[發明專利]一種生物質熱解焦油資源化利用的新方法

在審

• 申請號: 202010565594.6
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN112138643A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉振剛;李東
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J23/745;B01J27/22;B01J35/00;B01J35/02;B01J35/10;B01J37/00;B01J37/08
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本發明針對生物質熱解焦油總量巨大、無資源化利用途徑等現狀，確立了一種生物質熱解焦油綠色、高效、快速的資源化利用新方法。該方法通過球磨對焦油和活性金屬鹽固體在無水溶液存在的條件下進行物理混合，隨后對混合物進行煅燒合成具有高催化活性的石墨基類芬頓催化劑。本發明提供了一種操作簡單、快速、高效且綠色無溶劑的合成方法，為廢棄焦油的高價值資源化利用找到了合適的新方法，并且能夠擴展至其他廢棄碳材料的高價值回收利用，具有重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種生物質焦油綠色無溶劑資源化處理新方法，屬于環境保護與資源綜合利用領域中的固體廢棄物處理處置新技術。

技術背景

作為一種可再生、儲量巨大的能源，生物質能現已引起了人們的廣泛關注，具有廣闊的應用前景。中國作為農業大國，每年會產生大量的廢棄生物質——農林廢棄物，其中近9000萬噸的農林廢棄物用于發電產業，能有效的節約煤炭資源，較少二氧化碳排放。然而，這些生物質通過熱化學途徑轉化為電能的過程中，會不可避免地產生一種副產物——焦油。這是一種組分復雜、可冷凝的有機物混合體，最高產率可達40％以上。這種副產物焦油不僅會污染阻塞設備，還會造成環境污染。因此，開發高價值利用的方法十分重要。生物質熱解焦油富含芳香族化合物，具有碳含量高、灰分低和熱塑性等特點，是潛在的優質碳質前驅體。因此，可用于負載活性催化物質或是活化制備多孔碳材料。特別是，碳質材料易與其他具有催化活性的物質結合形成復合材料，兩者之間能夠產生協同作用，從而具有較高的催化性能，是理想的低成本載體材料。

在廢水處理工藝中，芬頓法是一種成本低廉、操作簡單、適用范圍廣的工藝，通過催化劑亞鐵離子催化過氧化氫產生具有高活性的羥基自由基，高效氧化處理廢水中的有機物。然而，亞鐵離子這種均相催化劑在實際廢水處理過程中需要高酸性環境，并且處理后會形成較難分離去除的鐵泥，這些缺點限制了它的應用。而固體氧化鐵可作為非均相類芬頓催化劑克服這些缺點，替代傳統的亞鐵離子催化劑。同時，氧化鐵具有光催化性能，可作為光催化劑協同催化降解污染物。

復合材料通過不同物質之間的協同效應，會表現出比單一物質更高的催化性能。活性鐵物質(零價鐵、氧化鐵等)與其他活性金屬(錳、鈷、鎳等)復合得到的催化劑往往具有更好的催化性能。并且，過渡金屬可以催化碳質材料在一定溫度下轉化為石墨碳，而石墨碳又是一種具有電子遷移率高、傳質速度快、光吸收能力強等諸多優點的制備非均相催化劑的理想載體。因此，可將廢棄物焦油作為碳質前體與鐵等活性金屬結合制備催化劑，達到對廢棄物資源的高價值利用。

傳統的催化劑材料制備方法需要將載體浸沒在金屬鹽溶液中，會產生大量的廢水，因此發展一種工藝簡單、無溶劑的綠色合成方法是十分有價值的。

發明內容

本發明的目的是為解決生物質焦油無法高價值利用的問題，將焦油與其他活性物質進行復合，合成制備具有催化性能的催化劑材料，該材料具有較高的催化性能、適應酸堿工作環境、易回收以及可循環使用。本發明要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、快速高效的焦油基催化劑綠色合成方法，采用球磨法對材料進行機械混合，避免傳統制備方法中需要使用溶液的缺點；同時利用球磨的機械力使活性物質在焦油載體上均勻分散，從而提高催化劑的催化性能。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種生物質熱解焦油資源化利用的新方法，包括以下步驟：

(1)將生物質焦油與草酸鐵按一定比例加入到球磨罐中，按照設定的程序球磨一定時間后取出；

(2)將步驟(1)中得到的粉末混合物進行高溫煅燒；

(3)將步驟(2)中煅燒得到材料冷卻后存于氮氣氛圍下，得到合成的石墨基類芬頓催化劑。

進一步地，在步驟(1)中，草酸鐵可由硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵等鐵鹽代替，生物質焦油為任何生物質經過熱化學處理后得到的副產物焦油，生物質焦油與鐵鹽的質量比為2:1～10:1。