一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法技术

技术编号:37123273 阅读:26 留言:0更新日期:2023-04-01 05:19
本发明专利技术公开了一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法,涉及微波催化热解和钢铁冶金技术领域。将废弃一次性口罩微波气化得到的还原性气体以100

【技术实现步骤摘要】
一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法


[0001]本专利技术涉及微波催化热解和钢铁冶金
,特别是涉及一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法。

技术介绍

[0002]据世界卫生组织估算,仅2020年,全球至少生产了1290亿个一次性医用口罩。一次性医用口罩的异质性使得难以建立可靠的回收平台。事实上,一次性医用口罩由聚丙烯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等制成。尽管回收一次性医用口罩是最佳处置方案,但由于难以正确分离,以及生物危险性高,该方法一直未能得到推广。在这些情况下,热处理为废弃一次性医用口罩提供了可靠的处置途径。在热处理过程中,焚烧是口罩等塑料废弃物回收最普遍的方法之一,但随着全球碳排放压力的加剧,迫切需要寻找一种低排放、低能耗的高值回收方法。
[0003]气化通过碳、氢重排为废弃一次性医用口罩提供了一种有效的回收方法。然而,传统气化回收过程中需要提供超过500℃的高温,同时气化产物主要以热解油为主,其种类多、附加值低。因此,迫切需要寻找一种低排放、低能耗的高值回收废弃一次性医用口罩的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法,以解决上述现有技术存在的问题,在低排放、低能耗的高值回收废弃一次性医用口罩的同时,实现对铁精矿的气基直还原。
[0005]为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:
[0006]本专利技术技术方案之一,一种将一次性口罩气化为还原性气体的方法,包括以下步骤:
[0007]将一次性口罩与铁基催化剂混合后进行微波气化反应,得到还原性气体;还原性气体中H2的含量接近70vol.%,CO的含量超过20vol.%,C
2+
的含量低于5vol.%;
[0008]所述铁基催化剂的化学式为Fe
a
Y
b
Al
c
O
d
;其中,a=0.1

1,b=0.5

1,c=a+b,d=1.5(a+b+c),Y表示Co或Ni;
[0009]Co或Ni相比其他金属具有更好的脱氢能力,因此,本专利技术限定第二相金属Y为Co或Ni。
[0010]进一步地,铁基催化剂的制备方法包括以下步骤:
[0011]以尿素为燃料,以硝酸铝为载体,以硝酸铁和Y盐为金属源,通过微波燃烧法制备得到;
[0012]所述Y盐为硝酸钴或硝酸镍。
[0013]所述尿素、硝酸铝、硝酸铁和Y盐的摩尔比为A:B:C:D,其中A=(15B+15C+10D)/6;B
=C+D;C=0.1

1;D=0.5

1。
[0014]所述Y盐在合成的催化剂中与Fe的比例要大于0.5,否则合成的催化剂具有较低的微波吸收能力而无法在室温下启动DMMs的微波热解。
[0015]制备铁基催化剂的微波燃烧过程是将尿素、硝酸铝、硝酸铁和Y盐溶于水溶液后在微波场中加热至发生燃烧反应,得到铁基催化剂。
[0016]进一步地,所述一次性口罩与所述铁基催化剂的质量比为1:0.3

1;所述微波气化反应具体为:通入50

200mLmin
‑1的含有CO2的氮气作为吹扫气,在功率500

2000W条件下反应15

30min。通入富含CO2的氮气的目的是:可以在合成过程中将CO2废气在微波场中通过铁基催化剂转化为CO、烯烃或者烷烃,减少CO2排放的同时提高热解气体的热值。
[0017]进一步地,所述含有CO2的氮气中CO2与氮气的体积比为0

1:1。
[0018]进一步地,所述一次性口罩在与铁基催化剂混合前先进行消杀,并破碎至1

5mm。
[0019]本专利技术技术方案之二,一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法,包括以下步骤:将利用上述将一次性口罩气化为还原性气体的方法制备得到的还原性气体以100

