CN110092518B - 吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统与方法 - Google Patents
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Abstract
吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统与方法，系统包括一个废水吸附/脱附装置，一个浓缩废液分离装置，一个碳纳米材料生产装置，一个尾气氧化装置，碳纳米材料生产装置与尾气氧化装置之间的换热器，或浓缩废液分离装置与碳纳米材料生产装置之间的换热器；使用该装置将有机物转化为碳纳米材料及热量回用的方法，将含有机物的废水通过废水吸附/脱附装置后达标排放；脱附后的浓缩废液经分离所得的有机物通入碳纳米材料生产装置生成碳纳米材料；其尾气在尾气氧化装置中生成高温烟气，给系统内的其他装置提供热量；本发明既解决了浓缩有机物难处理的难题，又降低了吸附剂成本，具有能耗低、操作弹性大的优点。
Description
技术领域
本发明属于化工与环保技术领域，具体涉及一种吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统与方法。
背景技术
化工生产过程复杂，常产生大量的含有机物的废水，该类废水几乎占人类所有生产与生活废水总量的50％。处理含有机物的废水的方法，通常包括汽提，精馏，氧化，生化与吸收等。其中吸附法常用各类多孔材料，处理低浓度的有机废水，可以比精馏方法降低能耗，比生化法的适用范围广而占地面积小。吸附法中如果使用活性碳材料，由于以微孔居多，基本属于不可再生使用的一次性场合。但如果使用碳纳米管，石墨烯等介孔材料，则可以多次吸附，脱附，进行循环使用。脱附时常用的介质为高温蒸汽或高温气体，脱附时的能耗是吸附法的最重要的制约环节。
另外，脱附后浓缩有机废液有时可以当作产品回用，但大多时候，是一种非常复杂的混合物，分离困难，不具备明显的销售价值。处理这些有机废水仍需要高昂的成本。另一方面，碳纳米材料的高成本是阻碍其应用领域拓展的原因之一。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供吸附法处理含有机物的废水并将有机物转化为碳纳米材料的系统与方法，解决了浓缩有机废液处理的难题，同时实现了尾气的热量回收利用，降低了能耗，提高了产品附加值。并且由于碳纳米材料可以制成吸附剂，可以极大地降低吸附剂的成本。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统，包括一个带夹套的废水吸附/脱附装置1，一个浓缩废液分离装置2，一个碳纳米材料生产装置3，一个尾气氧化装置4，第一换热器5和第二换热器6；所述带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部设置含有机物废水的通入口和含浓缩有机物废水的出口，底部设置达标废水出口，带夹套的废水吸附/脱附装置1顶部的含浓缩有机物废水的出口连通浓缩废液分离装置2的底部入口，当浓缩废液分离装置2进行精馏分离，连通管路上设置第二换热器6，浓缩废液分离装置2底部或上部的废水出口连通带夹套的废水吸附/脱附装置1顶部设置的含有机物废水的通入口；所述浓缩废液分离装置2上部或底部设置有机物出口连通碳纳米材料生产装置3的底部入口，连通管路上设置第一换热器5；所述碳纳米材料生产装置3的顶部设置尾气出口连通尾气氧化装置4底部入口，碳纳米材料生产装置3底部设置碳纳米材料出口；尾气氧化装置4底部设有含氧气体入口，顶部的烟气出口依次连通第一换热器5和第二换热器6，烟气分别给碳纳米材料生产装置3及浓缩废液分离装置2供热，最后烟气进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套入口；换热后气体从带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套出口进行达标排放。
所述带夹套的废水吸附/脱附装置1装填有易再生的吸附剂，材质为碳、分子筛或氧化铝；带夹套的废水吸附/脱附装置设有夹套；用于废水吸附装置时，进料为含有机物的废水，当吸附饱和后，用作脱附装置，在夹套中通入高温气体进行加热，用作脱附的热源。
所述浓缩废液分离装置2为静置分离罐或精馏塔，废水与有机物分离后分别排出。
所述碳纳米材料生产装置3内部装填的催化剂为金属和氧化物，金属包括铁、钴、镍、铜中的一种或多种，氧化物包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的一种或多种；金属的质量分数为0-20％；金属和氧化物在500-1000℃下裂解有机物，生成碳纳米材料，生成的尾气为含氢气与C1-C9的有机物。
所述尾气氧化装置4，在采用催化氧化方法时，装填金属负载型催化剂，金属包括铁、镍、铜、钴、铂、钯中的一种或多种，载体包括氧化铝、氧化硅、分子筛、氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化锰中的一种或多种。金属的质量分数为0.01％-20％,其余为载体；该金属负载型催化剂处理尾气的工作温度为300-800℃。
