秸秆灰渣制备活性炭及回收钾磷研究

发布时间：2020-04-24 17:48

【摘要】：生物质发电产业已得到迅速发展,炉排炉是生物质发电的主流锅炉,农作物秸秆难以完全燃烧。炉排炉秸秆电厂灰渣含有未燃尽炭及丰富的钾磷养分,但由于缺氮及使用不便,未能很好返田。本论文开展“秸秆灰渣制备活性炭及回收钾磷研究”,探索资源化利用新方式,提高秸秆发电产业在经济与生态两方面的可持续性。采用两步酸解法同时回收秸秆灰渣(固定炭8.88%,SiO2 64.00%)的钾磷养分及未燃尽炭,重点考察过滤分离过程,计算物料平衡,分析钾、磷及重金属铬镉铅在固液各相中的质量分布。以酸解液过滤速度与元素回收率为指标确定“两步酸解”回收工艺。实验结果表明:第一步酸解秸秆灰渣,pH值调至3.5时,实现了固液两相的快速分离,获得钾液(回收率68.17%)、炭渣1(固定炭9.69%)、底渣。第二步酸解底渣,pH值调至0.8,过滤获得磷液(回收率86.51%)、炭渣2(固定炭11.63%)、硅渣(Si02 87.67%)。结果表明秸秆灰渣是有价值的钾源磷源。在两步酸解法回收秸秆灰渣的钾磷养分时,将获的炭渣A与炭渣B混合,记为秸秆炭渣,同样按照两步酸解法处理稻壳电厂灰渣,将获得的炭渣C与炭渣D混合,记为稻壳炭渣。对秸秆炭渣和稻壳炭渣碱溶除硅后,采用KOH活化法制备活性炭,获得了粉末秸秆活性炭和稻壳活性炭,灰分含量分别为4.23%和3.32%,比表面积分别为1165 m2/g和1794 m2/g,满足常规活性炭的相关标准要求。从比表面积来看,稻壳活性炭达到了高级活性炭基本标准,其粒径D50和D9D分别为29.6μm和87.8 μm。活性炭是常用吸附剂,通过“吸附-脱附”能够实现目标物的浓缩分离,但吸附与热法脱附过程中,容易局部高温而自燃,因为活性炭是多孔材料、导热系数低。因此本论文以硝酸铝为铝源、稻壳活性炭为碳源,通过高温氮化反应(1550 ℃)在活性炭表面原位生成导热体(AIN),将活性炭的导热系数从0.25 W/(m·K)提高到了0.54 W/(m·K)。
【图文】：

酸解,过滤速度

酸解液ｐＨ值保持在１以下｜６３１。酸解后，在真空下进行抽滤，透滤膜为逡逑孔径８｜Ｊｍ的亲水聚丙稀膜，滤液流入直立于抽滤瓶的量筒中。抽滤时，，记录过滤逡逑的累积时间及相应的滤液累枳体积，两者关系如图２－２所示。Ｉ１Ｃ１酸解液的过滤分逡逑离T间为４．１３邋ｍｉｎ，得到的滤液体积为２４６邋ｍＬ。ＨＮ０３和Ｈ２Ｓ０４酸解液经过滤分离逡逑后，分别获得的２４５和１８６邋ｍＬ的滤液，相应的过滤时间分别为１１．０７ｍｉｎ和３．２１ｍｉｎ。逡逑Ｈ２Ｓ0４酸解液的过滤性能差，滤液体积比ＨＣ１邋／邋ＨＮ０３酸解液少２４．１％。有相当部分逡逑酸解溶液仍然被截留在阆相中，液相与固相未实现完全分离，不利于钾素磷素的回逡逑收，酸解不能使用Ｈ２Ｓ０４。ＨＣ１和ＨＮ０３酸解液分离后，可以获得同等体积的滤液，逡逑但ＨＣ１酸解液的过滤平均速度快，为５９．５６邋ｍＬ／ｍｉｎ，而ＨＮ０３酸解液仅为２２．１３逡逑ｍＬ／ｍｉｎ。Ｈ２Ｓ０４，邋ＨＣ１与ＨＮ０３三种酸解液成分不同，铝素分别以Ａｌ２（Ｓ0４）２，邋Ａ１Ｃ１３，逡逑ａｉ（ｎｏ３）３三种形式存在

未燃尽炭,滤速,灰渣,酸解

分别取“秸秆灰渣”和“灼烧灰渣”邋１００邋ｇ，在液固比Ｌ／Ｓ为３、温度为２５°Ｃ逡逑（室温）的条件下，采用２．２．１节的方法用盐酸分别酸解至ｐＨ到０．８，考察两种灰逡逑渣酸解液的过滤速度（图２－３）。秸秆灰渣的酸解液在４．１３邋ｍｉｎ内真空抽滤得到２４６逡逑ｍＬ滤液，而灼烧灰渣酸解液在２．６８邋ｍｉｎ内获得２６６邋ｍＬ滤液，平均过滤速度分别为逡逑５９．５６邋ｍＬ／ｍｉｎ、９９．２５邋ｍＬ／ｍｉｎ。灼烧灰渣酸解液明显优于秸秆灰渣酸解液，未燃尽逡逑炭对过滤速度有一定负面影响。逡逑３００邋逦逦逦——－－－逦—逦逡逑２５０逦，’气逦▲逡逑３２００逦？邋ａ逡逑ｎ＜逦＿邋ａ逡逑｜１５０逦？灼烧灰渣逡逑１００邋＃邋▲邋ｒ，邋Ｔ邋－邋＾逡逑衣逦－ｔＡ逦▲秸秆灰渣逡逑５０邋他逡逑瓤逡逑０邋？邋—逡逑０逦１２逦３逦４逦５逡逑过滤时间（ｍｉｎ）逡逑图２－３未燃尽炭对过滤速度的影响逡逑然而，若要通过灼烧去除秸秆灰渣中的未燃尽炭，在实际应用中是不可行的。逡逑仅１０－２０％未燃尽炭的秸秆灰渣，可燃性非常差，需要消耗额外能源才能灼烧，并逡逑且操作处理粉末态的秸杆灰渣，远远不如操作颗粒态物料容易。为此，本研究提出逡逑了“两步酸解”的解决方案（图２－１）。逡逑２．２．３两步酸解的过滤分离效果逡逑选取６个烧杯
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X773;TM62

【参考文献】