800mL min
‑1的速率持续通入装有铁精矿的容器中进行气基直还原,得到金属铁。还原性气体的流速低于上述记载的参数范围会影响直还原铁的金属化率,增加后续的电炉精炼的成本。
[0020]进一步地,所述气基直还原的温度为800

1100℃,时间为0.5

2h。气基直还原的温度和时间低于上述记载的范围会影响直还原铁的金属化率。
[0021]进一步地,还原性气体在通入装有铁精矿的容器中之前,先将还原性气体中的CO2去除掉。
[0022]通过CO2洗瓶吸收去除还原性气体中的CO2。
[0023]本专利技术技术构思:
[0024]微波加热是一种清洁高效的加热方式,通过构建合适的微波气化催化剂,可以将废弃一次性医用口罩选择性地转化为高含量的还原性气体,其可以作为冶金领域钢铁生产中焦炭的取代品,在缓解钢企CO2排放压力制备海绵铁的同时,实现废弃一次性医用口罩的高值化回收。
[0025]由于双金属催化剂形成过程中出现的氧空位和晶格缺陷增强了铁基催化剂的微波吸收能力,其可以在短时间内将废弃一次性口罩微波辅助气化为少油、富气的气化产物,其中不凝性气体中还原性气体的含量超过90vol.%,可以将铁精矿球团直接还原为海绵铁。本专利技术方法不仅实现了废弃一次性医用口罩的高值化利用,也可以缓解钢企碳排放的压力,具有显著的工业化前景。
[0026]本专利技术公开了以下技术效果:
[0027]本专利技术针对现有的废弃塑料热解回收工艺成本高、产物分布广、附加值低以及炼钢生产中碳排放压力大等问题,提出了一种通过微波辅助气化废弃一次性医用口罩直接还原铁精矿的方法。本专利技术主要通过构建合适的双金属铁基催化剂,利用微波独特的热点加热机制来强化界面传质,将微波吸收能力较差的废弃一次性医用口罩通过微波快速气化为高质量的还原性气体,且基本不产生冷凝性的液体。同时该方法也可以将温室气体CO2作为吹扫气,将之催化转化为CO等含碳气体。废弃一次性医用口罩气化产生的还原性气体可以将铁精矿球团快速还原为海绵铁,具有显著的工业化潜力。
[0028]本专利技术方法对设备要求简单、能耗低,易于实现连续化、规模化的作业方式。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为实施例1、2以及对比例1中催化剂与废弃一次性医用口罩混合后在微波气化反应器中的微波升温状况;
[0031]图2为实施例1、2还原铁精矿前后的XRD图谱。
具体实施方式
[0032]现详细本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将一次性口罩气化为还原性气体的方法,其特征在于,包括以下步骤:将一次性口罩与铁基催化剂混合后进行微波气化反应,得到还原性气体;所述铁基催化剂的化学式为Fe
a
Y
b
Al
c
O
d
;其中,a=0.1

1,b=0.5

1,c=a+b,d=1.5(a+b+c),Y表示Co或Ni。2.根据权利要求1所述的将一次性口罩气化为还原性气体的方法,其特征在于,所述铁基催化剂的制备方法包括以下步骤:以尿素为燃料,以硝酸铝为载体,以硝酸铁和Y盐为金属源,通过微波燃烧法制备得到;所述Y盐为硝酸钴或硝酸镍。3.根据权利要求1所述的将一次性口罩气化为还原性气体的方法,其特征在于,所述一次性口罩与所述铁基催化剂的质量比为1:0.3

1;所述微波气化反应具体为:通入50

200mLmin
‑1的含有CO2的氮气作为吹扫气,在功率50...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘秉国宇文超侯恪人郭胜惠张利波
申请(专利权)人:昆明理工大学
类型:发明
国别省市:

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