一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料及其制备方法

摘要

本发明属于用于环境污染控制的吸附材料的技术领域，具体涉及一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料及其制备方法。该吸附材料具有三层结构，三层结构分别为为生物质石墨烯层、无纺布层以及混合材料层，所述生物质石墨烯用于吸附重金属物质，相比球形的吸附材料，增大了吸附面积以及吸附空间，且能够达到同时吸附污泥焚烧所产生的SO2、NOx等酸性气体以及重金属等物质，生物质石墨烯、无纺布层以及制备的混合材料层能够达到协同处理的作用；本发明的吸附材料的制备方法易于操作，所使用的原料来源易得且成本较低，制备过程简单，制得的吸附材料具有可降解性。

权利要求

1.一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料，其特征在于，其具有三层结构，三层结构分别为生物质石墨烯层、无纺布层以及混合材料层；

所述生物质石墨烯层的生物质石墨烯材料包括果皮石墨烯、木质石墨烯以及纤维素石墨烯的一种；

所述混合材料层的制备为：取海藻酸钠溶于水形成海藻酸钠溶液，取壳聚糖溶解于无机酸溶液中，搅拌充分溶解完之后，加入海藻酸钠溶液、废弃生物质材料以及钙基膨润土，搅拌形成具有粘性的溶液；

所述废弃生物质材料包括秸秆、果皮或者茶叶渣。

2.由权利要求1所述的吸附材料，其特征在于，所述秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆以及芦苇秸秆，所述果皮包括玉米皮、椰壳。

3.一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）制备混合材料：取海藻酸钠溶于水形成海藻酸钠溶液，取壳聚糖溶解于无机酸溶液中，搅拌充分溶解完之后，加入海藻酸钠溶液、废弃生物质材料以及钙基膨润土，搅拌形成具有粘性的溶液；

2）制备生物质石墨烯材料：取生物质石墨烯溶于DMF溶液；

3）制备吸附材料：将混合材料和生物质石墨烯材料分别涂覆与无纺布两侧，涂覆厚度为0.1 5mm，烘干即得吸附材料。

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4.由权利要求3所述的吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中的废弃生物质材料使用前经过预处理，预处理的操作包括将废弃生物质材料洗净、烘干并进行研磨粉碎处理，使得生物质材料的粒径小于50nm。

5.由权利要求3所述的吸附材料的制备方法，其特征在于，所述钙基膨润土和生物质石墨烯使用前均研磨至粒径小于50nm。

说明书

一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于用于环境污染控制的吸附材料的技术领域，具体涉及一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 污泥是生活污水处理厂及工业污水处理厂末端产物，为了减少污泥对地方的占用、减少对环境的污染，通常会对污泥进行脱水‑干化或者焚烧处理，污泥焚烧是对污泥的一种处置方式，污泥由有机物和无机物组成，是一种含水率较高的复杂物质，虽然焚烧污泥会将污泥中的有机物转化为二氧化碳、氮氧化物以及水等物质，能够回收热能，实现污泥的资源化利用，但是焚烧的同时也会产生烟气，而烟气中包含有大量的颗粒物、重金属、NOx、SO2等酸性气体以及二噁英物质，会对环境造成二次污染，因此需要对污泥焚烧产生的物质进行净化处理，避免二次污染。

[0003] 有相关统计，每吨垃圾污泥焚烧所产生的烟气体积一般在4500～6000立方米，其组成包未反应的空气、NOx、SO2、CO、HCl、HF、重金属(包括Hg、Cd、Pd、Ni等)、二噁英类、臭气等物质，有研究表明，污泥焚烧过程中所含重金属成分(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等)大部分都固定在飞灰中，较少数如Hg就会随着烟气排放到大气中。

[0004] 现有技术中对烟气中的酸性气体、重金属等污染物的处理多数采用设备结合吸附材料的一体化技术，虽然能够达到协同脱除的作用，但是脱除的效率不够理想，且对技术要求高，所需的设备和材料成本亦较高，也有纯粹采用吸附材料对污泥焚烧产生的含碳、含氮、含硫气体或者重金属物质进行针对性的处理，对焚烧产生的二次污染为能够得到很好的处理，且多数吸附材料采用有机溶剂制得，使用之后不能够完全降解，还可能再次造成环境污染。

[0005] 因吸附材料具有吸附性能、化学稳定性较优、耐酸碱、耐高温、且成本较低等特点，随着对技术要求的增加，相关研发人员对吸附材料作出趋向环保、高效率的改变，以期达到能够综合处理污泥焚烧的烟气、高效脱除的同时，能够使得吸附材料能够回收利用的效果。

发明内容

[0006] 针对以上问题，本发明的目的在于提供一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料及其制备方法，使得其能够同时脱除污泥焚烧过程中产生的SO2、NOx及重金属物质。

