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金属烧毁物收受接管再操纵分化环保触媒之高值化操纵手艺

2022-02-13 17:27 择要金属烧毁物为我国奇迹烧毁物之首要种别之一,这些烧毁物中含有大批金属成份或资料,具备收受接管再操纵潜力,值得进一步开辟操纵,本研讨团队最近几年整合伙源收受接管手艺与触媒分化操纵手艺,针对各类具催化活性之金属烧毁物,间接收受接管分化环保用触媒,并操纵于氛围净化物之催化节制研讨,切磋差别金属烧毁物收受接管分化触媒之最好操纵前提和触媒操纵操纵前提。尝试功效显现,将废锂电池收受接管分化锂钴触媒对 VOC、CO、NO等差别净化物之催化成果皆为杰出,在 200-300℃反映温度下三种气体净化物之转化率皆可达 99%以上;废锰锌电池分化 MnO-ZnO/Al2O3触媒在反映温度 300℃时对 C3H6之去除效力可达 98%以上,在反映温度 200℃时对CO 之去除效力可达98%;由印刷电路板废液与废物所分化CuO/AC触媒,在反映温度 300℃时对 C3H6与 NO 之去除效力便可到达 85~95%以上;以钢铁业电弧炉集尘灰分化锌铁氧磁体触媒,在反映温度 200℃时对C3H6之去除效力即达 99%,当反映温度 400℃时对 NO 之催化复原效力可达 88%。综合曩昔研讨功效显现,金属烧毁物具备差别金属成份与资料特征,需颠末适以后处置与操纵节制,皆能有用将金属烧毁物收受接管转製分化触媒,操纵于各类净化物之催化节制,缔造资本化产物之多元代价与通路,有用晋升烧毁物轮回再操纵效益,到达资本轮回与产物高值化之方针。关头字:金属烧毁物、触媒、再操纵、资本轮回一、 媒介随著财产与科技的兴旺成长,致使各类金属质料与产物的操纵量逐年回升,但也随之发生数目复杂的金属烧毁物。若这些金属烧毁物未妥帖处置或间接固化、埋葬,岂但金属资本没法收受接管再操纵,也轻易形成情况的净化题目;反之,将此中所含的金属有用收受接管与再操纵,能够减低情况衝击并到达资本永续轮回之方针与晋升经济效益,因为环球金属矿藏量日渐削减,“都会矿山”与“资本轮回再操纵”之看法已成为今朝烧毁物处置之首要方针。按照环保署资料统计,我国奇迹烧毁物以金属烧毁物之发生量为最多,此中尤以钢铁业、金属製造业、金属外表处置业、电子业与光电业(电子、电镀、印刷电路板、TFT-LCD、太阳能电池)等奇迹单元所发生之污泥、灰渣与废物为最大宗,若何有用收受接管与再操纵这些金属资本物、追求多元有用之再操纵体例、晋升再操纵产物代价与收受接管效益,实为今朝资本收受接管手艺所需主动晋升与开辟挑衅之课题。固然文献中已有很多研讨切磋金属烧毁物处置与再操纵相干手艺,但大多研讨係切磋金属烧毁物以乾式冶金或湿式冶金手艺将此中金属成份分手并纯化收受接管,再将收受接管金属用于製造其余再操纵产物[1-5],常常须要花费很多化学药品质料或电热动力,且所分手收受接管之金属另有纯度缺乏或含有其余杂质等题目,少有文献切磋将金属烧毁物间接收受接管转製成触媒并操纵于净化防治之研讨。别的一方面,操纵各类化学质料分化或製备触媒之手艺与操纵已成长多年且手艺相称成熟,且最近几年来触媒手艺操纵于各类净化物之节制去除有逐步成长、渐成支流的趋向,值得进一步开辟。因为很多无机烧毁物或金属烧毁物中同时含有硅、铝化合物及具催化才能之金属物资,是以整合烧毁物收受接管再操纵与触媒分化操纵手艺,可想法将烧毁物中之硅、铝化物分化触媒载体并同时担持活性金属,经恰当处置与转化后製成差别用处之触媒,可节流金属分手收受接管后再分化触媒之原物料与能资本耗损量,更能缔造金属烧毁物收受接管再操纵管道,进步其再操纵产物代价与到达资本轮回之多重效益。可是,因为差别金属烧毁物成份变异性大且杂质多,是以分化触媒进程须要恰当处置、调质与节制很多操纵参数,颠末屡次测试阐发始能找到抱负分化前提与具备杰出催化才能之触媒。二、 差别金属烧毁物收受接管再操纵分化触媒之操纵成果本研讨室曩昔已针对废锂电池、废锰锌电池(硷性电池)、电镀废液、废印刷电路板、钢铁集尘灰(电弧炉集尘灰)等差别金属烧毁物停止收受接管再操纵分化触媒,并操纵于氛围净化物之催化节制研讨,切磋差别金属烧毁物收受接管分化触媒之最好操纵前提和触媒操纵操纵前提,兹别离彙整首要研讨功效以下:(一) 收受接管废锂电池分化触媒及其操纵成果[6]因为今朝二次锂离子电池已普遍操纵于各项资通信电子产物与电动车市场,锂离子电池之操纵量与烧毁量逐年不时增添。