一種用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法
2023-06-06 10:46:56 1
專利名稱：一種用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法
技術領域：
本發明涉及一種吸附劑的製備方法，特別是一種利用城市汙水廠剩餘汙泥為原料製作用於煙氣脫硫的吸附劑製備方法。
背景技術：
城市和工業廢水目前大多採用生化汙泥法進行處理，處理同時會產生大量的剩餘汙泥，剩餘汙泥中含有有機物、豐富的氮磷、重金屬及病原菌等，處理不當將對環境造成很大的汙染。現有技術中有利用剩餘汙泥製備成吸附劑進行煙氣脫硫及水處理的報導。有關用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法，如文獻1，「Adsorption of SO2onsewage sludge-derived materials」，Environ.Sci.Technol，2001，35，p3263，公開了一種利用熱解炭化法製備汙泥吸附劑的方法汙泥於950℃熱解炭化製得吸附劑，可以用來吸附乾燥或潮溼空氣中的二氧化硫，在煙氣SO2體積濃度0.3％，相對溼度80％，溫度25℃，煙氣流量30L/h的吸附條件下，其吸附容量為30mg/g；文獻2，「Effects ofmetallic derivatives in adsorbent derived from sewage sludge on adsorption of sulfurdioxide」，J.Cent.South univ.Technol.，2004，11，p55，公開的了一種利用化學活化及鹽溶液浸漬法製備吸附劑的方法先將汙泥於103℃下乾燥脫水，再經過研磨過篩，取得粒徑為1～3mm的顆粒，與3mol/L氯化鋅溶液混合浸漬，在氮氣保護下於850℃下進行熱解，再用質量濃度為18％硫酸溶液浸泡4天，之後用質量濃度為30％鹽酸溶液和去離子水洗去殘餘酸及無機成分，按重量比1∶10分別浸泡於硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸銅、硝酸鈣和硝酸釩溶液中24h，用去離子水漂洗，在120℃下乾燥24h，之後在氮氣保護下再次於850℃下熱解15min，即可得到多種用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑，各金屬離子最佳質量擔載量釩為0.5％，鐵、鈣、銅、鎳均為0.9％。在煙氣SO2體積濃度0.12％，O23％，H2O(g)10％，溫度130℃，煙氣流量5L/h的吸附條件下載釩汙泥吸附劑平衡吸附容量為128mg/g，載鐵、鈣、銅、鎳汙泥吸附劑分別為109、90、82、78mg/g。上述現有製備方法存在的缺陷是1、由於在製備過程中採用的熱解溫度高，要達到850℃以上，尤其是在文獻2的製備方法中還使用了價格較貴的氯化鋅，同時與鹽溶液浸漬比例和熱解溫度均較高，使得製備成本提高；2、利用該方法製得的汙泥吸附劑吸附性能不強，在用於煙氣脫硫時其脫硫效率較低。3、該方法需要進行多次浸漬及熱解過程，工藝複雜，製備周期長；4、對熱解過程中產生的尾氣未進行處理，造成再次環境汙染。
發明內容
本發明的目的在於提供一種吸附性能更好、製備成本低、工序簡化、且能對製備過程中產生的尾氣進行及時處理的用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，一種用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法，其特徵在於它是按照以下步驟製成第一步，乾燥脫水，以剩餘汙泥為原料，在103℃下乾燥24h，得到含水率低於10％的幹汙泥；第二步，與鹽共混，取幹汙泥30g，按計算值氧化錳質量擔載量20％或30％加入碳酸錳或醋酸錳固體粉末，加10mL水使幹汙泥與鹽混合均勻，之後在103℃下乾燥3h；第三步，熱解，在流量為70mL/min的氮氣保護下，於550℃下熱解2h，加熱速率控制10℃·min-1；第四步，冷卻，在流量為70mL/min的氮氣保護下，冷卻至40℃以下出料；第五步，研磨篩分，根據要求對熱解產物進行研磨並篩分，即可得到不同粒徑的成品吸附劑。
