CN115957793A - 一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，涉及大气污染控制技术领域。该生物炭基催化剂及其合成方法和应用，包括生物炭，所述生物炭基氧化还原反应催化剂的比表面积为360m/g～800m/g，步骤一、首先对小麦秸秆进行酸洗预处理：将小麦秸秆先用一定量浓度的硝酸溶液处理，再用去离子水清洗，得到酸洗预处理的小麦秸秆；步骤二、将小麦秸秆粉碎至粒径为40‑200目得到小麦秸秆粉，再用温度为600‑800℃、氮气氛围条件下。通过高活性生物炭基催化剂具备多元金属的催化特性，炭、盐混合物在惰性气体氧化技术体系，呈现出对VOCs同步去除的高效性能，农业废弃物秸秆为生物炭原料，秸秆盐酸洗涤为还原剂多种金属离子转化为高活性的零价金属催化剂颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染控制技术领域，具体为一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用。
背景技术
羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)广泛存在于大气环境中，并且COS是对流层和平流层底的主要含硫气体，它们的来源可分为自然源和人为源。COS和CS2在工业生产和使用过程中排放到大气环境，会对环境和人体造成严重的污染和危害。在大气中，CS2也可以被催化氧化成COS。工业生产中微量的COS和CS2对催化剂有毒害作用，使其催化效果和使用寿命受到严重的影响。由于COS和CS2会通过缓慢的水解反应生成硫化氢(H2S)，腐蚀生产设备，不仅给工业生产带来了很大的经济损失，而且增加了设备投资和产品成本。同时COS和CS2的吸入对人类身体健康存在较大的危害。黄磷尾气中COS和CS2是共存的典型有机硫气体，黄磷尾气的净化及资源化利用前提必须同时脱除COS和CS2。
本发明提供了一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，其中用的生物炭基催化剂的原料采用秸秆进行碳化，并且采用盐酸洗涤对VOCs进行吸附与处理利用，不产生有害污染物，既能解决生物质废弃物的处置问题，也能有效防治大气污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，解决了采用秸秆进行碳化，并且采用盐酸洗涤对VOCs进行吸附与处理利用，不产生有害污染物，既能解决生物质废弃物的处置问题，也能有效防治大气污染的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，包括生物炭，所述生物炭基氧化还原反应催化剂的比表面积为360m/g～800m/g。
优选的，一种生物炭基催化剂的合成方法，包括以下步骤；
步骤一、首先对小麦秸秆进行酸洗预处理：将小麦秸秆先用一定量浓度的硝酸溶液处理，再用去离子水清洗，得到酸洗预处理的小麦秸秆；
步骤二、将小麦秸秆粉碎至粒径为40-200目得到小麦秸秆粉，再用温度为600-800℃、氮气氛围条件下，将步骤一所得小麦秸秆粉焙烧1—3h得到碳粉；
步骤三、进一步地加入生物炭与氯化亚砜、二甲基甲酰胺混合均匀，然后在温度为40-90℃、超声条件下浸渍反应1—3h，采用无水四氢呋喃洗涤，真空过滤即得甲酰氯茶梗基生物炭吸附催化剂。
优选的，所述步骤一包括以下步骤，将清洗完成的秸秆进行105℃干燥12小时，再通过研磨机粉碎后过40-200目筛；得到的1000g秸秆粉在600℃管式炉中热解3小时，升温速率5℃/min；残留物先用0.1mol/L盐酸洗涤，再取适量去离子水水洗三次至中性，产物于105℃下干燥12小时后取出备用。
优选的，所述步骤二还包括以下步骤，将步骤二所得碳粉、炭和盐混合物加入到硝酸溶液中混合均匀，在温度为80℃条件下反应2h，过滤、洗涤、干燥即得生物炭。
优选的，所述步骤二还包括以下步骤，炭化中所用到的秸秆来源于小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗中的至少一种。
优选的，所述炭、盐混合物在惰性气体氛围下进行升温，经高温掺杂处理后停止加热，冷却至室温，并依次进行酸洗、水洗和干燥，得到氮、磷共掺杂的生物炭基氧化还原反应催化剂，高温掺杂处理的温度为700℃～900℃。
优选的，所述惰性气体氛围为氮气氛围或氩气氛围，升温的速率为5℃/min～10℃/min，并且保温时间为6h～10h。
优选的，一种生物炭基催化剂的应用，所述生物炭基催化剂主要用于VOCs为处理条件，保持反应器的转鼓转数为0.2～2r/min，pH为6.5～7.5，温度为25～30℃，处理的VOCs的浓度值为350-1000mg/m的应用。
本发明提供了一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用。具备以下有益效果：
