一种改性生物炭及其制备方法和应用与流程

本发明涉及生物炭改性，具体是一种改性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、沼气资源为一项极具应用前景的新能源。沼气在从厌氧发酵系统产出时，携带有大量的h2s气体和水蒸汽，其中h2s与水蒸汽共同作用生成亚硫酸(h2so3)，亚硫酸将加速厌氧发酵系统中金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞；另外，h2s的释放还会造成大气环境的污染，严重影响人体健康。因此，在使用沼气之前，必须尽可能地除去h2s。

2、目前常用的脱硫方法为干法脱硫、湿法脱硫、生物脱硫和原位脱硫等。其中，干法脱硫是利用固体脱硫剂或者吸附剂进行脱硫，一般需要在填料塔中进行，虽然脱硫效率较高，但需要较高的运行成本；湿法脱硫是使用具有脱硫能力的溶剂与沼气逆流接触，使h2s转移到液相从而实现脱硫，该方法也被高昂的运行成本所限制；生物脱硫是利用微生物的代谢将沼气中的h2s转化为单质硫，生物脱硫具有良好的脱硫效率并对环境友好，但需要额外的生物滤池、洗涤塔等设备；传统的原位脱硫是在厌氧消化反应器中加入脱硫剂(如微量氧气)，在厌氧发酵的同时消除伴生的h2s，此方法不需要额外的脱硫设备，但脱硫效率较低且容易影响甲烷产量。

3、生物炭相对于活性炭等多孔材料的生产成本更低，其可以促进种间电子传递并能够作为微生物载体使用。已有研究证实，生物炭可以促进厌氧发酵系统中甲烷的产生并提升厌氧发酵系统的稳定性。生物炭较多的孔隙和较大的比表面积使其具有很强的吸附能力，将其加入厌氧发酵系统中可实现对h2s的吸附，但仅靠吸附作用难以实现h2s的高效去除，最终h2s的去除率一般不会超过70％。

4、公布号为“cn113145076a”(申请号：202110522077.5)的中国专利申请中公开了一种改性生物炭，是将预处理后的农作物秸秆粉浸渍于氧化铁悬液中，经过加热、搅拌、振荡、烘干后再利用热解设备进行热解，最终得到改性生物炭，该专利中所得到的改性生物炭比表面积增大，对阴离子具有较好的吸附能力，可将应用于修复土壤污染、改善土壤结构等。但是，该专利中所提供的改性生物炭主要发挥的作用是吸附重金属或吸附阴离子，即主要发挥吸附作用，若将其应用于厌氧发酵系统中进行脱硫，仅靠其吸附作用依然难以实现h2s的完全去除。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性生物炭及其制备方法，制备得到的改性生物炭能够应用于厌氧发酵系统中h2s的高效去除，去除率最高可达100％。

2、本发明技术方案如下：

3、一种改性生物炭，是将生物炭浸渍于含有铁离子的溶液中进行改性得到；该改性生物炭中铁元素的质量比为17600～17800ppm或29600～29800ppm，该改性生物炭的微孔体积为0.003～0.005cm3/g或0.03～0.05cm3/g。

4、所述改性生物炭的制备方法，是将农作物秸秆置于热解设备中进行热解，得生物炭；将生物炭加入到含有铁离子的溶液中，磁力搅拌45～50h，得复合材料；将复合材料进行烘箱干燥，然后用水冲洗去除污染物，继续进行烘箱干燥，得改性生物炭。

5、上述得到的改性生物炭中存在大量的铁离子，因此，在改性生物炭发挥其吸附作用的同时，其中的铁离子还能够与h2s之间发生氧化还原反应，从而去除h2s。

6、优选的，所述农作物秸秆为玉米秸秆或枫木秸秆。

7、优选的，所述含有铁离子的溶液中，铁离子的浓度为0.5～1.5g/l。

8、所述含有铁离子的溶液为氯化铁溶液。

9、优选的，所述热解的条件为：在热解设备中通入氮气并升温至490～510℃，热解10～15min。

10、优选的，所述烘箱干燥的条件为：100～110℃干燥20～26h。

11、所述改性生物炭在去除硫化氢中的应用。

12、优选的，所述改性生物炭在厌氧发酵系统中去除硫化氢中的应用。

13、优选的，所述厌氧发酵系统为牛粪厌氧发酵系统。

14、有益效果：

15、本发明所提供的改性生物炭中存在大量的铁离子，在其发挥吸附作用的同时，其中的铁离子还能够与h2s之间发生氧化还原反应，从而去除沼气中的h2s，去除率最高可达100％。

技术特征：

1.一种改性生物炭，其特征在于，是将生物炭浸渍于含有铁离子的溶液中进行改性得到；该改性生物炭中铁元素的质量比为17600～17800ppm或29600～29800ppm，该改性生物炭的微孔体积为0.003～0.005cm3/g或0.03～0.05cm3/g。

2.权利要求1所述改性生物炭的制备方法，其特征在于，是将农作物秸秆置于热解设备中进行热解，得生物炭；将生物炭加入到含有铁离子的溶液中，磁力搅拌45～50h，得复合材料；将复合材料进行干燥，然后用水冲洗去除污染物，继续进行干燥，得改性生物炭。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述农作物秸秆为玉米秸秆或枫木秸秆。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有铁离子的溶液中，铁离子的浓度为0.5～1.5g/l。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有铁离子的溶液为氯化铁溶液。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热解的条件为：在热解设备中通入氮气并升温至490～510℃，热解10～15min。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的条件为：100～110℃干燥20～26h。

8.权利要求1所述改性生物炭在去除硫化氢中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述改性生物炭在厌氧发酵系统中去除硫化氢中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述厌氧发酵系统为牛粪厌氧发酵系统。

技术总结本发明提供了一种改性生物炭及其制备方法和应用，属于生物炭改性技术领域，是将生物炭浸渍于含有铁离子的溶液中进行改性得到；该改性生物炭能够应用于厌氧发酵系统中去除沼气中的H<subgt;2</subgt;S气体，其在吸附H<subgt;2</subgt;S的同时能够与H<subgt;2</subgt;S发生化学反应，从而去除沼气中的H<subgt;2</subgt;S，去除率最高可达100％。技术研发人员：劉軒銘,高超,王文波受保护的技术使用者：标发生态（山东）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20