本發明屬于工業固體廢棄物資源化利用領域,尤其涉及一種利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法。
背景技術:
1、傳統co催化氧化劑多采用貴金屬(pt、pd),雖活性高但成本昂貴、易中毒(如硫化物、氯化物)。非貴金屬催化劑主要存在的問題是:錳基催化劑(mno2、mn3o4)低溫活性優異,但高溫穩定性差,需通過摻雜ce、co、fe或構建mn-ce固溶體提升性能;銅基催化劑(cuo/ceo2)低溫活性突出,但易燒結失活,需通過納米結構調控或載體改性增強穩定性;整體式催化劑雖可解決粉末催化劑傳質傳熱差、壓降大的問題。
2、對于電解錳渣的資源化路徑存在顯著局限:建材化利用雖可制備水泥混合材、免燒磚等,但產品附加值低、硫含量(≥20%)控制不當易導致水泥氨氣逸出;有價組分回收中,微生物浸錳效率雖達90%以上,但菌種培養周期長、條件苛刻,酸性浸出法則存在二次污染風險;農用化利用因鉛、汞等重金屬富集風險,需額外添加固化劑,工藝復雜且成本高昂。油泥作為石油工業典型危廢,含高濃度石油烴(c10-c50)、重金屬及有毒物質,傳統處理技術均存在顯著缺陷:物理化學法(如離心、熱洗、溶劑萃?。┠芎母摺⑺巹┫拇?,且殘渣仍需二次處理;生物處理法(地耕、堆肥)依賴天然微生物,降解周期長、效率低,生物強化法雖可提升速率,但受溫度、ph及污染物濃度限制,存在二次污染風險;熱轉化法(熱解、焚燒)雖可回收能源,但易產生二噁英等有毒氣體,且設備投資大、運行成本高。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的缺陷,本發明提供了一種利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,解決了電解錳渣堆存污染與油泥處理成本高的問題,協同利用電解錳渣與油泥制備高效一氧化碳常溫氧化催化劑。
2、本發明技術方案如下:一種利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,包括步驟:均勻混合油泥與電解錳渣得到錳油泥,將錳油泥與混合嗜鹽脫硫菌攪拌均勻后發酵并干燥至恒重得到發酵錳油泥,所述混合嗜鹽脫硫菌由脫硫菌和嗜鹽菌混合組成,將干燥的發酵錳油泥進行碳化處理得到碳化錳油料后,再與藍莓提取物均勻混合得到碳化錳油提取物混合料,將得到碳化錳油提取物混合料與氯鉑酸溶液混合攪拌均勻后靜置,烘干至恒重,得到鉑摻碳化提取前驅料,最后將鉑摻碳化提取前驅料焙燒得到一氧化碳氧化催化劑。
3、進一步地,所述油泥與電解錳渣的質量比為20~60:100。
4、進一步地,所述錳油泥與混合嗜鹽脫硫菌攪拌均勻時,混合嗜鹽脫硫菌和錳油泥的質量比為0.5~2.5:100。
5、進一步地,所述發酵的溫度為20~50℃,發酵的時間為5~25天。
6、進一步地,所述碳化的溫度為550~850℃,碳化的時間為2~6小時。
7、進一步地,碳化錳油料與藍莓提取物均勻混合時,藍莓提取物和碳化錳油料的質量比為0.25~3.75:100。
8、進一步地,所述氯鉑酸溶液的濃度為0.005~0.075mol/l,所述碳化錳油提取物混合料與氯鉑酸溶液混合攪拌均勻時的液固比為0.4~0.8:1ml/g。
9、進一步地,所述焙燒的溫度為350~750℃,焙燒的時間為2~6小時。
10、進一步地,所述脫硫菌為普通脫硫弧菌、挪威脫硫微菌、埃斯坎比亞河脫硫微菌、麥斯塔脫硫桿菌、脫硫脫硫弧菌脫硫亞種、桿狀脫硫微菌、脫硫戈登氏菌中任意一種,所述嗜鹽菌為嗜鹽枝芽孢桿菌、嗜鹽芽孢桿菌、嗜鹽堿堿芽孢桿菌、紅色嗜鹽堿古菌、沉積物嗜鹽堿紅菌、嗜鹽速生桿菌、紅色長生嗜鹽古菌、嗜鹽土地芽孢桿菌、嗜鹽嗜堿菌、格氏嗜鹽堿桿菌中任意一種。
11、進一步地,所述混合嗜鹽脫硫菌中脫硫菌和嗜鹽菌質量比為1~3:5。
12、本發明的反應機理是:將油泥與電解錳渣混合,油泥中所含有的大量的有機物、少量的金屬離子以及復雜的化學成分與電解錳渣中所含錳的氧化物及其他無機成分相互接觸,并發生初步反應,為后續的發酵過程提供一個成分多樣化的基質。嗜鹽脫硫菌由脫硫菌和嗜鹽菌混合組成,脫硫菌能夠分解含硫有機物,可以將硫化物轉化為硫酸鹽等無機硫化物,這個過程涉及到脫硫菌體內一系列酶促反應,通過脫硫酶的作用,將有機硫化物中的硫元素氧化。嗜鹽菌則能夠在高鹽環境下生長,有助于調節發酵體系的滲透壓平衡。在發酵過程中,脫硫菌和嗜鹽菌協同作用,利用錳油泥中的有機物作為碳源和能源,進行代謝活動,并代謝活動會改變發酵體系的化學環境,油性有機物被分解為小分子有機酸、醇等,金屬離子被代謝產物還原、絡合,形成具有潛在催化活性的成分。