一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法技术

本发明专利技术公开了一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，涉及污染物治理及碳中和技术领域，本发明专利技术提供的处理方法是基于电化学反应将污泥干化废气处理反应的氧化性特征与CO2制高附加值化学品反应的还原性特征与电解池阴阳极配对，提高了电解池整体利用效率，在完成污泥干化废气无害化处理的同时实现工业废气CO2的资源化利用。的资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法

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[0001]本专利技术涉及污染物治理及碳中和
，具体涉及一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法。

技术介绍
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[0002]在水泥行业日趋严格的能耗、环保要求下，积极进行水泥生产过程中的原燃料替代已成为未来影响水泥行业发展的一大因素。污泥是污水处理的副产物，被誉为“城市能源和矿产资源”。污泥中的有机质能为水泥生产提供热能；无机质富含硅、钙、铁、铝，属于水泥生产原料组分，因此污泥可以作为水泥生产的替代原燃料，降低水泥生产成本的同时实现固废资源化处置。然而污泥含水量高，湿污泥直接进水泥窑不仅会因为水蒸气汽化潜热造成窑系统热量损失，还会影响水泥产量，因此必须对污泥进行干化前处理。但不论是污泥热干化还是生物干化，都会产生大量的恶臭废气，危害环境和人身体健康，因此必须对污泥干化产生的恶臭废气进行无害化处理。
[0003]当前，污泥干化恶臭废气的主要处理方法包括活性碳吸附法、光催化氧化法、微生物法等，但这些方法仍然存在对废气组分、浓度等要求严格以及需要定期更换处理剂和失活处理剂成为危废而造成二次污染等问题。
[0004]水泥行业由于水泥生产的特性而成为碳排放大户，在国家“双碳”战略下，虽然水泥厂对CO2进行了捕集，但是捕集后的CO2如何利用又是亟待解决的问题。
[0005]当前CO2利用主要有驱油、制作干冰、养殖油藻、热催化制化学品等，但这些利用方式存在高温高压、行业地域限制等因素。电催化转化可以在常温常压下进行，易于模块化，并且可以利用风电等垃圾电，是一种很有商业应用前景的CO2利用方式。然而电催化转化CO2依然存在槽电压高、输入电能的90％用在阳极制备价格低廉的氧气，导致能量利用率低下、成本高等问题。

