专利名称：一种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法
技术领域：
本发明涉及生物环保材料领域，具体是一种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法。
背景技术：
随着城市工业化进程加快，环境污染日益加剧，富营养化所引起的有害蓝藻水华 已成为国内外普遍关注的环境问题。富营养的湖泊、水库水中含有大量的藻类，含藻量一般 为每升数万到数千万个。一般采用物理，化学等方法在蓝藻大量暴发时对其采取应急措施， 如人工打捞，机械打捞，混凝沉淀，混凝气浮等，但在捞出蓝藻的同时都带来了同样的一个 问题，如何处理或者处置这些高污染性藻渣。同时，我国有多座处理含藻水的给水厂，含藻 水的给水处理一般不采用直接过滤，过滤之前应先经过混凝沉淀或混凝气浮，即用混凝一 气浮一过滤一消毒的净水处理工艺。这个工艺处理后的浮渣量大、污染物浓度很高。藻渣体 积一般为处理水量的0. 04%左右，含水率为95-97%。藻渣的B0D5平均为5203mg/L，C0D Cr 平均为15800mg/L，总砷、总锌、总镉、总铅、总铁以及总氮、总磷、铝等的含量都很高。藻渣 中的上述悬浮固体等前8种污染物浓度是污水排入城市排水管道最高允许浓度的19-204 倍，含藻水经过处理后，出水的藻毒素比进水减少了 60%。减少的藻毒素包括细胞内和细胞 外的，两种藻毒素都进入藻渣中，藻渣中藻毒素的含量也很高。因此，藻渣，不仅不能排入水 体，也不应排入城市排水管道，应加以适当的处理或处置。目前对藻渣的处理主要包括以下几种措施提取生理活性物质蓝藻提取物被发现具有抗菌的作用，资料表明，Tychonema bourrelly>phanizomenon flos—aquae 禾口 Cylindrospermopsisraciborckii 白勺甲酉享提取物 有较好的抑菌效果，Microcystis aeruginosa和Τ. Hourrellyi的水提取物也有明显的抑 菌作用；有的蓝藻在筛选中被发现具有抗病毒的活性，Rinehart等发现他们所筛选出来的 蓝藻提取物中，5%以上的都具有抗疱疹II型病毒活性，另外也有5%以上的具有抗呼吸道 合胞病毒的活性，但藻渣中藻的种类繁多，这些活性物质的结构尚不明确，且大多有毒，用 于医药较难，需进一步研究。生产沼气研究表明，5000t (干藻量)产生180多万m3沼气， 沼气中甲烷含量为64. 91 %。但蓝藻发酵产生产沼气也存在许多问题，蓝藻发酵产沼气时 利用率很低，经济高效发酵工艺的建立和厌氧发酵装置的设计，发酵的快速启动以及发酵 残余物肥料化利用也是研究的重点，且要对发酵残留物中微囊藻毒素残留做进一步分析及 处理。制作有机肥料日本对蓝藻资源化利用的措施，主要是将藻类作为有机肥料，它的肥 效优于一般化肥，氮、磷、钾含量均高于豆饼、紫云英等植物性有机肥料，蓝藻中不含对作物 及人体有害的重金属，使用后不会污染土壤。1992年，日本的脱水微囊藻已全部实现肥料 化，年产量120-180t。微囊藻实现资源化利用后，其处理费用下降了 30%，但最近的研究表 明，藻渣中干含量的藻毒素对农作物有一定的伤害和诱变作用，对食品安全存在着潜在的 威胁。制生物柴油据世界石油俱乐部的数字，每公顷大豆可生产450升生物柴油，棕榈可 生产6000升，而每公顷蓝藻能生产9万升生物柴油，而且还可以像农作物一样在地面种植。而蓝藻生物柴油转化比例占其重量的50 %，一些企业尝试在塑料大蓬内生产蓝藻，这样成 本较高，露天种植是唯一降低成本的选择。但从太湖打捞出来的蓝藻含脂类物质较少，只有 0. 26%，从蓝藻中提取油脂制作生物柴油不具有可行性。在实际应用中，蓝藻资源化利用多 年来一直未能得到产业化开发及大规模的应用推广，问题主要存在于以下几个方面规模 暴发、打捞量大、脱水困难、破壁成本高及藻毒素残留。
发明内容
