用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭及其製備方法
2023-07-20 04:08:26 1
專利名稱：用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭及其製備方法
技術領域：
本發明是關於煙氣脫硫、脫硝的活性炭，尤其涉及低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙
泥活性炭。
背景技術：
隨著國際社會對廢水排放及資源保護要求的提高，新的汙水處理廠不斷建立。處 理汙水的同時也產生了大量的汙泥，其數量約佔處理水量的O. 3% 0. 5%左右(以含水率 為97%計算)，這些汙泥不穩定、易腐敗、有惡臭。城市汙水處理廠產生的大量汙泥，經過沉 澱、濃縮、消化、脫水及最終處置等常規汙泥處理和處置工藝，需要大量的基建投資和較高 的運行費用，其運行費用約佔汙水處理廠總運行費用的40 % 65 %左右。2004年的統計 數據表明，我國已建成並投入運營的汙水處理廠已超過700座，日汙水處理能力約4500萬 噸，現年排放汙泥量(乾重)約130萬噸，且每年仍已10%左右的增幅增長。隨著汙水處理 廠運行效率的逐漸提高和新的汙水處理廠的逐步建成，我國城市汙泥每年排放汙泥量(幹 重)最終估計將提高到840萬噸，佔我國總固體廢棄物排放量的3. 2%。特別是對於天津市 這種大城市，如何處置汙泥是全球所面臨的緊迫問題。 由於汙水處理廠未經消化的汙泥中揮發性固體和蛋白質分別佔總幹固體質量的 60 80%和22 41 % ，因此未經消化的汙泥中有機碳含量高。近幾年，對汙泥製備活性炭方面 進行了一些實驗研究。目前所製備的汙泥活性炭孔徑較大，一般為大孔或中孔，比表面積較 小，適合吸附大分子，所以將其用於脫色吸附實驗的較多。餘蘭蘭、鍾秦將所製得的汙泥活 性炭用於煙氣脫硫，研究了煙氣中二氧化硫濃度、流速及溫度等吸附條件對脫硫率的影響， 但是其脫硫效率遠低於商品活性炭。 近年來聯合脫硫脫硝技術是煙氣治理的發展方向，其中催化劑法利用CuO、 A1203、 活性炭等催化劑脫除二氧化硫和氮氧化物。尤其是活性炭脫硫脫硝技術，目前國際上只有 少數發達國家使用，在我國尚沒有大規模工業化應用。近幾年關於活性炭脫硫脫硝的理論 研究很多。而汙泥製備脫硫活性炭的研究還處於實驗階段，吸附脫硫性能較差。本發明人 也曾在中國200910068313. X2479. 8專利申請中公開了一種用於煙氣脫硫脫硝伽瑪型三氧 化二鋁膜和五氧化二釩改性汙泥活性炭的製備方法，但僅考慮了其脫硫、脫硝的性能，未能 兼顧改性組分應達到綠色環保的標準。 研究表明殼聚糖(Chitosan， CS)是由來源豐富的甲殼素經脫乙醯化處理而得到 的一種天然鹼性多糖，它的分子鏈上分布著許多活潑的羥基和氨基及一些N-乙醯氨基等 極性基團，此外殼聚糖還具有無毒、可生物降解等特點，是一種十分理想的吸附劑。國內外 的一些學者正研究將其用於染料、含重金屬廢水的處理。。由於殼聚糖的分子鏈上分布著許 多活潑的羥基和氨基及一些N-乙醯氨基等極性基團，可與二氧化硫和氮氧化物反應，適宜 作為脫硫脫硝活性炭的改性組分。目前尚未見將其用於脫硫脫硝的報導。因此，殼聚糖改 性汙泥活性炭，可同時提高脫硫、脫硝性能，對促進汙泥活性炭的應用和促進淨化材料的綠
3色環保化，豐富幹法同時脫硫脫硝淨化材料的種類是十分必要的。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的伽瑪型三氧化二鋁膜和五氧化二釩改性汙泥活性炭只考慮了其脫硫、脫硝性能，未能兼顧其改性組分未能達到綠色環保的不足，本發明首次採用殼聚糖改性汙泥活性炭，採用綠色環保材料作為改性組分，其煙氣脫硫、脫硝性能不低於現有技術的水平。 本發明通過下述技術方案予以實現。 用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭，其原料組分及其重量百分比含量
為殼聚糖0. 41 6. 46wt^，汙泥93. 54 99. 59wt%。 所述殼聚糖的脫乙醯度為99%，所述汙泥為汙水處理廠的汙泥。 用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭的製備方法，製備步驟如下 ①製備殼聚糖溶液 將O. 10 0. 20g殼聚糖溶解於5 15mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入3 10mL的蒸餾水，超聲分散3 12h，製成0. 5 2. 5wt^的殼聚糖均勻溶液；
