一種能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑的製備方法
2023-10-18 17:24:09 2
一種能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑製備方法。以共沉澱法製備氧化鈰、氧化鋯和二氧化鈦的質量百分比分別為35-45%、20-30%和25-45%的鈰鋯鈦複合氧化物前驅體，浸漬法製備含量3-5%氧化錳和8-15%氧化鐵的高分散Mn2O3-Fe2O3/CeO2-ZrO2-TiO2催化劑；離子交換法製備1-5%Co-ZSM-5催化劑。二種催化劑按一定比例混合，輔以鈦酸膠體、氫矽酸、羥丙基纖維素、乙醇胺、甘油、玻璃纖維、造孔劑，捏合成泥擠出成三葉草或蜂窩狀的用於催化氧化處理生活汙泥幹化處理過程中產生的惡臭氣體的催化劑。本發明製備的催化劑催化分解汙泥幹化處理過程中產生的硫醇等惡臭氣體的起燃溫度低，穩性好，可有效去除生活汙泥幹化過程中排放的惡臭氣體，具有優良的除臭催化性能。
【專利說明】一種能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能去除城市生活汙泥幹化過程中排放的臭味的催化劑的製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國工業經濟高速發展，城市汙水處理容量快速增長，產生了大量的汙水處理廠汙泥。這些汙泥含有大量的難降解的有機物、病菌以及少量的重金屬(銅、鎳、鋅、鎘、鉻、鉛、砷、汞等)和複雜的無機物成份，採用填埋、堆肥等處置方式不僅佔用土地資源和對人類的健康造成嚴重的危害、還會造成惡臭、溫室氣體排放和土壤重金屬汙染等二次汙染。而幹化焚燒的方式處理生活汙泥以達到無害化、減量化、資源化，已成為國際上主要的汙泥處理技術。根據我國2009-02-18頒布的《城鎮汙水處理廠汙泥處理處置及汙染防治技術政策(試行)》，採用幹化焚燒方式，提高汙泥的熱能利用效率，無害化、減量化和資源化將成為我國汙泥處理與處置的主要方向。然而，城市生活汙泥中含有一部分易腐化分解的有機質，在適宜的條件下，會分解釋放出強烈難聞的氣味和有毒有害的氣體。因此，汙泥幹化處理過程會產生濃度較高的惡臭氣體，例如硫化氫、硫醇及甲硫醇，尤其是硫醇及甲硫醇粘附性很強，吸附在織物等衣物上產生難言的惡臭，它們是汙泥脫臭的主要控制指標。現有的幹化城市生活汙泥的方法中，無論是採用間接幹化或直接幹化的方法，都不可避免地產生大量的上述惡臭氣體，直接以及因設備洩漏造成作業產區的環境惡化。若將含有大量惡臭氣體的幹化尾氣入窯焚燒，須將水汽分離，這將造成汙泥的處置成本和裝置投入的顯著增加，並且大量的分離後的尾氣入窯會造成焚燒窯的工況嚴重波動，造成處理成本的增加；若將含有大量惡臭氣體的幹化尾氣引入到水泥窯等排放系統，需增加吸收溶劑和吸收塔，並且吸收下來的硫化氫、硫醇及甲硫醇面臨二次汙染與處理的難題。這也是目前水泥生產產家不願積極參與利用水泥窯爐幹化摻燒汙水處理廠汙泥的困境之一。目前，催化去除生活汙泥幹化處理過程中產生的惡臭氣體的催化劑相關專利技術較少，因此，有必要創新發展使用一種催化劑催化氧化處理生活汙泥幹化處理過程中產生的惡臭氣體，使硫醇等惡臭氣體分解為S，達到除臭的目的。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑的製備方法，該催化劑可應用於分解生活汙泥幹化尾氣中臭味，達到除臭目的，具有優良的除臭催化性倉泛。
[0004]具體步驟為:
(1)按氧化鈰、氧化鋯和二氧化鈦的質量百分比分別為35-45%、20-30%和25-45%計算六水硝酸鈰、五水硝酸鋯和四氯化鈦的用量；
(2)攪拌下按體積比1:6將化學純四氯化鈦液溶入純水中(其中水溫不高於10°C)，並以質量濃度25%的化學純濃氨水調節溶液pH至大於9，所得膠狀沉澱物經過濾洗滌去除氯離子後即為鈦酸膠體。
[0005](3)攪拌下按體積比1:8?1:10將化學純四氯化鈦液溶入純水中(其中水溫不高於10°c)，隨後按步驟(I)的計量比加入化學純六水硝酸鈰(Ce (NO3) 3.6Η20)和化學純五水硝酸鋯(Zr (NO3)4.5Η20);並以質量濃度25%的濃氨水調節溶液pH至大於9，所得膠狀沉澱物經過濾洗滌去除氯離子後即為鈰鋯鈦複合氧化物前驅體。