本发明通过高活性生物炭基催化剂具备多元金属的催化特性，炭、盐混合物在惰性气体氧化技术体系，呈现出对VOCs同步去除的高效性能，农业废弃物秸秆为生物炭原料，秸秆盐酸洗涤为还原剂多种金属离子转化为高活性的零价金属催化剂颗粒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明实施例提供一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，包括生物炭，生物炭基氧化还原反应催化剂的比表面积为700m/g。
步骤一、首先对小麦秸秆进行酸洗预处理：将小麦秸秆先用一定量浓度的硝酸溶液处理，再用去离子水清洗，得到酸洗预处理的小麦秸秆；
步骤二、将小麦秸秆粉碎至粒径为50目得到小麦秸秆粉，再用温度为700℃、氮气氛围条件下，将步骤一所得小麦秸秆粉焙烧2h得到碳粉；
步骤三、进一步地加入生物炭与氯化亚砜、二甲基甲酰胺混合均匀，然后在温度为80℃、超声条件下浸渍反应1.5h，采用无水四氢呋喃洗涤，真空过滤即得甲酰氯茶梗基生物炭吸附催化剂，通过高活性生物炭基催化剂具备多元金属的催化特性，炭、盐混合物在惰性气体氧化技术体系，呈现出对VOCs同步去除的高效性能，农业废弃物秸秆为生物炭原料，秸秆盐酸洗涤为还原剂多种金属离子转化为高活性的零价金属催化剂颗粒。
步骤一包括以下步骤，将清洗完成的秸秆进行105℃干燥12小时，再通过研磨机粉碎后过50目筛；得到的1000g秸秆粉在600℃管式炉中热解3小时，升温速率5℃/min；残留物先用0.1mol/L盐酸洗涤，再取适量去离子水水洗三次至中性，产物于105℃下干燥12小时后取出备用。
步骤二还包括以下步骤，将步骤二所得碳粉、炭和盐混合物加入到硝酸溶液中混合均匀，在温度为80℃条件下反应1.4h，过滤、洗涤、干燥即得生物炭。
步骤二还包括以下步骤，炭化中所用到的秸秆来源于小麦。
炭、盐混合物在惰性气体氛围下进行升温，经高温掺杂处理后停止加热，冷却至室温，并依次进行酸洗、水洗和干燥，得到氮、磷共掺杂的生物炭基氧化还原反应催化剂，高温掺杂处理的温度为750℃。
惰性气体氛围为氮气氛围或氩气氛围，升温的速率为7℃/min，并且保温时间为8h。
生物炭基催化剂主要用于VOCs为处理条件，保持反应器的转鼓转数为1.5r/min，pH为7，温度为25℃，处理的VOCs的浓度值为900mg/m的应用。
实施例二：
本发明实施例提供一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，包括生物炭，生物炭基氧化还原反应催化剂的比表面积为700m/g。
步骤一、首先对小麦秸秆进行酸洗预处理：将小麦秸秆先用一定量浓度的硝酸溶液处理，再用去离子水清洗，得到酸洗预处理的小麦秸秆；
步骤二、将小麦秸秆粉碎至粒径为50目得到小麦秸秆粉，再用温度为700℃、氮气氛围条件下，将步骤一所得小麦秸秆粉焙烧2h得到碳粉；
步骤三、进一步地加入生物炭与氯化亚砜、二甲基甲酰胺混合均匀，然后在温度为90℃、超声条件下浸渍反应1.5h，采用无水四氢呋喃洗涤，真空过滤即得甲酰氯茶梗基生物炭吸附催化剂，通过高活性生物炭基催化剂具备多元金属的催化特性，炭、盐混合物在惰性气体氧化技术体系，呈现出对VOCs同步去除的高效性能，农业废弃物秸秆为生物炭原料，秸秆盐酸洗涤为还原剂多种金属离子转化为高活性的零价金属催化剂颗粒。
步骤一包括以下步骤，将清洗完成的秸秆进行105℃干燥12小时，再通过研磨机粉碎后过50目筛；得到的1000g秸秆粉在600℃管式炉中热解3小时，升温速率5℃/min；残留物先用0.1mol/L盐酸洗涤，再取适量去离子水水洗三次至中性，产物于105℃下干燥12小时后取出备用。
步骤二还包括以下步骤，将步骤二所得碳粉、炭和盐混合物加入到硝酸溶液中混合均匀，在温度为100℃条件下反应2h，过滤、洗涤、干燥即得生物炭。
步骤二还包括以下步骤，炭化中所用到的秸秆来源于小麦。
炭、盐混合物在惰性气体氛围下进行升温，经高温掺杂处理后停止加热，冷却至室温，并依次进行酸洗、水洗和干燥，得到氮、磷共掺杂的生物炭基氧化还原反应催化剂，高温掺杂处理的温度为1000℃。
惰性气体氛围为氮气氛围或氩气氛围，升温的速率为7℃/min，并且保温时间为8h。
生物炭基催化剂主要用于VOCs为处理条件，保持反应器的转鼓转数为1.5r/min，pH为7，温度为25℃，处理的VOCs的浓度值为900mg/m的应用。
实施例三：
本发明实施例提供一种生物炭基催化剂及其合成方法和应用，包括生物炭，生物炭基氧化还原反应催化剂的比表面积为700m/g。
步骤一、首先对小麦秸秆进行酸洗预处理：将小麦秸秆先用一定量浓度的硝酸溶液处理，再用去离子水清洗，得到酸洗预处理的小麦秸秆；
步骤二、将小麦秸秆粉碎至粒径为50目得到小麦秸秆粉，再用温度为700℃、氮气氛围条件下，将步骤一所得小麦秸秆粉焙烧4h得到碳粉；
