申請日2015.09.10
公開(公告)日2015.12.23
IPC分類號B01J23/10; B01D53/60; B01D53/86
摘要
本發(fā)明涉及污泥的再生處理及資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法。本發(fā)明利用水熱碳化法獲得的炭產(chǎn)品具有更多的活性位點及穩(wěn)定的C-O化合物，其吸附能力大于高溫裂解炭，以稀土金屬作為催化劑，具有來源廣泛、價格低廉的特點，獲得的污泥炭基催化劑，活性高、穩(wěn)定性強;工藝步驟簡單易行，環(huán)境友好，易于推廣應(yīng)用，具有產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景，真正達到了“以廢治廢”的目的。
權(quán)利要求書
1.一種新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下 過程：
水熱碳化過程：將含水污泥送入水熱反應(yīng)器中，密封，加熱進行水熱碳化 反應(yīng)，得到水熱碳化液，然后對水熱碳化液進行固液分離，所得固體產(chǎn)物于 105℃下干燥，獲得污泥炭;
污泥碳活化過程：將所得污泥炭與活化劑按質(zhì)量比為1:2混合浸漬24h，然 后于105℃下干燥后，放入管式焚燒爐中，以N2為保護氣，進行活化冷卻后得 到污泥活性炭;
負載催化劑過程：將硝酸鈰溶液和污泥活性炭混合，常溫浸漬24h、然后 烘干，加入田菁粉，添加量為污泥活性炭的1/10，及少量去離子水，混捏、擠 壓成型、晾干，獲得污泥炭基催化劑(CeO2/AC)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述含水污泥包括市政污泥，印染污泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其 特征在于，所述含水污泥的含水率為70%～90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述的水熱碳化溫度為150℃～300℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述的水熱碳化時間為30min～180min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述的活化劑為磷酸、硫酸、氯化鋅、氯化鎂、碳酸鉀中的至少一 種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述的活化溫度為200℃～500℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述的活化時間為20min～60min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特 征在于，所述的硝酸鈰與污泥活性炭的質(zhì)量比為0.5mg/g～100mg/g。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，其 特征在于，所述烘干后的硝酸鈰溶液和污泥活性炭混合物與田菁粉擠壓成型的 形狀為柱狀或球狀。
說明書
一種新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污泥的再生處理及資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型污 泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法。
背景技術(shù)
煤炭燃燒所造成的SO2和NOx的排放問題日益嚴重，已直接影響到我國經(jīng) 濟的發(fā)展。2011年國務(wù)院印發(fā)了《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》，對SO2和NOx的排放提出嚴格限制。選擇催化還原技術(shù)(SCR)在眾多控制技術(shù)中脫 穎而出，該技術(shù)以Al2O3、TiO2、分子篩等為載體制備的催化劑需要NH3、CO 等還原劑，且造價昂貴、安全隱患大、易造成二次污染;而活性炭作為催化劑 載體時，不僅可作為載體還可作為還原劑，具有簡化工藝操作、安全隱患少、 二次污染少、原料來源廣泛等優(yōu)點，具有廣闊的研究前景。