[0006](4)氧化錳和氧化鐵的負載量按步驟(3)所得鈰鋯鈦複合氧化物前驅體中複合氧化物總量為基數計算，氧化錳和氧化鐵的質量百分比負載量分別為複合氧化物量的3-5%和8-15%，以此計算化學純的硝酸鐵(Fe (NO3) 3.9H20)和質量濃度50%的硝酸錳(Mn (NO3) 2)溶液用量；將硝酸錳和硝酸鐵溶入質量濃度為6-15%化學純酒石酸(或檸檬酸)的純水溶液中，酒石酸(或檸檬酸)純水溶液用量以能溶解硝酸鐵即可；溶解後的混合溶液與步驟(3)所得鈰鋯鈦複合氧化物前驅體在高速攪拌下混合均勻；混合物隨後在空氣氣氛80?120°C下乾燥，並於空氣氣氛600-700°C下焙燒6-8小時，得到高分散的Mn203-Fe203/Ce02_Zr02-Ti02催化劑。
[0007](5)按分子篩與Co離子交換液的體積比為1:3?1:10稱取HZSM-5分子篩(Si/Al摩爾比=25或38，催化劑級)，浸入到質量濃度15%的Co (NO3) 3純水溶液中，80°C水浴中攪拌24小時後，過濾洗滌至無鈷離子；分子篩上Co負載量應達到質量百分比為1-5%，多次交換以達到負載量，負載量的測定以電感耦合等離子螢光光譜儀(ICP)或原子吸收光譜法。鈷離子交換後的ZSM-5分子篩於120°C空氣氣氛下乾燥，500 1:空氣氣氛下焙燒3_4小時，製得Co-ZSM-5催化劑。
[0008](6)將步驟(4)所得 Mn203-Fe203/Ce02-Zr02-Ti02 催化劑與步驟(5)所得 Co_ZSM_5催化劑按質量比1:1?1.5:1比例混合，得催化劑混合物；以催化劑混合物為基數的質量百分比加入30-50%的步驟(2)所得鈦酸膠體、20-40%的質量濃度為33.5%的氫矽酸溶液；隨後加入催化劑混合物為基數的質量百分比2%的羥丙基纖維素、5%的化學純乙醇胺、5%的化學純甘油、4%的玻璃纖維和2%的造孔劑硬脂酸鋁(化學純)；混合併捏合成泥後擠出成三葉草或蜂窩狀；於60°C下空氣氣氛中乾燥12小時，再於500°C下焙燒2小時，製得能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑。
[0009]本發明所得催化劑的催化分解汙泥幹化處理過程中產生的硫醇等惡臭氣體的起燃溫度低，T5tl低於150°C，穩性好，能有效去除生活汙泥幹化過程中排放的惡臭氣體，改善了汙泥處置的生產作業環境，提供了一種新型的生活汙泥幹化過程中排放的惡臭氣體直接處理途徑。
【具體實施方式】
[0010]以下通過具體實施例對本發明進行詳細說明，但應了解本發明不僅僅限定於所述實施例。
[0011]實施例:
(I)攪拌下將500mL的化學純四氯化鈦液溶入3000mL純水中，溶入時控制水溫不高於IO0C，溶解後以質量濃度25%的化學純濃氨水調節溶液pH至10，所得膠狀沉澱物經過濾洗滌去除氯離子後即為鈦酸膠體。
[0012](2)攪拌下將500mL的化學純四氯化鈦液溶入5000mL純水中，溶入時控制水溫不高於10°c，溶解後加入1181.31g化學純六水硝酸鈰((^(唚3)3*6!120)和化學純724.89g五水硝酸鋯(Zr (NO3)4.5H20)，並以質量濃度25%的濃氨水調節溶液pH至10，所得膠狀沉澱物經過濾洗滌去除氯離子後即為鈰鋯鈦複合氧化物前驅體，該前驅體氧化物含量為28.5%。
[0013](3)將86.38g化學純的硝酸鐵(Fe (NO3) 3.9H20)與38.76g質量濃度50%的硝酸錳(Mn (NO3) 2)溶液、20g化學純酒石酸和200g純水混溶後，加入到步驟(2)所得的1000g鈰鋯鈦複合氧化物前驅體中，在高速攪拌下混合均勻。混合物隨後空氣氣氛80°C下乾燥，並於空氣氣氛650°C下焙燒8小時，得到高分散的Mn203-Fe203/Ce02_Zr02-Ti02催化劑。
[0014](4)將100g HZSM-5分子篩(Si/Al摩爾比=38，催化劑級)，浸入到200mL質量濃度15%的Co (NO3) 3水溶液中，80°C水浴中攪拌24小時，過濾洗滌至無鈷離子，於120°C空氣氣氛下乾燥6小時後，再按相同的步驟重複交換二次。以原子吸收光譜法測定的Co負載量(質量百分比)為3.16%。鈷尚子交換後的ZSM-5分子篩於120°C空氣氣氛下乾燥6小時，500 1:空氣氣氛下焙燒4小時，製得Co-ZSM-5催化劑。