將發酵錳油泥置于管式爐中進行碳化處理,高溫環境使發酵錳油泥中的有機成分發生熱解反應,生成小分子的碳氫化合物以及碳質殘留物。同時,部分金屬成分與碳質殘留物發生反應,形成金屬碳化物。錳的氧化物在高溫下與碳發生還原反應,生成錳的碳化物,這些碳化物具有獨特的電子結構和化學活性,為后續負載鉑等活性組分提供良好的載體特性。藍莓提取物中含有豐富的花青素等多酚類化合物,當與碳化錳油料混合時,花青素中的羥基等活性基團可以與碳化錳油料表面的金屬碳化物、碳質基團等發生相互作用。氯鉑酸溶液中的鉑離子在與碳化錳油提取物混合料接觸后,發生吸附和離子交換等過程,鉑離子與碳化錳油提取物中的花青素、碳質基團以及金屬碳化物表面的活性位點結合。在靜置過程中,鉑離子逐漸富集在碳化錳油提取物混合料的表面和孔隙中。鉑離子與花青素中的氧原子、碳原子上的孤對電子發生配位作用,碳化錳油提取物中的還原性成分會與鉑離子發生還原反應,使鉑離子還原為金屬鉑顆粒。在馬弗爐焙燒過程中,鉑摻碳化提取前驅料中的有機成分進一步分解、揮發鉑離子在高溫下進一步還原為金屬鉑,并且與碳化錳油提取物載體發生更深入的相互作用。
13、與現有技術相比,本發明具有如下的有益效果:
14、本發明將電解錳渣及油泥等工業廢棄物通過機械活化、熱化學處理及載體負載等工藝,將電解錳渣中的錳、鐵氧化物與油泥中的烴類、碳質成分有機結合,形成高比表面積、多活性位點的復合催化劑,實現了廢棄物的資源化利用,減少了環境污染,同時降低了對傳統貴金屬催化劑原料的依賴。制備出的催化材料具有較高的光催化活性,可在常溫條件下高效地催化氧化一氧化碳,無需額外提供熱源。
1.一種利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,包括步驟:均勻混合油泥與電解錳渣得到錳油泥,將錳油泥與混合嗜鹽脫硫菌攪拌均勻后發酵并干燥至恒重得到發酵錳油泥,所述混合嗜鹽脫硫菌由脫硫菌和嗜鹽菌混合組成,將干燥的發酵錳油泥進行碳化處理得到碳化錳油料后,再與藍莓提取物均勻混合得到碳化錳油提取物混合料,將得到碳化錳油提取物混合料與氯鉑酸溶液混合攪拌均勻后靜置,烘干至恒重,得到鉑摻碳化提取前驅料,最后將鉑摻碳化提取前驅料焙燒得到一氧化碳氧化催化劑。
2.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述油泥與電解錳渣的質量比為20~60:100。
3.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述錳油泥與混合嗜鹽脫硫菌攪拌均勻時,混合嗜鹽脫硫菌和錳油泥的質量比為0.5~2.5:100。
4.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述發酵的溫度為20~50℃,發酵的時間為5~25天。
5.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述碳化的溫度為550~850℃,碳化的時間為2~6小時。
6.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,碳化錳油料與藍莓提取物均勻混合時,藍莓提取物和碳化錳油料的質量比為0.25~3.75:100。
7.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述氯鉑酸溶液的濃度為0.005~0.075mol/l,所述碳化錳油提取物混合料與氯鉑酸溶液混合攪拌均勻時的液固比為0.4~0.8:1ml/g。
8.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述焙燒的溫度為350~750℃,焙燒的時間為2~6小時。
9.根據權利要求1所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述脫硫菌為普通脫硫弧菌、挪威脫硫微菌、埃斯坎比亞河脫硫微菌、麥斯塔脫硫桿菌、脫硫脫硫弧菌脫硫亞種、桿狀脫硫微菌、脫硫戈登氏菌中任意一種,所述嗜鹽菌為嗜鹽枝芽孢桿菌、嗜鹽芽孢桿菌、嗜鹽堿堿芽孢桿菌、紅色嗜鹽堿古菌、沉積物嗜鹽堿紅菌、嗜鹽速生桿菌、紅色長生嗜鹽古菌、嗜鹽土地芽孢桿菌、嗜鹽嗜堿菌、格氏嗜鹽堿桿菌中任意一種。
10.根據權利要求1或9所述的利用電解錳渣與油泥制備一氧化碳常溫氧化催化劑的方法,其特征在于,所述混合嗜鹽脫硫菌中脫硫菌和嗜鹽菌質量比為1~3:5。