近年來以廢棄物為原料制備活性炭越來越受到研究者的關(guān)注。2001-2012 年間，我國污泥的年產(chǎn)總量以平均每年約14.1%的速率從567萬噸增加至2419 萬噸。污泥含有大量的病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物質(zhì)，若未 能得到有效處理處置，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接威脅環(huán)境安 全和公眾健康。污泥制炭基催化劑技術(shù)不僅可以實現(xiàn)污泥的資源化利用，還可 以有效利用污泥中的重金屬成分，從而達到“變廢為寶”的目的。
目前，污泥炭基催化劑的應(yīng)用研究多集中在污水處理領(lǐng)域，例如中國專利 CN103007937A公開了“利用多源污泥制備的催化臭氧化催化劑及其應(yīng)用”，該 催化劑用于催化臭氧化處理有機工業(yè)廢水，具有催化活性高、穩(wěn)定性強、處理 范圍廣、易于實現(xiàn)推廣等特點。例如中國專利CN103691448A公開了“磁性污泥 基臭氧催化劑的制備方法及應(yīng)用”，該方法制得的磁性污泥基臭氧催化劑，適 用于各種濃度的染料廢水處理，且操作簡單。例如中國專利CN104258887A公 開了“一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法及其應(yīng)用”，該法制得的 復(fù)合光催化劑，光催化活性強、分散性好，適用于給水、廢水處理，造紙、紡 織印染、日用化工等領(lǐng)域。關(guān)于污泥炭基催化劑應(yīng)用于煙氣控制的研究較少， 例如中國專利CN101721973A公開了“一種污泥基脫硫劑及其制備方法”，具有 吸附二氧化硫容量高、制備簡單和成本低的特點。例如中國專利 CN101543763A公開了“用于煙氣脫硫、脫硝的改性污泥活性炭及其制備方 法”，首次將伽瑪型三氧化二鋁膜和五氧化二釩用于改性污泥活性炭的制備， 有效提高了污泥活性炭的脫硫、脫硝效率。
在現(xiàn)有報道中，現(xiàn)有的污泥炭載體多是經(jīng)過高溫煅燒制得，對污泥含水率 有嚴格要求，需先對脫水污泥進行干化預(yù)處理，能耗較高，極大地限制了該處 理方法的發(fā)展。利用水熱碳化法獲得污泥炭作為催化劑載體，尚未見相關(guān)報 道。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對上述問題，提供一種新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑 的制備方法。本發(fā)明利用水熱碳化法獲得的炭產(chǎn)品具有更多的活性位點及穩(wěn)定 的C-O化合物，其吸附能力大于高溫裂解炭，以稀土金屬作為催化劑，具有來 源廣泛、價格低廉的特點，獲得的污泥炭基催化劑，活性高、穩(wěn)定性強。
本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：
本發(fā)明的新型污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法包括如下過程：
水熱碳化過程：將含水污泥送入水熱反應(yīng)器中，密封，加熱進行水熱碳化 反應(yīng)，得到水熱碳化液，然后對水熱碳化液進行固液分離，所得固體產(chǎn)物于 105℃下干燥，獲得污泥炭;
污泥碳活化過程：將所得污泥炭與活化劑按質(zhì)量比為1:2混合浸漬24h，然 后于105℃下干燥后，放入管式焚燒爐中，以N2為保護氣，進行活化冷卻后得 到污泥活性炭;
負載催化劑過程：將硝酸鈰溶液和污泥活性炭混合，常溫浸漬24h、然后 烘干，加入田菁粉，添加量為污泥活性炭的1/10，及少量去離子水，混捏、擠 壓成型、晾干，獲得污泥炭基催化劑(CeO2/AC)。
進一步的，所述含水污泥包括市政污泥，印染污泥。
進一步的，所述含水污泥的含水率為70%～90%。
進一步的，所述的水熱碳化溫度為150℃～300℃。
進一步的，所述的水熱碳化時間為30min～180min。
進一步的，所述的活化劑為磷酸、硫酸、氯化鋅、氯化鎂、碳酸鉀中的至 少一種。
進一步的，所述的活化溫度為200℃～500℃。
進一步的，所述的活化時間為20min～60min。
進一步的，所述的硝酸鈰與污泥活性炭的質(zhì)量比為0.5mg/g～100mg/g。
進一步的，所述烘干后的硝酸鈰溶液和污泥活性炭混合物與田菁粉擠壓成 型的形狀為柱狀或球狀。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明方法以稀土金屬作為催化劑，具有來源廣泛、價格低廉的特 點，獲得的污泥炭基催化劑活性高、穩(wěn)定性強，適用于低濃度煙氣的脫硫和脫 硝。
(2)污泥炭還是一種固碳減排的物質(zhì)，其生產(chǎn)和使用都對全球碳排放有緩 解作用。
(3)本發(fā)明方法工藝步驟簡單易行，環(huán)境友好，易于推廣應(yīng)用，具有產(chǎn)業(yè) 化的應(yīng)用前景，真正達到了“以廢治廢”的目的。