②製備汙泥活性炭 將幹汙泥放入炭化爐中，在200 80(TC下炭化，採用氮氣隔絕空氣，氮氣流量為10 100L/h，加熱速率控制在5 35°C /min，炭化0. 5 4h，製得炭化料；再將製得的炭化料在200 IOO(TC下活化，採用流量為10 100L/h的水蒸汽，加熱速率控制在5 35°C /min，活化0. 5 4h，製得汙泥活性炭; ③製備煙氣脫硫、脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭 將2 10g汙泥活性炭浸入上述步驟①溶液內，攪拌1 5h後，取出，經抽濾，乾燥，用0. 01mol/L氫氧化鈉溶液清洗至中性，室溫乾燥，製得煙氣脫硫、脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭。 所述步驟①的優選方案為殼聚糖0. 15g溶解於10mL的乙酸溶液(lvol% )中，加入的蒸餾水為5mL，超聲分散6h，製成2. Owt^的均勻溶液。 所述步驟②的優選方案為炭化溫度為40(TC，炭化時間lh，活化溫度為50(TC，活化時間lh。 所述步驟③的優選方案為5g汙泥活性炭浸入溶液內，攪拌3h。 本發明的有益效果是，首次將殼聚糖用於改性汙泥活性炭的製備，在有效保證汙
泥活性炭的脫硫、脫硝性能不低於現有水平的前提下，使改性組分達到綠色環保的標準。本
發明的殼聚糖改性汙泥活性炭主要用於對低濃度煙氣同時進行脫硫和脫硝。
圖1是現有技術的汙泥活性炭的掃描電鏡形貌圖； 圖2是本發明實施例2改性汙泥活性炭的掃描電鏡形貌圖。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
本發明原料所用殼聚糖的脫乙醯度為99%，汙泥來自汙水處理廠。 實施例1 ①製備殼聚糖溶液 將0. 20g殼聚糖溶解於15mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入10mL的蒸餾水，再超聲分散3h，製成2. 5wt^的均勻溶液；
②製備汙泥活性炭 將幹汙泥放入炭化爐中，在20(TC下炭化，採用氮氣隔絕空氣，氮氣流量為50L/h，加熱速率控制在5t: /min，炭化4h，製得炭化料。再將製得的炭化料在IOO(TC下活化，採用流量為100L/h的水蒸汽，加熱速率控制在15°C /min，活化0. 5h，製得汙泥活性炭。
③製備煙氣同時脫硫脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭 將10g汙泥活性炭浸入上述步驟①溶液內，攪拌lh後，再取出，經抽濾，乾燥，用0. Olmol/L氫氧化鈉溶液清洗至中性，室溫乾燥，製得煙氣同時脫硫脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭。 實施例1的脫硫脫硝實驗 本發明將600ppmN0/Ar、600ppmNH3/Ar、1450ppm S03/Ar及3. 2% 02+3. 5% H20/Ar混合氣體混合後作為待處理氣源。採用英國產綜合煙氣分析儀(KANE940)檢測不同條件下反應前後氣氛中的二氧化硫和一氧化氮的濃度。 分別依據二氧化硫和一氧化氮濃度的變化量，計算殼聚糖改性汙泥活性炭脫硫率
和脫硝率分別為78. 3%和56. 2%。 實施例2 ①製備殼聚糖溶液 將O. 15g殼聚糖溶解於10mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入5mL的蒸餾水，再超聲分散6h，製成2. Owt^的均勻溶液；
②製備汙泥活性炭 將幹汙泥放入炭化爐中，在40(TC下炭化，採用氮氣隔絕空氣，氮氣流量為100L/h，加熱速率控制在15°C /min，炭化lh，製得炭化料。再將製得的炭化料在50(TC下活化，採用流量為50L/h的水蒸汽，加熱速率控制在35°C /min，活化lh，製得汙泥活性炭。
③製備煙氣同時脫硫脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭 將5g汙泥活性炭浸入上述步驟①溶液內，攪拌3h後，再取出，經抽濾，乾燥，用0. Olmol/L氫氧化鈉溶液清洗至中性，室溫乾燥，製得煙氣同時脫硫脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭。 實施例2的脫硫脫硝實驗 脫硫、脫硝實驗的步驟同於實施例l，分別依據二氧化硫和一氧化氮濃度的變化
量，計算殼聚糖改性汙泥活性炭脫硫率和脫硝率分別為85. 6%和73. 1%。 實施例3 ①製備殼聚糖溶液 將0. 10g殼聚糖溶解於5mL的乙酸溶液(lvol% )中，再加入3mL的蒸餾水，再超聲分散12h，製成0. 5wt^的均勻溶液；
