[发明专利]一种钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)硅藻土依次经稀硝酸溶液浸泡、洗净抽干和活化处理，冷却后倒入对甲苯磺酸溶液中，静置，然后依次经过滤、干燥后得硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂；(2)将所述硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂浸渍于钍盐溶液中，超声分散均匀后蒸干溶液，然后煅烧即得。本发明将具有高催化活性的硅藻土负载对甲苯磺酸型固体酸催化剂与稀土元素钍结合，克服原有技术中存在的催化活性低、催化剂回收率低等缺陷，提供了一种低温活性好、促进固体废弃物碳化脱水、增加热值的钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂。

技术领域

本发明属于固体废物处理领域，具体涉及一种钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂，及其在餐厨垃圾低温碳化中的应用。

背景技术

随着经济和人口的不断增长，餐厨垃圾的产生量在未来的25年中将快速增加，这一现象在亚洲国家将极为明显。有资料显示，从2005年至2025年，亚洲国家的城市餐厨垃圾的年产量将由2.78亿吨增加至4.16亿吨。亚洲经济的发展将带动我国国民经济的长足进步，人民生活水平不断提高，城市餐饮业日益繁荣，餐厨垃圾的产生量也会空前增长。我国有建制的城市667个，各类餐馆350多万家，餐厨垃圾日产量超过50吨的城市有512个。现在我国餐饮业年产餐厨垃圾量已经超过3000万吨。餐厨垃圾较高的产生量为其后续处理处置造成了严重障碍。

低温碳化是2000年以后真正开始产业化的工艺。该工艺原理就是将投加的物料加压到6～10MPa，通过热交换器，加温至230℃左右。在热化分解反应中，有机物会被分解，物料中的二氧化碳与固体分离，但是其中有利用价值的碳质却得到了极大限度的保留。它的技术特点是物料改性后脱水性能将大大的提高，实现物料的减量化。碳化后的物料有较多的利用价值，前景广阔，是固体废弃物处理的一种较好方法。

但该设备使用过程中，通过加热设备提供热量用于物料的碳化。由于设备内部结构传热效率低、物料传质慢等因素，热量损失较多。在碳化的过程中，投加一种能使固体有机质自动发热、脱水的催化剂，将极大地减少低温碳化设备的能耗。

常见的脱水剂为浓硫酸，但其强污染且腐蚀性强。相比而言，对甲苯磺酸，作为一种有机酸，除本身具有浓硫酸的优点外，其氧化性略弱，具有不腐蚀设备、污染小等优点。但其易溶于甲醇，造成催化剂消耗大，回收困难等问题。因此需要设计易于回收的负载型催化剂。此外，固体酸催化剂的结构如比表面积、孔结构、形貌及化学组成是决定固体酸催化剂酸中心和酸强度的决定因素。目前主要通过提高比表面积，构造孔结构以及添加过渡金属离子或稀土离子来改善其催化性能。同时，我国稀土资源丰富、易得，为稀土应用到固体催化剂中奠定了基础。

因此，采用掺杂稀土等方法对其改性，以增加其比表面积、稳定性和催化活性已成为了固体酸研究领域中的热点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于低温碳化过程的钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂，其具有设计合理、工序易于操作，有利于提高固体废弃物的碳化率，生产制造成本低、有利于保护环境等优点。

硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂以硅藻土为载体，活性组分为对甲苯磺酸，掺杂稀土元素钍。

一种钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)硅藻土依次经稀硝酸溶液浸泡、洗净抽干和活化处理，冷却后倒入对甲苯磺酸溶液中，静置，然后依次经过滤、干燥后得硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂；

(2)将所述硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂浸渍于钍盐溶液中，超声分散均匀后蒸干溶液，然后煅烧即得。

本发明将具有高催化活性的硅藻土负载对甲苯磺酸型固体酸催化剂与稀土元素钍结合，克服原有技术中存在的催化活性低、催化剂回收率低等缺陷，提供了一种低温活性好、促进固体废弃物碳化脱水、增加热值的钍掺杂硅藻土负载对甲苯磺酸催化剂。