本研讨室阐发功效发明废锂钴电池正极粉末中首要金属成份为锂 5%、钴 50%、镍 3%、锰3%,此中以钴含量最高,锂次之;废锂铁电池正极粉末中首要金属成份则为锂 4%、铁 27%、铜 4%,此中以铁含量最高、锂次之,这些金属成份与含量皆具备进一步再操纵分化金属触媒之可行性。研讨功效发明(图 1),废锂钴电池与锂铁电池之正极金属粉末对挥发性无机气体之催化活性不佳,但颠末积淀氧化法将废电池分化锂钴触媒后,对丙烯、CO、NO 气体之催化活性较着晋升且相称杰出,即便在 200-300℃反映温度下三种气体净化物之转化率皆可达 99%以上,可是锂铁触媒粉末之催化活性则不够抱负。本研讨进一步改用消融含浸法製备触媒,将锂钴、锂铁电池正极粉末消融于盐酸后含浸于市售氧化铝载体上,製成颗粒触媒与蜂巢式触媒并测试其催化活性,功效发明锂钴颗粒触媒与锂铁颗粒触媒对丙烯、CO 之转化率皆可达 90~99%以上,但 NO 之转化率仍属偏低。而差别触媒反映前提的尝试功效发明,锂钴颗粒触媒之最好反映前提为反映温度 400℃、空间速率 8,488 hr-1,而锂铁颗粒触媒之最好反映前提则为反映温度 500℃、空间速率 8,488 hr-1,如图 2 与表 1 所示。图 1 废锂电池收受接管分化 Li-Co 与 Li-Fe 触媒对 C3H6、CO、NO 之催化去除效力表 1 废锂电池收受接管分化 Li-Co 与 Li-Fe 触媒触媒于差别反映前提下之催化活性Temp.(℃) Spacevelocity(hr-1)Li-Co catalyst Removal(%) Li-Fe catalyst Removal(%)C3H6 CO NO C3H6 CO NO200℃8,488 10.72 7.12 6.61 8.04 6.21 0.1116,976 2.65 17.55 0.08 4.65 2.61 025,465 0.2 3.45 0 2.46 5.03 0.29300℃8,488 32.08 16.55 0.48 40.61 30.18 0.6616,976 10.55 13.19 0 25.84 28.05 0.2825,465 9.08 40.12 0.51 26.79 16.12 0.96400℃8,488 89.93 94.43 0 75.61 71.49 7.3816,976 65.05 89.79 0.39 55.12 52.25 2.2925,465 67.34 79.08 0.86 59.46 45.92 8.72500℃8,488 99.59 99.85 8.14 94.45 93.99 11.1416,976 95.06 100 2.1 80.07 82.73 7.1725,465 93.12 96.29 3.31 80.58 69.46 10.69图 2 废锂电池与废锌锰电池再操纵分化环保触媒之尝试进程(二) 收受接管废锌锰电池(硷性电池)资料分化触媒及其操纵[7]因为乾电池普遍操纵于百般电子产物或电动用具,国际乾电池之入口量与废乾电池之收受接管量相称可观,此中尤以碳锌电池与硷性电池(锌锰电池)为最大宗,近几年收受接管数目可达 3,000 公吨/年。本研讨团队曩昔曾操纵国际某废乾电池收受接管处置厂破裂分选后之锌金属收受接管料与锰金属收受接管料来製备分化触媒,阐发功效显现,锌金属收受接管猜中的首要金属含量为锌(86%)、锰(3.9%)、铜(11%),而锰收受接管猜中首要金属含量则为锌(20.55%)、锰(37%),这些金属品种与含量皆具备再操纵分化金属触媒之可行性。本研讨以化学消融搭配初湿含浸法将废乾电池收受接管料转製分化锌锰颗粒触媒,为切磋锌、锰收受接管料分化颗粒触媒之最好含浸製备前提,本研讨操纵田口式直交表法切磋 3 种首要触媒含浸製备因子 (载体品种、含浸时候、搅拌体例)之影响与差别,每种製备因子皆别离切磋 3 个前提,别离为载体: Al2O3、SiO2、zeolite、含浸时候: 6 小时、12 小时、24 小时、和搅拌体例: 静置、扭转震盪、恆温震盪,最初将差别因子与前提所分化颗粒触媒别离停止成份特征阐发和触媒活性测试,如图 3、图 4、图 5、表2 所示,研讨功效显现,锌、锰收受接管料分化触媒之最好载体为 Al2O3、最好含浸时候为 12~24 