所述的系统处理含有机物的废水、生成碳纳米材料及热量回用的方法，包括如下步骤：
a将带夹套的废水吸附/脱附装置1、浓缩废液分离装置2、碳纳米材料生产装置3、尾气氧化装置4及第一换热器5、第二换热器6相连；
b将含有机物的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部通入，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的底部排出；
c)当带夹套的废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，并给带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套通入高温气体，加热到90-250℃，将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出，以完成脱附；
d)从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入浓缩废液分离装置2，通过冷凝至0-40℃进行分层分离或在100-250℃进行精馏分离；根据分离后的比重或沸点的差异，有机物从装置上部或底部排出；废水从装置底部上部排出，废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置1的有机废水入口；
e从浓缩液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在500-1000℃下在催化剂上生成碳纳米管材料；
f)碳纳米材料生产装置3的尾气进入尾气氧化装置4，在800-1000℃在含氧气氛下直接燃烧，或在300-800℃在金属负载型催化剂上催化氧化，生成高温烟气；烟气出生成碳纳米材料的尾气氧化装置4后，经过第一换热器5给碳纳米材料生产装置3提供热量，若浓缩废液分离装置2采用精馏塔时，烟气再经过第二换热器6给浓缩废液分离装置2提供热量；然后烟气再进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套，给脱附操作时提供热量，出夹套后放空。
所述带夹套的废水吸附/脱附装置1执行吸附操作时，温度在-5-50℃；执行脱附操作时，温度为90-250℃。
所述含有机物的废水中包含500-200000ppm的完全非极性有机物或部分非极性的有机物，完全非极性有机物包括烃类，部分非极性的有机物包括芳环或杂环的酚、胺、酯或酸类。
经过带夹套的吸附/脱附装置1操作后，脱附的浓缩液中有机物的浓度是进料有机物浓度的5-20倍。
从浓缩废液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在500-1000℃，有机物质量空速为0.1-5h-1下在催化剂上生成碳纳米材料，其碳基收率为85-99％；生成的碳纳米材料包括碳纳米颗粒、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或其混合物；其成分中，碳元素的质量分数为93-100％,氧元素的质量分数为0-5％,氮元素的质量分数为0-5％。
所述尾气氧化装置4，通入含氧气体(氧气的体积分数为5％-100％,其余为N2，Ar,CO2中的一种或多种)，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O与CO2的量的1.1-1.3倍；尾气在800-1000℃下直接燃烧，所得烟气温度为800-1200℃；或在如权利5所述的金属负载型催化剂上300-800℃条件下催化氧化，所得烟气温度为300-800℃。
与已有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)把非常复杂的浓缩后的有机废液，转化成了碳纳米材料。而碳纳米材料能够用作有机废水处理的吸附剂，既解决了浓缩有机废液处理的大难题，又降低吸附剂成本80-90％。
(2)把生成的碳纳米材料的尾气，转化成高温烟气，为脱附，浓缩废液分离及碳纳米材料生产提供热量，大大节约了用于加热的电与高温蒸汽的用量，可以节能70-90％。
附图说明
图1为本发明系统框图(其中，浓缩废液分离装置(采用精馏塔操作)中，有机物从上部排出，废水从底部排出)。
图2本发明系统框图(其中，浓缩废液分离装置(采用精馏塔操作)中，废水从上部排出，有机物从底部排出)。
图3本发明系统框图(其中，浓缩废液分离装置(采用精馏塔操作)中，废水从上部排出，有机物从底部排出)。
图4为本发明系统框图(其中，浓缩废液分离装置(采用静置分层操作)中，有机物从上部排出，废水从底部排出)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，将带夹套的废水吸附/脱附装置1、浓缩废液分离装置2(精馏塔)、碳纳米材料生产装置3及尾气氧化装置4依次相连，并将尾气氧化装置4产生的烟气通过管道与碳纳米材料生产装置3通过第一换热器5相连、再用管道与浓缩废液分离装置2通过第二换热器6相连，再用管道与带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套相连。
