CN103706368A

CN103706368A - 一种用于处理有机混合废气的铁碳催化填料及其制备方法

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Publication number: CN103706368A
Application number: CN201310721560.1A
Authority: CN
Inventors: 臧立华
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: CN103706368B

Abstract

本发明属于铁碳微电解有机废气催化分解技术领域，具体涉及一种处理有机混合废气铁碳催化填料及其制备方法。其成品填料由以下质量百分比的组分组成：铁屑80～85%，活性炭10～15%，稀土金属0.1～0.3%，粘土1～5%；铁碳微电解填料的直径为3.0～6.0cm。得到的铁碳微电解填料具有良好的气体穿透网孔路径、强度、比表面积和原电池反应效应，由于铁原子间不直接接触，有效地防止填料表面钝化和填料的板结。

Description

一种用于处理有机混合废气的铁碳催化填料及其制备方法

技术领域

本发明属于铁碳微电解有机废气催化分解技术领域，具体涉及一种处理有机混合废气铁碳催化填料及其制备方法。

背景技术

工业生产过程中，大量使用高温蒸发浓缩工艺，富含有机物的液体在高温蒸发浓缩过程中，部分有机物裂解形成挥发性有机物（VOCs）与蒸发过程产生的水蒸汽和无机盐类形成混合恶臭气体，对环境造成极大的危害。现有报道的VOCs治理方法主要有：

（1）直接燃烧法：是利用高温氧化将VOCs转化为CO₂和H₂O的一种方法。VOCs气体进入燃烧室后，在足够高温度、过量空气、湍流的条件下完全燃烧的过程。

（2）催化氧化法：与直接燃烧法作用原理基本类同，只是在反应器内需要安装蜂窝状或片状催化剂。由于使用了催化剂，它可以在较低的温度下运行，从而降低了辅助燃料消耗和运行费用。

（3）生物法：是利用微生物在好氧条件下将有机物氧化为CO₂和H₂O，其反应过程和氧化法相似，但不是用热而是用生物去破坏VOCs。

（4）吸收法：是利用液体吸收液从气流中吸收气态VOCs的一种方法，常用于处理高湿度VOCs气流(>5O％)。

（5）吸附法：是利用吸附剂孔状结构的巨大表面积对VOCs进行吸附的一种方法。它适宜处理成分单一气流稳定、浓度为300-5000ppm的有机废气。

（6）浓缩法：是用冷却或加压法使VOCs气流达到饱和的一种方式，常与其它处理方法一起使用。一般用于处理沸点较高，浓度超过5％的VOCs气体。

（7）膜法：是根据膜对VOCs气体分子的大小选择性地阻挡的过程，可以部分或全部将VOCs截留。

然而在含有大量水蒸气的有机废气中，由于水蒸气的干扰和掩蔽作用，上述方法均无法实现VOCs的有效处理。

微电解技术是利用金属腐蚀原理，形成原电池通过一系列作用对有机物进行电化学处理。在含有传导性电解质的环境中，铁屑和炭粒形成无数个微小的原电池，在其作用空间形成一个电场，新生态的[H]、Fe²⁺等与环境中的有机物发生氧化还原反应，破坏有机物中的某些基团，甚至断链，达到对有机物分解的作用；生成的Fe²⁺进一步氧化为Fe³⁺，它们的水合物具有较强的吸附絮凝作用，实现对有机物的吸附。

而高温蒸发浓缩形成的混合烟气是由VOCs、水蒸汽和无机盐构成，在填料表面形成了一个无机盐的水环境，铁原子和碳原子之间会产生一种微弱的分子内部电流，产生的[H]、Fe²⁺等与吸附于铁碳颗粒表面的有机物发生氧化还原反应，实现对有机物的分解并且产生吸附絮凝效应，随液滴脱离铁碳颗粒表面。

发明内容

本发明的目的是以铁屑、粉末活性炭、好氧活性污泥、稀土金属粉末、粘土为原料，提供一种可用于高温蒸发浓缩过程中，对有机混合废气治理的铁碳微电解填料及其制备方法。该填料具有良好的气体穿透网孔路径、强度、比表面积和原电池反应效应，由于铁原子间不直接接触，有效地防止填料表面钝化和填料的板结。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，以铁屑、粉末活性炭、好氧活性污泥、稀土金属粉末、粘土为原料，制得的成品填料由以下质量百分比的组分组成：铁屑80～85%，活性炭10～15%，稀土金属0.1～0.3%，粘土1～5%；铁碳微电解填料的直径为3.0～6.0cm。

优选的，所述用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，其成品填料由以下质量百分比的组分组成：铁屑80-85%，活性炭10～15%，稀土金属0.15～0.2%，粘土2～4%。

