CN109433216A - 一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，该方法包括以下步骤：步骤一、原料准备；步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为7.0‑8.0，搅拌后干燥，得污泥粉末；步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为6:1‑3:1的比例混合均匀，得混合粉末；步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1000‑1400℃，得熔融后的玻璃体；步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂；本发明的方法简便，易操作，周期短，制备成本低，提高用于石油炼制和化工中的加氢精制等，能实现工业危险废弃物资源化利用。

Description

一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法
技术领域
本发明涉及危险废物处理资源化领域，特别涉及一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法。
背景技术
重金属污泥是一类含有重金属的危险废物,如果不对其进行处理、随意堆放,将对土壤和地下水造成严重损害，进而威胁到人类生活。其中，含镍污泥中有10％左右的镍含量，含铬污泥中有3-7％的铬含量，这些都是我国《国家危险废物名录》上被列出的危险废弃物。例如，中国专利201410192145.6，名称为一种提高镍系液相加氢催化剂选择性和稳定性的方法工业上，利用镍基，增加铬等多种金属离子形成催化剂，提高镍系液相加氢催化剂选择性和稳定性。但是，现有的催化剂主要是以试剂反应形成，具有高成本，工艺过程复杂的问题。因此，利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法是废物综合利用的新途径。
发明内容
发明的目的在于提供一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，解决了背景技术中的问题。
本发明是这样实现的，一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、原料准备：将含有铁、锌、铬、镍和铜的重金属污泥混合，得混合污泥；
步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；
步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为7.0-8.0，搅拌后干燥，得污泥粉末；
步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为6:1-3:1的比例混合均匀，得混合粉末；
步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1000-1400℃，得熔融后的玻璃体；
步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中镍：铜：铬的含量比例为1:1:1-20:1:10，锌的含量为铁、锌、铬、镍和铜总含量的12％，重金属混合污泥中铁、锌、铬、镍和铜的总含量大于5％。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中加入还原助剂的体积与混合污泥的重量之比为5：1-25：1，在球磨机内于100-300rpm转速下研磨，过200目筛。
本发明的进一步技术方案是：还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂、与水互溶的烷烃酸类有机溶剂中的一种。
本发明的进一步技术方案是：还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂和与水互溶的烷烃酸类有机溶剂的混合溶剂，所述混合溶剂中与水互溶的烷烃醇类有机溶剂的体积不超过35％。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤三中，所得污泥浆液用pH调节剂调节pH值在7.0-8.0的范围内，在40-60℃下搅拌20-50分钟，所得污泥在50-80℃下烘干24-48小时，得到污泥粉末。
本发明的进一步技术方案是：所述的pH调节剂为草酸水溶液或者尿素水溶液。
本发明的进一步技术方案是：将所述步骤六中所得的玻璃体，用球磨机在100-300rpm转速下研磨成粉末，过100目筛，得到催化剂。
本发明的有益效果：本发明制备催化剂的方法通过表面吸附在重金属氧化物上的有机醇/酸在无氧环境中原位气化-还原的耦合作用，使得重金属还原为混合合金单质，并在硅酸盐熔融后的玻璃体中充分分散，形成重金属催化剂；催化剂中活性组分为镍和铜离子，当铬离子的加入，形成离子之间电子的相互作用，能够进一步改善它们的协同作用，使得催化剂的氢气吸附量得到提升；制得的催化剂的方法简便，易操作，周期短，制备成本低，提高用于石油炼制和化工中的加氢精制等，能实现工业危险废弃物资源化利用。
具体实施方式
一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、原料准备：将含有铁、锌、铬、镍和铜的重金属污泥混合，得混合污泥；
所述步骤一中镍：铜：铬的含量比例为1:1:1-20:1:10，锌的含量为铁、锌、铬、镍和铜总含量的12％，重金属混合污泥中铁、锌、铬、镍和铜的总含量大于5％。
步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；
所述步骤二中加入还原助剂的体积与混合污泥的重量之比为5：1-25：1，在球磨机内于100-300rpm转速下研磨，过200目筛；还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂、与水互溶的烷烃酸类有机溶剂中的一种；还原助剂或者为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂和与水互溶的烷烃酸类有机溶剂的混合溶剂，所述混合溶剂中与水互溶的烷烃醇类有机溶剂的体积不超过35％。
步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为7.0-8.0，搅拌后干燥，得污泥粉末；
所述步骤三中，所得污泥浆液用pH调节剂调节pH值在7.0-8.0的范围内，在40-60℃下搅拌20-50分钟，所得污泥在50-80℃下烘干24-48小时，得到污泥粉末；所述的pH调节剂为草酸水溶液或者尿素水溶液。
步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为6:1-3:1的比例混合均匀，得混合粉末；
步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1000-1400℃，得熔融后的玻璃体；
步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂。
将所述步骤六中所得的玻璃体，用球磨机在100-300rpm转速下研磨成粉末，过100目筛，得到催化剂。
实施例一：
一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、原料准备：将含有铁、锌、铬、镍和铜的重金属污泥混合，得混合污泥；
所述步骤一中镍：铜：铬的含量比例为20:1:6，锌的含量为铁、锌、铬、镍和铜总含量的12％，重金属混合污泥中铁、锌、铬、镍和铜的总含量大于5％。
