兩種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸為鹽酸、磷酸、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：俎喜紅，孫樂樂，易國(guó)斌，劉洋汐，顏歡，蘇家華，劉曉純，張凱，張浩，林曦，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44