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(jiǎn)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(guò)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(jī)物含量、廢水色度深、污染嚴(yán)重。直接分離法(下簡(jiǎn)稱新工藝)是近幾年才開(kāi)展應(yīng)用的黃姜皂素清潔生產(chǎn)新技術(shù),采用物理方法先將黃姜中纖維、淀粉分離出來(lái)后,再進(jìn)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(fù)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(fèi)了資源,又阻礙了新工藝的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。目前針對(duì)老工藝廢渣的綜合利用研究很多,但是針對(duì)新工藝廢渣的綜合利用研究幾乎沒(méi)有,而且新老工藝廢渣的成分有所不同,因此,對(duì)新工藝廢渣在成分分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合利用研究更有針對(duì)性,對(duì)解決皂素行業(yè)的發(fā)展瓶頸,促進(jìn)該行業(yè)的清潔生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步有重要的意義。
　　本研究在對(duì)比分析新老工藝廢渣成分的基礎(chǔ)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(diǎn),對(duì)其進(jìn)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(shí)間;活性炭:浸漬比、活化溫度、活化時(shí)間)和正交試驗(yàn)的方法,以產(chǎn)品得率和亞甲基藍(lán)吸附值為參考指標(biāo)進(jìn)行制備條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn),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(jìn)行了吸附性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn),最后對(duì)所制備的炭材料應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境效益、成本收益等進(jìn)行了總結(jié)分析,對(duì)于工業(yè)化的應(yīng)用有一定的借

4、鑒意義。
　　實(shí)驗(yàn)所得到的的主要結(jié)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(zhì)素18.48%、還原糖0.83%、淀粉9.06%。
　　2.對(duì)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(shí)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(shí)間35min。在該條件下生物炭收率為24.80%,亞甲基藍(lán)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(shí)間45min。該條件制備的活性炭收率為51.2%,亞甲基藍(lán)吸附值為85.8mg/g,經(jīng)過(guò)比表面積分析得出,該活性炭比表面積為601m2/g,微孔發(fā)達(dá),并有大量中孔。
　　4.最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下的各個(gè)因素條件變化時(shí)對(duì)活性炭收率和性能的影響,對(duì)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(shí)間影響較小,浸漬比升高時(shí)活性炭收率先減后增,吸附性能逐漸上升,活化溫度增加時(shí)活性炭收率下降,吸附性能逐漸增加至平衡。
　　5.通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分別研究了直接分離法制備的生物炭和活性炭對(duì)皂素廢水的吸附能力,結(jié)果表明生物炭在最優(yōu)條件下對(duì)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(duì)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(shuō)明本生物炭產(chǎn)品對(duì)廢水中COD和色度處理方面與