一种餐饮垃圾资源化方法、催化剂及应用

本发明属于垃圾处理，具体属于一种餐饮垃圾资源化方法、催化剂及应用。

背景技术：

1、餐饮垃圾是指来自餐厅、食堂、酒店等含有高油脂、高有机质、高盐的废弃物。随着人们生活水平的逐年提高，这类废弃物的年产量飞速增长，据统计，截至2020年我国餐饮垃圾产量达1.2亿吨。餐饮垃圾因其成分特性具有易腐变发酵、发臭、易滋生蚊蝇细菌等特点，若不妥善处理，对环境及人身健康会造成严重威胁。目前，餐饮垃圾处理处置方法主要有：填埋、焚烧、粉碎直排、肥料化、厌氧发酵、饲料化处理等方法。这些方法在一定程度上解决了餐饮垃圾的环境污染问题，同时对能源危机也具有一定的缓解作用。然而，从餐饮垃圾资源化利用角度看，这些方法仍存在很大提升空间。

2、为了高效利用这些放错了位置的“资源”，国内学者展开了大量研究工作，取得了明显的成效。在这些研究成果中，得到一致认可的是通过相应催化剂的添加促进餐饮垃圾资源化利用。黄清媚等通过酿酒酵母溶液ci溶液c溶液c1346、糖化酶、异淀粉酶的添加强化餐饮垃圾乙醇转化，结果显示：糖醇转化率分别为91.7％和77.1％(黄清媚等,餐饮垃圾制备乙醇的同步糖化发酵研究,中山大学学报(自然科学版),2016,55(5))。薛旭方等研究催化剂溶液co-m溶液cm-41对餐饮垃圾热解对生物燃油的产率的影响，结果表明米饭、白菜、猪肉的产油率分别为45.02％、25.60％、71.26％(薛旭方等,餐饮垃圾热解制取生物燃油的实验研究,燃料化学学报,2011,39(5))。su等利用9wt％的镧系助剂强化ni/光催化剂al2o3催化剂的催化性能，结果显示食品废弃物h2产率可提高到8.03mol/kg(hongcai su等,catalytic gasification of food waste in supercritical water over la promotedni/al2o3 catalysts for enhancing h2 production,international journal ofhydrogen energy,2020,45(1))。

3、上述技术在强化餐饮垃圾资源化利用中应用相应催化剂通过物理化学、生物方式实现其资源高效利用，催化过程中催化剂多是针对餐饮垃圾中某一组分(或油脂类、或纤维素生物质类)进行催化转化的，产品单一，造成餐饮垃圾中的有效成分不能得到充分的利用；也有少数针对其中多种资源进行转化利用的，但是对于这一类的催化转化效率则较低，致使其经济效益并不是很显著。此外，这些催化方式也或多或少存在成本较高、可控性差、转化不彻底、二次污染等问题，致使餐饮垃圾资源化利用技术难以广泛推广。因此如何高效充分利用餐饮垃圾有益成分、降低投入成本、提高过程可操控性，是加快餐饮垃圾资源化技术推广亟待解决的首要问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种餐饮垃圾资源化方法、催化剂及应用，克服现有技术餐饮垃圾资源利用不充分、操作繁琐、效率低、经济性差等缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种餐饮垃圾资源化的方法，具体步骤为：

3、s1对餐饮垃圾进行油脂分离得到油脂和餐饮垃圾料液，向餐饮垃圾料液中加入上述光催化剂a，超声波处理后，边搅拌边太阳光照射，得到料液1；

4、s2在避光条件下，向料液1中加入的纤维素酶，恒温反应，得到料液2；

5、s3向料液2中加入上述层状催化剂d，间隔光照，得到料液3；

6、s4将s1分离出的油脂、酵母菌加入料液3中，恒温反应，得到料液4；

7、s5向料液4中添加上述层状催化剂d，反应得到皂糊、甘油、乙醇。

8、进一步的，s1中，以质量分数计，催化剂的添加量占餐饮垃圾料液的5.5％～8.6％；

9、超声波处理的功率为180w～360w，时间为3min～5min；

10、太阳光照射时间为1.5h～2.7h。

11、进一步的，s2中，向料液1中加入6fpu/g～21fpu/g的纤维素酶，在32℃～35℃酶解1.2h～1.5h；

12、s4中，以质量分数计，酵母菌的添加量占餐饮垃圾的1％～2.5％，并在35℃～38℃反应2.5h～3h。

13、进一步的，s3中，以质量分数计，层状催化剂d的添加量占餐饮垃圾的9.5％～15.6％；

14、催化反应时间为2h～2.5h，在催化反应期间每隔30min光照3s～5s；

15、s5中，层状催化剂d的添加量占餐饮垃圾的5.5％～9.5％，反应2h～3.5h。

16、本发明提供用于上述方法的催化剂，采用质量比(3.5～5.8):(3.4～5.3):(0.8～1.2)的气化渣、铜矿渣、粉煤灰混合制备得到具有光催化活性的光催化剂a。