在带夹套的废水吸附/脱附装置1中装填碳吸附剂，将含有机物(500ppm，氯代十二烷，0号柴油，甲基吡啶,亚油酸)的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为10℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当带夹套的废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水。并给带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套通入高温气体，加热到150℃；将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出。有机废水被浓缩20倍。
浓缩废液进入浓缩废液分离装置2，在200℃进行精馏分离。根据分离后沸点的差异，有机物从浓缩废液分离装置上部(或底部)排出；废水从浓缩废液分离装置底部(或上部)排出。废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置1的有机废水入口；
从浓缩废液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在800℃下在催化剂(20％Fe-80％Al2O3)上生成碳纳米管，有机物的质量空速为2.5h-1,生成碳纳米管的(碳基)收率为90％。其成分中，碳元素的质量分数为96％,氧元素的质量分数为1％，氮元素的质量分数为3％。
碳纳米材料生产装置3的尾气进入尾气氧化装置4，在800℃在含氧气氛(氧气的体积分数为100％)下直接燃烧，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O与CO2的量的1.1倍，生成1000℃烟气。烟气出尾气氧化装置4后，经过第一换热器5给碳纳米材料生产装置3提供热量；然后再经过第二换热器6给浓缩废液分离装置2(采用精馏塔时)提供热量；然后烟气再进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套，给脱附操作时提供热量。出夹套后放空。
实施例2
如图2所示，将带夹套的废水吸附/脱附装置1、浓缩废液分离装置2(精馏塔)、碳纳米材料生产装置3及尾气氧化装置4依次相连，并将尾气氧化装置4产生的烟气通过管道与碳纳米材料生产装置3通过第一换热器5相连、再用管道与浓缩废液分离装置2通过第二换热器6相连，再用管道与带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套相连。
在带夹套的废水吸附/脱附装置1中装填碳吸附剂。将含有机物(20000ppm，环氧氯丙烷、金刚烷胺、邻硝基苯酚，邻苯二甲酸，N-甲基吡咯烷酮的任意比例混合物)的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为-5℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当带夹套的废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水。并给带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套通入高温气体，加热到90℃；将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出；有机废水被浓缩5倍。
浓缩废液进入浓缩废液分离装置2，通过在100℃进行精馏分离。根据分离后的沸点差异，有机物从浓缩废液分离装置底部排出；废水从浓缩废液分离装置上部排出。废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置1的有机废水入口；
从浓缩废液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在750℃下在催化剂(20％Co-20％MgO-60％Al2O3)上生成碳纳米纤维和碳纳米管的混合物，有机物的质量空速为0.5h-1,生成碳纳米管和碳纳米纤维的(碳基)收率为92％，其成分中，碳元素的质量分数为95％,氧元素的质量分数为5％。
碳纳米材料生产装置3的尾气进入尾气氧化装置4，在1000℃在空气中直接燃烧，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O与CO2的量的1.3倍，生成1200℃烟气。烟气出尾气氧化装置4后，经过第一换热器5给碳纳米材料生产装置3提供热量；然后再经过第二换热器6给浓缩废液分离装置2(采用精馏塔时)提供热量；然后烟气再进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套，给脱附操作时提供热量。出夹套后放空。
实施例3
如图3所示，将带夹套的废水吸附/脱附装置1、浓缩废液分离装置2(精馏塔)、碳纳米材料生产装置3及尾气氧化装置4依次相连，并将尾气氧化装置4产生的烟气通过管道与碳纳米材料生产装置3通过第一换热器5相连、再用管道与带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套相连。
