CN105170131A - 一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污泥的再生处理及资源化利用技术领域,具体公开了一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法。本发明利用水热碳化法获得的炭产品具有更多的活性位点及稳定的C-O化合物,其吸附能力大于高温裂解炭,以稀土金属作为催化剂,具有来源广泛、价格低廉的特点,获得的污泥炭基催化剂,活性高、稳定性强;工艺步骤简单易行,环境友好,易于推广应用,具有产业化的应用前景,真正达到了“以废治废”的目的。

Description

一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及污泥的再生处理及资源化利用技术领域,尤其涉及一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法。
背景技术
[0002] 煤炭燃烧所造成的SOjP NO3^排放问题日益严重,已直接影响到我国经济的发展。2011年国务院印发了《“十二五”节能减排综合性工作方案》,对SOjP NOx的排放提出严格限制。选择催化还原技术(SCR)在众多控制技术中脱颖而出,该技术以A1203、T12、分子筛等为载体制备的催化剂需要NH3XO等还原剂,且造价昂贵、安全隐患大、易造成二次污染;而活性炭作为催化剂载体时,不仅可作为载体还可作为还原剂,具有简化工艺操作、安全隐患少、二次污染少、原料来源广泛等优点,具有广阔的研究前景。
[0003] 近年来以废弃物为原料制备活性炭越来越受到研究者的关注。2001-2012年间,我国污泥的年产总量以平均每年约14.1 %的速率从567万吨增加至2419万吨。污泥含有大量的病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质,若未能得到有效处理处置,极易对地下水、土壤等造成二次污染,直接威胁环境安全和公众健康。污泥制炭基催化剂技术不仅可以实现污泥的资源化利用,还可以有效利用污泥中的重金属成分,从而达到“变废为宝”的目的。
[0004] 目前,污泥炭基催化剂的应用研究多集中在污水处理领域,例如中国专利CN103007937A公开了“利用多源污泥制备的催化臭氧化催化剂及其应用”,该催化剂用于催化臭氧化处理有机工业废水,具有催化活性高、稳定性强、处理范围广、易于实现推广等特点。例如中国专利CN103691448A公开了 “磁性污泥基臭氧催化剂的制备方法及应用”,该方法制得的磁性污泥基臭氧催化剂,适用于各种浓度的染料废水处理,且操作简单。例如中国专利CN104258887A公开了 “一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法及其应用”,该法制得的复合光催化剂,光催化活性强、分散性好,适用于给水、废水处理,造纸、纺织印染、日用化工等领域。关于污泥炭基催化剂应用于烟气控制的研究较少,例如中国专利CN101721973A公开了 “一种污泥基脱硫剂及其制备方法”,具有吸附二氧化硫容量高、制备简单和成本低的特点。例如中国专利CN101543763A公开了 “用于烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭及其制备方法”,首次将伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒用于改性污泥活性炭的制备,有效提尚了污泥活性炭的脱硫、脱硝效率。
[0005] 在现有报道中,现有的污泥炭载体多是经过高温煅烧制得,对污泥含水率有严格要求,需先对脱水污泥进行干化预处理,能耗较高,极大地限制了该处理方法的发展。利用水热碳化法获得污泥炭作为催化剂载体,尚未见相关报道。
发明内容
[0006] 有鉴于此,有必要针对上述问题,提供一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法。本发明利用水热碳化法获得的炭产品具有更多的活性位点及稳定的C-O化合物,其吸附能力大于高温裂解炭,以稀土金属作为催化剂,具有来源广泛、价格低廉的特点,获得的污泥炭基催化剂,活性尚、稳定性强。
[0007] 本发明采取如下的技术方案:
[0008] 本发明的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法包括如下过程:
[0009] 水热碳化过程:将含水污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,得到水热碳化液,然后对水热碳化液进行固液分离,所得固体产物于105°C下干燥,获得污泥炭;
[0010] 污泥碳活化过程:将所得污泥炭与活化剂按质量比为1:2混合浸渍24h,然后于105°C下干燥后,放入管式焚烧炉中,以队为保护气,进行活化冷却后得到污泥活性炭;
[0011] 负载催化剂过程:将硝酸铈溶液和污泥活性炭混合,常温浸渍24h、然后烘干,加入田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成型、晾干,获得污泥炭基催化剂(CeO2AC) ο
[0012] 进一步的,所述含水污泥包括市政污泥,印染污泥。
[0013] 进一步的,所述含水污泥的含水率为70%〜90%。
[0014] 进一步的,所述的水热碳化温度为150°C〜300°C。
[0015] 进一步的,所述的水热碳化时间为30min〜180min。
[0016] 进一步的,所述的活化剂为磷酸、硫酸、氯化锌、氯化镁、碳酸钾中的至少一种。
[0017] 进一步的,所述的活化温度为200°C〜500°C。
[0018] 进一步的,所述的活化时间为20min〜60min。
[0019] 进一步的,所述的硝酸铺与污泥活性炭的质量比为0.5mg/g〜100mg/g。
[0020] 进一步的,所述烘干后的硝酸铈溶液和污泥活性炭混合物与田菁粉挤压成型的形状为柱状或球状。
[0021] 本发明的有益效果是:
[0022] (I)本发明方法以稀土金属作为催化剂,具有来源广泛、价格低廉的特点,获得的污泥炭基催化剂活性高、稳定性强,适用于低浓度烟气的脱硫和脱硝。
[0023] (2)污泥炭还是一种固碳减排的物质,其生产和使用都对全球碳排放有缓解作用。
[0024] (3)本发明方法工艺步骤简单易行,环境友好,易于推广应用,具有产业化的应用前景,真正达到了 “以废治废”的目的。
具体实施方式
[0025] 本发明公开了一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:将含水污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,得到水热碳化液,然后对水热碳化液进行固液分离,所得固体产物于105°C下干燥,获得污泥炭;将所得污泥炭与活化剂按质量比1:2混合浸渍24h,于105°C下干燥,放入管式焚烧炉中,以队为保护气,进行活化冷却后得到污泥活性炭;将硝酸铈和污泥活性炭混合,常温浸渍24h、然后烘干,加入田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成型、晾干,获得污泥炭基催化剂(CeO2AC) ο