[0015](5)將 600g 步驟(3)所得 Mn203-Fe203/Ce02-Zr02-Ti02 催化劑與 400g 步驟(4)所得Co-ZSM-5催化劑混合均勻，得催化劑混合物；在催化劑混合物中加入300g步驟(1)所得鈦酸膠體、200g質量濃度為33.5%的氫矽酸溶液；隨後加入20g羥丙基纖維素、50g化學純乙醇胺、50g化學純甘油、40g玻璃纖維和20g化學純硬脂酸鋁；混合併捏合成泥後擠出成Φ6X5mm的三葉草，或孔壁厚為1.5 mm、孔數為100 cpsi的Φ 100X50mm的蜂窩；於60°〇下空氣氣氛中乾燥12小時，再於500°C下焙燒2小時，製得能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑。
[0016](6)催化劑的惡臭去除效果:
反應條件:汙泥取自桂林市七星汙水處理廠的活性汙泥，含水量87.37%，汙泥中硫醇等惡臭成分含量為0.2156ppm (質量濃度)。使用循環動態乾燥儀幹化生活汙泥以產生惡臭氣體，幹化的熱風溫度為150°C，並以一定的流率不斷補充生活汙泥入乾燥儀中；引入催化床反應器的含惡臭氣體的熱風風量為32L/min，催化床為孔數100 cpsi和Φ 100 X 50mm的蜂窩狀催化劑，催化床反應空速為4892h-1，硫醇等惡臭氣體濃度以GB/T 14678氣相色譜法測定。
[0017]表1生活汙泥幹化後催化去除臭結果
【權利要求】
1.一種能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑的製備方法，其特徵在於具體步驟為: (1)按氧化鈰、氧化鋯和二氧化鈦的質量百分比分別為35-45%、20-30%和25-45%計算六水硝酸鈰、五水硝酸鋯和四氯化鈦的用量； (2)攪拌下按體積比1:6將化學純四氯化鈦液溶入純水中，其中水溫不高於10°C，並以質量濃度為25%的濃氨水調節溶液pH至大於9，所得膠狀沉澱物經過濾洗滌去除氯離子後即為鈦酸膠體； (3)攪拌下按體積比1:8?1:10將化學純四氯化鈦液溶入純水中，其中水溫不高於10°C，隨後按步驟(I)的計量比加入化學純六水硝酸鈰和化學純五水硝酸鋯；並以質量濃度25%的濃氨水調節溶液pH至大於9，所得膠狀沉澱物經過濾洗滌去除氯離子後即為鈰鋯鈦複合氧化物前驅體； (4)氧化錳和氧化鐵的負載量按步驟(3)所得鈰鋯鈦複合氧化物前驅體中複合氧化物總量為基數計算，氧化錳和氧化鐵的質量百分比負載量分別為複合氧化物量的3-5%和8-15%，以此計算化學純的硝酸鐵和質量濃度50%的硝酸錳溶液用量；將硝酸錳和硝酸鐵溶入質量濃度為6-15%化學純酒石酸或檸檬酸的純水溶液中，酒石酸或檸檬酸純水溶液用量以能溶解硝酸鐵即可；溶解後的混合溶液與步驟(3)所得鈰鋯鈦複合氧化物前驅體在高速攪拌下混合均勻；混合物隨後在空氣氣氛80?120°C下乾燥，並於空氣氣氛600-700°C下焙燒6-8小時，得到高分散的Mn2O3-Fe2CVCeO2-ZrO2-TiO2催化劑； (5)按分子篩與Co離子交換液的體積比為1:3?1:10稱取HZSM-5分子篩，Si/Al摩爾比=25或38，催化劑級，浸入到質量濃度15%的Co (NO3) 3純水溶液中，80°C水浴中攪拌24小時後，過濾洗滌至無鈷離子；分子篩上Co負載量應達到質量百分比為1_5%，多次交換以達到負載量，負載量的測定以電感耦合等離子螢光光譜儀或原子吸收光譜法；鈷離子交換後的ZSM-5分子篩於120°C空氣氣氛下乾燥，500 1:空氣氣氛下焙燒3_4小時，製得Co_ZSM_5催化劑； (6)將步驟(4)所得Mn203-Fe203/Ce02-Zr02-Ti02催化劑與步驟(5)所得Co-ZSM-5催化劑按質量比1:1?1.5:1比例混合，得催化劑混合物；以催化劑混合物為基數的質量百分比加入30-50%的步驟(2)所得鈦酸膠體、20-40%的質量濃度為33.5%的氫矽酸溶液；隨後加入催化劑混合物為基數的質量百分比2%的羥丙基纖維素、5%的化學純乙醇胺、5%的化學純甘油、4%的玻璃纖維和2%的化學純造孔劑硬脂酸鋁；混合併捏合成泥後擠出成三葉草或蜂窩狀；於60°C下空氣氣氛中乾燥12小時，再於500°C下焙燒2小時，製得能去除生活汙泥幹化尾氣中臭味的催化劑。
【文檔編號】B01J29/48GK103785452SQ201410057110
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】唐富順, 趙輝, 楊宏斌, 陳曉菲, 李平, 侯林俊 申請人:桂林理工大學