本发明提供了一种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法，能高效处理大量藻渣 同时又可以利用藻渣，变废为宝，制备大量纳米活性碳球应用于环保及润滑与散热添加剂 领域，可以作为藻渣资源化的一种方法，减少藻渣及藻毒素带来的危害，同时也是一种环保 高效制备纳米材料的方法。本发明的技术方案为—种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法，其特征在于包括以下步骤(1)、收集蓝藻的藻渣，包括通过气浮、混凝或人工打捞的藻渣；(2)、将蓝藻藻渣烘干至含水量达5-10%，然后粉碎成粉末，过150-200目筛；(3)、将蓝藻藻渣粉末加入40-60%磷酸溶液中，混合均勻，渍化2-10小时；(4)、将渍化后的混合物在300_500°C碳化60-120分钟后，自然冷却到室温；(5)、将碳化的蓝藻藻渣依次用0. 8-1. 2mol/L盐酸溶液、去离子水、无水乙醇清 洗，然后在20-60°C下烘干、研磨、过200目筛，得直径为5-lOnm均一纳米活性碳球。所述的利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法，其特征在于所述的藻渣粉末和 磷酸溶液的质量份比1 2-3 ；所述的磷酸的浓度为14. 75mol/L。本发明的原理是利用藻渣中藻细胞表面结构丰富，大小均一性等特点，同时利用 磷酸渍化能在生物质内部形成丰富的孔洞，制备出了纳米活性碳球。本发明制备过程简单，环境友好，产物性能稳定，能应用于环保，润滑及散热添加 剂等领域；利用制备出的纳米活性碳球的强吸附性能高效处理重金属废水，染料废水等； 制备过程中将藻毒素高效分解，去除藻毒素的危害；所用材料藻渣是一种高污染，具有较强 吸附能力的材料，来源广、性能稳定易于回收。本发明的有益成果及创新之处1、本发明利用藻渣为原料高效制备直径为5-lOnm均一活性碳球，由于原料表面 结构的特殊性，制备出表面结构丰富的球状微颗粒，部分保留了藻细胞表面结构特点，克服 了利用其它生物质制备活性碳的形状结构不均一性的缺点；2、该方法利用生物质为材料制备纳米活性碳，能耗低，操作简便，清洁环保，避免 了化学方法合成法制备纳米碳球能耗高，操作繁琐，污染大的缺点；3、该方法变废为宝，既能消除藻渣及其含有的毒素造成的危害及污染，又能制备 出环境友好的纳米材料。同时还能利用制备的纳米碳球处理重金属废水，印染废水等达到 以废治废的目标。
图1为本发明蓝藻藻渣制备的活性纳米碳球超微结构图。
具体实施例方式利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法1、收集藻渣，包括气浮藻渣、混凝藻渣或者人工打捞的藻渣；2、将藻渣自然风干或者于50度-100度下烘干至含水量5_10 %，粉碎成粉末，过 150-200 目筛；3、将藻渣粉末与质量浓度40-60%的磷酸按1 2. 5的质量份比混勻，渍化2_10 小时；4、将渍化后的混合物放入马弗炉中在300_500°C碳化60-120分钟后，自然冷却到
室温；5、将碳化的藻渣依次用lmol/L的盐酸、去离子水、无水乙醇清洗三次，然后在 20-60°C下烘干、研磨、过200目筛，即得直径为5-lOnm均一活性碳球。
权利要求
一种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法，其特征在于包括以下步骤(1)、收集蓝藻的藻渣，包括通过气浮、混凝或人工打捞的藻渣；(2)、将蓝藻藻渣烘干至含水量达5 10％，然后粉碎成粉末，过150 200目筛；(3)、将蓝藻藻渣粉末加入40 60％磷酸溶液中，混合均匀，渍化2 10小时；(4)、将渍化后的混合物在300 500℃碳化60 120分钟后，自然冷却到室温；(5)、将碳化的蓝藻藻渣依次用0.8 1.2mol/L盐酸溶液、去离子水、无水乙醇清洗，然后在20 60℃下烘干、研磨、过200目筛，得直径为5 10nm均一纳米活性碳球。
2.根据权利要求1所述的利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法，其特征在于所述 的藻渣粉末和磷酸溶液的质量份比1 2-3 ；所述的磷酸的浓度为14. 75mol/L。
全文摘要
本发明公开了一种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法，将藻渣粉碎成粉末后，利用磷酸渍化在藻渣生物质内部形成丰富的孔洞，然后碳化，制备出了纳米活性碳球。本发明制备过程简单，环境友好，产物性能稳定，应用于环保，润滑及散热添加剂等领域，制备过程中将藻毒素高效分解，去除藻毒素的危害，且藻渣是一种高污染，具有较强吸附能力的材料，来源广、性能稳定易于回收。
文档编号C01B31/08GK101891188SQ20101013282
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者余增亮, 刘夏楠, 吴跃进, 唐义, 张宏, 李军, 王相勤, 蔡冬清 申请人:中国科学院等离子体物理研究所