本发明涉及一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭及其制备方法，属于吸附材料技术领域。
背景技术：
二噁英(dioxin)，又称二氧杂芑，是一种无色无味、毒性很大的脂溶性物质，性质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，非常容易在生物体内积累，对人体危害很大。实验表明，二噁英的毒性约为剧毒物质氰化物的130倍、砒霜的900倍，很低浓度就会让动物出现致死效应。1986年，在台湾二仁溪和凤山溪，由于五金业者焚烧废电缆，产生的二噁英严重地污染了当地环境，导致当地民众2000多人出现头晕发烧现象。
随着经济的发展和物质消费的增多，生活垃圾的排放量逐年增多，直接焚烧是处理生活垃圾的主要方法，其处理量大、速度快、占地面积小。然而，生活垃圾直接焚烧会产生二噁英，必须对燃烧垃圾焚烧烟气中的二噁英进行处理，否则会造成严重的二次污染。研究发现，二噁英污染物主要是经以下三种方式生成：1)氯乙烯等含氯塑料在温度低于800℃的条件下燃烧，含氯塑料燃烧不完全，极易生成二噁英合成的前体——氯苯，最终生成二噁英；2)其他含氯、含碳物质如纸张、木制品、食物残渣等经过铜、钴等金属离子的催化作用而直接生成二噁英；3)在杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂、多氯联苯等的制造过程中易派生形成二噁英。
活性炭具有巨大的比表面积和独特的孔径结构，是被广泛使用的水体和空气中重金属污染物、有机污染物等的高效吸附剂，也是目前垃圾焚烧企业常用的用于去除垃圾焚烧烟气中二噁英的吸附材料。研究表明，富含孔径2～5nm微孔的中孔活性炭对二噁英的吸附效果最好。然而，市面上80％以上的活性炭产品的微孔孔径大多都集中在小于2nm或(和)大于5nm的范围内，微孔孔径不是太小就是太大，对于二噁英分子的吸附效果均不理想，垃圾焚烧企业在活性炭的选购和使用上还存在盲区，过度依赖工程经验，往往存在活性炭过度浪费和二噁英排放不达标等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)分别对无烟煤、贫煤和弱粘煤进行破碎、研磨，再混合均匀，得到煤粉混合物；
2)在煤粉混合物中加入煤焦油、水和催化剂，混合均匀，造粒，得到煤颗粒；
3)将煤颗粒放入炭化活化炉，500～550℃炭化3～5小时，再通入水蒸气，850～950℃活化4～8小时，再在惰性气体的保护下冷却至100～200℃，研磨，得到用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭。
步骤1)所述的煤粉混合物的粒径为75～105μm。
步骤1)所述的无烟煤、贫煤、弱粘煤的质量比为1：(1～6)：(6～17)。
步骤1)所述的弱粘煤的粘结指数为5～20。
步骤2)所述的煤粉混合物、煤焦油、水、催化剂的质量比为1：(0.2～0.4)：(0.05～0.2)：(0.05～0.1)。
步骤2)所述的催化剂为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的至少一种。
步骤3)所述的惰性气体为氮气。
步骤3)所述的活性炭的粒径为45～75μm。
本发明的有益效果是：
1)现有的活性炭产品的微孔孔径大多集中在小于2nm或(和)大于5nm的范围内，微孔孔径不是太小就是太大，微孔孔径小于2nm的活性炭产品对气体和液体中小分子的吸附效果不错，但对于一些聚合物、有机电解质和无机大分子的吸附效果较差，微孔孔径大于5nm的活性炭产品仅对达到特定分子量的大分子有吸附效果，他们对于二噁英分子的吸附效果均不理想，本发明的用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的微孔孔径主要集中在2～5nm之间，不仅对小分子的吸附效果好，而且对聚合物、有机电解质和无机大分子的吸附效果也很好，尤其是对二噁英的吸附效果极佳；
2)本发明的用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的微孔孔径较大，用作催化剂载体时有助于催化剂的均匀分散(如除甲醛活性炭需要负载高锰酸钾等)；
3)本发明的用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭生产工艺简单、成本低、能耗低，可广泛用于垃圾焚烧尾气中二噁英的吸附，还可用作催化剂载体和其他吸附材料。
具体实施方式
一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)分别对无烟煤、贫煤和弱粘煤进行破碎、研磨，再混合均匀，得到煤粉混合物；
2)在煤粉混合物中加入煤焦油、水和催化剂，混合均匀，造粒，得到煤颗粒；
