褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法
2023-12-02 09:08:11
專利名稱：褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法
技術領域：
本發明屬於煤化工技術領域，具體涉及到褐煤製取腐植酸的一種煤炭轉化利用方法。
背景技術：
腐植酸屬於高分子聚合物，分子結構比較複雜，並帶有羧基、酚羥基等多種活性官能團，已廣泛用於工業、農業、醫學及環保等多個領域。我國腐植酸資源主要分布在泥炭、風化煤及褐煤中，其生產方法包括鹼溶酸析法、酸抽提劑法及微生物溶解法等。作為腐植酸的主要來源，褐煤常用鹼溶酸析法提取腐植酸，但是由於某些原煤中游離的腐植酸含量不高，直接抽提腐植酸的提取率並不高，通常需要對原煤預處理後再鹼 溶酸析。酸抽提劑法雜質含量較高，使用受到限制。微生物溶解法反應周期長，對菌種要求比較嚴格，不利於大規模生產。
發明內容
本發明的目的是克服上述不足問題，提供一種褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，具有工藝設備簡單、操作條件溫和、經濟成本較低等特點。本發明為實現上述目的所採用的技術方案是褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，包括以下步驟
(1)褐煤經球磨粉碎、混合、篩分出粒徑80 200目的煤樣；
(2)稱取煤樣加入到鹼溶液中，配製成煤漿懸浮液，超聲處理，使煤顆粒分散均勻製得煤漿；
(3)用電化學反應器進行實驗，陽極區加入配製好的煤漿，陰極區加入同濃度的鹼溶液；採用三電極體系，陽極為工作電極，陰極為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，控制反應溫度、反應時間及煤漿的攪拌速率，常壓下，陰陽電極兩端加以恆定的電壓進行電解實驗，反應中陰陽兩極生產的氣體用排水法收集；
(4)反應完成後，將陽極漿液進行離心分離，得到的上層溶液用濃硫酸酸化至PH=3，過濾得到固體產品，並洗滌乾燥即為腐植酸。所述步驟(2)中所述的煤漿濃度33. 33 100g/L，優選33. 33g/L ;所述鹼溶液質量分數5% 30%，優選10%。所述步驟(3)中所述的電極採用薄片或網狀結構的Ni，Pt電極，陽極採用Ni電極，陰極採用Pt電極。所述步驟(3)中反應溫度20 70°C，優選60°C ;反應時間1 — 6h，優先6 h ;攪拌速率0 500r/min,優選 400r/min。所述電化學反應器採用H型隔膜電化學反應器。本發明褐煤製取的腐植酸產率可達70%以上，與傳統的腐植酸製取方法相比工藝簡單，反應條件溫和，不需要其他氧化劑或原煤預處理過程，無汙染，而且陰極可以副產高純氫氣，經測定氫氣純度可達99. 8%以上，陽極可得到體積分數90%以上的氧氣，可以為其他化工技術提供原料。
圖I為本發明褐煤電化學氧化製取腐植酸的電化學反應器。圖中1是氣體出口，2是冷凝器，3是密封塞，4是陽極區，5是磁力攪拌子，6是陽極，7是飽和甘汞參比電極，8是液態鹽橋，9是Nafionl 17離子隔膜，10是陰極，11是陽極區。
具體實施例方式 下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明並不局限於具體實施例。 褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，採用如圖I所示的反應設備，包括以下步驟
(1)褐煤經球磨粉碎、混合、篩分出粒徑80 200目的煤樣；
(2)稱取煤樣加入到10%K0H鹼溶液中，配製成煤漿懸浮液，超聲處理，使煤顆粒分散均勻，製得33. 33 100g/L濃度的KOH鹼性煤漿液；
(3)將制好的KOH鹼性煤漿液加入陽極區4，陰極區11加入同濃度的KOH鹼溶液，中間用離子隔膜9將陽極室和陰極室隔開，陽極6採用Ni片電極，陰極10採用Pt片電極，液態鹽橋8的下端用多孔陶瓷隔膜封裝，埠與Ni電極的距離小於2mm，鹽橋中添加飽和的KCl溶液，將飽和甘汞參比電極7插入鹽橋中，用密封塞將陰陽兩室密封，將陽極6、飽和甘汞參比電極7、陰極10分別用導線連接到電化學工作站，打開恆溫磁力攪拌器，溫度控制在20 70°C，攪拌速率控制在0 500r/min，控制恆定不同的陽極電位進行電解反應，時間控制在6h。(4)反應結束後，將陽極漿液取出進行處理後得到腐植酸產品，陽極6和陰極7取出後用稀硫酸洗滌，然後用甲醇清洗，最後用去離子水清洗乾淨。為了進一步說明本發明的內容，下面給出了本發明的具體實例。除非另有說明，本發明採用的百分數均為質量百分數。實例中採用空氣乾燥基的賀斯格烏拉褐煤為試驗煤樣，煤樣的工業分析及元素分析性質如表I :
