一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统

本发明涉及硫化零价铁制备，尤其涉及一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统。

背景技术：

1、零价铁是水环境修复领域研究最广泛的材料之一，但易团聚和氧化、电子选择性差等缺点制约了其实际应用。为克服上述缺陷，可对零价铁进行硫化，以提高零价铁的分散性能、增强稳定性，提高电子选择性。现有的硫化改性零价铁的方法包括液相还原法、机械球磨法及碳热还原法，但是这些方法存在制备原料昂贵或制备过程能耗大或对制备设备要求高等的缺陷，难以进行大规模生产。

2、现有技术中，申请号为202110211274.5，名称为“一种硫化零价铁的制备方法及应用”的发明专利文件中公开了一种硫化零价铁的制备方法，包括1)向水中通氮气，以完全去除水中的氧气，制得脱氧水；2)向盛有脱氧水的输液瓶内加入零价铁和含硫试剂溶液，密封；3)将密封的输液瓶放入恒温翻转器内，预先翻转反应一定时间后，向输液瓶中注射三价铁盐溶液，继续翻转一定时间；4)抽滤、冷冻干燥后，过筛，收集置于干燥器内。该方法相对于液相还原法操作更为简单，未使用昂贵的化学试剂，但对制备条件要求较高，制备过程繁复，难以实现大规模生产。

3、另外，申请号为202010911917.2，名称为“一种硫化纳米零价铁及其制备方法和用途”的发明专利申请文件中通过以硼氢化盐溶液为还原剂还原多硫化物和铁盐溶液的混合液，即可制得硫化零价铁，上述技术方案由于涉及到有毒的硼氢化盐溶液，且制备过程在铁盐溶液中进行，生成硫化改性零价铁的过程实则可控性差，因而也不适于绿色、高效制备硫化改性零价铁。

4、有鉴于此，有必要设计一种改进的用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，所述流化床悬浮焙烧系统包括流化床反应装置、蒸气发生装置及供气装置；

3、所述流化床反应装置包括反应腔体、设置于所述反应腔体内部的流化床反应器及用于调控所述流化床反应器的温度的温度控制组件，所述蒸气发生装置和所述供气装置均与所述流化床反应器相连通；

4、所述流化床反应装置上还设有向所述流化床反应装置中加料的加料装置。

5、优选的，所述流化床悬浮焙烧系统还包括设置于所述反应腔体外部的第一管道，所述第一管道的两端均与所述流化床反应器连通；所述第一管道上连接有尾气处理装置和尾气循环装置，所述尾气处理装置与所述第一管道之间设有第三阀门，所述第三阀门用于控制所述尾气处理装置的启闭，所述尾气循环装置与所述第一管道之间设有第四阀门，所述第四阀门用于控制所述尾气循环装置的启闭。

6、优选的，所述加料装置包括加料仓和与所述加料仓底部连接的加料管，所述加料管与所述流化床反应器连通，所述加料管上依次设有第一阀门和第二阀门。

7、优选的，所述流化床反应器的底部设有多孔挡板。

8、优选的，所述供气装置与所述反应腔体之间设有第二管道，所述第二管道上设有第五阀门和第一流量计；所述蒸气发生装置与所述反应腔体之间设有第三管道，所述第三管道上设有第六阀门和第二流量计。

9、进一步地，本发明还提供了所述的流化床悬浮焙烧系统制备硫化零价铁的方法，包括如下步骤：

10、s1、开启温度控制组件，将流化床反应器升温至预设温度，利用供气装置向流化床反应器中通入惰性气体排出空气；

11、s2、将单质硫粉放入蒸气发生装置中，抽真空后，开启所述蒸气发生装置，升温使所述单质硫粉蒸发形成硫蒸气；

12、s3、通过加料装置，将零价铁粉加入流化床反应器中，加料过程持续向所述流化床反应器中通入惰性气体，并通过调节惰性气体的通气流量，使所述零价铁粉在所述流化床反应器中处于悬浮状态；

13、s4、向所述流化床反应器中通入硫蒸气，同时向所述流化床反应器中通入惰性气体，所述硫蒸气与所述零价铁粉在所述流化床反应器中接触，实现所述硫蒸气对所述零价铁粉的改性；

14、s5、反应结束后，停止通入所述硫蒸气，继续通所述惰性气体，将多余硫蒸气排出，所述温度控制组件停止运行；待系统的温度降低到室温后，从所述反应腔体中取出硫化零价铁。

15、优选的，在步骤s3中，所述零价铁粉的粒度为5-100μm，且通入流化床反应器的硫蒸气与零价铁粉的质量比为1：20-1：2；在步骤s1中，预设温度为350-600℃；优选的，在步骤s5中，预设时间为2-20min。

