专利名称：用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭及其制备方法
技术领域：
本发明是关于烟气脱硫、脱硝的活性炭，尤其涉及低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污
泥活性炭。
背景技术：
随着国际社会对废水排放及资源保护要求的提高，新的污水处理厂不断建立。处 理污水的同时也产生了大量的污泥，其数量约占处理水量的O. 3% 0. 5%左右(以含水率 为97%计算)，这些污泥不稳定、易腐败、有恶臭。城市污水处理厂产生的大量污泥，经过沉 淀、浓縮、消化、脱水及最终处置等常规污泥处理和处置工艺，需要大量的基建投资和较高 的运行费用，其运行费用约占污水处理厂总运行费用的40 % 65 %左右。2004年的统计 数据表明，我国已建成并投入运营的污水处理厂已超过700座，日污水处理能力约4500万 吨，现年排放污泥量(干重)约130万吨，且每年仍已10%左右的增幅增长。随着污水处理 厂运行效率的逐渐提高和新的污水处理厂的逐步建成，我国城市污泥每年排放污泥量(干 重)最终估计将提高到840万吨，占我国总固体废弃物排放量的3. 2%。特别是对于天津市 这种大城市，如何处置污泥是全球所面临的紧迫问题。 由于污水处理厂未经消化的污泥中挥发性固体和蛋白质分别占总干固体质量的 60 80%和22 41 % ，因此未经消化的污泥中有机碳含量高。近几年，对污泥制备活性炭方面 进行了一些实验研究。目前所制备的污泥活性炭孔径较大，一般为大孔或中孔，比表面积较 小，适合吸附大分子，所以将其用于脱色吸附实验的较多。余兰兰、钟秦将所制得的污泥活 性炭用于烟气脱硫，研究了烟气中二氧化硫浓度、流速及温度等吸附条件对脱硫率的影响， 但是其脱硫效率远低于商品活性炭。 近年来联合脱硫脱硝技术是烟气治理的发展方向，其中催化剂法利用CuO、 A1203、 活性炭等催化剂脱除二氧化硫和氮氧化物。尤其是活性炭脱硫脱硝技术，目前国际上只有 少数发达国家使用，在我国尚没有大规模工业化应用。近几年关于活性炭脱硫脱硝的理论 研究很多。而污泥制备脱硫活性炭的研究还处于实验阶段，吸附脱硫性能较差。本发明人 也曾在中国200910068313. X2479. 8专利申请中公开了一种用于烟气脱硫脱硝伽玛型三氧 化二铝膜和五氧化二钒改性污泥活性炭的制备方法，但仅考虑了其脱硫、脱硝的性能，未能 兼顾改性组分应达到绿色环保的标准。 研究表明壳聚糖(Chitosan， CS)是由来源丰富的甲壳素经脱乙酰化处理而得到 的一种天然碱性多糖，它的分子链上分布着许多活泼的羟基和氨基及一些N-乙酰氨基等 极性基团，此外壳聚糖还具有无毒、可生物降解等特点，是一种十分理想的吸附剂。国内外 的一些学者正研究将其用于染料、含重金属废水的处理。。由于壳聚糖的分子链上分布着许 多活泼的羟基和氨基及一些N-乙酰氨基等极性基团，可与二氧化硫和氮氧化物反应，适宜 作为脱硫脱硝活性炭的改性组分。目前尚未见将其用于脱硫脱硝的报道。因此，壳聚糖改 性污泥活性炭，可同时提高脱硫、脱硝性能，对促进污泥活性炭的应用和促进净化材料的绿
3色环保化，丰富干法同时脱硫脱硝净化材料的种类是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒改性污泥活性炭只考虑了其脱硫、脱硝性能，未能兼顾其改性组分未能达到绿色环保的不足，本发明首次采用壳聚糖改性污泥活性炭，采用绿色环保材料作为改性组分，其烟气脱硫、脱硝性能不低于现有技术的水平。 本发明通过下述技术方案予以实现。 用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭，其原料组分及其重量百分比含量
为壳聚糖0. 41 6. 46wt^，污泥93. 54 99. 59wt%。 所述壳聚糖的脱乙酰度为99%，所述污泥为污水处理厂的污泥。 用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭的制备方法，制备步骤如下 ①制备壳聚糖溶液 将O. 10 0. 20g壳聚糖溶解于5 15mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入3 10mL的蒸馏水，超声分散3 12h，制成0. 5 2. 5wt^的壳聚糖均匀溶液；
