专利名称：利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种催化剂制备方法，具体涉及一种氮氧化物催化剂制备方法。
背景技术：
剩余污泥的传统处理与处置方法很多，如卫生填埋、焚烧、填海等，但是随着近年来对环境标准要求的提高，污泥传统处理方法的弊端逐渐显露。比如卫生填埋工程大、耗费土地、极易污染周围水源、易引起沼气爆炸；焚烧运行成本太高、能源消耗太大，同时容易造成空气污染；填海容易导致海水污染，危及海洋生物等。上述传统的污泥处理与处置方法不但造成了二次污染而且造成了有用资源的浪费。
氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染物之一，有关NOx治理方法的研究已经进行了很多，目前NOx的脱除方法可分为催化还原法、液体吸收法、吸附法三大类。而催化还原法又可以分为选择性催化还原和非选择性催化还原两种。在众多脱除方法中，将NOx转化为无毒氮气的选择性催化还原(SCR)法比较常用，非选择性催化还原的催化剂一般为钯与铂，负载在氧化铝载体上，而选择性催化还原催化剂为钯与铂的贵金属催化剂，但价格都比较昂贵，同时存在反应温度偏高的问题，研究开发此过程中的高效廉价、反应温度低的催化剂则是解决问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种廉价、高效、反应温度低、可变废为宝的利用剩余污泥制备氮氧化物(NOx)催化剂的方法。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案a.将剩余污泥干燥，粉碎并筛滤成污泥颗粒；b.将上述污泥颗粒与化学活化剂混合，浸渍、搅拌进行活化，烘干后室温下放置22～24h；c.将上述产物置于惰性环境中热解，待产物热解充分后，在惰性环境保护下自然冷却；d.依次用稀盐酸和去离子水充分清洗上述冷却后的产物，干燥，粉碎即制得所需催化剂。
所述步骤a中干燥温度为105～110℃，时间为20～24h，粉碎并筛滤成的污泥颗粒粒径为0.5～3.0mm；所述步骤b中化学活化剂为ZnCl2和Fe(NO3)3的混合溶液，干污泥颗粒与ZnCl2和Fe(NO3)3的混合溶液按100g干污泥加入400mL ZnCl2和Fe(NO3)3混合溶液的比例混合，ZnCl2和Fe(NO3)3的混合溶液中Zn2+∶Fe3+离子摩尔比例为1∶0.5，浸渍、搅拌温度为80℃，时间为6.0～7.0小时，烘干温度为110℃；所述步骤c中热解温度为750℃，时间为2h，升温速率为15℃/min；所述步骤d中稀盐酸浓度为1mol/L，干燥温度为110℃。
所述ZnCl2可促进有机物质缩水，使有机物质在热解时保留更多的炭质成分，形成良好的炭骨架；所述Fe(NO3)3用作促进NOx催化还原的负载金属，这样制备的催化剂性能比不加任何药剂的催化材料性能提高明显。
本发明方法具有以下几个优点(1).可以解决日益严峻的剩余污泥处理与处置问题；(2).制备工艺流程简单，操作方便，反应温度较低；(3).设备要求不高，造价低；(4).能耗低，污泥原料廉价易得；(5).遵循可持续发展的原则，变废为宝；(6).提供廉价高效的NOx催化剂，通过该方法制备的NOx催化材料，可以获得对气态污染物NOx很高的催化转化效率，催化剂本身也具有良好的NOx还原性能，达到污泥资源化利用和污染气体去除的双重目的，具有良好的环境效益和经济效益。
图1为本发明的工艺简易流程图。
具体实施例方式
本发明方法具体实施步骤如图1所示。
实施例11.取生活污水处理厂采用生物法处理生活污水后的剩余污泥，放入鼓风干燥箱中110℃干燥24h后，按质量百分比各组分为有机成分69％，无机成分24％，水分7％；将烘干的污泥放入陶瓷罐中，加入陶瓷转子，放到球磨机上研磨3h，取出研碎的干泥，用筛子筛分成粒径0.5mm的颗粒。
2.称取5kg经过预处理的干污泥，加入10L浓度为3mol/LZnCl2溶液和10L浓度为1.5mol/LFe(NO3)3溶液充分浸渍，置于鼓风干燥箱中80℃浸渍、搅拌6.0h，进行活化，然后调温到110℃对样品进行烘干，室温下放置24h。