在上述製備過程中，熱解過程中產生的尾氣是利用質量濃度為10％的氫氧化鈉溶液進行吸收處理。
本發明的原理是利用共混熱解法製備用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑，它是通過將幹汙泥與一定質量的易分解鹽碳酸錳或醋酸錳共混，熱解過程中伴隨著汙泥的炭化過程，碳酸錳或醋酸錳分解為高氧化態的氧化錳，在炭化汙泥上擔載一定量的氧化錳製備汙泥吸附劑。該吸附劑在煙氣脫硫吸附反應過程中，氧化錳將作為催化劑將二氧化硫氧化為硫酸，而其本身則被還原為金屬單質錳。金屬單質錳又可在汙泥吸附劑上氧化成氧化錳，從而完成催化循環，促進了二氧化硫的化學吸附，使製備的汙泥吸附劑脫硫性能有了較大提高。
本發明與現有技術相比，其顯著優點是(1)、採用幹汙泥與碳酸錳或醋酸錳共混熱解，在炭化汙泥上擔載一定質量的高氧化態氧化錳製備汙泥吸附劑，提高了其脫硫性能，在煙氣SO2體積濃度0.1％，O210％，H2O(g)10％，溫度60℃，煙氣流量40L/h的固定床吸附條件下，共混20％、30％碳酸錳製備的汙泥吸附劑平衡吸附容量達到83mg/g、139mg/g；共混20％、30％醋酸錳製備的汙泥吸附劑平衡吸附容量達到72mg/g、128mg/g；(2)、由於硝酸鹽熱分解溫度較高，故選用易分解的碳酸錳或醋酸錳與幹汙泥進行共混，低溫熱解製備汙泥吸附劑，代替了價格較貴的氯化鋅化學活化，熱解溫度由850～950℃降低到550℃，使製備成本得到降低；(3)、採用與鹽共混熱解法在炭化汙泥上擔載氧化物，其效果好於現有的溶液浸漬，不僅節省了試劑用量，而且提高了汙泥吸附劑的脫硫性能；(4)、製備工藝簡單、緊湊。在保證汙泥吸附劑脫硫性能的前提下，去除了化學活化過程，同時將汙泥炭化與鹽熱分解過程合併，簡化了製備工藝，單批製備周期由現有技術的約8天縮短為30h內完成；(5)、本發明在製備過程中對熱解過程產生的尾氣進行同時處理，減少了對環境的再次汙染。
四
附圖是本發明所述用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法的流程示意圖。
五具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明作進一步詳細描述。
實施例1根據附圖所示流程的一種具體實施方式
為第一步將含水率較高的汙泥約3000g放入工作容量為250×250×250mm，額定功率0.88kW，額定溫度250℃，誤差±1℃的臺式乾燥箱中，在103℃下乾燥24h，得到約30g含水率低於10％的幹汙泥。
第二步將第一步得到的幹汙泥取30g，按擔載量20％加入碳酸錳4.5g，碳酸錳為化學純試劑，含量44～48％。加入10mL去離子水並用玻璃棒手動攪拌，使幹汙泥與鹽混合均勻，放入乾燥箱，在103℃下乾燥3h。
第三步將第二步得到的共混乾燥產物由打開的法蘭端裝填到φ30×800mm的不鏽鋼加熱管中，加入的時候注意不能把管內空間全部堵滿，應留有一定的空隙以便氮氣通過，將不鏽鋼加熱管置於φ40×600mm，額定功率2kW，額定溫度1000℃，配鍇裝型熱電偶的高溫管式電阻爐中。不鏽鋼加熱管一端連接氮氣鋼瓶，另一端用螺釘連接好固定法蘭，氮氣出氣管、測溫熱電偶的末端利用螺紋旋緊在後片法蘭上，測溫熱電偶的前端測溫點應插入到共混物中，以測量熱解的實際溫度，兩片法蘭中間須夾有不鏽鋼篩網，並經常更換，其目的是防止氮氣在通過時帶走微小的共混物顆粒，造成氮氣出氣口的堵塞。連接好實驗管路和電路後，檢查管路連接處氣密性，如有漏氣，應使用橡膠生料帶密封后重新連接，必要時使用鐵絲綁緊接口處，檢查直至沒有漏氣現象發生為止。打開氮氣瓶閥門，其純度≥99.99％，氮氣流量為70mL/min，2分鐘後待加熱管中的空氣基本被吹淨，開始加熱。打開溫控儀，通過兩段式(開/關)調節電爐溫度，配套熱電偶使用，溫控儀後連接手動調壓變壓器，利用手動控制加熱電壓。將溫控儀溫度設定在550℃，調壓變壓器的輸出電壓調節為120V，加熱速率控制10℃·min-1，當溫度上升到550℃時開始計時，熱解時間2h，熱解過程產生的尾氣通入10％氫氧化鈉溶液中進行吸收處理，氫氧化鈉為分析純試劑，含量≥96.0％。