煤樣工業分析及元素分析性質
工業分析 w/%, ad M11. 27% ；A9. 85% ；V36. 89% ；FC*41. 99% ；
元素分析 w/%, daf C61. 10% ； H4. 68% ；N0. 77% ；S2. 41% ；0*31. 05%。表I :實施例I 一 4具體工藝條件如下
"I實施例11實施例2 I實施例3 I實施例￥
煤樣粒徑(目)i 100150 200
鹼溶液巧iKOH 10%k0H20%K0H~ 30%K0H
煤漿濃度 g/L~3. 33 3373366. 67 — 100
反應溫度。C20 一60"6070
攪拌速率 r/min~00 400~400 ~ 500
反應時間h|l|6|3\2
試驗結果見表2所示。表2褐煤電化學氧化所得腐植酸產品結果i以乾燥基為計算標準)
I實施例I I實施例2 I實施例3 I實施例4~
陽極電位/V |o. 4 |p. 8 |l.2 |l.6腐植酸質量/g Io. 403 |3. 305 |2. 901 |2. 942 腐植酸產率 A |9. 08% 卜4. 50% |65. 39% |66. 31%
恆定適當的陽極電位可得較高產率的腐植酸產品。
權利要求
1.褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是包括以下步驟 (1)褐煤經球磨粉碎、混合、篩分出粒徑80 200目的煤樣； (2)稱取煤樣加入到鹼溶液中，配製成煤漿懸浮液，超聲處理，使煤顆粒分散均勻製得煤漿； (3)用電化學反應器進行實驗，陽極區加入配製好的煤漿，陰極區加入同濃度的鹼溶液；採用三電極體系，陽極為工作電極，陰極為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，控制反應溫度、反應時間及煤漿的攪拌速率，常壓下，陰陽電極兩端加以恆定的電壓進行電解實驗，反應中陰陽兩極生產的氣體用排水法收集； (4)反應完成後，將陽極漿液進行離心分離，得到的上層溶液用濃硫酸酸化至PH=3，過濾得到固體產品，並洗滌乾燥即為腐植酸。
2.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述步驟(2)中所述的煤漿濃度33. 33 100g/L。
3.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述鹼溶液質量分數為5% 30%。
4.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述鹼溶液質量分數為10%。
5.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述步驟(3)中所述的電極採用薄片或網狀結構的Ni，Pt電極，陽極採用Ni電極，陰極採用Pt電極。
6.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述步驟(3)中反應溫度20 70°C ;反應時間1 - 6h ;攪拌速率0 500r/min。
7.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述步驟(3)中反應溫度60°C ;反應時間6h ;攪拌速率400r/min。
8.根據權利要求I所述的褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，其特徵是所述電化學反應器採用H型隔膜電化學反應器。
全文摘要
本發明屬於煤化工技術領域。褐煤電化學氧化製取腐植酸的方法，包括以下步驟褐煤經球磨粉碎、混合、篩分出80～200目的煤樣；稱取煤樣加入到鹼溶液中，配製成煤漿懸浮液，超聲處理，使煤顆粒分散均勻製得煤漿；用電化學反應器進行實驗，陽極區加入配製好的煤漿，陰極區加入同濃度的鹼溶液；採用三電極體系，陽極為工作電極，陰極為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，常壓下，陰陽電極兩端加以恆定的電壓進行電解實驗，反應中陰陽兩極生產的氣體用排水法收集；反應完成後，將陽極漿液進行離心分離，得到的上層溶液用濃硫酸酸化至pH=3，過濾得到固體產品，並洗滌乾燥即為腐植酸。本發明褐煤製取的腐植酸產率可達70%以上，工藝簡單，反應條件溫和。
文檔編號C25B3/02GK102747381SQ20121022632
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者何德民, 關珺, 吳超, 張秋民 申請人:大連理工大學