在带夹套的废水吸附/脱附装置1中装填碳吸附剂，空隙率为50％。将含有机物(10000ppm，二氯苯乙酮，苯并噻吩，β-丙氨酸的任意比例混合物)的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为50℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当带夹套的废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水。并给带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套通入高温气体，加热到250℃；在0.001MPa将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出；有机废水被浓缩10倍。
浓缩废液进入浓缩废液分离装置2，通过在250℃进行分离。根据分离后的沸点差异，有机物从浓缩废液分离装置底部排出；废水从浓缩废液分离装置上部排出。废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置1的有机废水入口；
从浓缩废液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在1000℃下在催化剂(5％Ni-10％Cu-65％MgO-20％ZrO2)上生成碳纳米管和石墨烯的混合物，有机物的质量空速为5h-1,生成碳纳米管和石墨烯的(碳基)收率为99％,其成分中，碳元素的质量分数为100％。
碳纳米材料生产装置3的尾气进入尾气氧化装置4，在600℃及催化剂(5％Ni-5％Fe-2％Cu-5％Co-33％MgO-50％MnO2)条件下、在含氧气氛(15％O2,其余为35％Ar，50％CO2)下催化氧化，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O与CO2的量的1.2倍，生成700℃烟气。烟气出尾气氧化装置4后，经过第一换热器5给碳纳米材料生产装置3提供热量；然后再经过第二换热器6给装置浓缩废液分离2(采用精馏塔时)提供热量；然后烟气再进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套，给脱附操作时提供热量。出夹套后放空。
实施例4
如图4所示，将带夹套的废水吸附/脱附装置1、浓缩废液分离装置2(静置分离罐)、碳纳米材料生产装置3及尾气氧化装置4依次相连，并将尾气氧化装置4产生的烟气通过管道与碳纳米材料生产装置3通过第一换热器5相连、再用管道与带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套相连。
在带夹套的废水吸附/脱附装置1中装填分子筛吸附剂。将含有机物(2000ppm，汽油,吡啶，异丙苯，苯乙醚，呋喃)的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为20℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当带夹套的废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水。并给带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套通入高温气体，加热到90℃，将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出；有机废水被浓缩15倍。
浓缩废液进入浓缩废液分离装置2，通过在0℃进行静置分离。根据分离后的比重差异，废水从浓缩废液分离装置底部排出；有机物从浓缩废液分离装置上部排出。废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置1的有机废水入口；
从浓缩废液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在500℃下在催化剂(10％Ni-1％Pd-20％MgO-39％Al2O3-30％SiO2)上生成碳纳米纤维和碳纳米颗粒的混合物，有机物的质量空速为3.5h-1,生成碳纳米纤维和碳纳米颗粒的(碳基)收率为85％,其成分中，碳元素的质量分数为93％,氧元素的质量分数为2％，氮元素的质量分数为5％。
碳纳米材料生产装置3的尾气进入尾气氧化装置4，在300℃及催化剂(0.01％Pt-9％ZnO-71％Al2O3-19.99％ZrO2)条件下、在含氧气氛(5％O2,其余为N2)下燃烧，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O与CO2的量的1.3倍，生成300℃烟气。烟气出尾气氧化装置4后，经过第一换热器5给碳纳米材料生产装置3提供热量；然后再进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套，给脱附操作时提供热量。出夹套后放空。
实施例5