优选的，所述活性炭为粉末活性炭，粒度80～120目。

优选的，所述稀土金属包括Ce、La、Pr、Nd，所述稀土金属为粉末状，稀土金属粉末粒径为90～130目。

优选的，所述铁屑的粒径为50～100目。

所述好氧活性污泥，为生活污水处理厂的好氧活性污泥，含水率＜60%。

用于处理有机混合废气的铁碳催化填料的制备方法，包括下列步骤：

1）以质量浓度为6～4%的盐酸对铁屑酸洗20～30min活化铁屑，漂洗干净后，

2）分别以铁屑、活性炭粉末、稀土金属粉末、好氧活性污泥和粘土为原料，按照质量百分比为：铁屑55-65%，粉末活性炭8-11%，稀土金属粉末0.1～0.2%，好氧活性污泥（干基）23-35%，粘土1.5～3%，充分搅拌混匀。

3）以对辊成粒挤压机在210kN～250KN压力下挤压为直径为3～6cm的粒状毛坯填料，

4）毛坯填料干燥后在无空气的环境中，以1000～1200℃条件下焙烧1～3小时，冷却后即得所述的催化微电解填料。

优选的，步骤3）所述的压力为210～220KN。

优选的，步骤4）中所述的无空气的环境，包括真空、惰性气体环境。所述惰性气体环境包括氮气、氩气环境。

优选的，步骤4）中以1000～1100℃条件下焙烧2小时。

好氧活性污泥主要由好氧微生物有机体构成，在高温的环境中被碳化为CO₂，焙烧后的填料形成网孔气体通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料各组分的质量比例改变为：铁屑80～85%，活性炭10～15%，稀土金属0.1～0.3%，粘土1～5%。好氧活性污泥在电解填料的制备过程中起到模版剂的作用，模版剂的选择对于介孔结构影响很大，从而影响催化效果。我们经过大量的实验，意外的发现，使用好氧活性污泥，不仅可以实现废弃物的资源化，减少三废的排放，而且得到的铁碳微电解填料比表面积成倍的增加，有利于原电池的反应。

本发明的有益效果在于：

1、本发明制备的填料为具有内部网孔颗粒状填料，利于气体的分布，并且比表面积成倍的增加，有利于原电池的反应。

2、本发明制备的填料中含有稀土金属元素，可以促进填料的原电池反应效率和防止填料表面的钝化。

3、本发明制备的填料在高温下焙烧，具有一定的强度，在反应中能保持其固有的形态。

4、本发明制备的填料由于铁原子间不直接接触，阻止了填料运行中的板结现象。

5、本发明利用了活性污泥，实现了废弃物的资源化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

首先以质量浓度为6%的盐酸对铁屑酸洗20min，活化铁屑，漂洗干净后，分别再以粒径为50目的铁屑、粒径为80目的活性炭粉末、粒径为90目的稀土金属Ce粉末、好氧活性污泥和粘土为原料，按照各原料组分质量百分比为：铁屑55.3%，粉末活性炭8%，稀土金属粉末0.1%，好氧活性污泥（干基）35%，粘土1.6%，充分搅拌混匀，以对辊成粒挤压机在210kN压力下挤压为直径为3cm的粒状毛坯填料，毛坯填料干燥后在真空的环境中，以1000℃条件下焙烧2小时，冷却后制成定性的催化微电解填料。

好氧活性污泥主要由好氧微生物有机体构成，在高温的环境中被碳化为CO₂，焙烧后的填料形成网孔气体通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料组分的比值改变为：铁屑85%，活性炭12.24%，稀土金属0.16%，粘土2.6%。

实施例2：

首先以质量浓度为4%的盐酸对铁屑酸洗30min，活化铁屑，漂洗干净后，分别再以粒径为100目的铁屑、粒径为100目的活性炭粉末、粒径为110目的稀土金属La粉末、好氧活性污泥和粘土为原料，按照各原料组分质量百分比为：铁屑60%，粉末活性炭11%，稀土金属粉末0.1%，好氧活性污泥（干基）27.8%，粘土2%，充分搅拌混匀，以对辊成粒挤压机在220kNKN压力下挤压为直径为6cm的粒状毛坯填料，毛坯填料干燥后在氮气环境中，以大于1200℃条件下焙烧1小时，冷却后制成定性的催化微电解填料。

好氧活性污泥主要由好氧微生物有机体构成，在高温的环境中被碳化为CO₂，焙烧后的填料形成网孔气体通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料组分的比值改变为：铁屑82.1%，活性炭15%，稀土金属0.12%，粘土2.78%。