17、进一步的，具体步骤如下：

18、1)将气化渣、铜矿渣、粉煤灰混合浸泡于0.5m hno3溶液，固液比0.09g/ml～0.185g/ml，在85℃～96.5℃水浴温度下磁力搅拌2.5h～4h，过滤，回收固态物；

19、2)将固态物在480℃～525℃焙烧1.5h～2.8h，冷却，将固态物浸泡于去离子水中并滴加乙二胺，于150℃～175℃反应18h～20h，反应结束回收固态物并清洗；乙二胺的滴加量为固态物总质量的1.89％～3.57％；

20、3)将步骤2)中的固态物加入到6m n光催化剂aoh溶液中，固液比1:(15.8～18.5)，于170～175℃反应20h～23h，反应结束收集固态物，烘干得光催化剂a。

21、本发明提供用于上述方法的催化剂，采用上述光催化剂a制备层状催化剂d，所述层状催化剂d具有层状结构。

22、进一步的，具体步骤包括：

23、1)将光催化剂a加入去离子水中，固液比为0.1～0.25g/ml，搅拌45～60min，得料液b；

24、2)取氢氧化钠与无水碳酸钠按照质量比(1.3～2.8):1混溶于去离子水中，固液比0.02～0.03g/ml，得溶液c；

25、3)将溶液c缓慢加入料液b中，料液b与溶液c体积比为1:(5～8)，在46～54℃恒温加热并搅拌30～36min得到悬浊液；

26、4)真空条件下，悬浊液在95℃～105℃陈化6.3h～7.9h，然后在68℃～73℃的温度下干燥至绝干，得层状催化剂d。

27、本发明提供一种去污皂，采用上述皂糊制备。

28、进一步的，以质量百分比计，在皂糊中加入5wt％～7wt％的蔗糖、5wt％～8wt％的蒸馏水、5wt％～7.5wt％的废弃肥皂和香料，加热溶解、冷却固化干燥得到去污皂。

29、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

30、本发明提供一种餐饮垃圾资源化的方法，首先，在垃圾预处理阶段加入光催化剂a，光催化剂a在光照的条件下，利用紫外-可见光作用，产生大量高活性电子和空穴，在这些活性自由基的作用下垃圾中纤维素类生物质得到快速破解；然后在酶解糖化过程中，通过加入层状催化剂d防止酶失活，对酶具有一定的保护作用，同时进行适当的光照，可激发酶的活性，使酶保持高活性；最后，在发酵过程，层状催化剂d可继续破解剩余生物质、保持酶活性，同时发酵产生的乙醇可促进油脂与碱的充分混合，为皂化反应提供便利，获得的皂糊(即高级脂肪酸钠)，并且因餐饮垃圾的高盐属性能够很快从溶液中析出，便于回收。

31、因此，相比于目前常用的热碱(氢氧化钠)和热酸(盐酸)垃圾处理方法，本发明充分利用了餐饮垃圾的高油脂、高有机质、高盐属性，同时得到了较为可观的生物乙醇、皂糊与甘油等多个产品，资源化利用率显著提高，有效实现餐饮垃圾高效资源化利用，这是目前常用催化技术(诸如热碱、热酸等)难以实现的。

32、进一步的，本发明有效利用固废气化渣、铜矿渣、粉煤灰的特点，通过系列化学作用，获得具有光催化活性的光催化剂a，光催化剂a具有较大的比表面积可聚集红外光谱的热效应，光热联合加快生物质的破解；

33、进一步的，本发明以光催化剂a为原料制备了具有光催化剂活性的层状催化剂d，层状催化剂d的孔隙与层间可吸附酶，降低电子和空穴对酶的毒化作用，防止酶失活，对酶具有一定的保护作用，同时在光照条件下，可激发酶的活性，使酶保持高活性。