一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用，其由污泥活性炭与金属铜盐反应制备而成；其中，所述污泥活性炭由质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)的污泥、生物质材料和粘结剂制成，各原料混合后，经炭化、活化处理；所述金属铜盐与污泥活性炭之间的质量比为(0.01～0.25)：1。其通过污泥协同生物质固废作为原料，提高了活性炭品质，并提高了负载铜基催化剂后材料的脱硝效率，材料制备过程简单，易于操作，市场竞争力强，达到脱硫脱硝一体化工艺目标，实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标。资源化处置的环保目标。

【技术实现步骤摘要】
一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及活性炭制备领域、固废资源化领域和催化剂研究领域，具体涉及一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和其在烟气脱硫脱硝领域的应用。

技术介绍

[0002]城市污水处理厂污水污泥中固体含量约为1
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3％，其中含有丰富的氮、磷、钾和有机质及其他植物生长所必须的微量营养元素，同时也含有难降解的有机污染物、重金属和少量的病原微生物和寄生虫卵等。美国每年干污泥产量约为600万吨，欧盟每年产生干污泥超过1000万吨，中国城市污水处理厂每年排放干污泥约为440万吨，年增长率超过10％，占中国总固体废弃物的3.2％。污水污泥安全处置问题已经得到了全世界环境领域学者们广泛关注。如果不对污泥进行真正意义上的安全处置，会对周边环境造成二次污染。
[0003]随着我国环保要求的日益提高，对大气污染物控制种类越来越多、排放标准也日趋严格，工业烟气中的多种污染物的治理需求越发迫切。烧结烟气是钢铁企业大气污染物排放的主要来源，主要包含二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、二噁英、重金属(铅、砷、福、铬、汞等)、氟化物和挥发性有机物(VOCs)等多种污染物。活性炭烟气处理技术可以实现烟气的深度处理，因此逐步成为大气治理的优选技术方案。活性炭作为吸附剂被广泛应用于燃煤烟气中SO2和NOx的脱除，而负载催化剂后可有效提高活性炭的脱硫脱硝活性。研究应用最多的负载用催化剂为金属催化剂，包括Fe2O3和ZnO等，相对应的活性炭负载催化剂有Fe2O3/AC和ZnO/AC等。在NOx的选择性催化还原(SCR)反应中，上述催化剂能够促进NOx与NH4反应生成N2与H2O，提高脱硝率。
[0004]CN112371085A公开了一种用于雨水处理的钢铁酸洗污泥改性污泥活性炭，先将钢铁酸洗污泥和污泥活性炭烘干，使其含水率30～60wt％，研磨到粒径为0.1mm，再按钢铁酸洗污泥和污泥活性炭干重的质量比为1∶4～1∶8混合，氮气气氛600～900℃进行焙烧制得钢铁酸洗污泥改性污泥活性炭。该专利技术首次利用钢铁酸洗污泥和污泥活性炭制备吸附材料，解决了酸洗污泥和污水污泥资源化的问题，但该活性炭的吸附效果较差，可应用领域较少。
[0005]CN101543763B公开了一种烟气脱硫、脱硝用伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒改性污泥活性炭，其原料组分为AlCl3·
6H2O、V2O5及污水处理厂的污泥；制备步骤为：
①
制备Al(OH)3溶胶；
②
制备污泥活性炭；
③
制备伽玛型三氧化二铝膜改性污泥活性炭；
④
制备伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒改性污泥活性炭。该专利技术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，有效提高了污泥活性炭的脱硫、脱硝效率，符合现有使用要求，但该专利技术所制备材料性能不佳，仅可用于较低浓度污染物的脱除。