小时,锰收受接管料于差别製备前提所分化 Mn/Al2O3 颗粒触媒,在空间流速 10,110hr-1、反映温度 200℃~400℃时对 C3H6 与 CO之转化率皆可达 99%,显现 Mn/Al2O3颗粒触媒之催化反映成果相称杰出;锌收受接管料于差别製备前提所分化 Zn/Al2O3 颗粒触媒,当空间流速为10,110hr-1、反映温度200℃~400 ℃下对C3H6之转化率皆可达 99%以上,但对 CO 之转化率较不佳,Zn/zeolite 颗粒触媒与 Zn/SiO2触媒对 CO 之转化率较 Zn/Al2O3高,在反映温度 200~400℃时可达 98%以上。综合以上功效显现,以废电池收受接管处置厂之锌、锰金属收受接管料分化之 MnO/Al2O3颗粒触媒、ZnO/Al2O3颗粒触媒对 C3H6及 CO 之催化氧化活性相称高,可操纵于燃料电池或各类熄灭排气之 CO 节制,和挥发性无机物 VOC 之催化分化,皆具备杰出之操纵成长空间。Mn/Al2O3 Zn/SiO2 Zn/zeolite图 3 废乾电池收受接管料分化差别 Mn-Zn 颗粒触媒之 SEM 外表形状图图 4 废乾电池收受接管料分化差别 Mn-Zn 颗粒触媒对 CO 之催化成果图 5 废乾电池收受接管料分化差别 Mn-Zn 颗粒触媒对 C3H6之催化成果表 2 Mn/Al2O3 与 Zn/Al2O3颗粒触媒于差别前提下对 C3H6 之催化成果Temp.(℃) Space velocity (hr-1)Mn/Al2O3C3H6 Removal(%)Zn/Al2O3C3H6 Removal(%)2005,055 98.7 76.110,110 58.0 44.820,220 99.5 70.63005,055 98.7 98.310,110 98.1 62.520,220 99.5 95.74005,055 98.8 98.810,110 99.7 94.920,220 99.8 99.65005,055 98.8 98.810,110 99.8 99.520,220 99.7 99.7表 3 Mn/SiO2 与 Zn/SiO2 颗粒触媒于差别前提下对 CO 之催化成果Temp.(℃) Space velocity (hr-1)Mn/SiO2CO Removal(%)Zn/SiO2CO Removal(%)2005,055 22.9 0.210,110 15.6 98.020,220 20.8 14.53005,055 33.3 23.710,110 18.8 100.020,220 34.4 24.54005,055 41.8 29.910,110 22.2 100.020,220 36.8 28.95005,055 47.8 35.810,110 27.6 100.020,220 50.4 32.2(三) 收受接管电子废液与废物分化触媒及其操纵[8]资通信、电子与光电财产为我国经济成长之重点财产,亦为天下首要的出产供给国,动员了中游之电子零组件业及下游原资料业的兴旺成长,是以电子废液与废物亦为我国首要金属烧毁物来历之一。本研讨团队曾操纵国际某印刷电路板厂之硫酸铜废液和某电子废物收受接管厂所供给之废印刷电路板作为质料,切磋分化触媒之可行性及其操纵于净化物催化节制之成果,该硫酸铜收受接管液首要金属含量为铜(1.25%),废印刷电路板之首要金属含量为铜(46.57%)、其次为钙(6.43%)、铁(4.71%)、镁(2.96%)。印刷电路板收受接管液以初湿含浸法製备颗粒触媒,别离以差别触媒载体(Al2O3、SiO2、AC)、含浸温度(25℃、55℃、85℃)、含浸时候(6hr、12hr、18hr)、煅烧温度(300℃、500℃、700℃)作为分化触媒之首要节制因子,所分化之铜颗粒触媒(图 6)别离以 C3H6与 NO 停止活性测试,并节制于差别反映温度(200℃、300℃、400℃、500℃)及不异空间流速 10,000hr-1前提下停止催化活性测试,尝试功效如图 7 所示,可发明随著反映温度晋升,分化触媒之催化成果也随之降低,在反映温度 200℃时,CuO/AC 颗粒触媒对 C3H6之转化率唯一 5.2%、NO 之转化率唯一 1.2%,当反映温度晋升至300℃时,C3H6之转化率即较着进步至 85.8%,NO 之转化率也随之增添而到达 85.7%,当反映温度晋升至 400℃时,CuO/AC 颗粒触媒对 C3H6之转化率可坚持在 93%以上,对 NO 之转化率乃至可高达 100%。