用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂
阅读说明：本技术 用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂 (Iron-based catalyst for efficiently degrading kitchen waste or breeding manure to produce organic fertilizer ) 是由 韩优 于 2021-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂,该催化剂按质量比为(0.1～10)：100的比例由铁氧化物与载体组成,所述载体为Al-(2)O-(3)、SiO-(2)和活性炭中的至少一种。本发明的的铁基催化剂催化活性组分铁氧化物负载量低,成本低廉。本发明的铁基催化剂的制备方法简单、具有可重复性,便于规模生产。在应用时,催化剂使用量超低,具有较高的催化效果,处理后的产物在一个月内不发酸发臭发霉。处理过程中不产生二次污染,处理得到的产物为高品质有机肥,实现了餐厨垃圾和养殖粪污的资源化利用。铁基催化剂在反应完之后更容易分离和再生。(The invention discloses an iron-based catalyst for efficiently degrading kitchen waste or breeding manure to prepare organic fertilizer, which comprises the following components in percentage by mass (0.1-10): 100 of iron oxide and a carrier, wherein the carrier is Al 2 O 3 、SiO 2 And activated carbon. The iron-based catalyst has the advantages of low iron oxide load and low cost as the catalytic active component. The preparation method of the iron-based catalyst is simple, has repeatability and is convenient for large-scale production. When in use, the catalyst has ultra-low usage amount and higher catalytic effect, and the treated product does not become acid, smelly and mildewed within one month. No secondary pollution is generated in the treatment process, the product obtained by treatment is a high-quality organic fertilizer, and the resource utilization of the kitchen waste and the breeding manure is realized. IronThe base catalyst is easier to separate and regenerate after the reaction is completed.)
技术领域
本发明涉及环保和废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
餐厨垃圾是我国城市的一种主要固体废弃物，其无害化处理是城市管理的重要内容之一，对餐厨垃圾单独收运进行资源化利用也是当前改善城市人居环境的必然要求。生活垃圾中的餐厨垃圾含量占总垃圾量的50%~60%。餐厨垃圾混入生活垃圾后，垃圾填埋的渗滤液产生量大，焚烧热值偏低，堆肥又面临产品杂质高的难题。因此将餐厨垃圾从生活垃圾中分类处理是目前开展垃圾分类的重点。同时垃圾分类的投放、收集、运输和处理环节存在很多亟待解决的问题。
餐厨垃圾的特点包括：水分、有机物、油脂、盐分含量高；容易腐烂变质，不但散发恶臭，而且易滋长致病微生物。
餐厨垃圾的无害化处理和资源化利用日益受到重视。
目前针对餐厨垃圾主流的处理技术主要有好氧发酵制肥技术、厌氧处理技术等，主要依靠微生物对餐厨垃圾进行生物降解处理。存在工艺复杂、处理成本高、效率低、投资大等问题，同时由于多采用集中处理方式，需要进行餐厨垃圾收集、运输中转，在运输过程中消耗大量人力物力的同时，亦导致二次污染等问题。
畜牧养殖所产生的大量粪尿如果处理不好，则直接造成对当地环境的污染和破坏。现今无论是大规模的现代化养殖场还是小规模的家庭散户养殖，对畜禽的粪尿处理还缺乏相应的环保措施和废物处理系统，粪便未经处理直接大批量的露天堆放或直接排入河流，造成严重的环境污染，同时这些大量放置的粪尿也造成了一些人畜疫病的发生。现有解决方法一般为水冲式和沼气利用。采用水冲式清粪产生大量的处理污水，这些污水如能经过分离后排入农田的话可以达到利用效果，如果直接或间接排入河道，对地表水的污染非常严重。另外，畜禽粪便发酵后产生大量的CO2、NH3、H2S、CH4等有害气体，如果直接排放到大气中，则会危害人类健康，加剧空气污染。
养殖粪污的科学处置，是现代畜牧业面临的重要难题之一，实现养殖粪污快速资源化利用，是解决目前畜牧业可持续发展的重要环节。
中国专利CN110975880A公开了一种用于降解餐厨垃圾的复合催化剂及其制备方法和应用，该催化剂能将餐厨垃圾大部分氧化成二氧化碳和水，小部分氧化成小分子酸，但复合催化剂与餐厨垃圾质量比高达1:1，完成降解，所需催化剂使用量巨大，成本高。催化剂可能成为另外的一种固体废物，降解时间长，需7-8小时，耗时长，能耗高。
中国专利CN112403527A公开了一种用于降解餐厨垃圾降解的催化剂及其制备方法和应用，但餐厨垃圾与催化剂的质量比为1～2：1所需催化剂使用量巨大，成本高。催化剂可能成为另外的一种固体废物。
因此，亟需一种超低使用量，高效降解餐厨垃圾及养殖粪污制有机肥的铁基催化剂及制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有餐厨垃圾催化剂昂贵、使用量大和技术不成熟等问题，提供用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂。
本发明的第二个目的是提供用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂在高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥中的应用。
本发明的技术方案概述如下：
用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，按质量比为（0.1～10）：100的比例由铁氧化物与载体组成，所述载体为Al2O3、SiO2和活性炭中的至少一种。
优选地，所述铁氧化物为硫酸铁或硝酸铁在400-600℃锻烧4-16小时获得。
