[发明专利]一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用，其由污泥活性炭与金属铜盐反应制备而成；其中，所述污泥活性炭由质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)的污泥、生物质材料和粘结剂制成，各原料混合后，经炭化、活化处理；所述金属铜盐与污泥活性炭之间的质量比为(0.01～0.25)：1。其通过污泥协同生物质固废作为原料，提高了活性炭品质，并提高了负载铜基催化剂后材料的脱硝效率，材料制备过程简单，易于操作，市场竞争力强，达到脱硫脱硝一体化工艺目标，实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标。

技术领域

本发明涉及活性炭制备领域、固废资源化领域和催化剂研究领域，具体涉及一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和其在烟气脱硫脱硝领域的应用。

背景技术

城市污水处理厂污水污泥中固体含量约为1-3％，其中含有丰富的氮、磷、钾和有机质及其他植物生长所必须的微量营养元素，同时也含有难降解的有机污染物、重金属和少量的病原微生物和寄生虫卵等。美国每年干污泥产量约为600万吨，欧盟每年产生干污泥超过1000万吨，中国城市污水处理厂每年排放干污泥约为440万吨，年增长率超过10％，占中国总固体废弃物的3.2％。污水污泥安全处置问题已经得到了全世界环境领域学者们广泛关注。如果不对污泥进行真正意义上的安全处置，会对周边环境造成二次污染。

随着我国环保要求的日益提高，对大气污染物控制种类越来越多、排放标准也日趋严格，工业烟气中的多种污染物的治理需求越发迫切。烧结烟气是钢铁企业大气污染物排放的主要来源，主要包含二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、二噁英、重金属(铅、砷、福、铬、汞等)、氟化物和挥发性有机物(VOCs)等多种污染物。活性炭烟气处理技术可以实现烟气的深度处理，因此逐步成为大气治理的优选技术方案。活性炭作为吸附剂被广泛应用于燃煤烟气中SO₂和NOx的脱除，而负载催化剂后可有效提高活性炭的脱硫脱硝活性。研究应用最多的负载用催化剂为金属催化剂，包括Fe₂O₃和ZnO等，相对应的活性炭负载催化剂有Fe₂O₃/AC和ZnO/AC等。在NOx的选择性催化还原(SCR)反应中，上述催化剂能够促进NOx与NH₄反应生成N₂与H₂O，提高脱硝率。

CN112371085A公开了一种用于雨水处理的钢铁酸洗污泥改性污泥活性炭，先将钢铁酸洗污泥和污泥活性炭烘干，使其含水率30～60wt％，研磨到粒径为0.1mm，再按钢铁酸洗污泥和污泥活性炭干重的质量比为1∶4～1∶8混合，氮气气氛600～900℃进行焙烧制得钢铁酸洗污泥改性污泥活性炭。该发明首次利用钢铁酸洗污泥和污泥活性炭制备吸附材料，解决了酸洗污泥和污水污泥资源化的问题，但该活性炭的吸附效果较差，可应用领域较少。

CN101543763B公开了一种烟气脱硫、脱硝用伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒改性污泥活性炭，其原料组分为AlCl₃·6H₂O、V₂O₅及污水处理厂的污泥；制备步骤为：①制备Al(OH)₃溶胶；②制备污泥活性炭；③制备伽玛型三氧化二铝膜改性污泥活性炭；④制备伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒改性污泥活性炭。该发明首次将伽玛型三氧化二铝膜和五氧化二钒用于改性污泥活性炭的制备，有效提高了污泥活性炭的脱硫、脱硝效率，符合现有使用要求，但该发明所制备材料性能不佳，仅可用于较低浓度污染物的脱除。

发明内容

为了解决现有的活性炭脱硝效率低，使用效果不佳的问题，本发明提供一种负载铜基催化剂的污泥活性炭及其制备方法和应用，其通过污泥协同生物质固废作为原料，提高了活性炭品质，并提高了负载铜基催化剂后材料的脱硝效率，材料制备过程简单，易于操作，市场竞争力强，达到脱硫脱硝一体化工艺目标，实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标。此外，本发明还提供一种上述负载铜基催化剂的污泥活性炭的制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：