本研讨亦将废印刷电路板以酸溶法搭配初湿含浸法製备 CuO/AC 颗粒触媒,所分化之 CuO/AC 颗粒触媒在差别反映温度下对 C3H6 与 NO 之催化活性测试功效如图 8 所示,可发明 CuO/AC 触媒在反映温度 200℃时对C3H6 之转化率只要 39%,对 NO 之转化率则唯一 18.6%,当反映温度晋升 300℃时,C3H6 之转化率即较着进步至 95.1%,NO 转化率也晋升至86.9%,当反映温度延续晋升至 400℃,CuO/AC 颗粒触媒对 C3H6 之转化率可达 99.1%以上,对 NO 转化率则可坚持在 100%。是以,收受接管电子废液或废物所分化 CuO/AC 颗粒触媒,对 C3H6 与 NO 之催化节制成果皆相称抱负,兼具杰出的催化氧化成果和催化复原成果,其操纵成长潜力杰出。图 6 印刷电路板废液与废物分化差别 CuO 触媒之 SEM 外表形状图图 7 印刷电路板废液分化差别 CuO 触媒对 C3H6与 NO 之催化成果图 8 印刷电路板废物分化差别 CuO 触媒对 C3H6与 NO 之催化成果别的,本研讨亦切磋差别触媒分化前提对触媒催化活性之影响,功效显现印刷电路板废液分化触媒之最好製备前提为操纵活性碳作为载体,在85℃下含浸 12 小时,并于 300℃停止锻烧 4 小时。差别触媒製备前提对分化触媒之丙烯催化活性影响水平以载体品种最大,其次为含浸温度、含浸时候,最初为煅烧时候。而差别触媒製备前提对分化触媒之 NO 催化活性影响水平亦以载体品种为最大,其次为含浸时候、煅烧时候,最初为含浸温度。(四) 收受接管钢铁(电弧炉)集尘灰分化锌铁氧磁体触媒及其操纵[9]按照环保署统计资料显现,近五年国际炼钢进程净化节制之集尘灰或污泥报告量约 25 万公吨,除局部由台湾钢联以现有装备停止热处置收受接管外,别的仍有很多集尘灰于厂内储存期待收受接管处置。按照阐发功效指出,本研讨所採集之电弧炉集尘灰之首要金属品种与含量为锌(12.92%-45.67%)及铁(21.54%~56.79%),其次为钙(2.94%-10.85%)、镁(2.19%-4.36%)、锰(2.67%-5.24%)。经过化学共积淀法可分化锌铁氧磁体触媒,其比外表积为95.62-151.11 m2/g,经过 XRD 物种鑑定可知首要铁氧磁体晶相为ZnFe2O4(如图 9)。图 9 钢铁集尘灰分化锌铁氧磁体触媒之 XRD 阐发图谱本研讨亦切磋钢铁业电弧炉集尘分化锌铁氧磁体触媒之最好操纵前提,别离以 Zn/Fe 莫尔比(1/1、1/2.5、1/4.4)、pH 值(8、10、12)、曝气时候(无曝气、3hr、6hr)和煅烧温度(无煅烧、500℃、700℃)作为首要节制因子,所分化之锌铁氧磁体触媒别离以 C3H6与 NO 停止活性测试,于差别温度(300℃、500℃、700℃)及牢固空间流速 10,000hr-1 前提下停止催化活性测试,尝试功效如图 10 所示,当反映温度为 200℃时,锌铁氧磁体触媒对 C3H6转化率便可达 99.76 %以上,对挥发性无机物之催化分化成果相称杰出,但反映温度为 200℃时锌铁氧磁体对 NO 之转化率不高,当反映温度晋升至 300℃时 NO 转化率有较着晋升,在反映温度 400℃时,锌铁磁体触媒对 NO 之转化率则可达 88.41 %以上。别的,最好锌铁氧磁体触媒分化前提为 Zn/Fe 金属莫尔比 1/2.5、pH 10、以 80℃恆温曝气 3 小时,再以 500℃煅烧 2 小时,差别节制因子对钢铁业电弧炉集尘灰分化锌铁氧磁体之催化活性影响水平依序为:金属莫尔比> pH >煅烧温度>曝气时候。图 10 钢铁集尘灰分化差别锌铁氧磁体(ZnFe2O4)触媒对 C3H6与 NO 之催化成果三、 结语我国每一年发生大批金属烧毁物,这些烧毁物中含有很多有价金属成份或可再操纵资料,经适以后处置与操纵节制,皆能有用收受接管与再操纵这些金属资本物,开辟多元有用之再操纵体例与产物,特别是操纵于情况工程与各项净化节制手艺,应具备相称大的成长空间与潜力,值得延续尽力与主动研发,以晋升再操纵产物代价与收受接管效益,到达资本轮回与产物高值化之多重方针。
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