如图3所示，将带夹套的废水吸附/脱附装置1、浓缩废液分离装置2(静置分离罐)、碳纳米材料生产装置3及尾气氧化装置4依次相连，并将尾气氧化装置4产生的烟气通过管道与碳纳米材料生产装置3通过第一换热器5相连、再用与带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套相连。
在带夹套的废水吸附/脱附装置1中装填氧化铝吸附剂，将含有机物(15000ppm，糠醛、三硝基甲苯的任意比例混合物)的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为25℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当带夹套的废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水。并给带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套通入高温气体，加热到250℃将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置1的顶部排出；有机废水被浓缩6倍。
浓缩废液进入浓缩废液分离装置2，在40℃进行静置分离。根据分离后的比重差异，有机物从浓缩废液分离装置底部排出；废水从浓缩废液分离装置上部排出。废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置1的有机废水入口；
从浓缩废液分离装置2排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置3，在950℃下在催化剂(20％SiO2-20％MgO-60％Al2O3)上生成碳纳米颗粒和石墨烯的混合物，有机物的质量空速为1.5h-1,生成碳纳米颗粒和石墨烯的(碳基)收率为85％，其成分中，碳元素的质量分数为93％,氧元素的质量分数为5％，氮元素的质量分数为2％。
碳纳米材料生产装置3的尾气进入尾气氧化装置4，在800℃及催化剂(5％Co-15％Fe-30％分子筛-50％SiO2)条件下、在含氧气氛(氧气的体积分数为10％,其余为Ar)下催化氧化，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O与CO2的量的1.15倍，生成800℃烟气。烟气出尾气氧化装置4后，经过第一换热器5给碳纳米材料生产装置3提供热量；然后再经过第二换热器6给浓缩废液分离装置2(采用精馏塔时)提供热量；然后烟气再进入带夹套的废水吸附/脱附装置1的夹套，给脱附操作时提供热量。出夹套后放空。
Claims (10)
1.吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统，其特征在于：包括一个带夹套的废水吸附/脱附装置（1），一个浓缩废液分离装置（2），一个碳纳米材料生产装置（3），一个尾气氧化装置（4），第一换热器（5）和第二换热器（6）；所述带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的顶部设置含有机物废水的通入口和含浓缩有机物废汽的出口，底部设置达标废水出口，带夹套的废水吸附/脱附装置（1）顶部的含浓缩有机物废汽的出口连通浓缩废液分离装置（2）的底部入口，当浓缩废液分离装置（2）进行精馏分离，连通管路上设置第二换热器（6），浓缩废液分离装置（2）底部或上部的废水出口连通带夹套的废水吸附/脱附装置（1）顶部设置的含有机物废水的通入口；所述浓缩废液分离装置（2）上部或底部设置有机物出口连通碳纳米材料生产装置（3）的底部入口，连通管路上设置第一换热器（5）；所述碳纳米材料生产装置（3）的顶部设置尾气出口连通尾气氧化装置（4）底部入口，碳纳米材料生产装置（3）底部设置碳纳米材料出口；尾气氧化装置（4）底部设有含氧气体入口，顶部的烟气出口依次连通第一换热器（5）和第二换热器（6） ，烟气分别给碳纳米材料生产装置（3）及浓缩废液分离装置（2）供热，最后烟气进入带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的夹套入口；换热后气体从带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的夹套出口进行达标排放。
2.根据权利要求1所述的吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统，其特征在于：所述带夹套的废水吸附/脱附装置（1）装填有易再生的吸附剂，材质为碳、分子筛或氧化铝；带夹套的废水吸附/脱附装置设有夹套；用于废水吸附装置时，进料为含有机物的废水，当吸附饱和后，用作脱附装置，在夹套中通入高温气体进行加热，用作脱附的热源。
3.根据权利要求1所述的吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统，其特征在于：所述浓缩废液分离装置（2）为静置分离罐或精馏塔，废水与有机物分离后分别排出。
4.根据权利要求1所述的吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统，其特征在于：所述碳纳米材料生产装置（3）内部装填的催化剂为金属和氧化物，金属包括铁、钴、镍、铜中的一种或多种，氧化物包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的一种或多种；金属的质量分数为0-20%；金属和氧化物在500-1000℃下裂解有机物，生成碳纳米材料，生成的尾气为含氢气与C1-C9的有机物。