技术实现思路

[0006]为了解决现有的活性炭脱硝效率低，使用效果不佳的问题，本专利技术提供一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用，其通过污泥协同生物质固废作为原料，提高了活性炭品质，并提高了负载铜基催化剂后材料的脱硝效率，材料制备过程简单，易于操
作，市场竞争力强，达到脱硫脱硝一体化工艺目标，实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标。此外，本专利技术还提供一种上述负载铜基催化剂的污泥活性炭的制备方法和应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术的第一方面，提供一种负载铜基催化剂的污泥活性炭，其由污泥活性炭与金属铜盐反应制备而成；
[0009]其中，所述污泥活性炭由质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)的污泥、生物质材料和粘结剂制成，各原料混合后，经炭化、活化处理；
[0010]炭化处理在惰性气体环境下进行，炭化温度为400～700℃，炭化时间为0.5～3h，炭化升温温度为10～30℃/min；
[0011]活化处理过程中，活化温度为600～1000℃，活化时间为0.5～3h，活化升温温度为10～30℃/min。
[0012]具体地，所述污泥为非危废类污泥，为市政污泥、工业污泥、含油污泥中的一种或多种。
[0013]具体地，所述生物质材料为玉米秸秆、竹片、板栗壳、米糠、椰壳、坚果、松树、白木、杨树、棉籽壳中的一种或多种。
[0014]优选地，生物质材料为椰壳，椰壳的含碳量较高。
[0015]由于污泥中的含碳量低，因此在配方中加入生物质材料作为增碳剂，其含碳量是筛选生物质材料的重要指标。生物质材料中的组成元素中C的含量最高，约38～76％，因此生物质材料可作为该活性炭制备过程中较为优异的协同原材料。
[0016]具体地，所述粘结剂为煤焦油、木焦油、酚醛树脂、羧甲基纤维素、水玻璃、海泡石、膨润土、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或多种。
[0017]具体地，所述活化处理过程中，活化方式为化学活化、物理活化、物理
‑
化学活化中的一种或多种。
[0018]优选地，所述活化处理方式为物理活化，所采用的活化剂为空气、水蒸气、CO2中的一种或多种。活化剂优选水蒸气，水蒸气与待炭化的混合物料的比例(也成为水炭比)为(0.5～3)：1。
[0019]本申请中的炭化、活化工艺步骤采用炭化活化一体炉，并经大量的实验，综合考虑最终制备的活性炭材料的强度、脱硫脱硝性等性能指标，最终确定了最优的炭化温度、炭化时间、炭化升温速率以及活化温度、活化时间、活化升温温度。
[0020]热解炭化和高温活化过程中产生的可燃性气体既可用作炭化过程、活化过程的热源，也可作为原料干燥脱水的热源。
[0021]热解炭化的主要功能是在无氧高温条件下材料中的挥发分分解逸出，形成复杂多孔的孔隙结构，其中部分炭化产物碳原子组合成为不规则的芳香族环片状结构，造成部分裂缝，这些裂缝会在后续的高温活化工艺中进一步形成更为发达的微孔结构，提升吸附性能。
[0022]本申请中的活化处理过程选用物理活化方式，并选用水蒸气作为活化介质。高温活化过程中活化物质与炭化料之间进行氧化还原反应，达到扩旧孔开新孔的目的。物料的炭表面吸附水蒸气后，吸附的水蒸气释放出氢气，吸附的氧以CO的形态从炭表面脱落；生成
的CO与炭表面上的吸附氧反应生产CO2；炭表面与水蒸气持续进行上述反应。这种反应不仅扩大了活性炭复杂多孔的孔隙结构，改善了孔隙的性能指标，还可清除炭化过程中积蓄在孔隙结构内的热解焦油及未逸出的热解产物，扩大了孔隙结构、提高了孔洞体积和比表面积、增多了复杂的表面官能团，得到最佳性能的活性炭材料。
[0023]为提高最终制得的催化剂的比表面积与负载的活性组分的分散度，需控制活性组分(金属铜盐)与载体(污泥活性炭)之间的质量之比，所述金属铜盐与污泥活性炭之间的质量比为(0.01～0.25)：1，优选地，所述金属铜盐与污泥活性炭之间的质量比为(0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，其由污泥活性炭与金属铜盐反应制备而成；其中，所述污泥活性炭由质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)的污泥、生物质材料和粘结剂制成，各原料混合后，经炭化、活化处理；所述金属铜盐与污泥活性炭之间的质量比为(0.01～0.25)：1。2.根据权利要求1所述的负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，所述污泥活性炭与金属铜盐反应前，进行改性处理。3.根据权利要求2所述的负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，所述改性处理过程包括盐酸浸渍处理、乙醇清洗和热水冲洗。4.根据权利要求3所述的负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，所述盐酸浸渍处理过程中，盐酸溶液浓度为2～7mol/L，浸渍时间为1～4h，浸渍温度为40～150℃；所述乙醇清洗处理过程中，将预处理后的污泥活性炭至于乙醇溶液中进行振荡处理，振荡温度为20～60℃，振荡时间为1～8h；所述热水冲洗过程中，热水温度为60～90℃，冲洗次数为1～5次。5.根据权利要求1所述的负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，所述污泥活性炭与金属铜盐反应后，进行烘干、焙烧处理。6.根据权利要求5所述的负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，所述烘干温度为90～150℃，烘干时间为3～20h；所述焙烧过程在空气气氛、缺氧气氛或氮气气氛保护下进行，焙烧温度为300～600℃，焙烧时间为4～8h。7.根据权利要求1所述的负载铜基催化剂的污泥活性炭，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：童裳慧，
申请(专利权)人：城康材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：