3)将煤颗粒放入炭化活化炉，500～550℃炭化3～5小时，再通入水蒸气，850～950℃活化4～8小时，再在惰性气体的保护下冷却至100～200℃，研磨，得到用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭。
优选的，步骤1)所述的煤粉混合物的粒径为75～105μm。
优选的，步骤1)所述的无烟煤、贫煤、弱粘煤的质量比为1：(1～6)：(6～17)。
优选的，步骤1)所述的弱粘煤的粘结指数为5～20。
优选的，步骤1)所述的无烟煤为太西洗煤厂的无烟煤。
优选的，步骤1)所述的弱粘煤为大同煤矿集团有限责任公司的弱粘煤。
优选的，步骤2)所述的煤粉混合物、煤焦油、水、催化剂的质量比为1：(0.2～0.4)：(0.05～0.2)：(0.05～0.1)。
优选的，步骤2)所述的催化剂为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的至少一种。
优选的，步骤3)所述的惰性气体为氮气。
优选的，步骤3)所述的活性炭的粒径为45～75μm。
优选的，步骤3)所述的活化的温度为900～930℃。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)分别对无烟煤、贫煤和弱粘煤进行破碎、研磨，再按质量比1:3:10混合均匀，得到煤粉混合物；
2)将煤粉混合物、煤焦油、水和硝酸铁按质量比1:0.3:0.1:0.07混合均匀，造粒，得到煤颗粒；
3)将煤颗粒放入炭化活化炉，550℃炭化4小时，再通入水蒸气，900℃活化6小时，再在氮气的保护下冷却至100℃，研磨，得到用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭。
实施例2：
一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)分别对无烟煤、贫煤和弱粘煤进行破碎、研磨，再按质量比1:1:6混合均匀，得到煤粉混合物；
2)将煤粉混合物、煤焦油、水和硝酸钴按质量比1:0.2:0.2:0.05混合均匀，造粒，得到煤颗粒；
3)将煤颗粒放入炭化活化炉，500℃炭化5小时，再通入水蒸气，850℃活化5小时，再在氮气的保护下冷却至200℃，研磨，得到用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭。
实施例3：
一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)分别对无烟煤、贫煤和弱粘煤进行破碎、研磨，再按质量比1:6:17混合均匀，得到煤粉混合物；
2)将煤粉混合物、煤焦油、水和硝酸铁按质量比1:0.4:0.05:0.1混合均匀，造粒，得到煤颗粒；
3)将煤颗粒放入炭化活化炉，520℃炭化4小时，再通入水蒸气，950℃活化4小时，再在氮气的保护下冷却至150℃，研磨，得到用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭。
实施例4：
一种用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)分别对无烟煤、贫煤和弱粘煤进行破碎、研磨，再按质量比1:5:15混合均匀，得到煤粉混合物；
2)将煤粉混合物、煤焦油、水和硝酸镍按质量比1:0.4:0.2:0.1混合均匀，造粒，得到煤颗粒；
3)将煤颗粒放入炭化活化炉，550℃炭化3小时，再通入水蒸气，920℃活化8小时，再在氮气的保护下冷却至100℃，研磨，得到用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭。
测试例：
对木质粉末活性炭、煤质粉末活性炭、木质垃圾焚烧专用炭和实施例1制备的用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭进行微孔孔径测试，测试结果如表1所示。
表1不同活性炭的微孔孔径测试结果
注：表中各性能指标的测试方法或标准如下：
碘吸附值(木质颗粒活性炭)：gb/t12496.8-2015；
碘吸附值(煤质颗粒活性炭)：gb/t7702.7-2008；
孔径分布：采用asap2020全自动快速比表面积及中孔微孔分析仪进行测试。
由表1可知：木质粉末活性炭中孔径2～5nm的微孔所占比例为17.6％，煤质粉末活性炭中孔径2～5nm的微孔所占比例为25.9％，木质垃圾焚烧专用炭中孔径2～5nm的微孔所占比例为23.8％，实施例1制备的用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭中孔径2～5nm的微孔所占比例为48.9％。本发明制备的用于垃圾焚烧烟气中二噁英吸附的活性炭中孔径2～5nm的微孔所占比例最大，远远大于其他三种粉末活性炭，其对二噁英的吸附效果最好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。