步骤三、进一步地加入生物炭与氯化亚砜、二甲基甲酰胺混合均匀，然后在温度为80℃、超声条件下浸渍反应5h，采用无水四氢呋喃洗涤，真空过滤即得甲酰氯茶梗基生物炭吸附催化剂，通过高活性生物炭基催化剂具备多元金属的催化特性，炭、盐混合物在惰性气体氧化技术体系，呈现出对VOCs同步去除的高效性能，农业废弃物秸秆为生物炭原料，秸秆盐酸洗涤为还原剂多种金属离子转化为高活性的零价金属催化剂颗粒。
步骤一包括以下步骤，将清洗完成的秸秆进行105℃干燥12小时，再通过研磨机粉碎后过50目筛；得到的1000g秸秆粉在600℃管式炉中热解3小时，升温速率5℃/min；残留物先用0.1mol/L盐酸洗涤，再取适量去离子水水洗三次至中性，产物于105℃下干燥12小时后取出备用。
步骤二还包括以下步骤，将步骤二所得碳粉、炭和盐混合物加入到硝酸溶液中混合均匀，在温度为80℃条件下反应6h，过滤、洗涤、干燥即得生物炭。
步骤二还包括以下步骤，炭化中所用到的秸秆来源于小麦。
炭、盐混合物在惰性气体氛围下进行升温，经高温掺杂处理后停止加热，冷却至室温，并依次进行酸洗、水洗和干燥，得到氮、磷共掺杂的生物炭基氧化还原反应催化剂，高温掺杂处理的温度为750℃。
惰性气体氛围为氮气氛围或氩气氛围，升温的速率为7℃/min，并且保温时间为8h。
生物炭基催化剂主要用于VOCs为处理条件，保持反应器的转鼓转数为1.5r/min，pH为7，温度为25℃，处理的VOCs的浓度值为900mg/m的应用。
| 温度 | 时间 | 表面积500～1700 | |
| 实施例一 | 80 | 2 | 900 |
| 实施例二 | 90 | 2 | 400 |
| 实施例三 | 80 | 4 | 200 |
具体参数表1
由此可知本发明中的生物炭基催化剂的吸附效果最好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种生物炭基催化剂，包括生物炭，其特征在于；所述生物炭基氧化还原反应催化剂的比表面积为360m/g～800m/g。
2.一种生物炭基催化剂的合成方法，根据权利要求1所述的一种生物炭基催化剂，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一、首先对小麦秸秆进行酸洗预处理：将小麦秸秆先用一定量浓度的硝酸溶液处理，再用去离子水清洗，得到酸洗预处理的小麦秸秆；
步骤二、将小麦秸秆粉碎至粒径为40-200目得到小麦秸秆粉，再用温度为600-800℃、氮气氛围条件下，将步骤一所得小麦秸秆粉焙烧1—3h得到碳粉；
步骤三、进一步地加入生物炭与氯化亚砜、二甲基甲酰胺混合均匀，然后在温度为40-90℃、超声条件下浸渍反应1—3h，采用无水四氢呋喃洗涤，真空过滤即得甲酰氯茶梗基生物炭吸附催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种生物炭基催化剂的合成方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤，将清洗完成的秸秆进行105℃干燥12小时，再通过研磨机粉碎后过40-200目筛；得到的1000g秸秆粉在600℃管式炉中热解3小时，升温速率5℃/min；残留物先用0.1mol/L盐酸洗涤，再取适量去离子水水洗三次至中性，产物于105℃下干燥12小时后取出备用。
4.根据权利要求2所述的一种生物炭基催化剂的合成方法，其特征在于：所述步骤二还包括以下步骤，将步骤二所得碳粉、炭和盐混合物加入到硝酸溶液中混合均匀，在温度为70-90℃条件下反应1—3h，过滤、洗涤、干燥即得生物炭。
5.根据权利要求2所述的一种生物炭基催化剂的合成方法，其特征在于：所述步骤二还包括以下步骤，炭化中所用到的秸秆来源于小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种生物炭基催化剂的合成方法，其特征在于：所述炭、盐混合物在惰性气体氛围下进行升温，经高温掺杂处理后停止加热，冷却至室温，并依次进行酸洗、水洗和干燥，得到氮、磷共掺杂的生物炭基氧化还原反应催化剂，高温掺杂处理的温度为700℃～900℃。
7.根据权利要求2所述的一种生物炭基催化剂的合成方法，其特征在于：所述惰性气体氛围为氮气氛围或氩气氛围，升温的速率为5℃/min～10℃/min，并且保温时间为6h～10h。
8.一种生物炭基催化剂的应用，根据权利要求1所述的一种生物炭基催化剂，其特征在于：所述生物炭基催化剂主要用于VOCs为处理条件，保持反应器的转鼓转数为0.2～2r/min，pH为6.5～7.5，温度为25～30℃，处理的VOCs的浓度值为350-1000mg/m的应用。
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2023
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