②制备污泥活性炭 将干污泥放入炭化炉中，在200 80(TC下炭化，采用氮气隔绝空气，氮气流量为10 100L/h，加热速率控制在5 35°C /min，炭化0. 5 4h，制得炭化料；再将制得的炭化料在200 IOO(TC下活化，采用流量为10 100L/h的水蒸汽，加热速率控制在5 35°C /min，活化0. 5 4h，制得污泥活性炭; ③制备烟气脱硫、脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭 将2 10g污泥活性炭浸入上述步骤①溶液内，搅拌1 5h后，取出，经抽滤，干燥，用0. 01mol/L氢氧化钠溶液清洗至中性，室温干燥，制得烟气脱硫、脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭。 所述步骤①的优选方案为壳聚糖0. 15g溶解于10mL的乙酸溶液(lvol% )中，加入的蒸馏水为5mL，超声分散6h，制成2. Owt^的均匀溶液。 所述步骤②的优选方案为炭化温度为40(TC，炭化时间lh，活化温度为50(TC，活化时间lh。 所述步骤③的优选方案为5g污泥活性炭浸入溶液内，搅拌3h。 本发明的有益效果是，首次将壳聚糖用于改性污泥活性炭的制备，在有效保证污
泥活性炭的脱硫、脱硝性能不低于现有水平的前提下，使改性组分达到绿色环保的标准。本
发明的壳聚糖改性污泥活性炭主要用于对低浓度烟气同时进行脱硫和脱硝。
图1是现有技术的污泥活性炭的扫描电镜形貌图； 图2是本发明实施例2改性污泥活性炭的扫描电镜形貌图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明原料所用壳聚糖的脱乙酰度为99%，污泥来自污水处理厂。 实施例1 ①制备壳聚糖溶液 将0. 20g壳聚糖溶解于15mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入10mL的蒸馏水，再超声分散3h，制成2. 5wt^的均匀溶液；
②制备污泥活性炭 将干污泥放入炭化炉中，在20(TC下炭化，采用氮气隔绝空气，氮气流量为50L/h，加热速率控制在5t: /min，炭化4h，制得炭化料。再将制得的炭化料在IOO(TC下活化，采用流量为100L/h的水蒸汽，加热速率控制在15°C /min，活化0. 5h，制得污泥活性炭。
③制备烟气同时脱硫脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭 将10g污泥活性炭浸入上述步骤①溶液内，搅拌lh后，再取出，经抽滤，干燥，用0. Olmol/L氢氧化钠溶液清洗至中性，室温干燥，制得烟气同时脱硫脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭。 实施例1的脱硫脱硝实验 本发明将600ppmN0/Ar、600ppmNH3/Ar、1450ppm S03/Ar及3. 2% 02+3. 5% H20/Ar混合气体混合后作为待处理气源。采用英国产综合烟气分析仪(KANE940)检测不同条件下反应前后气氛中的二氧化硫和一氧化氮的浓度。 分别依据二氧化硫和一氧化氮浓度的变化量，计算壳聚糖改性污泥活性炭脱硫率
和脱硝率分别为78. 3%和56. 2%。 实施例2 ①制备壳聚糖溶液 将O. 15g壳聚糖溶解于10mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入5mL的蒸馏水，再超声分散6h，制成2. Owt^的均匀溶液；
②制备污泥活性炭 将干污泥放入炭化炉中，在40(TC下炭化，采用氮气隔绝空气，氮气流量为100L/h，加热速率控制在15°C /min，炭化lh，制得炭化料。再将制得的炭化料在50(TC下活化，采用流量为50L/h的水蒸汽，加热速率控制在35°C /min，活化lh，制得污泥活性炭。
③制备烟气同时脱硫脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭 将5g污泥活性炭浸入上述步骤①溶液内，搅拌3h后，再取出，经抽滤，干燥，用0. Olmol/L氢氧化钠溶液清洗至中性，室温干燥，制得烟气同时脱硫脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭。 实施例2的脱硫脱硝实验 脱硫、脱硝实验的步骤同于实施例l，分别依据二氧化硫和一氧化氮浓度的变化
量，计算壳聚糖改性污泥活性炭脱硫率和脱硝率分别为85. 6%和73. 1%。 实施例3 ①制备壳聚糖溶液 将0. 10g壳聚糖溶解于5mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入3mL的蒸馏水，再超声分散12h，制成0. 5wt^的均匀溶液；