实施例3：

首先以质量浓度为5%的盐酸对铁屑酸洗25min，活化铁屑，漂洗干净后，分别再以粒径为80目的铁屑、粒径为120目的活性炭粉末、粒径为30目的稀土金属Nd粉末、好氧活性污泥和粘土为原料，按照各原料组分质量百分比为：铁屑65%，粉末活性炭9%，稀土金属粉末0.15%，好氧活性污泥（干基）23%，粘土2.85%，充分搅拌混匀，以对辊成粒挤压机在250KN压力下挤压为直径为5cm的粒状毛坯填料，毛坯填料干燥后在氩气的环境中，以大于1100℃条件下焙烧3小时，冷却后制成定性的催化微电解填料。

好氧活性污泥主要由好氧微生物有机体构成，在高温的环境中被碳化为CO₂，焙烧后的填料形成网孔气体通道，由于填料中的活性污泥消失，成品填料组分的比值改变为：铁屑84.1%，活性炭11.8%，稀土金属0.25%，粘土3.75%。

实施例4：

将实施例1的制备的铁碳微电解有机废气催化分解填料处理谷氨酸发酵废液喷浆造粒末端恶臭尾气。

谷氨酸发酵废液经高温浓缩蒸发后，在高温条件下（500～550℃）喷浆造粒生产有机无机复合肥料，然而在高温蒸发过程中，发酵废液中的有机物被焦化，形成恶臭气体与水蒸汽一起蒸发，此恶臭烟气的pH为3～4，在进入装有铁碳粒填料的分解塔内，在铁碳粒表面形成无数个微小的原电池，生成的[H]、Fe²⁺等与烟气中的有机物发生氧化还原反应，使烟气中的VOCs被分解。运行结果表明，恶臭异味得到治理，内部网孔颗粒状填料保持良好的通透性，未出现板结现象。

在某氨基酸发酵工厂利用实施例1的制备的铁碳微电解有机废气催化分解填料后，环保部门现场检测的排放指标如下：颗粒物：17.33mg/m³，二氧化硫0mg/m³，氮氧化物0mg/m³，苯0mg/m³，苯胺类0mg/m³，非甲烷总烃1.32mg/m³，氨0.3mg/m³。实测数据明显优于中华人民共和国国家标准《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）和《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的一级标准。

实施例5：

利用实施1制备的铁碳微电解有机废气催化分解填料对制药行业发酵气体进行治理，将发酵罐排出的废气通入装有铁碳粒填料的喷淋分解塔内，塔顶喷淋pH为3的吸收液，在铁碳粒表面形成无数个微小的原电池，生成的[H]、Fe²⁺等与发酵废气中的有机物发生氧化还原反应，使废气中的VOCs被分解，运行一定时间后，pH值上升，定期更换喷淋液。运行结果表明，废气中异味消除，内部网孔颗粒状填料未出现板结现象。在某制药发酵企业使用后，环保部门现场检测的排放指标如下：颗粒物：15mg/m³，二氧化硫0mg/m³，氮氧化物0mg/m³，苯0mg/m³，苯胺类0mg/m³，非甲烷总烃1.21mg/m³，氨0.78mg/m³。实测数据明显优于中华人民共和国国家标准《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）和《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的一级标准。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，其成品填料由以下质量百分比的组分组成：铁屑80～85%，活性炭10～15%，稀土金属0.1～0.3%，粘土1～5%；铁碳微电解填料的直径为3.0～6.0cm。

2.如权利要求1所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，其特征在于，所述有机混合废气治理的铁碳微电解填料，其成品填料由以下质量百分比的组分组成：铁屑80～85%，活性炭10～15%，稀土金属0.15～0.2%，粘土2～4%。

3.如权利要求1或2所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，其特征在于，所述活性炭为粉末活性炭，粒度80～120目。

4.如权利要求1或2所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，其特征在于，所述稀土金属包括Ce、La、Pr、Nd，所述稀土金属为粉末状，粒径为90～130目。

5.如权利要求1或2所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料，其特征在于，所述铁屑的粒径为50～100目。

6.权利要求1所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料的制备方法，包括下列步骤：

1）以质量浓度为6～4%的盐酸对铁屑酸洗20～30min活化铁屑，漂洗干净；

2）分别以铁屑、活性炭粉末、稀土金属粉末、好氧活性污泥和粘土为原料，按照质量百分比为：铁屑55～65%，粉末活性炭8～11%，稀土金属粉末0.1～0.2%，好氧活性污泥（干基）23～35%，粘土1.5～3%，充分搅拌混匀；

3）以对辊成粒挤压机在210kN～250KN压力下挤压为直径为3～6cm的粒状毛坯填料；

7.如权利要求6所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述的压力为210～220KN。

8.如权利要求6所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料的制备方法，其特征在于，步骤4）中所述的无空气的环境，包括真空、惰性气体环境。所述惰性气体环境包括氮气、氩气环境。

9.如权利要求1所述的用于处理有机混合废气的铁碳催化填料的制备方法，其特征在于，步骤4）中以1000～1100℃条件下焙烧2小时。