一種用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鐵碳微電解有機(jī)廢氣催化分解【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種處理有機(jī)混合廢氣鐵碳催化填料及其制備方法。其成品填料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：鐵屑80～85%，活性炭10～15%，稀土金屬0.1～0.3%，粘土1～5%；鐵碳微電解填料的直徑為3.0～6.0cm。得到的鐵碳微電解填料具有良好的氣體穿透網(wǎng)孔路徑、強(qiáng)度、比表面積和原電池反應(yīng)效應(yīng)，由于鐵原子間不直接接觸，有效地防止填料表面鈍化和填料的板結(jié)。
【專利說明】一種用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵碳微電解有機(jī)廢氣催化分解【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種處理有機(jī)混合廢氣鐵碳催化填料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量使用高溫蒸發(fā)濃縮工藝，富含有機(jī)物的液體在高溫蒸發(fā)濃縮過程中，部分有機(jī)物裂解形成揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)與蒸發(fā)過程產(chǎn)生的水蒸汽和無機(jī)鹽類形成混合惡臭氣體，對環(huán)境造成極大的危害?，F(xiàn)有報道的VOCs治理方法主要有:
[0003](I)直接燃燒法:是利用高溫氧化將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2和H2O的一種方法。VOCs氣體進(jìn)入燃燒室后，在足夠高溫度、過量空氣、湍流的條件下完全燃燒的過程。
[0004]( 2 )催化氧化法:與直接燃燒法作用原理基本類同，只是在反應(yīng)器內(nèi)需要安裝蜂窩狀或片狀催化劑。由于使用了催化劑，它可以在較低的溫度下運(yùn)行，從而降低了輔助燃料消耗和運(yùn)行費(fèi)用。
[0005](3)生物法:是利用微生物在好氧條件下將有機(jī)物氧化為CO2和H2O,其反應(yīng)過程和氧化法相似，但不是用熱而是用生物去破壞VOCs。
[0006](4)吸收法:是利用液體吸收液從氣流中吸收氣態(tài)VOCs的一種方法，常用于處理高濕度VOCs氣流(>50% )。
[0007](5)吸附法:是利用吸附劑孔狀結(jié)構(gòu)的巨大表面積對VOCs進(jìn)行吸附的一種方法。它適宜處理成分單一氣流穩(wěn)定、濃度為300-5000ppm的有機(jī)廢氣。
[0008](6)濃縮法:是用冷卻或加壓法使VOCs氣流達(dá)到飽和的一種方式，常與其它處理方法一起使用。一般用于處理沸點(diǎn)較高，濃度超過5%的VOCs氣體。
[0009](7)膜法:是根據(jù)膜對VOCs氣體分子的大小選擇性地阻擋的過程，可以部分或全部將VOCs截留。
[0010]然而在含有大量水蒸氣的有機(jī)廢氣中，由于水蒸氣的干擾和掩蔽作用，上述方法均無法實(shí)現(xiàn)VOCs的有效處理。
[0011]微電解技術(shù)是利用金屬腐蝕原理，形成原電池通過一系列作用對有機(jī)物進(jìn)行電化學(xué)處理。在含有傳導(dǎo)性電解質(zhì)的環(huán)境中，鐵屑和炭粒形成無數(shù)個微小的原電池，在其作用空間形成一個電場，新生態(tài)的[H]、Fe2+等與環(huán)境中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞有機(jī)物中的某些基團(tuán)，甚至斷鏈，達(dá)到對有機(jī)物分解的作用；生成的Fe2+進(jìn)一步氧化為Fe3+，它們的水合物具有較強(qiáng)的吸附絮凝作用，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的吸附。
[0012]而高溫蒸發(fā)濃縮形成的混合煙氣是由VOCs、水蒸汽和無機(jī)鹽構(gòu)成，在填料表面形成了一個無機(jī)鹽的水環(huán)境，鐵原子和碳原子之間會產(chǎn)生一種微弱的分子內(nèi)部電流，產(chǎn)生的[H]、Fe2+等與吸附于鐵碳顆粒表面的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的分解并且產(chǎn)生吸附絮凝效應(yīng)，隨液滴脫離鐵碳顆粒表面。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明的目的是以鐵屑、粉末活性炭、好氧活性污泥、稀土金屬粉末、粘土為原料，提供一種可用于高溫蒸發(fā)濃縮過程中，對有機(jī)混合廢氣治理的鐵碳微電解填料及其制備方法。該填料具有良好的氣體穿透網(wǎng)孔路徑、強(qiáng)度、比表面積和原電池反應(yīng)效應(yīng)，由于鐵原子間不直接接觸，有效地防止填料表面鈍化和填料的板結(jié)。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0015]一種用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，以鐵屑、粉末活性炭、好氧活性污泥、稀土金屬粉末、粘土為原料，制得的成品填料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:鐵屑80?85%，活性炭10?15%，稀土金屬0.1?0.3%，粘土 I?5% ;鐵碳微電解填料的直徑為3.0?
