[发明专利]一种城市污泥制备涂覆式脱硝催化剂的方法

说明书

本发明公开一种城市污泥制备涂覆式脱硝催化剂的方法，包括以下步骤：第一步是将含水率为65％的城市污泥与成型助剂、高岭土混合均匀，经挤出成型、干燥、惰性高温碳化得到有一定机械强度的污泥碳质载体；第一步是混合铝溶胶、粘结剂、去离子水、事先制备的催化剂粉末，经球磨处理得到催化剂涂覆浆料；第三步是将污泥碳质载体进行酸浸预处理，经浸渍浆料、干燥、惰性煅烧处理后得到污泥碳质脱硝催化剂。本发明方法与其他城市污泥制备的脱硝催化剂方法相比，制备的涂覆式脱硝催化剂具有良好的机械强度及脱硝性能，且制备工艺流程简单、成本低廉、易于放大至工业生产，其有效实现了城市污泥的资源化利用。

技术领域

本发明涉及固废资源化应用技术领域，更具体地说，关于一种城市污泥制备涂覆式脱硝催化剂的方法。

背景技术

燃煤火力发电厂等发生源的氮氧化物(NO_x)排放对人体及动植物有着致毒作用，同时也是造成酸雾、酸雨、光化学烟雾等环境问题的主要原因。研究与治理工业烟气中氮氧化物已成为我国环境保护工作的重点。由于低氮燃烧技术对降低氮氧化物排放作用有限，当氮氧化物的排放要求比较苛刻时，则需要采用燃烧后烟气脱硝技术来实现氮氧化物的减排。选择性催化还原脱硝技术(SCR)作为目前主要的燃烧后烟气脱硝技术，因其脱硝效率高、技术成熟，已广泛应用于我国燃煤火力发电厂的脱硝工程。

当前市场占有率较高的商用SCR脱硝催化剂以直接挤出成型蜂窝式V₂O₅-WO₃-MoO₃/TiO₂催化剂为主。传统的直接挤出成型蜂窝式催化剂将载体和活性组分混合均匀后整体挤压成型，其生产工艺相对简单，但存在催化剂用量大、成本高及再生困难等问题。除此之外，由于我国燃煤中砷元素含量较多，在催化剂中需添加钼助剂以提升抗砷中毒能力。催化剂中掺杂钼后，提高抗砷性能的同时一定程度上会降低直接挤出成型蜂窝式催化剂的机械强度。涂覆型催化剂较直接挤出成型蜂窝式催化剂具有机械强度大、催化剂用量少、使用寿命长、易于废旧再生等特点，但其使用的蜂窝陶瓷载体(例如堇青石)相对比较昂贵。

随着城镇化的进一步推进，城市生活污水处理需求日益增加。截至2020年底，我国己建成超过4000座城镇污水处理厂，污水处理能力接近2亿m^3/d。作为污水处理衍生品，2020年我国年产近8000万吨城市剩余污泥(以下简称城市污泥)，并将以每年5％-8％的比例增长。我国城市污泥处理处置方法主要包括填埋法、污泥焚烧、堆肥利用等方法。污泥填埋尽管操作比较简单，也无需复杂人工管理，但占用大量土地资源，并存在安全隐患。污泥焚烧处理耗能巨大，未能有效将污泥资源化利用，而且在焚烧过程中会产生有毒有害气体。堆肥利用虽然能充分利用污泥中植物所需的氮和磷营养素，但同时污泥中含有的重金属等有毒有害物质将可能通过植物富集作用进入食物，对人类健康构成潜在威胁。

城市污泥中含有丰富的有机质、SiO₂及Al₂O₃。城市污泥中有机质能在惰性环境高温热解成具有大的比表面积、强的吸附能力、良好的微孔及中孔结构的碳质物，其强的吸附性能和良好的微孔及中孔结构能有效促进SCR反应的发生。城市污泥中的SiO₂及Al₂O₃则能一定程度上提升污泥作为涂覆式载体的机械强度。使用城市污泥制备蜂窝式载体，并运用于涂覆式催化剂生产不仅能有效实现城市污泥的资源化利用，同时降低涂覆式蜂窝载体的使用成本，从而达到“变废为宝”的效果。