CN201210343648.A 利用废啤酒酵母制备臭氧氧化催化剂的方法 1-8

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1、(10)申请公布号 CN 102836748 A(43)申请公布日 2012.12.26CN102836748A*CN102836748A*(21)申请号 201210343648.X(22)申请日 2012.09.17B01J 37/00(2006.01)B01J 23/745(2006.01)B01J 23/755(2006.01)B01J 23/75(2006.01)B01J 23/34(2006.01)C02F 1/78(2006.01)(71)申请人湖北省环境科学研究院地址 430072 湖北省武汉市洪山区八一路338号(72)发明人蔡俊雄 崔龙哲 吴桂萍 向罗京康瑾 易川(74)专

2、利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人崔友明(54) 发明名称利用废啤酒酵母制备臭氧氧化催化剂的方法(57) 摘要本发明涉及利用废啤酒酵母制备臭氧氧化催化剂的方法，包括有以下步骤：1）将配制好的过渡金属的溶液，加入干废啤酒酵母中，调节溶液pH，振荡达到吸附平衡后过滤，收集吸附了过渡金属的废啤酒酵母；2）将废啤酒酵母烘干，所得废啤酒酵母粉末与碳酸钠粉末混合浸渍、过滤，置于马弗炉中，控制碳化温度和炭化活化时间；3）取出后酸洗、水洗去除表面残留物，烘干磨碎得到负载过渡金属的活性炭催化剂，放入干燥器中备用。本发明具有以下显著特点和有益效果：有利于实现资源的再利用，解决了啤酒行业废啤酒

3、酵母的处理问题；能够解决历史遗留的废啤酒酵母浪费问题，变废为宝。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页1/1 页21. 利用废啤酒酵母制备臭氧氧化催化剂的方法， 其特征在于包括有以下步骤 ：1） 将 配 制 好 的 过 渡 金 属 的 溶 液， 加 入 40g 干 废 啤 酒 酵 母 中， 边 加 边 搅 拌 至 过 渡 金 属 与废 啤 酒 酵 母 的 质 量 比 为 1/10-1/20， 调 节 溶 液 pH2-9， 振 荡 达 到 吸 附 平 衡 后 过 滤， 收

4、集 吸 附了过渡金属的废啤酒酵母 ；2） 将步骤 1） 所得的吸附金属后的废啤酒酵母烘干， 所得废啤酒酵母粉末与碳酸钠粉末混合浸渍 12-24 小时、 过滤， 置于马弗炉中， 控制碳化温度和炭化活化时间 ；3） 取出后酸洗、 水洗去除表面残留物， 烘干磨碎得到负载过渡金属的活性炭催化剂， 放入干燥器中备用。2. 根 据 权 利 要 求 1 所 述 的 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 臭 氧 氧 化 催 化 剂 的 方 法， 其 特 征 在 于所述的过渡金属为 Fe、 Zn、 Ni、 Co 或 Mn。3. 根 据 权 利 要 求 2 所 述 的 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 臭 氧 氧

5、 化 催 化 剂 的 方 法， 其 特 征 在 于所述的碳酸钠粉末的用量为步骤 1） 所得的废啤酒酵母粉末的 1.5-2 倍。4. 根 据 权 利 要 求 3 所 述 的 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 臭 氧 氧 化 催 化 剂 的 方 法， 其 特 征 在 于步骤 2） 炭化温度为 550-750， 炭化时间为 2 小时。权 利 要 求 书CN 102836748 A1/3 页3利用废啤酒酵母制备臭氧氧化催化剂的方法技术领域0001 本 发 明 涉 及 一 种 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 臭 氧 氧 化 催 化 剂 的 方 法， 属 于 资 源 化 技 术 和材料生产技术领域。

6、背景技术0002 废 啤 酒 酵 母 是 啤 酒 生 产 中 的 主 要 副 产 物， 是 啤 酒 发 酵 酿 造 后 形 成 的 酵 母 泥， 其 中含有具有一定生物活性的酵母细胞和其他杂质。 我国啤酒产量多年保持世界第一。 因此每年 产 生 的 废 酵 母 数 量 巨 大。 随 着 啤 酒 行 业 的 快 速 发 展， 啤 酒 的 产 量 还 会 继 续 攀 升， 同 时， 废酵 母 的 产 生 量 也 随 之 增 大， 因 此 合 理 利 用 废 啤 酒 酵 母， 不 仅 能 够 实 现 资 源 循 环 利 用， 而 且 能保持生态平衡， 促使啤酒工业实现绿色工业的目标， 具有良好的社会

