利用电镀污泥选择性催化还原NO污染气体的研究

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电镀污泥是指电镀行业中经废水处理后含重金属的污泥废弃物,虽然其量比废水少得多,但由于废水中的Cu、Ni、Cr、Zn、Fe等重金属都转移到污泥中,从某种程度上说,电镀重金属污泥对环境的危害要比电镀废水更严重。如对这种危害性极大的电镀污泥不做任何处置,是对环境的严重破坏,另一方面对于电镀污泥中浓度极高的重金属物质不加以回收利用也意味着资源的巨大浪费。“十二五”期间,氮氧化物(NOx)首次列入约束性指标体系,排放总量需要减少10%。目前,国内NOx排放量约为10Mt/a,据估算到2015年,国内排放量将达到20Mt/a。探索一种NOx有效廉价催化剂迫在眉睫。本文在选择性催化还原NOx的科学基础上,初步探索电镀污泥催化去除NO的可行性。本文通过水洗、酸浸沉淀预处理法研究其对电镀污泥各组分含量的影响,并探讨了不同水洗条件下对组分的影响。研究结果表明:最佳的水洗条件为常温下,在液固比为200:1的条件下,用5%NaCl溶液进行水洗;通过水洗预处理,污泥中硫酸根的去除率可达100%,酸浸沉淀法亦可去除硫酸根,但大多不能完全去除;污泥中的金属含量均呈上升趋势。本文进一步探索了两种预处理方式下得到的电镀污泥催化剂在低浓度及高浓度NO条件下的实际催化性能。研究表明:水洗及酸浸沉淀预处理都提高了电镀污泥对NO的催化性能,并且水洗效果优于酸浸沉淀效果,5%NaCl水洗液预处理的电镀污泥均表现出比自来水预处理的电镀污泥更加优越的催化效果,主要原因则是5%NaCl水洗液具有更加良好的钙及硫酸根去除效果。催化温度对NO去除效果有很大影响,最佳温度为500°C。本文通过建立电镀污泥催化剂Ar氛围下700°C煅烧2h的制备方法及NO催化系统,研究催化温度和电镀污泥投加量对NO气体催化效果的影响。通过750-650-550-450-350oC连续降温催化实验得到NO去除率一直保持在99%以上,表明电镀污泥具有良好的催化热稳定性。0.4g8#电镀污泥在300°C,450°C及550°C下的NO去除稳定时间分别达222,694,733min,催化效果维持在99%以上,温度的提高能一定程度上延长催化效果,但450°C以上受温度影响减小。0.64g8#电镀污泥在450°C及750°C下持续催化时间相似,NO去除量分别为3.35mmol/g和3.04mmol/g,说明电镀污泥用量的增加并不影响温度对NO催化的效果。电镀污泥投加量为0.32g及0.64g时对NO的催化去除持续时间分别为853min和1509min,NO去除量为3.79mmol/g和3.35mmol/g,表明NO催化去除的持续时间与电镀污泥催化剂投加量是成正比的关系。论文对催化前后C含量进行测定,得到C的消耗量为1.9mmol/g,消耗的C及被分解的NO摩尔比例接近1:2,并由GC测得反应过程中有CO2生成,由此推测催化反应中有可能发生类似C+2NO=CO2+ N2的反应机制。从固相产物分析得到,电镀污泥催化后没有氮沉积和明显的NO3-累计现象,催化前后主要物相由FeNi混合物变为FeNiO混合物,这其中的氧很可能是有NO提供的,即电镀污泥中的FeNi与NO具有一定反应,并且使得NO中的氧转化到了FeNi混合物结构内。本论文以“以废治废”的理论为指导,依据电镀污泥活化后得到的多元金属负载碳黑的体系,首次使用电镀污泥催化NO气体,为NO的去除提供一种新方法的同时,达到了资源化利用电镀污泥的作用。
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