6.0cm0
[0016]優(yōu)選的，所述用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，其成品填料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:鐵屑80-85%，活性炭10?15%，稀土金屬0.15?0.2%，粘土 2?4%。
[0017]優(yōu)選的，所述活性炭為粉末活性炭，粒度80?120目。
[0018]優(yōu)選的,所述稀土金屬包括Ce、La、Pr、Nd,所述稀土金屬為粉末狀,稀土金屬粉末粒徑為90?130目。
[0019]優(yōu)選的，所述鐵屑的粒徑為50?100目。
[0020]所述好氧活性污泥，為生活污水處理廠的好氧活性污泥，含水率< 60%。
[0021]用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料的制備方法，包括下列步驟:
[0022]I)以質(zhì)量濃度為6?4%的鹽酸對鐵屑酸洗20?30min活化鐵屑，漂洗干凈后，
[0023]2)分別以鐵屑、活性炭粉末、稀土金屬粉末、好氧活性污泥和粘土為原料，按照質(zhì)量百分比為:鐵屑55-65%，粉末活性炭8-11%，稀土金屬粉末0.1?0.2%，好氧活性污泥(干基)23-35%，粘土 1.5?3%，充分?jǐn)嚢杌靹颉?br> [0024]3)以對輥成粒擠壓機(jī)在2IOkN?250KN壓力下擠壓為直徑為3?6cm的粒狀毛坯填料，
[0025]4)毛坯填料干燥后在無空氣的環(huán)境中，以1000?1200°C條件下焙燒I?3小時，冷卻后即得所述的催化微電解填料。
[0026]優(yōu)選的，步驟3)所述的壓力為210?220KN。
[0027]優(yōu)選的，步驟4)中所述的無空氣的環(huán)境，包括真空、惰性氣體環(huán)境。所述惰性氣體環(huán)境包括氮?dú)?、氬氣環(huán)境。
[0028]優(yōu)選的，步驟4)中以1000?1100°C條件下焙燒2小時。
[0029]好氧活性污泥主要由好氧微生物有機(jī)體構(gòu)成，在高溫的環(huán)境中被碳化為CO2，焙燒后的填料形成網(wǎng)孔氣體通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料各組分的質(zhì)量比例改變?yōu)?鐵屑80?85%，活性炭10?15%，稀土金屬0.1?0.3%，粘土 I?5%。好氧活性污泥在電解填料的制備過程中起到模版劑的作用，模版劑的選擇對于介孔結(jié)構(gòu)影響很大，從而影響催化效果。我們經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，意外的發(fā)現(xiàn)，使用好氧活性污泥，不僅可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化，減少三廢的排放，而且得到的鐵碳微電解填料比表面積成倍的增加，有利于原電池的反應(yīng)。
[0030]本發(fā)明的有益效果在于:
[0031]1、本發(fā)明制備的填料為具有內(nèi)部網(wǎng)孔顆粒狀填料，利于氣體的分布，并且比表面積成倍的增加，有利于原電池的反應(yīng)。[0032]2、本發(fā)明制備的填料中含有稀土金屬元素，可以促進(jìn)填料的原電池反應(yīng)效率和防止填料表面的鈍化。
[0033]3、本發(fā)明制備的填料在高溫下焙燒，具有一定的強(qiáng)度，在反應(yīng)中能保持其固有的形態(tài)。
[0034]4、本發(fā)明制備的填料由于鐵原子間不直接接觸，阻止了填料運(yùn)行中的板結(jié)現(xiàn)象。
[0035]5、本發(fā)明利用了活性污泥，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]實(shí)施例1:
[0038]首先以質(zhì)量濃度為6%的鹽酸對鐵屑酸洗20min，活化鐵屑，漂洗干凈后，分別再以粒徑為50目的鐵屑、粒徑為80目的活性炭粉末、粒徑為90目的稀土金屬Ce粉末、好氧活性污泥和粘土為原料，按照各原料組分質(zhì)量百分比為:鐵屑55.3%，粉末活性炭8%，稀土金屬粉末0.1%，好氧活性污泥(干基)35%，粘土 1.6%，充分?jǐn)嚢杌靹?，以對輥成粒擠壓機(jī)在210kN壓力下擠壓為直徑為3cm的粒狀毛坯填料，毛坯填料干燥后在真空的環(huán)境中，以1000°C條件下焙燒2小時，冷卻后制成定性的催化微電解填料。