3.在多层热解炉中N2保护下进行热解，热解温度控制在750℃，升温速率15℃/min，热解时间2h，N2保护下自然冷却后依次用配制好的1mol/L的稀盐酸和去离子水洗涤干净，再于110℃下进行干燥，最后粉碎即制得催化剂。按质量百分比催化剂主要成分为C44.76％，Fe 11.69％，Zn 9.48％，Al 7.04％，催化剂比表面积达到了322.00m2/g，孔隙丰富，中孔占有主导地位。
4.催化剂应用某化工厂硝酸生产工艺尾气净化，该厂的硝酸生产工艺中，尾气含有大量的NOx，监测NOx的浓度为0.135％(体积百分比)，采用本发明方法所制得的催化剂催化还原性气体NH3，将硝酸尾气中的氮氧化物还原为N2。催化还原反应可在多段控温的NOx催化反应器内进行，控温反应器直径0.5m，高度2.0m，采用上中下3段温度控制，本发明方法所制得的催化剂在反应器中部，填充高度0.05m，还原性气体NH3与NOx在进入反应器前进行混合，控制氧气浓度15％(体积百分比)，在400℃下NH3与氮氧化物发生的下列反应，，对出口NOx浓度进行在线监测，氮氧化物转化为N2的转化率高达96.2％。
实施例21.取生活污水处理厂采用生物法处理生活污水后的剩余污泥，放入鼓风干燥箱中110℃干燥23h后，按质量百分比各组分为有机成分59％，无机成分33％，水分8％；将烘干的污泥放入陶瓷罐中，加入陶瓷转子，放到球磨机上研磨3h，取出研碎的干泥，用筛子筛分成粒径0.5mm的颗粒。
2.称取5kg经过预处理的干污泥，加入10L浓度为3mol/LZnCl2溶液和10L浓度为1.5mol/LFe(NO3)3溶液充分浸渍，置于鼓风干燥箱中80℃浸渍、搅拌7h，进行活化，然后调温到110℃对样品进行烘干。
3.在多层热解炉中N2保护下进行热解，热解温度控制在750℃，热解时间2h，N2保护下自然冷却后依次用配制好的1mol/L的稀盐酸和去离子水洗涤干净，再于110℃下进行干燥，最后粉碎即制得催化剂。按质量百分比催化剂主要成分为C 41.76％，Fe 9.69％，Zn 10.53％，Al 6.25％，催化剂比表面积达到了301.25m2/g，孔隙丰富，中孔占有主导地位。
4.催化剂应用某金属加工厂金属部件加工工艺中，采用硝酸对技术表面进行处理，导致生产车间排气中含有NOx和NH3，采用管道收集，检测其中NOx的浓度达到0.148％(体积百分比)，其余为N2、O2和NH3。利用本发明方法所制得的催化剂，采用催化还原工艺，对该生产工艺的尾气进行净化处理，NH3为还原性气体。由于尾气中就含有NH3和O2，因此该工艺中还原气体NH3的补充量非常少，同时由于O2的存在，不必要在进口补充O2，使工艺过程简化。催化还原反应在多段控温的NOx催化反应器内进行，控温反应器直径0.6m，高度2.5m，采用上中下3段温度控制，本发明方法所制得的催化剂在反应器中部，填充高度0.06m(填充时不需要压紧，呈松散状)，补充的还原性气体NH3与NOx在进入反应器前进行混合，控制氧气浓度15％(体积百分比)，在380℃下NH3与氮氧化物发生下列反应，，对出口NOx浓度进行在线监测，氮氧化物转化为N2的转化率高达94.7％。
实施例31.取生活污水处理厂采用生物法处理生活污水后的剩余污泥，放入鼓风干燥箱中105℃干燥20h后，按质量百分比各成分质量为有机成分72％，无机成分22.5％，水分5.5％，将烘干的污泥放入陶瓷罐中，加入陶瓷转子，放到球磨机上研磨3h，取出研碎的干泥，用筛子筛分成粒径3mm的颗粒。
2.称取5kg经过预处理的干污泥，加入10L浓度为3mol/LZnCl2溶液和10L浓度为1.5mol/LFe(NO3)3溶液充分浸渍，置于鼓风干燥箱中80℃浸渍、搅拌7.0h，进行活化，调温到110℃对样品进行烘干。
3.在多层热解炉中N2保护下进行热解，热解温度控制在750℃，升温速率15℃/min，热解时间2h，N2保护下自然冷却后依次用配制好的1mol/L的稀盐酸和去离子水洗涤干净，再于110℃下进行干燥，最后粉碎即制得催化剂。按质量百分比催化剂主要成分为C46.76％，Fe 12.69％，Zn 10.02％，Al 6.01％，催化剂比表面积达到了353.00m2/g，孔隙丰富，中孔占有主导地位。
