[发明专利]一种用于飞灰二噁英脱除的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种飞灰二噁英脱除的催化剂及其制备方法和应用，属于固废处置技术领域。所述催化剂由金属硝酸盐结晶水合物通过浸渍法负载于多孔碳材料表面并经煅烧而成。利用本发明的催化剂进行二噁英的脱除，不仅可以提高二噁英脱除效率，还可以降低反应温度，缩短反应时间，降低能耗，还可以将飞灰中二噁英降解至50ng TEQ/kg以下，降低二噁英的排放量，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于固废处置技术领域，具体地，涉及一种用于飞灰二噁英脱除的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

固废焚烧飞灰富集大量重金属、二噁英等有毒有害污染物，被列入国家危险废物名录(HW18)。近年来，随着城镇生活垃圾产生量及其他固废产量快速增加，飞灰的产生量越来越大，2020年生活垃圾焚烧飞灰产量已超过千万吨。由于飞灰在填埋过程中对填埋场要求极高，且国内特别是东部沿海城市填埋场已经接近饱和，飞灰的资源化势在必行。《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)(HJ 1134-2020)》对垃圾焚烧飞灰资源化提出了要求，其中要求“二噁英类含量，可采用低温热分解、高温烧结和高温熔融等二噁英类分解技术，处理产物中二噁英类残留的总量应不超过50ng TEQ/kg(以飞灰干重计)”。然而高温烧结和高温熔融方法能耗较高，造成飞灰处置成本较高。低温热解的优点是反应温度低、能量消耗低，然而单独低温热解对二噁英的降解效率较低，因此，亟需开发一套催化剂实现在低温条件下对二噁英进行脱除。

发明内容

本发明针对二噁英类化合物采用高温烧结和高温熔融处理，耗能较高和灰处置成本较高的问题，对影响二噁英降解效率的金属硝酸盐结晶水合物和多孔碳材料进行研究，旨在制备一种在低温体条件下对飞灰中二噁英进行高效脱除的催化剂，提高二噁英的降解效率，符合绿色化学化工的需求。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种飞灰二噁英脱除的催化剂，所述催化剂由金属硝酸盐结晶水合物通过浸渍法负载于多孔碳材料表面并经煅烧而成。

物质从水溶液里析出晶体时，晶体里常含有一定数目的水分子，这样的水分子叫做结晶水。含有结晶水的物质叫做结晶水合物。当化学式同时出现金属元素、硝酸根离子、结晶水分子，本领域称为金属硝酸盐结晶水合物，例如硝酸铁Fe(NO₃)₃的结晶水合物的组成为Fe(NO₃)₃·9H₂O。

在本发明中，选择金属的硝酸盐形式制备催化剂，在煅烧过程中，N元素会以气体形式(如NO)释放出去，避免干扰催化剂的催化性能。

优选的，所述金属硝酸盐结晶水合物选自Fe(NO₃)₃·9H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂、Cu(NO₃)₂·3H₂O、Pt(NO₃)₂·2H₂O和Pd(NO₃)₂·2H₂O中的一种或几种。

优选的，所述的多孔碳材料为活性炭、碳纳米管或氧化石墨烯。

优选的，所述的孔碳材料为粉末状，粒径为20-100目。

优选的，所述的金属硝酸盐结晶水合物用量根据金属占多孔碳材料的质量比确定：金属质量占多孔碳材料的质量的5％-15％。例如，在7.25g Fe(NO₃)₃·9H₂O与10g活性炭中，化合物7.25g Fe(NO₃)₃·9H₂O中的铁质量为1.01g，铁元素的质量占10g活性炭质量的10％。