②製備汙泥活性炭
將幹汙泥放入炭化爐中，在80(TC下炭化，採用氮氣隔絕空氣，氮氣流量為10L/h， 加熱速率控制在35°C /min，炭化0. 5h，製得炭化料。再將製得的炭化料在20(TC下活化，採 用流量為10L/h的水蒸汽，加熱速率控制在5°C /min，活化4h，製得汙泥活性炭。
③製備煙氣同時脫硫脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭 將2g汙泥活性炭浸入上述步驟①溶液內，攪拌5h後，再取出，經抽濾，乾燥，用 0. 01mol/L氫氧化鈉溶液清洗至中性，室溫乾燥，製得煙氣同時脫硫脫硝用殼聚糖改性的汙 泥活性炭。 實施例3的脫硫實驗 脫硫、脫硝實驗的步驟同於實施例l，分別依據二氧化硫和一氧化氮濃度的變化
量，計算殼聚糖改性汙泥活性炭脫硫率和脫硝率分別為80. 2和65. 7%。 圖1是汙泥活性炭掃描電鏡形貌圖。由圖1可見，汙泥活性炭的表面平整，形成了
均勻的孔徑，但是孔徑較大。圖2是殼聚糖改性汙泥活性炭掃描電鏡形貌圖。由圖2可見，
汙泥活性炭的表面已分布著殼聚糖顆粒，減小了汙泥活性炭的孔徑，增大了汙泥活性炭的
比表面積，提高其吸附性能。 本發明並不局限於上述實施例，很多細節的變化是可能的，但這並不因此違背本 發明的範圍和精神。
權利要求
一種用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭，其原料組分及其重量百分比含量為殼聚糖0.41～6.46wt％，汙泥93.54～99.59wt％。
2. 根據權利要求1的用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭，其特徵在於，所述殼聚糖的脫乙醯度為99%，所述汙泥為汙水處理廠的汙泥。
3. 權利要求l的用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭的製備方法，製備步驟如下① 製備殼聚糖溶液將0. 10 0. 20g殼聚糖溶解於5 15mL的乙酸溶液(lvol % )中，再加入3 10mL的蒸餾水，超聲分散3 12h，製成0. 5 2. 5wt^的殼聚糖均勻溶液；② 製備汙泥活性炭將幹汙泥放入炭化爐中，在200 80(TC下炭化，採用氮氣隔絕空氣，氮氣流量為10 100L/h，加熱速率控制在5 35°C /min，炭化0. 5 4h，製得炭化料；再將製得的炭化料在200 100(TC下活化，採用流量為10 100L/h的水蒸汽，加熱速率控制在5 35°C /min，活化0. 5 4h，製得汙泥活性炭；③ 製備煙氣脫硫、脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭將2 10g汙泥活性炭浸入上述步驟①溶液內，攪拌1 5h後，取出，經抽濾，乾燥，用0. 01mol/L氫氧化鈉溶液清洗至中性，室溫乾燥，製得煙氣脫硫、脫硝用殼聚糖改性的汙泥活性炭。
4. 根據權利要求3的用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭的製備方法，其特徵在於，所述步驟①的優選方案為殼聚糖0. 15g溶解於10mL的乙酸溶液(lvol%)中，加入的蒸餾水為5mL，超聲分散6h，製成2. 0wt%的均勻溶液。
5. 根據權利要求3的用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭的製備方法，其特徵在於，所述步驟②的優選方案為炭化溫度為40(TC，炭化時間lh，活化溫度為50(TC，活化時間lh。
6. 根據權利要求3的用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭的製備方法，其特徵在於，所述步驟③的優選方案為5g汙泥活性炭浸入溶液內，攪拌3h。
全文摘要
本發明公開了一種用於低濃度煙氣脫硫、脫硝的改性汙泥活性炭，其原料組分及其重量百分比含量為殼聚糖0.41～6.46wt％，汙泥93.54～99.59wt％。製備步驟為①製備殼聚糖溶液；②製備汙泥活性炭；③製備殼聚糖改性的汙泥活性炭。本發明首次將殼聚糖用於改性汙泥活性炭，在有效保證汙泥活性炭的脫硫、脫硝性能不低於現有水平的前提下，使改性組分達到綠色環保的標準。
文檔編號B01J20/30GK101791537SQ20101010928
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者張襄楷, 範曉丹 申請人:天津城市建設學院