直接分離法黃姜皂素廢渣制備炭材料的研究.pdf

1、傳統(tǒng)皂素生產(chǎn)工藝(下簡稱老工藝)一般采用“自然發(fā)酵-酸解-提取皂素”的流程。在黃姜漿料酸解過程中,大量的淀粉和纖維素被酸解成糖類并殘留在皂素廢水中,造成廢水高COD、高有機物含量、廢水色度深、污染嚴重。直接分離法(下簡稱新工藝)是近幾年才開展應用的黃姜皂素清潔生產(chǎn)新技術,采用物理方法先將黃姜中纖維、淀粉分離出來后,再進行“發(fā)酵-酸解-提取皂素”。相比老工藝,減少了水、鹽酸等原材料消耗,使得后續(xù)的污水排放及污染負荷均大大減少,但是所產(chǎn)生的

2、大量廢渣不是丟棄就是堆放在廠區(qū),既污染了環(huán)境浪費了資源,又阻礙了新工藝的進一步推廣應用。目前針對老工藝廢渣的綜合利用研究很多,但是針對新工藝廢渣的綜合利用研究幾乎沒有,而且新老工藝廢渣的成分有所不同,因此,對新工藝廢渣在成分分析的基礎上進行綜合利用研究更有針對性,對解決皂素行業(yè)的發(fā)展瓶頸,促進該行業(yè)的清潔生產(chǎn)技術進步有重要的意義。
　　本研究在對比分析新老工藝廢渣成分的基礎上,根據(jù)新工藝廢渣具有纖維素、半纖維數(shù)含量高,灰分和密度小

3、,比表面積大等特點,對其進行炭材料的制備研究。采取單因素(生物炭:升溫速度、熱解溫度、熱解時間;活性炭:浸漬比、活化溫度、活化時間)和正交試驗的方法,以產(chǎn)品得率和亞甲基藍吸附值為參考指標進行制備條件的優(yōu)化實驗,探究了最佳優(yōu)化條件下所制備炭材料產(chǎn)品的比表面積、孔徑、電鏡掃描、吸附值等特性,并在相同條件下與商業(yè)活性炭進行了吸附性能的對比實驗,最后對所制備的炭材料應用到工業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境效益、成本收益等進行了總結分析,對于工業(yè)化的應用有一定的借

4、鑒意義。
　　實驗所得到的的主要結論如下:
　　1.新工藝皂素廢渣主要成分:纖維素20.95％、半纖維素15.87%、木質素18.48%、還原糖0.83%、淀粉9.06%。
　　2.對生物炭收率和吸附能力影響最顯著的因素是熱解溫度,其次是熱解時間,升溫速率影響較小。最佳生物炭制備條件為:升溫速度4℃/min,熱解溫度為500℃,熱解時間35min。在該條件下生物炭收率為24.80%,亞甲基藍吸附值為16.237mg/g

5、,比表面積為338.8m2/g,總孔體積為0.19cm3/g。
　　3.最佳活性炭制備條件為:浸漬比1.5:1、活化溫度550℃、活化時間45min。該條件制備的活性炭收率為51.2%,亞甲基藍吸附值為85.8mg/g,經(jīng)過比表面積分析得出,該活性炭比表面積為601m2/g,微孔發(fā)達,并有大量中孔。
　　4.最優(yōu)實驗條件下的各個因素條件變化時對活性炭收率和性能的影響,對活性炭收率和吸附能力影響最顯著的因素是活化溫度,其次是浸

6、漬比,活化時間影響較小,浸漬比升高時活性炭收率先減后增,吸附性能逐漸上升,活化溫度增加時活性炭收率下降,吸附性能逐漸增加至平衡。
　　5.通過對比實驗分別研究了直接分離法制備的生物炭和活性炭對皂素廢水的吸附能力,結果表明生物炭在最優(yōu)條件下對皂素廢水中的COD去除率為45.44%,色度的去除率為52.40%;活性炭對皂素廢水中的COD去除率為41.21%,色度的去除率為47.19%。由此說明本生物炭產(chǎn)品對廢水中COD和色度處理方面與