4.催化剂应用某工业窑炉尾气排气中含有NOx，采用管道收集，检测收集气中NOx的浓度达到0.116％(体积百分比)，其余为N2、O2和少量的HCl气体。利用本发明方法所制得的催化剂，采用催化还原工艺，对该生产工艺的尾气进行净化处理，采用NH3作为还原性气体，由于尾气中有O2存在，只需在进口补充少量O2，催化还原反应在多段控温的NOx催化反应器内进行，控温反应器直径0.8m，高度2.5m，采用上中下3段温度控制，本发明方法所制得的催化剂在反应器中部，填充高度0.05m(填充时不需要压紧，呈松散状)，还原性气体NH3与NOx在进入反应器前进行混合，控制氧气浓度15％(体积百分比)，在400℃下NH3与氮氧化物发生下列反应，，对出口NOx浓度进行在线监测，氮氧化物转化为N2的转化率高达95.2％。
权利要求
1.一种利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于包括以下步骤a.将剩余污泥干燥，粉碎并筛滤成污泥颗粒；b.将上述污泥颗粒与化学活化剂混合，浸渍、搅拌进行活化，烘干后室温下放置22～24h；c.将上述产物置于惰性环境中热解，待产物热解充分后，在惰性环境保护下自然冷却；d.依次用稀盐酸和去离子水充分清洗上述冷却后的产物，干燥，粉碎即制得所需催化剂。
2.根据权利要求1所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤a中干燥温度为105～110℃，时间为20～24h。
3.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤a中粉碎并筛滤成的污泥颗粒粒径为0.5～3.0mm。
4.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤b中化学活化剂为ZnCl2和Fe(NO3)3的混合溶液。
5.根据权利要求4所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述干污泥颗粒与ZnCl2和Fe(NO3)3的混合溶液按100g干污泥加入400mL ZnCl2和Fe(NO3)3混合溶液的比例混合；所述ZnCl2和Fe(NO3)3的混合溶液中Zn2+∶Fe3+离子摩尔比例为1∶0.5。
6.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤b中浸渍、搅拌温度为80℃，时间为6.0～7.0小时。
7.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤b中烘干温度为110℃。
8.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤c中热解温度为750℃，时间为2h，升温速率为15℃/min。
9.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤d中稀盐酸浓度为1mol/L。
10.根据权利要求1或2所述利用剩余污泥制备氮氧化物催化剂的方法，其特征在于所述步骤d中干燥温度为110℃。
全文摘要
本发明涉及一种利用剩余污泥制备氮氧化物(NOx)催化剂的方法，包括以下步骤a.将剩余污泥干燥，粉碎并筛滤成污泥颗粒；b.将上述污泥颗粒与化学活化剂混合，浸渍、搅拌进行活化，烘干后室温下放置22～24h；c.将上述产物置于惰性环境中热解，待产物热解充分后，在惰性环境保护下自然冷却；d.依次用稀盐酸和去离子水充分清洗上述冷却后的产物，干燥，粉碎即制得所需催化剂。本发明方法具有以下优点(1)可以解决日益严峻的剩余污泥处理与处置问题；(2)制备工艺流程简单，操作方便，反应温度较低；(3)设备要求不高，造价低；(4)能耗低，污泥原料廉价易得；(5)遵循可持续发展的原则，变废为宝；(6)提供廉价高效的NOx催化剂。
文档编号B01J21/16GK1923361SQ20061003227
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者翟云波, 曾光明, 刘涛, 李彩亭, 魏先勋, 李珊红 申请人:湖南大学