[发明专利]剩余污泥掺杂稀土富集物制备臭氧催化剂的方法及应用

说明书

本发明公开了一种剩余污泥掺杂稀土富集物制备臭氧催化剂的方法及应用，该方法包括以下步骤：制备前驱体，将预处理除杂后的剩余污泥、稀土富集物混合，向混合料中加入氯化锌在常温下搅拌浸渍，经过滤干燥处理后制得前驱体；制备污泥生料球，向前驱体中加入羧基纤维素钠与聚乙烯醇的混合溶液，利用成型装置制得污泥生料球；制备含稀土污泥基臭氧催化剂，将污泥生料球置于管式炉中，向管式炉中通入惰性气体，使用管式炉对处于惰性气体内的污泥生料球进行热处理，热处理完成后自然冷却制得含稀土污泥基臭氧催化剂。采用本发明所示的方法，既能实现剩余污泥资源化利用目的，又能通过稀土富集物的掺杂提升催化臭氧氧化的性能，从而降低稀土臭氧催化剂的制备成本。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化与污水处理技术领域，具体涉及一种剩余污泥掺杂稀土富集物制备臭氧催化剂的方法及应用。

背景技术

由于污水处理行业内长期存在“重水轻泥”的观念，污泥处理处置无害化、减量化、资源化措施尚未做到同步进行，这也成为生态文明建设的行业典型短板。。相比堆放和填埋，污泥资源化利用是更好的污泥处理处置方式，如何破解污泥资源化利用的技术难题成为关键。由于污水处理厂的剩余污泥在本质上是含碳的物质，污泥有可能在受控条件下或通过某些物化处理将其转化为活性炭。以污水处理产生的污泥制备生物碳，可用于吸附不同的染料、重金属、有机物等，最近也有报道是基于污泥制备的生物碳用于酚类化合物的湿式催化氧化，作为消化池气体脱硫的催化剂，以及作为光催化、类芬顿和臭氧氧化等的催化剂及其载体。

我国的稀土蕴藏量和产量在世界上都排第一位，是举世公认的稀土资源大国。据调查数据显示2018年，全球稀土储量为12000万吨，我国稀土储量为4400 万吨，占比达37％；全球稀土氧化物产量为17万吨，我国稀土氧化物产量为12 万吨，占全球71％。中国稀土资源总量的98％分布在内蒙、江西、广东、四川、山东等地区，形成北、南、东、西的分布格局，并具有北轻南重的分布特点。近年来，稀土在环保中的应用研究越来越多，特别是以稀土及其氧化物为活性组分的非均相臭氧氧化催化剂的相关研究获得了较大进展。研究表明，在臭氧氧化过程中，稀土及其氧化物的加入不仅加快了臭氧的分解速率，而且有利于提高负载活性组分的表面分散度和催化剂活性。这是由于稀土元素独特的4f电子层结构和镧系收缩的特征，在催化反应中可为电子转移提供通道，使其作为催化剂活性组分时表现出良好的催化性能，并在一定程度上增强活性组分与载体之间的相互作用，提高活性组分在载体表面的分散度，增大催化剂的比表面积，促进催化剂活性的提升。

然而，目前在于负载型稀土臭氧氧化催化剂的开发制备上所用到的稀土元素均以成品稀土元素为主，如Pr(NO₃)₃·6H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O、LaCl₃等，直接导致了负载型稀土臭氧氧化催化剂的制备成本高昂，短期内难以实现大范围的市场化应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种剩余污泥掺杂稀土富集物制备臭氧催化剂的方法，旨在利用稀土冶炼/再提炼过程产生的含稀土元素的中间体替代成品稀土，解决现有技术中负载型稀土臭氧氧化催化剂的制备成本高昂，难以实现大范围的市场化应用的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种剩余污泥掺杂稀土富集物制备臭氧催化剂的方法，所述方法包括以下步骤：

制备前驱体，将预处理除杂后的剩余污泥、稀土富集物混合，向混合料中加入氯化锌在常温下搅拌浸渍12h-24h，过滤掉上层清液，多次水洗至中性，沉淀物经干燥处理后制得所述前驱体；

制备污泥生料球，向所述前驱体中加入羧基纤维素钠与聚乙烯醇的混合溶液，利用成型装置制得所述污泥生料球；