16、优选的，在步骤s4中，需通过控制所述惰性气体和所述硫蒸气的总气体量，以维持所述流化床反应器中的总气体量不变。

17、进一步地，利用本发明提出的制备方法制得的硫化零价铁能够用于染料降解。

18、特别地，利用本发明的制备方法制得的所述硫化零价铁的外形为不规则形状，整体呈核壳结构，所述硫化零价铁的外层结构的组分为fe1-xs，其中，x＝0-0.2。

19、本发明的有益效果是：

20、1、本发明提供的一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，流化床悬浮焙烧系统包括流化床反应装置和与流化床反应装置连接的蒸气发生装置、供气装置及加料装置，硫化零价铁为利用蒸气发生装置产生的蒸气对流化床反应装置中的零价铁粉进行改性得到，零价铁粉在蒸气和惰性气体的共同作用下处于悬浮状态。通过上述方式，可借助于流化床反应器自身的优势，使硫蒸气和零价铁粉之间充分接触，高效、简单地对零价铁粉进行改性，有效克服了现有技术中制备硫化零价铁时存在的制备条件苛刻、可控性差等缺陷。

21、2、本发明提供的流化床悬浮焙烧系统在用于制备硫化零价铁时，利用硫蒸气对悬浮状态下的零价铁粉进行改性，可在最大限度保持零价铁粉表面形貌的同时，实现改性；其次，本发明提出的制备方法，可通过调控改性过程的参数条件(硫蒸气和零价铁粉的质量、温度、反应时间)精准控制对零价铁粉的改性程度，以制得性能更佳，更适于应用的硫化零价铁。

技术特征：

1.一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，其特征在于，所述流化床悬浮焙烧系统包括流化床反应装置、蒸气发生装置及供气装置；

2.根据权利要求1所述的用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，其特征在于，所述流化床悬浮焙烧系统还包括设置于所述反应腔体外部的第一管道，所述第一管道的两端均与所述流化床反应器连通；所述第一管道上连接有尾气处理装置和尾气循环装置，所述尾气处理装置与所述第一管道之间设有第三阀门，所述第三阀门用于控制所述尾气处理装置的启闭，所述尾气循环装置与所述第一管道之间设有第四阀门，所述第四阀门用于控制所述尾气循环装置的启闭。

3.根据权利要求2所述的用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，其特征在于，所述加料装置包括加料仓和与所述加料仓底部连接的加料管，所述加料管与所述流化床反应器连通，所述加料管上依次设有第一阀门和第二阀门。

4.根据权利要求3所述的用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，其特征在于，所述流化床反应器的底部设有多孔挡板。

5.根据权利要求1所述的用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，其特征在于，所述供气装置与所述反应腔体之间设有第二管道，所述第二管道上设有第五阀门和第一流量计；所述蒸气发生装置与所述反应腔体之间设有第三管道，所述第三管道上设有第六阀门和第二流量计。

6.一种利用权利要求1-5中任一权利要求所述的流化床悬浮焙烧系统制备硫化零价铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤s3中，所述零价铁粉的粒度为5-100μm，且通入流化床反应器的硫蒸气与零价铁粉的质量比为1：20-1：2；在步骤s1中，预设温度为350-600℃；优选的，在步骤s5中，预设时间为2-20min。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤s4中，需通过控制所述惰性气体和所述硫蒸气的总气体量，以维持所述流化床反应器中的总气体量不变。

9.一种根据权利要求6-8中任一权利要求所述的方法制得的硫化零价铁能够用于染料降解。

10.根据权利要求6-8所述的方法制得的硫化零价铁，其特征在于，所述硫化零价铁的外形为不规则形状，整体呈核壳结构，所述硫化零价铁的外层结构的组分为fe1-xs，其中，x＝0-0.2。

技术总结
本发明提供了一种用于制备硫化零价铁的流化床悬浮焙烧系统，流化床悬浮焙烧系统包括流化床反应装置和与流化床反应装置连接的蒸气发生装置、供气装置及加料装置，硫化零价铁为利用蒸气发生装置产生的蒸气对流化床反应装置中的零价铁粉进行改性得到，零价铁粉在蒸气和惰性气体的共同作用下处于悬浮状态。通过上述方式，可借助于流化床反应器自身的优势，使硫蒸气和零价铁粉之间充分接触，高效、简单地对零价铁粉进行改性，制得能够应用于重金属废水、有机染料废水处理等领域的硫化零价铁。

技术研发人员：余文,廖子维,陈江安,黄金秋,李新伟,李其治,廖婷
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5