5.根据权利要求1所述的吸附法处理含有机物的废水并制备碳纳米材料的系统，其特征在于：所述尾气氧化装置（4），在采用催化氧化方法时，装填金属负载型催化剂，金属包括铁、镍、铜、钴、铂、钯中的一种或多种，载体包括氧化铝、氧化硅、分子筛、氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化锰中的一种或多种；金属的质量分数为0.01%-20%，其余为载体；该金属负载型催化剂处理尾气的工作温度为300-800oC。
6.权利要求1至4任一项所述的系统处理含有机物的废水、生成碳纳米材料及热量回用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a）将带夹套的废水吸附/脱附装置（1）、浓缩废液分离装置（2）、碳纳米材料生产装置（3）、尾气氧化装置（4）及第一换热器（5）、第二换热器（6）依次相连；
b）将含有机物的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的顶部通入，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的底部排出；
c) 当带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，并给带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的夹套通入高温气体，加热到90-250℃，将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，从带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的顶部排出，以完成脱附；
d) 从带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的顶部排出的气体及蒸汽，进入浓缩废液分离装置（2），通过冷凝至0-40oC进行分层分离或在100-250oC进行精馏分离；根据分离后的比重或沸点的差异，有机物从装置上部或底部排出；废水从装置底部或上部排出，废水返回到带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的有机废水入口；
e）从浓缩液分离装置（2）排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置（3），在500-1000oC下在催化剂上生成碳纳米管材料；
f) 碳纳米材料生产装置（3）的尾气进入尾气氧化装置（4），在800-1000oC在含氧气氛下直接燃烧，或在300-800oC在金属负载型催化剂上催化氧化，生成高温烟气；烟气从尾气氧化装置（4）中排出后，经过第一换热器（5）给碳纳米材料生产装置（3）提供热量，若浓缩废液分离装置（2）采用精馏塔时，烟气再经过第二换热器（6）给浓缩废液分离装置（2）提供热量；然后烟气再进入带夹套的废水吸附/脱附装置（1）的夹套，给脱附操作时提供热量，出夹套后放空。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述带夹套的废水吸附/脱附装置（1）执行吸附操作时，温度在-5-50℃；执行脱附操作时，温度为90-250℃；经过带夹套的吸附/脱附装置（1）操作后，脱附的浓缩液中有机物的浓度是进料有机物浓度的5-20倍。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述含有机物的废水中包含500-200000ppm的完全非极性有机物或部分非极性的有机物，完全非极性有机物包括烃类。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：从浓缩废液分离装置（2）排出的有机物，进入碳纳米材料生产装置（3），在500-1000oC，有机物质量空速为0.1-5 h-1下在催化剂上生成碳纳米材料，其碳基收率为85-99%；生成的碳纳米材料包括碳纳米颗粒、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或其混合物；其成分中，碳元素的质量分数为93-100%, 氧元素的质量分数为0-5%,氮元素的质量分数为0-5%。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述尾气氧化装置（4），通入含氧气体，含氧气体的流量为使有机物完全变为H2O 与CO2 的量的1.1-1.3倍；尾气在800-1000 oC下直接燃烧，所得烟气温度为800-1200oC；或在金属负载型催化剂上300-800oC条件下催化氧化，所得烟气温度为300-800oC；所述含氧气体中氧气的体积分数为5%-100%,其余为N2，Ar, CO2中的一种或多种。
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