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科学家们研究如何回收蘑菇废料和电弧炉粉尘,以帮助实现循环经济,并减少与电弧炉粉尘处理相关的碳排放。


人类活动对环境的影响已成为 21 世纪的一个关键问题。能源生产、工业和燃料生产产生的温室气体排放正在导致全球气温上升,大量工业废物和污染正在对生态系统、生物多样性和人类健康造成越来越大的破坏。



用过的蘑菇基质废物是由农业产生的。这种废物流体积庞大且含水量高,这使得运输具有挑战性。仅在台湾,每年就产生超过 300,000 吨用过的蘑菇基质废物。堆肥是废弃蘑菇基质的主要处理和再利用方法,以及填埋。


焚烧是农业和生活垃圾的主要处理方法,但对这类垃圾来说存在问题。这主要是由于蘑菇生产中使用的塑料包装和肥料。氯可以存在于用过的蘑菇基质中,在焚烧过程中会释放 PM 2.5 和二恶英,一种强致癌物质。严格的政府法规对焚烧炉中的废物处理进行了管理,因此无法通过焚烧处理这种废物。


因此,由于处理困难和这种常见农业废物对环境的潜在破坏,研究集中在符合循环经济概念的替代用途上,废物流被回收、循环利用并转化为价值-为工业活动添加的产品。


近年来探索的用过的蘑菇基质的一些用途包括将其用作土壤添加剂、发电以及使用蘑菇基质生物炭从受污染的土壤中去除重金属。这种废物的另一个潜在用途是在工业过程中替代焦炭作为还原剂,但这种方法在很大程度上尚未开发。



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由于存在氯、铅和铬等杂质,电弧炉粉尘被归类为有毒废物。这种废品是钢铁加工的副产品,可能含有磁铁矿和富兰克林石,由于其有毒性质,电弧炉粉尘需要特殊处理,并有相关规定对其处置进行管理。


处理电弧炉粉尘的常用方法是Waelz工艺。这是一种碳热反应,其中与冶金焦炭和/或焦炭一起用作还原剂,SiO 2和 CaO 用作添加剂以还原电弧炉粉尘中的锌。该过程使用氧气,还原后的锌以气体形式释放。再氧化将气体转化为 ZnO 粉末。


利用生物质能降低电弧炉粉尘处理和回收的经济成本。然而,用过的蘑菇基质含水量高、均匀性差和能量密度低,这对将其用作可持续且具有成本效益的还原剂提出了挑战。


台湾的一组研究人员在《材料》杂志,探索了在电弧炉粉尘处理中使用用过的蘑菇基质作为还原剂。这种方法对工业具有优势:减少使用化石燃料作为还原剂产生的有害温室气体排放,降低与冶金焦炭使用相关的成本,以及关键农业废物的增值再利用。


作者比较了用过的蘑菇废料和焦炭的固定碳摩尔比和烘焙温度,以揭示挥发物对蘑菇基质生物质的影响。迄今为止,缺乏关于生物质中挥发性化合物对锌还原的影响的研究。


烘焙是一种可以克服为此目的使用用过的蘑菇基质生物质的缺点的过程,并且已经报道了通过提高烘焙温度来增加生物质的比能量密度和固定碳含量。


研究结果表明,使用用过的蘑菇基质生物质作为还原剂可以降低温度,反应温度比使用冶金焦低 150 o C。氢,一种存在于蘑菇底物中的挥发性物质,有助于锌的去除,去除率为95%。在特定条件下观察到锌去除率高达 98%。


最后,该工艺是一种环保工艺,因为使用用过的蘑菇基质不仅可以去除全球产生的农业废物流,还可以显着减少与用于处理电弧炉粉尘的冶金焦相关的 CO2排放。这符合循环经济的目标以及关于工业和社会脱碳的国际协议。


注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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