科技農(nóng)業(yè)廢棄物多孔碳制備研究

2015年首屆天津市大學(xué)生化學(xué)競賽綜合技能團(tuán)體賽——京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物多孔碳制備研究團(tuán)隊名稱：科技之光學(xué)校：天津科技大學(xué)2展示內(nèi)容123京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述廢棄物制備多孔碳研究廢棄物利用市場可行性3

京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述1第一部分1.1農(nóng)業(yè)廢棄物定義

農(nóng)業(yè)廢棄物[1](agriculturalresidue)也稱農(nóng)業(yè)垃圾，是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機(jī)類物質(zhì)，是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民生活中不可避免的非產(chǎn)品產(chǎn)出。1.2特點

可再生性循環(huán)再生，永不枯竭可利用性屬于生物質(zhì)資源，具有可利用的物質(zhì)基礎(chǔ)可存儲性可以收集、存儲和運輸污染性處置不當(dāng)，對自然環(huán)境造成污染

京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述[1]孫振鈞，袁振宏等．農(nóng)業(yè)廢棄物資源化與農(nóng)村生物質(zhì)資源戰(zhàn)略研究報告[R]．國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究，2004．

京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述1.3農(nóng)業(yè)廢棄物分類[2]第一性種植業(yè)廢棄物

(作物秸稈、枯枝落葉等)第二性養(yǎng)殖業(yè)廢棄物

(畜禽糞便等)第三性農(nóng)業(yè)加工廢棄物(農(nóng)畜產(chǎn)品加工廢棄物)第四性農(nóng)村生活廢棄物(城鄉(xiāng)生活垃圾、人糞尿等)[2]孫振鈞,孫永明.我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化與農(nóng)村生物質(zhì)能源利用的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報,2006,8(1):6-13.6京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述1.4農(nóng)業(yè)廢棄物的危害人畜傳染病寄生蟲病侵占土地土壤富營養(yǎng)化霧霾天氣溫室效應(yīng)惡臭污染水體富營養(yǎng)化水質(zhì)變壞7京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述1.5目前農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量

1.5.1中國是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家[3][3]孫永明,李國學(xué),張夫道等.中國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,21(8):169-173.81.5.2京津冀地區(qū)主要農(nóng)作物[4]有：小麥、水稻、玉米、大豆及高粱，因此，農(nóng)作物廢棄物主要有三類：秸稈、稻及豆殼、玉米棒芯。主要作物秸稈資源量作物種類占秸稈總量比例/%小麥29.93玉米27.39水稻18.31大豆5.06高粱0.73京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述[4]中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)：/1.5.3京津冀地區(qū)2014年主要種植業(yè)廢棄物產(chǎn)量小麥秸稈3.5-4玉米秸稈6-8玉米棒芯0.18-2.25小麥秸稈4091.7玉米秸稈70637.8玉米棒芯1325.7廢棄物畝產(chǎn)量(m3)廢棄物年產(chǎn)量（萬m3）京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述[5]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部：/京津冀農(nóng)業(yè)廢棄物綜述1.6資源化處理方式[3][3]孫永明,李國學(xué),張夫道等.中國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,21(8):169-173.11廢棄物制備多孔碳研究2第二部分12秸稈廢棄物制備多孔碳2.1秸稈炭化概況農(nóng)業(yè)廢棄物的秸稈等基本組織是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，尤其是玉米芯、稻殼灰，含量更加豐富。目前工業(yè)上可以實現(xiàn)秸稈粉碎、固化成型和炭化，秸稈炭化后的含碳量為50%-85%，由于其具有較高的熱值，因此廣泛用作“生物煤”[6]。同時由于其組織均勻、空隙豐富有序、吸附性強(qiáng)，可以用于造紙、生物制糖制藥、廢水中重金屬凈化、廢氣治理等行業(yè)。鑒于其吸附性強(qiáng)的特點，我們創(chuàng)新性將其用于危險液體化學(xué)品泄漏事故的快速吸附。[6]王洪濤陸文靜.農(nóng)村固體廢物處理處置與資源化技術(shù).北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，200613

常規(guī)應(yīng)急處理方法不能在第一時間內(nèi)有效控制有毒有害物質(zhì)的生成與擴(kuò)散，僅降低了有毒物質(zhì)的濃度，并不能清除有毒物質(zhì)，不能從根本上解決問題，對于周邊居民、救援人員和環(huán)境仍造成較大危害。覆蓋法常規(guī)處理方法稀釋法中和法泡沫覆蓋抑制揮發(fā)噴射水霧稀釋蒸汽防止爆炸溝渠蓄積筑壩阻流向溝渠中加中和劑轉(zhuǎn)變?yōu)榈投净驘o毒秸稈廢棄物制備多孔碳2.2液體?；烦Ｒ?guī)處理方法14秸稈廢棄物制備多孔碳123特點

