申请日2016.03.30
公开(公告)日2016.07.27
IPC分类号B01J23/80; B01J23/34; B01D53/86; B01D53/78; B01D53/48
摘要
本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种秸杆/污泥基质催化剂及其制备方法和应用。所述秸杆/污泥基质催化剂由功能化活性炭、活化剂和活性组分组成，所述功能化活性炭以秸秆和污泥为原料制备得到;所述活化剂、活性组分在秸秆/污泥基质催化剂中的质量分数分别为70%～80%、1.0%～2.5%。本发明通过将秸秆和污泥等低品质资源加工成高附加值的活性炭类催化剂材料，为废物资源化开辟了新途径;并且提高了亚硫酸盐氧化速率，从而解决了脱硫系统因亚硫酸镁浓度过高而结垢和堵塞的问题，并有效降低了氧化系统的投资和能耗，具有良好的应用前景。
摘要附图
权利要求书
1.一种秸秆/污泥基质催化剂，其特征在于，由功能化活性炭、活化剂和活性组分组成，所述功能化活性炭以秸秆和污泥为原料制备得到;所述活化剂、活性组分在秸秆/污泥基质催化剂中的质量分数分别为70%～80%、1.0%～2.5%。
2.根据权利要求1所述的秸秆/污泥基质催化剂，其特征在于，所述活性组分为二价钴盐或二价锰盐。
3.权利要求1或2所述秸秆/污泥基质催化剂的制备方法，其特征在于，以秸秆和污泥为原料制备功能化活性炭，并于制备功能化活性炭的活化阶段，将活性组分通过浸渍方式负载在功能化活性炭表面，得到所述的秸秆/污泥基质催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)将经预处理得到的干燥秸秆粉末和干污泥按一定配比混合均匀，将其浸泡在活性组分的水溶液与活化剂溶液混合得到的混合溶液中，浸渍20～30h，置于烘箱中在100～110℃下烘干至恒重，得到前驱体;
(2)将步骤(1)得到的前驱体放入坩埚中，压实，装填至占瓷坩埚容积的50%～80%，盖紧盖子置于马弗炉中，在580～620℃下烘焙80～110min，自然冷却后即可得到所述秸秆/污泥基质催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预处理方法为：将秸秆和污泥在100～110℃下鼓风干燥至恒重，并破碎至粒径小于0.5mm，再用40目的筛子进行筛分;经筛分后的秸秆粉末用质量分数为10%的氢氧化钠浸泡3～5h，再洗至中性，并烘干至恒重，得到干燥秸秆粉末和干污泥。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化剂溶液为氯化锌溶液，浓度为3moL/L。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥秸秆粉末和干污泥的质量比为(6:4)～(9:1)。
8.权利要求1或2所述的秸秆/污泥基质催化剂的应用，其特征在于，将所述催化剂加入到镁法脱硫系统的吸收浆液中。
说明书
一种秸杆/污泥基质催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种秸杆/污泥基质催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
镁法脱硫是目前中小型工业锅炉常用的烟气处理工艺，但由于副产物亚硫酸盐的氧化反应相对缓慢，导致脱硫副产物回收工艺的投资和能耗均较高;且亚硫酸盐氧化不充分，易引起系统结垢堵塞、产物品质低、排放液二次污染等问题;因此急需开发亚硫酸镁催化氧化的新技术。另一方面，近年来农村秸秆的大量焚烧对大气环境造成了严重危害，同时也是一种严重的资源浪费，迫切需要开发秸秆向高附加值产品转化的新途径。
发明内容
本发明主要以秸秆为原料，以另一工业固体废弃物-活性污泥为辅助材料，通过负载低浓度的活性过渡金属，将其制备成高附加值的活性炭类催化材料，并应用于镁法脱硫氧化系统，可有效提高脱硫副产物亚硫酸镁的氧化速率，从而促进硫酸镁的资源化利用，实现变废为宝的目的。
本发明的具体技术方案如下：
一种秸秆/污泥基质催化剂，由功能化活性炭、活化剂和活性组分组成，所述功能化活性炭以秸秆和污泥为原料制备得到;所述活化剂、活性组分在秸秆/污泥基质催化剂中的质量分数分别为70%～80%、1.0%～2.5%。
进一步地，所述活性组分为二价钴盐或二价锰盐。
如上所述秸秆/污泥基质催化剂的制备方法：以秸秆和污泥为原料制备功能化活性炭，并于制备功能化活性炭的活化阶段，将活性组分通过浸渍方式负载在功能化活性炭表面，得到所述的秸秆/污泥基质催化剂。
具体步骤为：
(1)将经预处理得到的干燥秸秆粉末和干污泥按一定配比混合均匀，将其浸泡在活性组分的水溶液与活化剂溶液混合得到的混合溶液中，浸渍20～30h，置于烘箱中在100～110℃下烘干至恒重，得到前驱体;
其中，所述预处理方法为：将秸秆和污泥在100～110℃下鼓风干燥至恒重，并破碎至粒径小于0.5mm，再用40目的筛子进行筛分;经筛分后的秸秆粉末用质量分数为10%的氢氧化钠浸泡3～5h，再洗至中性，并烘干至恒重，得到干燥秸秆粉末和干污泥。
(2)将步骤(1)得到的前驱体放入坩埚中，压实，装填至占瓷坩埚容积的50%～80%，盖紧盖子置于马弗炉中，在580～620℃下烘焙80～110min，自然冷却后即可得到所述秸秆/污泥基质催化剂。
进一步地，所述活化剂溶液为氯化锌溶液，浓度为3moL/L。
进一步地，所述干燥秸秆粉末和干污泥的质量比为(6:4)～(9:1)。
如上所述的秸秆/污泥基质催化剂的应用，将所述催化剂加入到镁法脱硫系统的吸收浆液中，每间隔一段时间测定反应器内硫酸根的浓度，以单位时间内硫酸根生成量表示亚硫酸镁的氧化反应速率，可得亚硫酸镁在催化条件下的反应速率。实验结果表明，加入催化剂后，亚硫酸镁的氧化速率较无催化条件提高了3.5倍以上，且由于加速氧化反应促进了脱硫反应的正向进行，从而使脱硫效率得到一定提升。
本发明具有如下优点：
(1)本发明的固相催化剂制备过程简单，操作方便;
(2)本发明的固相催化效果较显著，可使亚硫酸镁的氧化速率提高3.5倍以上，可有效应用于氧化镁脱硫工艺氧化系统的优化;
(3)本发明的使用不会对脱硫系统造成负面影响，还会因加速氧化反应而促进脱硫反应的正向进行，从而一定程度地提高了脱硫效率;
(4)本发明的固相催化剂用量小，易回收，残留少，几乎不会产生二次污染;
(5)本发明为秸秆和污泥提供了一种进行资源化利用的方式。
综上，本发明通过将秸秆和污泥等低品质资源加工成高附加值的活性炭类催化剂材料，为废物资源化开辟了新途径;并且提高了亚硫酸盐氧化速率，从而解决了脱硫系统因亚硫酸镁浓度过高而结垢和堵塞的问题，并有效降低了氧化系统的投资和能耗，具有良好的应用前景。