[发明专利]一种污泥基生物炭、制备方法及其在吸附二氧化碳方面的应用

说明书

本发明涉及污泥基生物炭技术领域，具体涉及一种污泥基生物炭、制备方法及其在吸附二氧化碳方面的应用。本发明通过在含水率高的活性污泥中混入适量稻壳进行水热炭化制备污泥基生物炭，借助稻壳在炭化过程中的支撑作用，提高污泥基生物炭的比表面积和微孔结构，对其进行进一步的酸洗活化和氨基改性，使其二氧化碳的吸附能力更强，从而使其在进行烟气中二氧化碳的吸附时具有极高的吸附量和吸附效率。

技术领域

本发明涉及污泥基生物炭技术领域，具体涉及一种污泥基生物炭、制备方法及其在吸附二氧化碳方面的应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)作为主要的温室气体之一，在大气层中的浓度逐年增高，加剧了全球变暖的趋势。诸多减少CO₂排放的技术和方法中，CO₂捕集、利用与封存技术(CarbonCapture,Utilization and Storage,CCUS)现阶段被认为是控制大气层CO₂浓度以减缓气候变化最有效的途径。CCUS技术是指将CO₂从能源利用过程的排放源中分离并进行捕集，然后作为原料进行工业和农业转化利用，或运输到适宜的场地进行封存，实现CO₂与大气长期隔离的技术体系。然而，不管是对CO₂的转化利用，还是封存固定，对其捕获都是必要的前提。

多孔炭材料孔隙结构发达、比表面积高、热化学稳定性良好、易于再生且具有较强的可调控性，在CO₂吸附领域具有广阔的应用前景，但是由于制备成本较高而限制了实际应用。将生物质在高温环境下进行热裂解可以得到固态生物炭产物，生物炭具有一定的吸附能力，并且成本相对较低。而当以废弃物为原料制备生物炭时，相比常规的生物质具有更大的经济优势。因此，以废弃物为原料开发CO₂吸附性能优良的生物炭，不仅能够降低生产成本，还具有重要的环保意义和实用价值。

污泥是污水处理过程中沉降下来的粘稠絮凝体，其中含有大量的重金属、虫卵、病原体和有机污染物，对环境具有严重的危害性。污泥中碳元素含量较高，具有制备污泥基生物炭的基本条件。污泥基生物炭(Sludge-Derived Biochar,SDBC)制备工艺主要包括热裂解和活化两个部分，将污泥在无氧或缺氧环境下进行高温热裂解，促进孔隙结构形成和炭化程度增加，在此过程中或在后期辅以有效的物理或化学活化处理方式，进一步有针对性地提高污泥基生物炭的孔隙结构、比表面积、吸附特性和选择分离特性等。该工艺不仅能够降低污泥容积、杀死虫卵和病原体、钝化污泥中重金属，还可以得到气态可燃气和液态焦油作为能源使用。此外，污泥中重金属含量较高，不仅在制备过程中能起到催化作用，还能使污泥基生物炭表面产生丰富的含氧官能团(-COOMe和-OMe，Me表示金属原子)，进而增强吸附性能。但是污泥基生物炭应用于CO₂吸附领域的相关研究较少，且研究成果并不理想，对烟道温度下混合气体的CO₂选择性吸附研究更为鲜见，因此提供一种能够用于吸附烟气中二氧化碳的污泥基水泥生物炭具有极大的经济意义。

发明内容

基于上述内容，本发明的目的在于提供一种污泥基生物炭、制备方法及其在吸附二氧化碳方面的应用。通过将在污泥中混入适量稻壳进行热解炭化制备污泥基生物炭，借助稻壳在碳化过程中的支撑作用，提高污泥基生物炭的比表面积和微孔结构，借助酸洗活化和氨基改性的方法从而使其二氧化碳的吸附能力更强。

本发明的技术方案之一，一种污泥基生物炭，以污泥和稻壳的混合物为原料，进行水热炭化，然后经过酸洗活化和氨基改性得到。

进一步地，所述污泥的干重和稻壳的混合质量比为10：(2-4)。

本发明的技术方案之二，上述污泥基生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将污泥和稻壳混合得到混合物进行水热炭化得到碳化产物；

(2)碳化产物首先置于酸溶液中进行浸渍，然后置于有机胺溶液中浸渍，然后真空干燥得到所述污泥基生物炭。