7、效应。 研究人员发现废啤 酒 酵 母 表 面 呈 絮 状、 多 孔、 疏 松 结 构， 这 种 结 构 为 吸 附 提 供 了 巨 大 的 表 面 积， 使 众 多 的 官能 团 能 与 吸 附 质 相 接 触 达 到 吸 附 污 染 物 的 目 的， 因 此 研 究 人 员 根 据 废 啤 酒 酵 母 上 述 特 点 将其应用到环境治理当中， 在废啤酒酵母实现资源化的同时达到治理环境的目的， 实现 “以废治废 ”。0003 目 前 全 球 有 关 废 啤 酒 酵 母 吸 附 的 专 利 只 有 3 项， 上 述 专 利 主 要 集 中 在 废 啤 酒 酵 母的 吸 附 重 金 属 和 废 啤

8、 酒 酵 母 的 固 化， 可 见 有 关 废 啤 酒 酵 母 在 水 处 理 催 化 剂 制 备 方 面 的 专 利较 少。 当 前 活 性 炭 负 载 过 渡 金 属 的 方 法 主 要 是 通 过 传 统 的 浸 渍 法， 利 用 废 啤 酒 的 吸 附 性 能制备该类型的催化剂还未报道。发明内容0004 本 发 明 提 出 一 种 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 臭 氧 氧 化 催 化 剂 的 方 法， 为 啤 酒 行 业 产 生 大量的废酵母的资源化提供了途径， 促进该行业的清洁生产技术进步。0005 本 发 明 解 决 上 述 技 术 问 题 所 采 用 的 技 术 方 案 是

9、 ： 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 臭 氧 氧 化 催化剂的方法， 其特征在于包括有以下步骤 ：1） 将 配 制 好 的 过 渡 金 属 的 溶 液， 加 入 40g 干 废 啤 酒 酵 母 中， 边 加 边 搅 拌 至 过 渡 金 属 与废 啤 酒 酵 母 的 质 量 比 为 1/10-1/20， 调 节 溶 液 pH2-9， 振 荡 达 到 吸 附 平 衡 后 过 滤， 收 集 吸 附了过渡金属的废啤酒酵母 ；2） 将步骤 1） 所得的吸附金属后的废啤酒酵母烘干， 所 得废啤酒酵母粉末与碳酸钠粉末混合浸渍 12-24 小时、 过滤， 置于马弗炉中， 控制碳化温度和炭化活化时间 ；3）

10、 取出后酸洗、 水洗去除表面残留物， 烘干磨碎得到负载过渡金属的活性炭催化剂， 放入干燥器中备用。0006 按上述方案， 所述的过渡金属为 Fe、 Zn、 Ni、 Co 或 Mn。0007 按上述方案， 所述的碳酸钠粉末的用量为步骤 1） 所得的废啤酒酵母粉末的 1.5-2倍。0008 按上述方案， 步骤 2） 炭化温度为 550-750， 炭化时间为 2 小时。0009 本 发 明 所 述 的 废 啤 酒 酵 母 是 啤 酒 生 产 中 的 主 要 副 产 物， 利 用 其 吸 附 性 能， 将 过 渡说 明 书CN 102836748 A2/3 页4金 属 吸 附 在 其 表 面 和 孔

11、状 结 构 中， 废 啤 酒 酵 母 结 构 中 含 有 丰 富 的 官 能 团 如 氨 基、 羟 基、 羰 基等， 水 溶 液 中 的 过 渡 金 属 离 子 可 以 通 过 与 这 些 官 能 团 的 相 互 作 用 被 吸 附 在 废 啤 酒 酵 母 的 表面。 此外， 元素分析结果表明废啤酒酵母中的碳、 氢、 氮和硫元素的含量分别为 42.3%、 7.4%、0.6% 和 0.08%， 灰 分 含 量 为 9%， 高 的 碳 含 量 和 低 的 灰 分 含 量 使 得 废 啤 酒 酵 母 适 合 作 为 制 备活 性 炭 的 原 材 料。 本 发 明 利 用 废 啤 酒 酵 母 优 异