步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；
所述步骤二中加入还原助剂的体积与混合污泥的重量之比为5：1，在球磨机内于200rpm转速下研磨，过200目筛；还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂。
步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为7.5，搅拌后干燥，得污泥粉末；
所述步骤三中，所得污泥浆液用pH调节剂调节pH值为7.5，在60℃下搅拌30分钟，所得污泥在80℃下烘干24小时，得到污泥粉末；所述的pH调节剂为草酸水溶液。
步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为4:1的比例混合均匀，得混合粉末；
步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1000℃，得熔融后的玻璃体；
步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂。
将所述步骤六中所得的玻璃体，用球磨机在300rpm转速下研磨成粉末，过100目筛，得到催化剂。
将制得催化剂取1.0g，用于月桂腈加氢催化反应生成月桂胺，100mL月桂腈转化率达到92.2％。
实施例二：
一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、原料准备：将含有铁、锌、铬、镍和铜的重金属污泥混合，得混合污泥；
所述步骤一中镍：铜：铬的含量比例为5:1:5，锌的含量为铁、锌、铬、镍和铜总含量的12％，重金属混合污泥中铁、锌、铬、镍和铜的总含量大于5％。
步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；
所述步骤二中加入还原助剂的体积与混合污泥的重量之比为20：1，在球磨机内于100rpm转速下研磨，过200目筛；还原助剂为与水互溶的烷烃酸类有机溶剂。
步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为7.0，搅拌后干燥，得污泥粉末；
所述步骤三中，所得污泥浆液用pH调节剂调节pH值为7.0，在50℃下搅拌50分钟，所得污泥在80℃下烘干28小时，得到污泥粉末；所述的pH调节剂为尿素水溶液。
步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为3:1的比例混合均匀，得混合粉末；
步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1300℃，得熔融后的玻璃体；
步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂。
将所述步骤六中所得的玻璃体，用球磨机在200rpm转速下研磨成粉末，过100目筛，得到催化剂。
将制得催化剂取1.0g，用于月桂腈加氢催化反应生成月桂胺，100mL月桂腈转化率达到90.5％。
实施例三：
一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、原料准备：将含有铁、锌、铬、镍和铜的重金属污泥混合，得混合污泥；
所述步骤一中镍：铜：铬的含量比例为10:1:5，锌的含量为铁、锌、铬、镍和铜总含量的12％，重金属混合污泥中铁、锌、铬、镍和铜的总含量大于5％。
步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；
所述步骤二中加入还原助剂的体积与混合污泥的重量之比为10：1，在球磨机内于300rpm转速下研磨，过200目筛；还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂和与水互溶的烷烃酸类有机溶剂的混合溶剂，所述混合溶剂中与水互溶的烷烃醇类有机溶剂的体积不超过35％。
步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为8.0，搅拌后干燥，得污泥粉末；
所述步骤三中，所得污泥浆液用pH调节剂调节pH值为8.0，在60℃下搅拌20分钟，所得污泥在50℃下烘干48小时，得到污泥粉末；所述的pH调节剂为尿素水溶液。
步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为5:1的比例混合均匀，得混合粉末；
步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1200℃，得熔融后的玻璃体；
步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂。
将所述步骤六中所得的玻璃体，用球磨机在150rpm转速下研磨成粉末，过100目筛，得到催化剂。
将制得催化剂取0.1g，用于氮氧化物催化还原成氮气，300℃时氮氧化物转化率达到98.4％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、原料准备：将含有铁、锌、铬、镍和铜的重金属污泥混合，得混合污泥；
步骤二、将所述混合污泥中加入还原助剂，球磨机研磨后过筛，得污泥浆液；
步骤三、将所述污泥浆液中加入pH调节剂调节pH值为7.0-8.0，搅拌后干燥，得污泥粉末；
步骤四、将所述污泥粉末与氧化硅粉末按质量比为6:1-3:1的比例混合均匀，得混合粉末；
步骤五、将所述混合粉末放入还原炉中，无氧环境下还原，控制还原温度为1000-1400℃，得熔融后的玻璃体；
步骤六、将所述玻璃体研磨后过筛，得到催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：所述步骤一中镍：铜：铬的含量比例为1:1:1-20:1:10，锌的含量为铁、锌、铬、镍和铜总含量的12％，重金属混合污泥中铁、锌、铬、镍和铜的总含量大于5％。
3.根据权利要求1所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：所述步骤二中加入还原助剂的体积与混合污泥的重量之比为5：1-25：1，在球磨机内于100-300rpm转速下研磨，过200目筛。
4.根据权利要求3所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂、与水互溶的烷烃酸类有机溶剂中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：还原助剂为与水互溶的烷烃醇类有机溶剂和与水互溶的烷烃酸类有机溶剂的混合溶剂，所述混合溶剂中与水互溶的烷烃醇类有机溶剂的体积不超过35％。
6.根据权利要求1所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：所述步骤三中，所得污泥浆液用pH调节剂调节pH值在7.0-8.0的范围内，在40-60℃下搅拌20-50分钟，所得污泥在50-80℃下烘干24-48小时，得到污泥粉末。
7.根据权利要求6所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：所述的pH调节剂为草酸水溶液或者尿素水溶液。
8.根据权利要求1所述的一种利用重金属污泥熔融气化制备催化剂的方法，其特征在于：将所述步骤六中所得的玻璃体，用球磨机在100-300rpm转速下研磨成粉末，过100目筛，得到催化剂。
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