②制备污泥活性炭
将干污泥放入炭化炉中，在80(TC下炭化，采用氮气隔绝空气，氮气流量为10L/h， 加热速率控制在35°C /min，炭化0. 5h，制得炭化料。再将制得的炭化料在20(TC下活化，采 用流量为10L/h的水蒸汽，加热速率控制在5°C /min，活化4h，制得污泥活性炭。
③制备烟气同时脱硫脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭 将2g污泥活性炭浸入上述步骤①溶液内，搅拌5h后，再取出，经抽滤，干燥，用 0. 01mol/L氢氧化钠溶液清洗至中性，室温干燥，制得烟气同时脱硫脱硝用壳聚糖改性的污 泥活性炭。 实施例3的脱硫实验 脱硫、脱硝实验的步骤同于实施例l，分别依据二氧化硫和一氧化氮浓度的变化
量，计算壳聚糖改性污泥活性炭脱硫率和脱硝率分别为80. 2和65. 7%。 图1是污泥活性炭扫描电镜形貌图。由图1可见，污泥活性炭的表面平整，形成了
均匀的孔径，但是孔径较大。图2是壳聚糖改性污泥活性炭扫描电镜形貌图。由图2可见，
污泥活性炭的表面已分布着壳聚糖颗粒，减小了污泥活性炭的孔径，增大了污泥活性炭的
比表面积，提高其吸附性能。 本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本 发明的范围和精神。
权利要求
一种用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭，其原料组分及其重量百分比含量为壳聚糖0.41～6.46wt％，污泥93.54～99.59wt％。
2. 根据权利要求1的用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭，其特征在于，所述壳聚糖的脱乙酰度为99%，所述污泥为污水处理厂的污泥。
3. 权利要求l的用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭的制备方法，制备步骤如下① 制备壳聚糖溶液将0. 10 0. 20g壳聚糖溶解于5 15mL的乙酸溶液(lvol % )中，再加入3 10mL的蒸馏水，超声分散3 12h，制成0. 5 2. 5wt^的壳聚糖均匀溶液；② 制备污泥活性炭将干污泥放入炭化炉中，在200 80(TC下炭化，采用氮气隔绝空气，氮气流量为10 100L/h，加热速率控制在5 35°C /min，炭化0. 5 4h，制得炭化料；再将制得的炭化料在200 100(TC下活化，采用流量为10 100L/h的水蒸汽，加热速率控制在5 35°C /min，活化0. 5 4h，制得污泥活性炭；③ 制备烟气脱硫、脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭将2 10g污泥活性炭浸入上述步骤①溶液内，搅拌1 5h后，取出，经抽滤，干燥，用0. 01mol/L氢氧化钠溶液清洗至中性，室温干燥，制得烟气脱硫、脱硝用壳聚糖改性的污泥活性炭。
4. 根据权利要求3的用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤①的优选方案为壳聚糖0. 15g溶解于10mL的乙酸溶液(lvol%)中，加入的蒸馏水为5mL，超声分散6h，制成2. 0wt%的均匀溶液。
5. 根据权利要求3的用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤②的优选方案为炭化温度为40(TC，炭化时间lh，活化温度为50(TC，活化时间lh。
6. 根据权利要求3的用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤③的优选方案为5g污泥活性炭浸入溶液内，搅拌3h。
全文摘要
本发明公开了一种用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭，其原料组分及其重量百分比含量为壳聚糖0.41～6.46wt％，污泥93.54～99.59wt％。制备步骤为①制备壳聚糖溶液；②制备污泥活性炭；③制备壳聚糖改性的污泥活性炭。本发明首次将壳聚糖用于改性污泥活性炭，在有效保证污泥活性炭的脱硫、脱硝性能不低于现有水平的前提下，使改性组分达到绿色环保的标准。
文档编号B01J20/30GK101791537SQ20101010928
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者张襄楷, 范晓丹 申请人:天津城市建设学院