12、的 吸 附 性 能， 将 水 溶 液 中 的 过 渡 金 属 离 子 吸附 在 其 表 面 后 从 水 溶 液 中 分 离 出 来， 干 燥 后 在 活 化 剂 的 作 用 下 进 行 炭 化， 制 备 得 到 具 有 发达孔结构的负载了过渡金属的活性炭催化剂。 这种先吸附再活化炭化制备催化剂的方法能够 使 过 渡 金 属 均 匀 的 分 布 在 活 性 炭 孔 状 结 构 中， 对 比 上 述 催 化 剂 和 以 商 业 活 性 炭 为 原 料 采用 传 统 浸 渍 制 备 的 负 载 过 渡 金 属 的 活 性 炭 催 化 剂 催 化 臭 氧 氧 化 去 除 染 料 亚 甲 基 蓝 （MB

13、 溶液 ） 的性能发现， 前者的催化活性和稳定性显著优于后者。0010 本发明具有以下显著特点和有益效果 ：1、 首 次 利 用 废 啤 酒 酵 母 制 备 水 处 理 催 化 剂 的 研 究， 有 利 于 实 现 资 源 的 再 利 用， 解 决 了啤酒行业废啤酒酵母的处理问题 ；2、 废 啤 酒 酵 母 表 面 呈 絮 状、 多 孔、 疏 松 结 构， 这 种 结 构 为 吸 附 提 供 了 巨 大 的 表 面 积， 使众 多 的 官 能 团 能 与 吸 附 质 相 接 触 达 到 吸 附 过 渡 金 属 的 目 的， 使 铁 离 子 能 够 均 匀 的 分 布 在 废啤酒酵母孔状结构中，

14、 为后期炭化制备载铁 ；3、 目 前 水 处 理 中 应 用 的 臭 氧 催 化 剂 价 格 为 20000 元 / 吨， 且 采 用 传 统 的 浸 渍 法 制 备 的催 化 剂 催 化 效 果 一 般， 本 发 明 所 制 备 的 催 化 剂 成 本 很 低 且 催 化 效 果 高 于 同 样 用 商 业 活 性 炭制备的催化剂 （ 如图 1-2所示 ） ， 因此本发明能够一次解决历史遗留的废啤酒酵母浪费问题，变废为宝 ；综 上 利 用 本 发 明 制 备 催 化 剂 有 利 于 实 现 资 源 的 再 利 用， 具 有 明 显 的 经 济 效 益 和 环 境 效益。附图说明0011 图

15、1 为本发明的 Fe/AC 与 Fe/CAC 的吸附等温曲线 （ 其中， Fe/AC 以废酵母为载体，Fe/CAC 以商业活性 炭为载体 ） ；图 2 为 本 发 明 的 Fe/AC 与 Fe/CAC 的 TOC 去 除 率 的 示 意 图 （ 其 中， Fe/AC 以 废 酵 母 为 载体， Fe/CAC 以商业活性炭为载体 ） ；图 3为本发明的催化剂对 MB转化率及 TOC去除率的影响的示意图 （ 内图为近似一级动力学的线性拟合 ） 。具体实施方式0012 下 面 结 合 实 施 例 对 本 发 明 做 进 一 步 详 细 的 说 明， 但 是 此 说 明 不 会 构 成 对 本 发 明

16、 的限制。0013 实施例 1利用废啤酒酵母制备催化剂的方法， 包括有以下步骤 ：1） 配 制 2000mg/L 的 Fe(NO3)39H2O 的 溶 液， 向 其 中 加 入 40g 废 啤 酒 酵 母， 过 渡 金 属 与废啤酒酵母的质量比为 1/10（1g 铁离子 ） ， 调节溶液 pH2-4， 振荡达到吸附平衡后过滤， 收集吸附了过渡金属的废啤酒酵母 ；说 明 书CN 102836748 A3/3 页52） 将 步 骤 1） 所 得 的 吸 附 金 属 后 的 废 啤 酒 酵 母 烘 干， 所 得 废 啤 酒 酵 母 粉 末 与 碳 酸 钠 粉末混合浸渍 24 小时、 过滤， 所述的碳酸钠粉末的用量为步骤 1） 所得的废啤酒酵母粉末的两倍， 置于马弗炉中， 控制炭化温度为 700， 炭化时间为 2 小时 ；3） 取出后酸洗、 水洗去除表面残留物， 烘干磨碎得到负载过渡金属的活性炭催化剂， 放入干燥器中备用。该催化剂简称 Fe/AC。0014 所