[发明专利]微波紫外光催化处理生物质催化剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明微波紫外光催化处理生物质催化剂及其制备方法、应用涉及的是一种可以用于微波无极紫外光催化预处理秸秆、稻草、蔗渣、水生植物、动物粪便、垃圾及有机废水等难降解生物质催化剂及其制备、应用。属于催化剂制备技术及其在生物、环境、能源等应用领域。

背景技术

随着工业的迅猛发展和人民生活水平的提高，人们对能源的需求越来越大，能源短缺问题将日益凸显。生物质产能作为一种绿色可再生产能途径，受到国内外学者的广泛关注。很多国家投入大量的人力财力在生物质产能上。然而必须对生物质进行适当的预处理才能够提高其产能效率。

纤维素和木质纤维素原料和废物是最为常见来源广泛的可再生生物质原料，常规的预处理方法包括化学试剂法、机械法和酶学法。Elshafei A.等人(Bioresource Tech.(1991)35：73-80)实用NaOH预处理玉米秸秆.Kim，T和Y Lee(Bioresource Tech，(2005)96：2007-2013)使用大量氨水预处理玉米秸秆。专利申请WO2004/081185探讨了水解木质纤维素的方法，化学试剂为碳酸钠或氢氧化钠，在约9-14的pH及温和温度压力下处理。专利200680012124.5公开了一种通过生物催化剂的生物质预处理方法。目前常用的酸碱或酶催化剂对设备要求苛刻，成本高，因此难以大规模产业化。急需开发一种高效廉价的催化剂用于生物质的预处理。

此外，有机废水也是一种生物质源，随着工业发展，污染物排放量日渐增加，而且所排放出的废水大部分都是成分复杂的高浓度难生物降解的物质，给生态环境和人类健康带来了一定程度的危害。微波用于有机废水的处理是一种新型水处理技术，目前绝大部分文献报道的用于微波光催化氧化工艺处理废水的催化刘主要是活性炭或改性活性炭，即利用其“热点”效应，在微波存在的条件下，使某些表面点位有选择性地很快加热至很高的温度形成活性中心，当废水中的有机污染物与这些点位接触时即可快速的发生化学反应，最终矿化降解为CO₂和H₂O等物质。如孙世刚(孙世刚.炭载金属催化剂的制备及低压微波辅助湿式催化氧化PNP废水[D].大连理工大学硕士学位论文.2006)，应用微波能制备了一系列炭载金属催化剂，并在微波反应釜中将其应用于PNP的降解，处理后可生化得到明显提高，但因活性炭体系机械强度不够，致使其中活性组分的颗粒表面发生氧化和团聚现象，最终导致活性组分失活和使用寿命的大大减少，从而限制了该技术的实际应用范围。此外，方彩霞(方彩霞.CeO2-TiO2负载型光催化剂的制备和微波场助光催化降解染料废水的研究[D].华中科技大学学硕士学位论文.2005)，通过稀土元素Ce掺杂对TiO₂进行改性，采用微波场助光催化氧化技术，以提高光催化效率和负载牢固性，但其仍存在催化剂重复利用时，光催化活性有所下降，进而也直接限制了光催化氧化法的实际应用。

目前绝大多数水处理工艺的处理思路是将水体中有机物矿化去除，而忽略了废水中有机物本身是碳源物质，经过适当预处理后，完全可以作为一种很好的碳源物质供给微生物系统利用。这样不仅解决了环境问题，同时还将有机物有效利用用于微生物产能。

因此选择、开发合适的载体和固定方法，制备出具有催化活性高、机械强度高、使用寿命长、酸碱适用范围广、制备成本低等优点的催化剂成为该技术的关键。尤其是对用于秸秆、稻草、蔗渣、水生植物、动物粪便、垃圾及有机废水等难降解生物质实施预处理的高效催化剂的研制和开发将越来越受到关注。

发明内容

本发明目的在于针对上述不足之处提供微波紫外光催化处理生物质催化剂及其制备方法、应用，是一种对秸秆、稻草、蔗渣、水生植物、动物粪便、垃圾及有机废水等难降解生物质进行微波光催化预处理催化剂及其制备方法、应用。通过催化剂将生物质预处理后产生还原糖、有机酸等物质，作为碳源物质供给微生物产能系统，从而有效解决环境污染与能源紧缺问题。

本发明所采用的技术方案：本发明一种对秸秆、稻草、蔗渣、水生植物、动物粪便、垃圾及有机废水等难降解生物质进行微波光催化预处理催化剂及其制备方法、应用是采取以下方案实现：