一种用于污泥深度处理的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于环保材料技术领域，具体涉及一种用于污泥深度处理的催化剂及其制备方法。本发明专利技术研制的催化剂包括以下重量份数的原料：20

【技术实现步骤摘要】
一种用于污泥深度处理的催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于环保材料
更具体地，涉及一种用于污泥深度处理的催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着城市化水平的提高，城市污水排放量及处理量逐年增加，随之产生大量剩余污泥，这些剩余污泥若得不到有效处置，将会威胁生态安全。污泥中含有大量有机质，可通过生物发酵、热解气化等技术制取热值高、清洁无污染的富氢燃气，其中污泥热解制氢工艺具有可操作性强、反应时间短、污泥处置彻底等优点受到广泛关注。
[0003]近年来，国内外学者在污泥热解制富氢燃气方面做了大量研究，如优化热解反应器及反应模式、筛选催化剂体系、改善掺杂途径等，以期提高气体产率及产气品质。采用固定床热解装置研究污泥与催化剂CaO经简单掺混后的高温热解产气规律，发现与催化剂掺混后，污泥热解气质量分数为12％，其中氢气体积分数为32％。
[0004]然而，由于氧化钙自身容易吸收空气中的水分和二氧化碳，导致其自身在存储过程中容易发生结块，且由于污泥处理前经过了干燥处理，其与结块后的氧化钙在实际混合过程中难以达到均匀混合，使得实际氧化钙的作用效果非常有限，往往需要增加催化剂的添加量来达到理想的催化效果。
[0005]基于此，如何保障氧化钙在存放过程中不发生结块，同时可以保障其与污泥混料过程中达到均匀混合，从而充分发挥有限添加量的氧化钙的催化效果，成为制约本领域技术发展的瓶颈问题之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有的污泥深度处理所用的催化剂，如氧化钙，添加到污泥中后，无法在污泥体系中均匀分散，导致催化效果不均一，影响催化效果的缺陷和不足，提供一种用于污泥深度处理的催化剂及其制备方法。
[0007]本专利技术的目的是提供一种用于污泥深度处理的催化剂。
[0008]本专利技术另一目的是提供用于污泥深度处理的催化剂的制备方法。
[0009]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种用于污泥深度处理的催化剂，所述催化剂包括以下重量份数的原料：20-40份氧化石墨烯、4-8份氧化钙、3-5份蜡和0.6-0.8份硝酸铵；
[0011]所述蜡于室温条件下呈固态；
[0012]所述氧化钙、硝酸铵和石蜡嵌入氧化石墨烯层间结构中。
[0013]上述技术方案通过选用氧化钙作为核心催化剂，并将其固定于氧化石墨烯层间，首先，氧化石墨烯分子结构中含有极性的官能团，如羟基、羧基等，另外，其共轭区为疏水区域，导致了氧化石墨烯自身具备良好的表面活性，因此，其可以携带氧化钙有效在污泥中渗透扩散；并且，由于氧化石墨烯为层状结构，因此，在实际使用过程中，可以在搅拌混合过程
中发生相对滑移，在相对滑移过程中，起到良好的润滑效果，不仅使得内部催化作用的氧化钙暴露，同时使得可以在污泥体系中良好渗透；
[0014]另外，上述技术方案进一步引入蜡，蜡的引入，可以进一步增强在使用过程，氧化石墨烯层与层之间的滑移，再者，由于污泥深度处理过程中需要高温，在高温环境下，石蜡可以快速熔融，熔融后的石蜡可以有利于氧化石墨烯和氧化钙在污泥体系中的扩散渗透；
[0015]再者，上述技术方案进一步引入少量的硝酸铵，硝酸铵在受热后可以发生“爆炸式”的分解，分解产生的气体有利于氧化石墨烯层间距的拓宽，从而使得内部的氧化钙得以充分暴露，而且，产生的气体可以在内部产生推动力，推动氧化石墨烯和氧化钙在污泥体系中的扩散渗透，有利于氧化钙在污泥体系中的均匀分布，提升其催化效果。
[0016]进一步地，所述氧化石墨烯共轭区接枝有十八烷基胺。
[0017]上述技术方案进一步引入十八烷基胺，其产生的空间位阻作用有利于氧化石墨烯片层结构分散后不会恢复紧密的层间距，从而有利于氧化钙在其层间的分散。
[0018]进一步地，所述氧化石墨烯为褶皱氧化石墨烯。
[0019]上述技术方案通过进一步采用褶皱结构的氧化石墨烯，提高其负载量。