可在液體?；繁砻嫜杆僮园l(fā)地鋪展形成覆蓋層，避免直接裸露于空氣中，及時有效地控制生成與傳輸，防止大范圍擴(kuò)散。

快速吸附并鎖住液體?；罚乐沽鲃踊蛳聺B至地下污染土壤及地下水，有效控制污染區(qū)域?？赏ㄟ^抽濾方式解吸回收液體?；?，多孔碳可重復(fù)利用。2.3所制備多孔碳特點廢棄物收集干燥粉碎固化成型炭化秸稈廢棄物制備多孔碳2.4制備工藝16原料工藝制備結(jié)構(gòu)成品吸附孔隙豐富有序化學(xué)活化法秸稈玉米芯秸稈廢棄物制備多孔碳液體?；?.4制備工藝化學(xué)活化法原料分析（元素組成、灰分、熱重分析）堿炭浸漬比氮氣流量碳化（溫度、時間、速率）活化（溫度、時間、速率）活化劑的選擇秸稈廢棄物制備多孔碳2.5化學(xué)活化法12秸稈廢棄物制備多孔碳

多孔碳裝進(jìn)有壓噴桶，制成吸附液體?；返臍鈮菏絿姺燮?。可用于?；愤\輸車必備。

噴粉后快速在液體表面鋪展并吸附，同時部分多孔碳粉末懸浮于空氣中，可達(dá)數(shù)分鐘，形成穩(wěn)定氣溶膠，這些粉末比表面積大，吸收速率快。2.6

多孔碳?xì)鈮菏絿姺燮鹘斩拸U棄物制備多孔碳液體?；范嗫滋?xì)鈮菏絿姺燮?.7初步試驗產(chǎn)品吸附效果示意圖秸稈廢棄物制備多孔碳2.8泄漏事故處理模擬動畫秸稈廢棄物制備多孔碳2.9課題前期情況2014年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“生物質(zhì)基多孔碳吸附抑制液體危化品揮發(fā)的研究”，項目編號：201410057093，獲批立項為國家級。

本項目獲得立項為國家級，由國家教育部及市教委共同提供資金支持，目前項目已進(jìn)入結(jié)題階段。

廢棄物利用市場可行性3第三部分23

由于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要，多孔碳在廢水處理，空氣吸附凈化及環(huán)境治理中的應(yīng)用越來越多，具有較大的市場需求。廢物再利用，秸稈炭化將是未來趨勢，而目前固化、碳化技術(shù)已相當(dāng)成熟。

經(jīng)過我國科研單位和生產(chǎn)廠家的不斷努力，已經(jīng)研制出能連續(xù)運行的秸稈固化及炭化設(shè)備，市場化勢在必行。

目前，歐美日韓等國家和地區(qū)都希望在我國尋求合作伙伴，發(fā)展炭化成型燃料及其他制品的生產(chǎn)[7]。廢棄物利用市場可行性3.1市場背景[7]

張穎.農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用[M].北京：北方工業(yè)出版社，2005：26-5724廢棄物利用市場可行性一號文件2015年中央一號文件，明文指出要繼續(xù)支持三農(nóng)發(fā)展，通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作社、家庭農(nóng)場等多種形式，鼓勵有技術(shù)、有經(jīng)驗、會管理的新型職業(yè)農(nóng)民經(jīng)營更多的土地，推廣集約化家庭農(nóng)場、種糧大戶的新型經(jīng)營主體。目前僅河北省就有重點培育家庭農(nóng)場300個，因此，相比以往家庭承包的個體經(jīng)營，不管是政策上，還是客觀條件上，都有利于我們與種糧大戶們洽談合作，從秸稈收集、轉(zhuǎn)運，到處理轉(zhuǎn)化等，將秸稈再利用也實現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化。3.2國家政策支持國內(nèi)多孔碳的年使用量3.3市場需求廢棄物利用市場可行性[8]周學(xué)工.淺析多孔碳的市場前景[J].黑龍江紡織,2014年6月,2(1):13-15.噸京津冀城市自來水深度凈化多孔炭需求量增長圖廢棄物利用市場可行性3.3市場需求[8]周學(xué)工.淺析多孔碳的市場前景[J].黑龍江紡織,2014年6月,2(1):13-15.噸年份3.4成本估算廢棄物利用市場可行性

目前多孔碳來源主要是煤炭及木材，對資源消耗很大，同時，市場價格在5000-7000元/噸左右，價格較高，而秸稈等廢棄物炭化，原料來源豐富易得，改性之后孔隙豐富有序，相比煤質(zhì)和森質(zhì)資源具有很高的性價比。同時，所制氣壓式噴粉器成本為50元左右（4公斤）。價格極其有利于市場推廣。28

中華民族偉大復(fù)興的中國夢，實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標(biāo)與我們當(dāng)代大學(xué)生