[發(fā)明專利]一種改性固體廢棄物赤泥催化劑及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111135833A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 陳志偉;林若蘭;林曉薇;陸原和怡;張勁豪
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J37/03;B01J37/08;B01J37/10;C10G11/04
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發(fā)明公開了一種改性固體廢棄物赤泥催化劑及其制備方法和應用，屬于催化劑材料制備技術領域。本發(fā)明以源自廣西平果和內蒙古赤峰的赤泥為原料，經過篩分干燥后使用鹽酸或硝酸對赤泥進行酸處理后再使用飽和氫氧化鈉進行堿沉淀，最后洗滌至中性。然后在不同的溫度條件下焙燒不同的時長得到催化劑樣品，用來探究其對焦油模型化合物萘的催化效果。所得催化劑催化裂解焦油模型化合物萘時表現(xiàn)出了良好的催化活性，而在反應過程中添加高溫氣化下的去離子水水蒸氣進行萘的催化重整時，產氣量和產氣中的氫氣含量明顯提高。

技術領域

本發(fā)明屬于催化劑材料制備技術領域，涉及一種危險固體廢棄物赤泥生物質脫焦油催化劑的制備方法與應用。具體地說，是一種以低成本赤泥為原料的催化劑的制備方法與應用。

背景技術

國內外關于使用催化劑催化重整生物質氣化過程中產生焦油的報道相當多，如使用白云石、橄欖石、鎳基催化劑以及生物質炭等。鎳基催化劑雖然催化效果好，但其在高溫反應過程中容易因積碳和燒結而導致活性降低甚至完全失活。同樣天然催化劑白云石和橄欖石等也常被選為裂解焦油的催化劑，白云石在焦油蒸汽重整中具有較高催化活性，但其機械強度低；而橄欖石雖具有價格低廉、耐磨性強等特優(yōu)點但其原料比表面積小，需在較高溫度下煅燒且在反應過程中易積碳而失活。生物質炭催化劑具有低價易得、催化效果好、不易失活且能保持高催化活性等優(yōu)點但其在催化過程中本身有損耗需連續(xù)供給，這一缺陷限制了其在工業(yè)生產中的大規(guī)模應用。

目前，關于赤泥材料催化裂解生物質焦油的研究幾乎空白，應用在生物質氣化上也較少。赤泥是氧化鋁工業(yè)上生產的廢渣，其中含有的金屬元素較多，能作為很好的催化活性組分（李建芬. 生物質催化熱解和氣化的應用基礎研究[D]. 華中科技大學, 2007）。赤泥原料雖然含有較多的活性金屬元素但其具有堿性強、粒度分布不均勻、結構松散且表觀性能差等缺點。目前世界上主要通過露天堆積的方法來處理赤泥，使其被列入固體廢棄物行列。要想將其轉化為經濟效益較高價值的產品，須對其進行改性處理。

Gonzalez（Reduction of tars by dolomite cracking during two-stagegasification of olive cake[J]. Biomass Bioenergy, 35(10): 4324-4330.）研究了白云石催化劑對橄欖木氣化過程中的副產物焦油的裂解作用，發(fā)現(xiàn)白云石不僅有助于焦油裂解，還能增加氣體產量和產物中氫氣的占比。Devi（Catalytic decomposition ofbiomass tars: use of dolomite and untreated olivine[J], 30(4): 565-587.）分別研究了煅燒白云石和天然白云石、橄欖石的催化活性，發(fā)現(xiàn)橄欖石在750℃效果比白云石好，在900℃低于白云石。Rapagna（Steam-gasification of biomass in a fluidised-bedof olivine particles[J]. Biomass Bioenergy, 2000, 19(3): 187-197.）研究過橄欖石的催化活性發(fā)現(xiàn)其去除焦油的效果很好并且其活性與煅燒的白云石相當。類比于上述天然催化劑在脫焦油的應用，赤泥的主要礦物為文石和方解石，含量為60%~65%，其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦。具有較好的潛在應用價值，為此發(fā)明提供了理論基礎和借鑒意義。

GozdeDuman（ Hydrogen production from algal biomass via steamgasification[J]. Bioresour Technol, 2014, 166(8):24-30.）將赤泥加入到鹽酸中煮沸2 h后冷卻，然后用氨水調至pH為8，隨即用蒸餾水洗滌。最后于105 ℃下干燥后在500 ℃的溫度條件下煅燒2 h制得催化劑。用所得催化劑在N₂氣氛中850 ℃條件下催化重整來源于海草氣化得到焦油，焦油轉化率高達90%。