[发明专利]一种氮化铝基陶瓷有机物污染土壤热脱附催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化铝基陶瓷有机物污染土壤热脱附催化剂及其制备方法，以氮化铝陶瓷圆片为载体，镧钇复合氧化物为催化活性组分，氧化镍为助催化剂。以载体质量为基准，催化活性组分的质量百分含量为1％～5％，助催化剂的质量百分含量为0.5％～1％。将氮化铝粉体高温焙烧成陶瓷圆片后，利用等离子表面处理仪对氮化铝陶瓷表面改性，再利用稀盐酸对活性炭进行酸洗腐蚀，进一步提高氮化铝陶瓷表面羟基浓度，再将其浸渍于活性组分和助催化剂前驱体混合溶液，经吸附、干燥、焙烧制得。该催化剂环境友好，机械强度高，热导率高，在230℃即可实现3‑氯联苯的100％脱附，大幅降低3‑氯联苯的热脱附能耗。该产品可广泛适用于土壤有机污染物热脱附领域。

技术领域

本发明涉及一种氮化铝基陶瓷有机物污染土壤热脱附催化剂及其制备方法和应用，属于环保催化材料和土壤修复领域。

背景技术

随着经济和城镇建设的快速发展以及国家相关政策的颁布，化工企业遗留的大量的有机污染场地。这些有机物不仅直接对土壤动植物、微生物及生态系统造成巨大危害，并可通过蒸汽吸入、皮肤接触等方式进入人体，对人体产生巨大危害。有机物污染场地土壤的修复治理工作已经成为国家不可避免、关系民生的重大问题，其治理和修复需求具有重大的社会价值和经济价值。

针对有机污染场地的各类修复技术、装备研究在近年广泛开展，相关研究成果也已应用于污染场地修复中。热脱附修复技术以其处理效率高、修复周期短、适用范围广等优点，被广泛应用于处理含挥发性和半挥发性有机污染物的土壤、污泥、沉淀物等场地。热脱附可处理的污染物包括多氯联苯、硝基苯、多溴联苯醚、氯苯、汞及多环芳烃等。然而，污染土壤域中污染物分布不均，且污染物往往具有较高的沸点，处理过程中需要消耗大量的热能。其中，多氯联苯等有机物由于分子量大、沸点高，导致热脱附所需的能量明显增加。专利CN103658165A指出，修复过程产生的高温尾气是热脱附系统中热能损失的主要部分，对于传统的回转窑加热系统，土壤处理量为25m³/h时，高温烟气散发的热量损失为30～60％。而高温烟气在带来热量流失的同时，也会产生尾气处理困难的问题，导致尾气处理成本增加。因此，如何通过优化热脱附系统，对于减少热量流失，降低污染土壤处置成本，具有重要工程意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有土壤热脱附的现状及存在问题，而提出了一种氮化铝陶瓷基有机物污染土壤热脱附催化剂，本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法和应用。

一种氮化铝陶瓷基有机物污染土壤热脱附催化剂，该催化剂以氮化铝陶瓷圆片为载体，镧钇复合氧化物为催化活性组分，氧化镍为助催化剂。以载体质量为基准，催化活性组分的质量百分含量为1％～5％，助催化剂的质量百分含量为0.5％～1％，活性组分中氧化镧和氧化钇的质量比为1：(0.2～1)。

一种上述的催化剂的制备方法，该催化剂的制备方法如下：

(1)陶瓷圆片载体制备

将氮化铝粉体在模具中加压后保压，制得陶瓷圆片坯体后置于窑炉中在氮气作保护气氛下煅烧，得到氮化铝陶瓷圆片；

(2)陶瓷圆片载体表面改性

将氮化铝陶瓷圆片置于等离子表面处理仪中，先将等离子表面处理仪抽真空，然后充入氧气，再进行表面处理从而在氮化铝陶瓷圆片表面形成氧化层；然后将改性后的氮化铝陶瓷圆片置于稀盐酸溶液中，浸泡腐蚀6～12h，从而得到表面改性后的陶瓷圆片载体；

(3)活性组分和助催化剂前驱体混合溶液制备

称取镧盐、钇盐和镍盐，加入去离子水中并在50～70℃水浴搅拌的条件下至溶液呈澄清透明状，得到活性组分和助催化剂前驱体混合溶液；

(4)催化剂制备