[0007] 本发明的技术内容如下：

[0008] 一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料，其具有三层结构，三层结构分别为为生物质石墨烯层、无纺布层以及混合材料层，所述生物质石墨烯用于吸附重金属物质，能够有效吸附污泥焚烧所产生的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等金属，其能够氧化Hg使其形成Hg离子并吸附，所述混合材料层主要用于吸附污泥焚烧所产生的酸性气体SO2、NOx，所述无纺布层能够促进其两侧吸收组分的交换，以此促进吸收；

[0009] 所述生物质石墨烯层的生物质石墨烯材料包括果皮石墨烯、木质石墨烯以及纤维素石墨烯的一种；

[0010] 所述复合材料层的组成成分包括海藻酸钠、废弃生物质材料、钙基膨润土、以及壳聚糖；

[0011] 所述废弃生物质材料包括秸秆、果皮或者茶叶渣；

[0012] 所述秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆以及芦苇秸秆，所述果皮包括玉米皮、椰壳。

[0013] 一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

[0014] 1)制备混合材料：取海藻酸钠溶于水形成海藻酸钠溶液，取壳聚糖溶解于无机酸溶液中，搅拌充分溶解完之后，加入海藻酸钠溶液、废弃生物质材料以及钙基膨润土，搅拌形成具有粘性的溶液；

[0015] 2)制备生物质石墨烯材料：取生物质石墨烯溶于DMF溶液；

[0016] 3)制备吸附材料：将混合材料和生物质石墨烯材料分别涂覆与无纺布两侧，涂覆厚度为0.1～5mm，烘干即得吸附材料；

[0017] 步骤1)中的废弃生物质材料使用前经过预处理，预处理的操作包括将废弃生物质材料洗净、烘干并进行研磨粉碎处理，使得生物质材料的粒径小于50nm；

[0018] 所述钙基膨润土和生物质石墨烯使用前均研磨至粒径小于50nm。

[0019] 本发明的有益效果如下：

[0020] 本发明的用于净化污泥焚烧产生的烟气的吸附材料，其形成的平面的三层结构，相比球形的吸附材料，增大了吸附面积以及吸附空间，且能够达到同时吸附污泥焚烧所产生的SO2、NOx等酸性气体以及重金属等物质，生物质石墨烯、无纺布层以及制备的混合材料层能够达到协同处理的作用；

[0021] 本发明的吸附材料的制备方法易于操作，所使用的原料来源易得且成本较低，制备过程简单，制得的吸附材料具有可降解性；使用之后的吸附材料可将三层结构拆解，无纺布可重新利用，石墨烯材料和混合材料分别进行降解处理之后的原料可重复利用。

具体实施方式

[0022] 以下通过具体的实施案例对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

[0023] 若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。

[0024] 一种用于净化污泥焚烧烟气的吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

[0025] 1)制备混合材料：取10g海藻酸钠溶于8g水形成海藻酸钠溶液，取10g壳聚糖溶解于8g无机酸溶液中，搅拌充分溶解完之后，加入海藻酸钠溶液、5g废弃生物质材料以及2g钙基膨润土，搅拌形成具有粘性的溶液；

[0026] 2)制备生物质石墨烯材料：取8g生物质石墨烯溶于5gDMF溶液；

[0027] 3)制备吸附材料：取一片无纺布材料，洗净烘干之后，将混合材料和生物质石墨烯材料分别涂覆与无纺布两侧，涂覆厚度为0.1～5mm，烘干至吸附材料的水分含量为10％左右，即得吸附材料；

[0028] 步骤1)中的废弃生物质材料使用前经过预处理，预处理的操作包括将废弃生物质材料洗净、烘干并进行研磨粉碎处理，使得生物质材料的粒径小于50nm；

[0029] 所述钙基膨润土和生物质石墨烯使用前均研磨至粒径小于50nm。

[0030] 取某处垃圾场的污泥10kg于焚烧处理厂进行焚烧处理，并采用本实施例制得的吸附材料对焚烧所产生的的废弃物进行吸附处理，并采用市场购买的活性碳做对照实验，处理时间分别为24h，得到的结果如下表所示：

[0031] 表1吸附材料处理污泥焚烧烟气的结果

[0032]

[0033] 由表可知，采用本实施例制得的吸附材料对污泥焚烧烟气的净化处理能够达到同时脱除酸性气体和重金属的效果，且处理之后的烟气排放物达到国家标准。

[0034] 本实施例制得的吸附材料经过对烟气的吸附处理之后，可将无纺布两侧的涂覆材料拆开，进行降解处理，即可重新进行回收利用，无纺布层亦可重新利用。