[发明专利]从垃圾热解固体制备活性炭和氧化物复合吸附材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭和氧化物复合吸附材料，尤其是涉及一种从垃圾热解固体制备活性炭和氧化物复合吸附材料的方法。

背景技术

随着全球人口的不断增长、科学技术的迅速发展以及城市化进程的加速，垃圾产量成倍增加，成分日趋复杂。这一发展变化使得城市生活垃圾问题更加复杂，垃圾的处理也就更加困难。生活垃圾热解技术在这样的情况下得到快速发展并逐步得到认可。在无氧或缺氧条件下，加热垃圾，使其中的有机物转变为分子量不同的小分子物质和固态含碳物质，产物主要包括气态燃气、液态焦油和固态残余物三种，这是一种非常有效且低污染的资源化处理方式。目前，垃圾热解的气、液两相物质都具有较好的应用前景，固态残余物则因其成分复杂，尚未得到具有较高附加值的产品开发和利用。

活性炭作为一种常见的吸附材料，广泛应用于食品加工、药物精制、化学工业、环境治理等方面。随着经济的发展和环境污染问题的突出，其需求不断增长，价格也稳步提高。活性炭的原料主要是煤和含有较高碳含量的生物质原料，如木材、果壳、稻杆等。在能源紧张的今天，煤主要还是作为能源来使用，而生物质材料则由于自然资源的限制难以得到大规模的生产。在这种情况下，寻找新的、可持续发展的生产活性炭的原料显得非常迫切，而城市生活垃圾残余物是一种新的待开发含碳固体物质，如果能将垃圾热解的残余物用于制备活性炭或其复合吸附材料，不仅解决了活性炭的来源问题，而且能对垃圾热解残余物进行有效地再利用。同时生产活性炭需要的活化剂能够从热解过程中得到，既降低了成本，又能完善生活垃圾热解处理过程的产物循环利用体系。

中国专利CN101104141公开一种从煤矸石制备活性炭-氧化物复合吸附材料及聚硅铝的工艺方法，通过在隔绝空气的情况下适度高温活化煤矸石原料，再经碱浸、酸浸、洗涤、干燥等工艺步骤制得活性炭、氧化物复合吸附材料，与此同时将碱浸液与酸浸液再调配制得聚硅铝水处理剂。

中国专利CN101940910A公开一种磁分离型复合吸附材料，由纳米Fe₃O₄与活性炭纤维组成。该材料为利用常规有机溶剂为反应介质并通过简单的低温溶剂热体系控制合成铁氧化物纳米复合纤维材料。可作为磁分离型吸附材料用于废水中有机或无机污染物的吸附净化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简单、成本低廉、生产过程清洁、可用于工业化生产、其残余物具有较高附加值、可完善生活垃圾热解处理的产业链的从垃圾热解固体制备活性炭和氧化物复合吸附材料的方法。

本发明的技术方案是以生活垃圾热解后的固体残余物为原料，以水蒸气及二氧化碳为活化剂。

本发明包括以下步骤：

1)将垃圾固体残余物中的大颗粒的固体物质，用筛分方法去除，利用细破机对筛分后的固体产物进行破碎；

2)将经破碎筛分处理的残余物加热，降温后取出；

3)以水蒸气和二氧化碳为活化剂，对碳化物的残余物进行活化，得活性炭和氧化物复合吸附材料。

在步骤1)中，所述垃圾固体残余物中的大颗粒的固体物质包括石块、玻璃块等；所述细破机破碎后可再次过筛，得到颗粒度≤0.5mm的残渣。

在步骤2)中，所述加热的方法可将经破碎筛分处理的残余物放入瓷舟，送入石英玻璃管中，并保持玻璃管腔体的惰性气氛，利用管式炉进行加热炭化，加热炭化的温度可为400～700℃，加热炭化的时间可为0.5～4h；所述加热炭化的温度最好为600℃，加热炭化的时间最好为2.5h。

在步骤3)中，所述活化的具体方法可为：将经过炭化处理的残余物和水分别装入瓷舟，一起送入石英玻璃管中，保持玻璃管腔体的惰性气氛，利用管式炉进行加热，温度控制在700～1000℃，通入二氧化碳，二氧化碳的流量控制在50～300ml/min，持续时间为0.5～2h；所述水和残余物的质量比为(1～4)∶1；所述通入二氧化碳最好是在850℃时通入二氧化碳，维持1h。

对所制备的活性炭和氧化物复合吸附材料的组成、结构和性质可通过BET检测比表面积和孔径分布，考察亚甲基蓝的吸附效果。在所述活性炭和氧化物复合吸附材料中，活性炭含量约为20％，其余为氧化物，所述氧化物主要有氧化钙、氧化硅、氧化铁等。