[0039]好氧活性污泥主要由好氧微生物有機(jī)體構(gòu)成，在高溫的環(huán)境中被碳化為CO2，焙燒后的填料形成網(wǎng)孔氣體通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料組分的比值改變?yōu)?鐵屑85%，活性炭12.24%，稀土金屬0.16%，粘土 2.6%。
[0040]實(shí)施例2:
[0041]首先以質(zhì)量濃度為4%的鹽酸對鐵屑酸洗30min，活化鐵屑，漂洗干凈后，分別再以粒徑為100目的鐵屑、粒徑為100目的活性炭粉末、粒徑為110目的稀土金屬La粉末、好氧活性污泥和粘土為原料，按照各原料組分質(zhì)量百分比為:鐵屑60%，粉末活性炭11%，稀土金屬粉末0.1%，好氧活性污泥(干基)27.8%，粘土 2%，充分?jǐn)嚢杌靹?，以對輥成粒擠壓機(jī)在220kNKN壓力下擠壓為直徑為6cm的粒狀毛坯填料，毛坯填料干燥后在氮?dú)猸h(huán)境中，以大于1200°C條件下焙燒I小時，冷卻后制成定性的催化微電解填料。
[0042]好氧活性污泥主要由好氧微生物有機(jī)體構(gòu)成，在高溫的環(huán)境中被碳化為CO2，焙燒后的填料形成網(wǎng)孔氣體通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料組分的比值改變?yōu)?鐵屑82.1%，活性炭15%，稀土金屬0.12%，粘土 2.78%。
[0043]實(shí)施例3:
[0044]首先以質(zhì)量濃度為5%的鹽酸對鐵屑酸洗25min，活化鐵屑，漂洗干凈后，分別再以粒徑為80目的鐵屑、粒徑為120目的活性炭粉末、粒徑為30目的稀土金屬Nd粉末、好氧活性污泥和粘土為原料，按照各原料組分質(zhì)量百分比為:鐵屑65%，粉末活性炭9%，稀土金屬粉末0.15%，好氧活性污泥(干基)23%，粘土 2.85%，充分?jǐn)嚢杌靹颍詫伋闪D壓機(jī)在250KN壓力下擠壓為直徑為5cm的粒狀毛坯填料，毛坯填料干燥后在氬氣的環(huán)境中，以大于IlOO0C條件下焙燒3小時，冷卻后制成定性的催化微電解填料。
[0045]好氧活性污泥主要由好氧微生物有機(jī)體構(gòu)成，在高溫的環(huán)境中被碳化為CO2，焙燒后的填料形成網(wǎng)孔氣體通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料組分的比值改變?yōu)?鐵屑 84.1%，活性炭 11.8%，稀土金屬 0.25%，粘土 3.75%。[0046]實(shí)施例4:
[0047]將實(shí)施例1的制備的鐵碳微電解有機(jī)廢氣催化分解填料處理谷氨酸發(fā)酵廢液噴漿造粒末端惡臭尾氣。
[0048]谷氨酸發(fā)酵廢液經(jīng)高溫濃縮蒸發(fā)后，在高溫條件下(500?550°C)噴漿造粒生產(chǎn)有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料，然而在高溫蒸發(fā)過程中，發(fā)酵廢液中的有機(jī)物被焦化，形成惡臭氣體與水蒸汽一起蒸發(fā)，此惡臭煙氣的pH為3?4,在進(jìn)入裝有鐵碳粒填料的分解塔內(nèi)，在鐵碳粒表面形成無數(shù)個微小的原電池，生成的[H]、Fe2+等與煙氣中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使煙氣中的VOCs被分解。運(yùn)行結(jié)果表明，惡臭異味得到治理，內(nèi)部網(wǎng)孔顆粒狀填料保持良好的通透性，未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。
[0049]在某氨基酸發(fā)酵工廠利用實(shí)施例1的制備的鐵碳微電解有機(jī)廢氣催化分解填料后，環(huán)保部門現(xiàn)場檢測的排放指標(biāo)如下:顆粒物:17.33mg/m3, 二氧化硫Omg/m3,氮氧化物Omg/m3,苯Omg/m3,苯胺類Omg/m3,非甲燒總烴1.32mg/m3,氨0.3mg/m3。實(shí)測數(shù)據(jù)明顯優(yōu)于中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)中的一級標(biāo)準(zhǔn)。
[0050]實(shí)施例5:
[0051]利用實(shí)施I制備的鐵碳微電解有機(jī)廢氣催化分解填料對制藥行業(yè)發(fā)酵氣體進(jìn)行治理，將發(fā)酵罐排出的廢氣通入裝有鐵碳粒填料的噴淋分解塔內(nèi)，塔頂噴淋PH為3的吸收液，在鐵碳粒表面形成無數(shù)個微小的原電池，生成的[H]、Fe2+等與發(fā)酵廢氣中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使廢氣中的VOCs被分解，運(yùn)行一定時間后，pH值上升，定期更換噴淋液。運(yùn)行結(jié)果表明，廢氣中異味消除，內(nèi)部網(wǎng)孔顆粒狀填料未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。在某制藥發(fā)酵企業(yè)使用后，環(huán)保部門現(xiàn)場檢測的排放指標(biāo)如下:顆粒物:15mg/m3, 二氧化硫Omg/m3,氮氧化物Omg/m3,苯Omg/m3,苯胺類Omg/m3,非甲燒總烴1.21mg/m3,氨0.78mg/m3。實(shí)測數(shù)據(jù)明顯優(yōu)于中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)中的一級標(biāo)準(zhǔn)。
[0052]上述雖然對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，其成品填料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:鐵屑80?85%，活性炭10?15%，稀土金屬0.1?0.3%，粘土 I?5% ;鐵碳微電解填料的直徑為3.0?6.0cm。
2.如權(quán)利要求1所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，其特征在于，所述有機(jī)混合廢氣治理的鐵碳微電解填料，其成品填料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:鐵屑80?85%，活性炭10?15%，稀土金屬0.15?0.2%，粘土 2?4%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，其特征在于，所述活性炭為粉末活性炭，粒度80?120目。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，其特征在于，所述稀土金屬包括Ce、La、Pr、Nd,所述稀土金屬為粉末狀,粒徑為90?130目。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料，其特征在于，所述鐵屑的粒徑為50?100目。
6.權(quán)利要求1所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料的制備方法，包括下列步驟: O以質(zhì)量濃度為6?4%的鹽酸對鐵屑酸洗20?30min活化鐵屑，漂洗干凈； 2)分別以鐵屑、活性炭粉末、稀土金屬粉末、好氧活性污泥和粘土為原料，按照質(zhì)量百分比為:鐵屑55?65%，粉末活性炭8?11%，稀土金屬粉末0.1?0.2%，好氧活性污泥(干基)23?35%，粘土 1.5?3%，充分?jǐn)嚢杌靹颍? 3)以對輥成粒擠壓機(jī)在210kN?250KN壓力下擠壓為直徑為3?6cm的粒狀毛坯填料； 4)毛坯填料干燥后在無空氣的環(huán)境中，以1000?1200°C條件下焙燒I?3小時，冷卻后即得所述的催化微電解填料。
7.如權(quán)利要求6所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料的制備方法，其特征在于，步驟3)所述的壓力為210?220KN。
8.如權(quán)利要求6所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料的制備方法，其特征在于，步驟4)中所述的無空氣的環(huán)境，包括真空、惰性氣體環(huán)境。所述惰性氣體環(huán)境包括氮?dú)?、氬氣環(huán)境。
9.如權(quán)利要求1所述的用于處理有機(jī)混合廢氣的鐵碳催化填料的制備方法，其特征在于，步驟4)中以1000?1100°C條件下焙燒2小時。
【文檔編號】B01D53/86GK103706368SQ201310721560
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】臧立華 申請人:齊魯工業(yè)大學(xué)