[0020]进一步地，所述蜡为石蜡、微晶蜡、小烛树蜡、羊毛蜡中的任意一种。
[0021]一种用于污泥深度处理的催化剂的制备方法，具体制备步骤包括：
[0022](1)原料的准备：按重量份数计，依次取20-40份氧化石墨烯、4-8份氧化钙、3-5份蜡和0.6-0.8份硝酸铵；
[0023](2)分散液的配制：将蜡和蜡质量20-40倍的溶剂加热搅拌分散后，再加入氧化钙和硝酸铵，继续超声分散均匀，得分散液；
[0024](3)催化剂产品的制备：将氧化石墨烯和分散液加热混合分散后，冷却静置，抽滤，真空冷冻干燥，即得产品。
[0025]进一步地，具体制备步骤还包括：
[0026]氧化石墨烯的预处理：将氧化石墨烯和水按质量比为1：5-1：10混合分散后，喷雾干燥，得预处理氧化石墨烯。
[0027]进一步地，具体制备步骤还包括：
[0028]氧化石墨烯的改性：将氧化石墨烯和水按质量比为1：5-1：10混合分散后，再加入氧化石墨烯质量10-20％的十八烷基胺，于温度为80-90℃条件下，加热反应，再经过滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯。
[0029]进一步地，所述蜡为石蜡、微晶蜡、小烛树蜡、羊毛蜡中的任意一种。
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。
[0031]除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0032]实施例1
[0033]氧化石墨烯的预处理：
[0034]将氧化石墨烯和水按质量比为1：5混合后，于温度为45℃，超声频率为45kHz条件下，恒温超声分散10min后，再通过螺杆泵以50g/min速率输送至喷雾干燥器中，于主盘转速
为6500r/min，进风温度为120℃，出风温度为80℃条件下，喷雾干燥，得预处理氧化石墨烯，即为褶皱氧化石墨烯；
[0035]氧化石墨烯的改性：
[0036]将预处理氧化石墨烯和水按质量比为1：5混合后，于温度为45℃，超声频率为45kHz条件下，恒温超声分散10min后，再加入氧化石墨烯质量10％的十八烷基胺，于温度为80℃，搅拌转速为300r/min条件下，恒温搅拌反应18h后，出料，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，即为改性氧化石墨烯；
[0037]原料的准备：
[0038]按重量份数计，依次取20份改性氧化石墨烯、4份氧化钙、3份蜡和0.6份硝酸铵；
[0039]分散液的配制：
[0040]将蜡和蜡质量20倍的石脑油倒入混料器中，于温度为65℃，搅拌转速为800r/min条件下，加热搅拌分散30min后，再加入氧化钙和硝酸铵，继续于温度为45℃，超声频率为60kHz条件下，保温超声分散20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于污泥深度处理的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括以下重量份数的原料：20-40份氧化石墨烯、4-8份氧化钙、3-5份蜡和0.6-0.8份硝酸铵；所述蜡于室温条件下呈固态；所述氧化钙、硝酸铵和石蜡嵌入氧化石墨烯层间结构中。2.根据权利要求1所述的一种用于污泥深度处理的催化剂，其特征在于，所述氧化石墨烯共轭区接枝有十八烷基胺。3.根据权利要求1或2所述的一种用于污泥深度处理的催化剂，其特征在于，所述氧化石墨烯为褶皱氧化石墨烯。4.根据权利要求1所述的一种用于污泥深度处理的催化剂，其特征在于，所述蜡为石蜡、微晶蜡、小烛树蜡、羊毛蜡中的任意一种。5.一种用于污泥深度处理的催化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：(1)原料的准备：按重量份数计，依次取20-40份氧化石墨烯、4-8份氧化钙、3-5份蜡和0.6-0.8份硝酸铵；(2)分散液的配制：将蜡和蜡质量20-40倍的溶剂加热搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯家胜，
申请(专利权)人：广州绿然环保新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：