[0026] 下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
[0027] 实施例1
[0028] 向含水率为80%的生活污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,水热温度为250°C,反应时间为180min,得到水热碳化液,3000rpm离心进行固液分离,105°C
下干燥,获得污泥炭;
[0029] 将污泥炭与磷酸按质量比1:2混合浸渍24h,105°C下干燥,送入管式焚烧炉中,在队保护下,400°C活化30min,冷却;
[0030] 将硝酸铈溶液与污泥活性炭混合,其质量比为50mg/g,浸渍24h后105°C下干燥,加入田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成球状(Φ2_)、晾干即得污泥碳基催化剂;
[0031 ] 脱硫脱硝实验:Ν0体积浓度为800ppm,SO2体积浓度为400ppm,反应温度为600°C,反应空速为12000h-l,本实施例所得污泥炭基催化剂的投加量为1gJiNO的转化率为67.2%, SO2的转化率为77.4%o
[0032] 实施例2
[0033] 向含水率为85 %的生活污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,水热温度为300°C,反应时间为150min,得到水热碳化液,3000rpm离心进行固液分离,105°C
下干燥,获得污泥炭;
[0034] 将污泥炭与氯化锌按质量比1:2混合浸渍24h,105°C下干燥,送入管式焚烧炉中,在队保护下,500°C活化20min,冷却;
[0035] 将硝酸铈溶液与污泥活性炭混合,其质量比为1001^/^,浸渍2411后105°(:下干燥,加入田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成柱状(C>2mmX8mm)、瞭干即得污泥炭基催化剂;
[0036] 脱硫脱硝实验:N0体积浓度为800ppm,SO2体积浓度为400ppm,反应温度为600°C,反应空速为12000h-l,本实施例所得污泥炭基催化剂的投加量为1gJiNO的转化率为92.8%, SO2的转化率为94.5% ο
[0037] 实施例3
[0038] 向含水率为80%的印染污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,水热温度为150°C,反应时间为120min,得到水热碳化液,3000rpm离心进行固液分离,105°C
下干燥,获得污泥炭;
[0039] 将污泥炭与活化剂(活化剂为:硫酸:氯化锌=2:1)按质量比1:2混合浸渍24h,105°C下干燥,送入管式焚烧炉中,在队保护下,250°C活化30min,冷却;
[0040] 将活化污泥炭与硝酸铈溶液混合,其质量比为5mg/g,浸渍24h后105°C下干燥,加入适量田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成球状(直径2_)、晾干即得污泥炭基催化剂;
[0041 ] 脱硫脱硝实验:N0体积浓度为800ppm,SO2体积浓度为400ppm,反应温度为600°C,反应空速为12000h-l,本实施例所得污泥炭基催化剂的投加量为1gJiNO的转化率为35.8%, SO2的转化率为48.6% ο
[0042] 实施例4
[0043] 向含水率为90 %的生活污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,水热温度为200°C,反应时间为120min,得到水热碳化液,3000rpm离心进行固液分离,105°C
下干燥,获得污泥炭;
[0044] 将污泥炭与碳酸钾按质量比1:2混合浸渍24h,105°C下干燥,送入管式焚烧炉中,在队保护下,350°C活化30min,冷却;
[0045] 将活化污泥炭与硝酸铈溶液混合,其质量比为20mg/g,浸渍24h后105 °C下干燥,加入田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成柱状(®2mmX8mm)、瞭干即得污泥炭基催化剂;
[0046] 脱硫脱硝实验:N0体积浓度为800ppm,S02体积浓度为400ppm,反应温度为600°C,反应空速为12000h-l,本实施例所得污泥炭基催化剂的投加量为10g,对N0的转化率为50.3%, S02的转化率为62.7%0
[0047] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下过程: 水热碳化过程:将含水污泥送入水热反应器中,密封,加热进行水热碳化反应,得到水热碳化液,然后对水热碳化液进行固液分离,所得固体产物于105°c下干燥,获得污泥炭; 污泥碳活化过程:将所得污泥炭与活化剂按质量比为1:2混合浸渍24h,然后于105°C下干燥后,放入管式焚烧炉中,以队为保护气,进行活化冷却后得到污泥活性炭; 负载催化剂过程:将硝酸铈溶液和污泥活性炭混合,常温浸渍24h、然后烘干,加入田菁粉,添加量为污泥活性炭的1/10,及少量去离子水,混捏、挤压成型、晾干,获得污泥炭基催化剂(CeO2AC) ο
2.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述含水污泥包括市政污泥,印染污泥。
3.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述含水污泥的含水率为70%〜90%。
4.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述的水热碳化温度为150°C〜300°C。
5.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述的水热碳化时间为30min〜180min。
6.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述的活化剂为磷酸、硫酸、氯化锌、氯化镁、碳酸钾中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述的活化温度为200°C〜500°C。
8.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述的活化时间为20min〜60min。
9.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述的硝酸铺与污泥活性炭的质量比为0.5mg/g〜100mg/g。
10.根据权利要求1所述的新型污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述烘干后的硝酸铈溶液和污泥活性炭混合物与田菁粉挤压成型的形状为柱状或球状。
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