[發明專利]一種污泥基生物炭、制備方法及其在吸附二氧化碳方面的應用

在審

• 申請號: 202210150310.6
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114505055A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張志遠;張力琳;王許濤;周恒濤;鞠睿;饒培軍;朱煥光
• 申請（專利權）人: 河南城建學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/34;B01D53/02;C02F11/00;C02F11/10
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發明涉及污泥基生物炭技術領域，具體涉及一種污泥基生物炭、制備方法及其在吸附二氧化碳方面的應用。本發明通過在含水率高的活性污泥中混入適量稻殼進行水熱炭化制備污泥基生物炭，借助稻殼在炭化過程中的支撐作用，提高污泥基生物炭的比表面積和微孔結構，對其進行進一步的酸洗活化和氨基改性，使其二氧化碳的吸附能力更強，從而使其在進行煙氣中二氧化碳的吸附時具有極高的吸附量和吸附效率。

技術領域

本發明涉及污泥基生物炭技術領域，具體涉及一種污泥基生物炭、制備方法及其在吸附二氧化碳方面的應用。

背景技術

二氧化碳(CO₂)作為主要的溫室氣體之一，在大氣層中的濃度逐年增高，加劇了全球變暖的趨勢。諸多減少CO₂排放的技術和方法中，CO₂捕集、利用與封存技術(CarbonCapture,Utilization and Storage,CCUS)現階段被認為是控制大氣層CO₂濃度以減緩氣候變化最有效的途徑。CCUS技術是指將CO₂從能源利用過程的排放源中分離并進行捕集，然后作為原料進行工業和農業轉化利用，或運輸到適宜的場地進行封存，實現CO₂與大氣長期隔離的技術體系。然而，不管是對CO₂的轉化利用，還是封存固定，對其捕獲都是必要的前提。

多孔炭材料孔隙結構發達、比表面積高、熱化學穩定性良好、易于再生且具有較強的可調控性，在CO₂吸附領域具有廣闊的應用前景，但是由于制備成本較高而限制了實際應用。將生物質在高溫環境下進行熱裂解可以得到固態生物炭產物，生物炭具有一定的吸附能力，并且成本相對較低。而當以廢棄物為原料制備生物炭時，相比常規的生物質具有更大的經濟優勢。因此，以廢棄物為原料開發CO₂吸附性能優良的生物炭，不僅能夠降低生產成本，還具有重要的環保意義和實用價值。

污泥是污水處理過程中沉降下來的粘稠絮凝體，其中含有大量的重金屬、蟲卵、病原體和有機污染物，對環境具有嚴重的危害性。污泥中碳元素含量較高，具有制備污泥基生物炭的基本條件。污泥基生物炭(Sludge-Derived Biochar,SDBC)制備工藝主要包括熱裂解和活化兩個部分，將污泥在無氧或缺氧環境下進行高溫熱裂解，促進孔隙結構形成和炭化程度增加，在此過程中或在后期輔以有效的物理或化學活化處理方式，進一步有針對性地提高污泥基生物炭的孔隙結構、比表面積、吸附特性和選擇分離特性等。該工藝不僅能夠降低污泥容積、殺死蟲卵和病原體、鈍化污泥中重金屬，還可以得到氣態可燃氣和液態焦油作為能源使用。此外，污泥中重金屬含量較高，不僅在制備過程中能起到催化作用，還能使污泥基生物炭表面產生豐富的含氧官能團(-COOMe和-OMe，Me表示金屬原子)，進而增強吸附性能。但是污泥基生物炭應用于CO₂吸附領域的相關研究較少，且研究成果并不理想，對煙道溫度下混合氣體的CO₂選擇性吸附研究更為鮮見，因此提供一種能夠用于吸附煙氣中二氧化碳的污泥基水泥生物炭具有極大的經濟意義。

發明內容

基于上述內容，本發明的目的在于提供一種污泥基生物炭、制備方法及其在吸附二氧化碳方面的應用。通過將在污泥中混入適量稻殼進行熱解炭化制備污泥基生物炭，借助稻殼在碳化過程中的支撐作用，提高污泥基生物炭的比表面積和微孔結構，借助酸洗活化和氨基改性的方法從而使其二氧化碳的吸附能力更強。

本發明的技術方案之一，一種污泥基生物炭，以污泥和稻殼的混合物為原料，進行水熱炭化，然后經過酸洗活化和氨基改性得到。

進一步地，所述污泥的干重和稻殼的混合質量比為10：(2-4)。

本發明的技術方案之二，上述污泥基生物炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)將污泥和稻殼混合得到混合物進行水熱炭化得到碳化產物；

(2)碳化產物首先置于酸溶液中進行浸漬，然后置于有機胺溶液中浸漬，然后真空干燥得到所述污泥基生物炭。