第四步上述第三步得到的熱解產物在氮氣的保護下冷卻，將溫控儀的設定溫度調節至室溫，此時電阻爐已不再加熱，觀察溫控儀顯示的溫度接近40℃後，將氮氣閥門關掉，溫控儀開關關閉，從電阻爐中取出不鏽鋼加熱管，於室溫下冷卻。打開加熱管，倒出熱解產物，如果有部分粘在管內壁，可用硬物輕輕敲打管外壁使其掉落。
第五步按要求進行研磨，使用不同目數的篩網進行篩分，得到不同粒徑的汙泥吸附劑，其外觀為黑色固體顆粒。
實施例2根據附圖所示流程的另一種具體實施方式
是其具體步驟與實施例1相同，不同之處在於第二步按擔載量30％加入碳酸錳6.8g，加入10mL去離子水並用玻璃棒手動攪拌，使幹汙泥與鹽混合均勻，放入乾燥箱，在103℃下乾燥3h。經後續步驟製備得到吸附性能不同的汙泥吸附劑。
實施例3根據附圖所示流程的第三種具體實施方式
是其具體步驟與實施例1相同，不同之處在於第二步按擔載量20％加入醋酸錳6.7g，醋酸錳為分析純試劑，含量≥99.0％。加入10mL去離子水並用玻璃棒手動攪拌，使幹汙泥與鹽混合均勻，放入乾燥箱，在103℃下乾燥3h。經後續步驟製備得到吸附性能不同的汙泥吸附劑。
實施例4根據附圖所示流程的第四種具體實施方式
是其具體步驟與實施例1相同，不同之處在於第二步按擔載量30％加入醋酸錳10.1g，加入10mL去離子水並用玻璃棒手動攪拌，使幹汙泥與鹽混合均勻，放入乾燥箱，在103℃下乾燥3h。經後續步驟製備得到吸附性能不同的汙泥吸附劑。
對於上述各實施例製得的用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑，可利用孔徑分析儀、X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、元素分析儀和紅外光譜儀等分析其孔結構、形貌、元素含量和光譜特性等。
權利要求
1.一種用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法，其特徵在於它是按照以下步驟製成第一步，乾燥脫水，以剩餘汙泥為原料，在103℃下乾燥24h，得到含水率低於10％的幹汙泥；第二步，與鹽共混，取幹汙泥30g，按計算值氧化錳質量擔載量20％或30％加入碳酸錳或醋酸錳固體粉末，加10mL水使二者混合均勻，之後在103℃下乾燥3h；第三步，熱解，在流量為70mL/min的氮氣保護下，於550℃下熱解2h，加熱速率控制10℃·min-1；第四步，冷卻，在流量為70mL/min的氮氣保護下，冷卻至40℃以下出料；第五步，研磨篩分，根據要求對熱解產物進行研磨並篩分，即可得到不同粒徑的成品吸附劑。
2.根據權利要求1所述用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法，其特徵在於在第三步熱解過程中產生的尾氣利用質量濃度為10％的氫氧化鈉溶液進行吸收處理。
全文摘要
本發明公開了一種用於煙氣脫硫的汙泥吸附劑製備方法。它是採用幹汙泥與一定質量的碳酸錳或醋酸錳共混，通過低溫熱解在炭化汙泥上擔載一定量高氧化態的氧化錳製備吸附劑。該方法不僅可製備出吸附性能更加優越的汙泥吸附劑，同時降低了製備成本，簡化了工藝，並對熱解過程中尾氣進行處理，減少了環境汙染，具有一定的應用價值。
文檔編號B01D53/50GK1903422SQ200510041260
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月29日 優先權日2005年7月29日
發明者鍾秦, 餘蘭蘭 申請人:南京理工大學