[发明专利]一种利用天然矿土和废渣制备脱汞催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种利用天然矿土和废渣制备氧化脱汞催化剂的方法，属于废物综合利用和气体净化领域。本发明制备的催化剂有效利用了赤泥中含有的Fe、Al、Ti等金属和碱，使其同时对蒙脱石进行柱撑改性和负载，后与污泥进行混合炭化，形成多孔结构。制备的催化剂具有孔隙率高、比表面积大、金属固载稳定的优势，其比表面积可达178m²/g，孔体积可达0.49m³/g，将其应用于烟气脱汞，能够在较低温度下实现Hg⁰的高效氧化。本发明的制备工艺简单，条件温和，所用原料为天然矿土和工业废弃物，成本低廉，并能够解决上述废渣的囤积和环境污染问题，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种利用天然矿土和废渣制备氧化脱汞催化剂的方法，属于废物综合利用和气体净化领域。

背景技术

燃煤作为一种最主要的能源，占据我国能源结构的70%以上，我国每年消耗的燃煤占世界原煤总消耗的31%。然而，我国燃煤中汞平均含量为0.22mg/kg，远超于世界平均汞含量0.13mg/kg。我国每年因燃煤电站而将向大气排放的汞量为500～700t，占世界总排放量的30%左右。因此，如何有效控制燃煤烟气中的汞已经成为一个亟待解决的问题。

催化氧化脱汞技术是将烟气中Hg⁰氧化为容易脱除的Hg²⁺的技术。目前对汞催化氧化技术的研究主要是对于催化剂的开发，催化剂可以分为三类：SCR催化剂、以炭为载体负载金属的催化剂、金属及其氧化物。上述催化剂均采用较为纯的化学试剂作为原料，制备成本较高，如何开发价格低廉又能保证高催化氧化效率的催化剂成为研究的重点。

蒙脱石是一种常见的天然矿物，近年来已有部分学者采用改性的蒙脱石用于脱汞。CN105664838A公开了一种负载金属氧化物的柱撑蒙脱石的脱汞吸附剂，通过柱撑蒙脱石与活性组分之间的协同作用，使得吸附剂不但具有较高的热稳定性，还具有较高的脱汞效率，成本低廉，环境友好，具有极大的应用潜力。中国科学院过程工程研究所亦将负载锰的蒙脱石用于烟气中单质汞的催化氧化，结果表明4%Mn/蒙脱石表现出良好的脱汞效率，具有潜在的工业应用价值（“蒙脱石负载锰催化剂对单质汞的催化氧化研究”，吴应红，《中国优秀硕士论文》）。可见，采用蒙脱石与金属氧化物的结合能够有效对烟气中的Hg进行吸附和催化氧化。赤泥是铝土矿工业生产 Al₂O₃过程中产生的强碱性固体残渣，赤泥中的废碱液会造成土壤碱化、沼泽化、污染地表地下水源，直接危害人体健康。我国是世界上氧化铝和赤泥产量最高的国家，在我国，每吨 Al₂O₃生成的同时会形成 1~1.6吨赤泥，然而其利用率不足 15 %，因此，赤泥的综合利用得到广泛关注。赤泥的主要组成为铁的氧化物及氢氧化物、铝的氧化物及氢氧化物、高岭石、石英、方解石、氧化钛等物质，含有丰富的金属元素。如果能有效的利用赤泥中的金属元素，从而变废为宝，是解决现有国情中赤泥大量囤积的有效有段之一。另外，城市污水处理厂会产生很多污泥，污泥中含有丰富的有机质，将其炭化后能形成具有丰富孔隙结构的污泥碳，具有良好的吸附能力。

基于上述现有技术，发明人经长期研究，开发了一种利用天然矿土蒙脱石和固体废弃物赤泥、污泥为原料制备烟气脱汞催化剂的方法，所得催化剂有效利用了赤泥中含有的金属Fe、Al、Ti和碱、以及污泥中的有机质，成本低廉，并能够解决上述工业废弃物的囤积和环境污染问题，将其应用于烟气脱汞能够变废为宝，以废治废。本发明的制备方法，工艺简单，条件温和，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用天然矿土和废渣制备脱汞催化剂的方法，该催化剂有效利用赤泥中含有的Fe、Al、Ti等金属和碱，使其同时对蒙脱石进行柱撑改性和负载，后与污泥进行混合炭化，形成多孔结构。本发明制备的催化剂具有孔隙率高、比表面积大、金属固载稳定的优势，其比表面积可达178m²/g，孔体积可达0.49m³/g，将其应用于烟气脱汞，能够在较低温度下实现Hg⁰的高效氧化。