用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将硫酸铁或硝酸铁在400-600 ℃锻烧4-16小时，得到铁氧化物；
(2) 将载体加入相当于载体体积1-100倍的水，搅拌，得到固体悬浮液；所述载体为Al2O3、SiO2和活性炭中的至少一种；
(3) 将步骤（2）得到的固体悬浮液与步骤（1）得到的铁氧化物通过超声和搅拌分散均匀，离心、过滤、干燥，得到用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，所述铁氧化物与所述载体的质量比为（0.1～10）：100。
优选地，步骤（3）中所述干燥的温度为30-120 ℃。
用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂在高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥中的应用。
优选地，上述应用，包括如下步骤：
将餐厨垃圾或养殖粪污粉碎、脱水、添加辅料，使含水率调整至45%-55%，加入上述用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，在70-90℃，搅拌反应，得到有机肥；
所述辅料为秸秆、锯末和枯枝落叶中至少一种的粉碎物，或以前批次生产获得的有机肥。
优选地，所述催化剂与餐厨垃圾或养殖粪污的质量比为1:（1000～2000）。
搅拌反应的时间为3-5小时。
本发明的优点：
（1）本发明的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂催化活性组分铁氧化物负载量低，成本低廉。
（2）本发明的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂的制备方法简单、具有可重复性，便于规模生产。
（3）本发明的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂对餐厨垃圾及养殖粪污的处理，催化剂使用量超低，具有较高的催化效果，处理后的产物在一个月内不发酸发臭发霉。处理过程中不产生二次污染，处理得到的产物为高品质有机肥，实现了餐厨垃圾和养殖粪污的资源化利用。
（4）本发明的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂在反应完之后更容易分离和再生。
具体实施方式
下面的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但不对本发明作任何限制。
实施例1
用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将硝酸铁，在500 ℃锻烧6小时，得到铁氧化物；
(2) 将载体Al2O3加入相当于载体体积100倍的水，搅拌，得到固体悬浮液；
(3) 将步骤（2）得到的固体悬浮液与步骤（1）得到的铁氧化物通过超声和搅拌分散均匀，离心、过滤、在40 ℃干燥，得到用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，铁氧化物与载体的质量比为0.1:100。
实施例2
用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将硫酸铁，在600 ℃锻烧4小时，得到铁氧化物；
(2) 将载体SiO2加入相当于载体体积20倍的水，搅拌，得到固体悬浮液；
(3) 将步骤（2）得到的固体悬浮液与步骤（1）得到的铁氧化物通过超声和搅拌分散均匀，离心、过滤、在30 ℃干燥，得到用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，铁氧化物与载体的质量比为1:100。
实施例3
用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将硝酸铁，在400 ℃锻烧16小时，得到铁氧化物；
(2) 将载体（质量比为1：1的活性炭和Al2O3的混合物）加入相当于载体体积1倍的水搅拌，得到固体悬浮液；
(3) 将步骤（2）得到的固体悬浮液与步骤（1）得到的铁氧化物通过超声和搅拌分散均匀，离心、过滤、在120 ℃干燥，得到用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，所述铁氧化物与所述载体的质量比为10:100。
实施例4
实施例1制备催化剂在高效降解餐厨垃圾制有机肥中的应用，包括如下步骤：
将餐厨垃圾粉碎、脱水、添加秸秆粉碎物，使含水率调整至50%，加入实施例1制备的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，在80℃，搅拌反应3小时，得到有机肥；上述催化剂与餐厨垃圾的质量比为1:1500。
实验证明，用养殖粪污替代本实施例中的餐厨垃圾，实施例1制备的催化剂具有相似的催化性能。
实施例5
实施例2制备催化剂在高效降解餐厨垃圾制有机肥中的应用，包括如下步骤：
将餐厨垃圾粉碎、脱水、添加锯末和枯枝落叶的粉碎物，使含水率调整至45%，加入实施例2制备的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，在70℃，搅拌反应4小时，得到有机肥；上述催化剂与餐厨垃圾的质量比为1:2000。
实验证明，用养殖粪污替代本实施例中的餐厨垃圾，实施例2制备的催化剂具有相似的催化性能。
实施例6
实施例3制备催化剂在高效降解餐厨垃圾制有机肥中的应用，包括如下步骤：
将餐厨垃圾粉碎，脱水，添加上一生产批次获得的有机肥（也可以采用以前任意批次生产获得的本发明的有机肥），使含水率调整至55%，加入实施例3制备的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，在90℃，搅拌反应5小时，得到有机肥；上述催化剂与餐厨垃圾的质量比为1:1000。
实验证明，用养殖粪污替代本实施例中的餐厨垃圾，实施例3制备的催化剂具有相似的催化性能。
实施例7
空白对照组实验，包括如下步骤：
将餐厨垃圾粉碎，脱水，添加上一生产批次获得的有机肥，使含水率调整至55%，不加用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂，在90℃，搅拌反应5小时，得到反应产物。
表1. 餐厨垃圾处理情况汇总表
表2. 餐厨垃圾处理后产物有机肥与国家有机肥标准对比情况汇总表
*该标准是中国农业部颁布的NY525-2012最新有机肥行业标准
从表1和表2可以看出，采用本发明的催化剂处理餐厨垃圾效果较好，餐厨垃圾处理后减量率可达78%以上，且产物无异味。对照中国农业部颁布的NY525-2012有机肥行业标准，餐厨垃圾经本发明中的催化剂催化处理后，得到的产物达到了国家有机肥行业标准。采用本发明中的催化剂处理餐厨垃圾效果较好，且在30天之内没有发霉，发酸，发臭现象。本发明的用于高效降解餐厨垃圾或养殖粪污制有机肥的铁基催化剂在反应完之后更容易分离和再生。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。