技术实现思路
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[0006]为了改善现有技术的不足，本专利技术提供了一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，该方法可以在完成污泥干化废气无害化处理的同时实现工业废气CO2的资源化利用，降低废气处理成本，提高副产经济效益。
[0007]本专利技术的目的是提供一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，该方法包括：在电化学反应器中，将污泥干化废气冷凝后所得冷凝水作为阳极电解液，将气体扩散电极作为工作电极装入阴极，向阴极通入CO2气体，在恒定电流密度下进行电化学反应。
[0008]优选地，所述CO2气体为工业废气CO2或纯CO2气体。
[0009]优选地，所述CO2气体中的CO2体积浓度为80～100％。
[0010]优选地，所述电化学反应器为微液流流动电解池堆体。
[0011]所述气体扩散电极包括气体扩散层、集流体层和催化层。优选地，所述催化层的催化剂为锡、氧化锡、铋、氧化铋、铜、氧化铜中的一种或几种。
[0012]优选地，所述气体扩散电极的面积为0.1～100cm2。
[0013]优选地，所述电流密度为1～200mA/cm2。
[0014]优选地，所述电化学反应的时间为0.5～3h。
[0015]优选地，所述电化学反应器以饱和甘汞电极或银/氯化银电极作为参比电极装入阴极，以铂丝电极或石磨电极作为对电极装入阳极。
[0016]优选地，所述电化学反应器的阴极电解液为碳酸氢钾溶液。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术提供的处理方法是基于电化学反应将污泥干化废气处理反应的氧化性特征与CO2制高附加值化学品反应的还原性特征与电解池阴阳极配对，提高了电解池整体利用效率，在完成污泥干化废气无害化处理的同时实现工业废气CO2的资源化利用。
[0019]2、本专利技术提供的处理方法通过对污泥干化废气进行冷凝，将气态污染物转化为易于反应的液态氨氮等物质，电导率较高，适合作为电解液，降低成本；同时氨氮等物质在电化学阳极氧化反应中的过电位比水在阳极氧化制氧反应中的过电位低，有利于降低电化学阴阳极整体反应槽电压，节能降碳。
[0020]3、本专利技术提供的处理方法具有操作简单、原料废气易得的优点，电化学反应后所得阳极产物为可达标排放的废水，所得阴极产物为高附加值化学品，在提高环保性的同时还能提高环保收益；并且可达标排放的废水和高附加值化学品分别从阳极和阴极流出，无需特殊的分离工具。
具体实施方式：
[0021]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。
[0022]实施例1
[0023](1)将污泥干化废气冷凝，得到冷凝水；
[0024](2)将氧化锡作为气体扩散电极的催化层，电极面积为25cm2；
[0025](3)将上述气体扩散电极作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极装入阴极，将铂丝电极作为对电极装入阳极；
[0026](4)向阴极通入0.5M碳酸氢钾溶液作为阴极电解液，阳极通入步骤(1)所得冷凝水作为阳极电解液；
[0027](5)向阴极通入CO2气体，CO2体积浓度为100％；
[0028](6)利用电化学工作站控制电解池的电流密度为100mA/cm2，反应时间为2h；反应结束后，提取阴、阳极电解液进行目标产物检测。
[0029]检测结果：阳极产物中氨氮含量从初始冷凝水的260mg/L降低至3.4mg/L，符合排放标准；阴极产物为甲酸，法拉第效率为81％，整体槽电压为2.1V。
[0030]实施例2
[0031]本实施例与实施例1中方法基本相同，不同的是，在步骤(2)中选用氧化铜作为气体扩散电极用催化剂，其余条件不变。
[0032]检测结果：阴极产物为乙烯，法拉第效率为10％，整体槽电压为2.75V。
[0033]比较实施例1和实施例2可以看出，不同的催化剂对法拉第效率和整体槽电压有着
不同影响。相对于氧化铜来说，氧化锡更适用于作为气体扩散电极用催化剂。
[0034]实施例3
[0035]本实施例与实施例1中方法基本相同，不同的是，在步骤(5)中通入的CO2气体的CO2体积浓度为80％，其余条件不变。
[0036]检测结果：阴极产物为甲酸，法拉第效率为69％，整体槽电压为2.63V。
[0037]比较实施例1和实施例3可以看出，向阴极通入的CO2浓度大小将影响法拉第效率和整体槽电压。
[0038]实施例4
[0039]本实施例与实施例1中方法基本相同，不同的是，在步骤(6)中电流密度控制在50mA/cm2，其余条件不变。
[0040]检测结果：阳极产物中氨氮含量从初始冷凝水的260mg/L降低至12mg/L，符合排放标准；阴极产物为甲酸，法拉第效率为79％，整体槽电压为2.5V。
[0041]比较实施例1和实施例4可以看出，电流密度大小将影响阳极产物的氨氮含量以及法拉第效率和整体槽电压。
[0042]实施例5
[0043]本实施例与实施例1中方法基本相同，不同的是，在步骤(6)中反应时间控制在1h，其余条件不变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，其特征在于：在电化学反应器中，将污泥干化废气冷凝后所得冷凝水作为阳极电解液，将气体扩散电极作为工作电极装入阴极，向阴极通入CO2气体，在恒定电流密度下进行电化学反应。2.根据权利要求1所述的污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，其特征在于：所述CO2气体为工业废气CO2或纯CO2气体。3.根据权利要求1所述的污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，其特征在于：所述CO2气体中的CO2体积浓度为80～100％。4.根据权利要求1所述的污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，其特征在于：所述电化学反应器为微液流流动电解池堆体。5.根据权利要求1所述的污泥干化废气与CO2气体协同处理的方法，其特征在于：所述气体扩散电极包括气体扩散层、集流体层和催化层。优选地，所述催化层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏明雪，李宁，顾春晗，
申请(专利权)人：合肥水泥研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：