生活垃圾掺煤发电焚烧灰渣合成多性能功能材料
文献类型：学位论文
| 作者 | 樊芸 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张付申 |
| 关键词 | 焚烧灰 功能材料 吸附 催化裂解 水热合成 Incineration Ash Functional Materials Adsorption Catalytic Pyrolysis Hydrothermal Process |
| 其他题名 | Multi-functional Materials Developed from Municipal Solid Waste and Coal Co-combustion Ash |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 垃圾掺煤发电是针对我国垃圾特点的具有中国特色的一种生活垃圾处理方式。在焚 烧处理过程中，由于垃圾与煤中各组分的相互作用，焚烧灰渣的特性既不同于一般的生 活垃圾焚烧灰，也不同于普通的粉煤灰，而具有其自身的特点。本研究利用生活垃圾掺 煤发电灰渣中含有大量的硅和铝的特点，采用熔融-水热法工艺合成功能材料，用于处 理重金属污染废水和生物质催化裂解制氢，在实现灰渣资源综合利用的同时，达到以废 治污，保护水资源，促进生物质能研发的目的。 论文论述了生活垃圾污染情况、处理方式、综合利用现状以及固体废弃物合成功能 材料的研究进展；考察了加碱量、晶化时间等因素对垃圾灰渣合成功能材料性能的影响； 以Cd2+、Cu2+、Pb2+以及As(V)污染废水为研究对象，讨论了吸附剂投加量、废水pH 值、 吸附时间和吸附温度等因素对废水中无机污染物去除率的影响；同时进行了吸附材料的 再生实验；阐述了沸石化机理和吸附机理。另外，以焚烧灰渣为原材料制备功能催化材 料，在固定床生物质裂解系统中进行废弃生物质催化裂解制取气态燃料研究，取得了一 系列进展。主要研究成果如下： 1、以垃圾掺煤发电焚烧灰渣为原料，通过科学合理的配方设计、制备工艺技术参 数和条件的优化选择，成功合成以X 型、P 型、HS 型沸石为主要结晶相的功能材料。 2、合成实验表明，熔融-水热法是垃圾掺煤发电焚烧灰渣制备高比表面积吸附材料 的优异方法。采用该方法成功合成了以X 型沸石为主要结晶相的吸附材料，优化合成条 件为：NaOH/灰渣1.2，熔融温度550 oC，固液比1/10，熔融时间1 h，室温下老化24 h， 晶化温度90 oC，晶化时间6 h。在这种条件下，可以合成阳离子交换量和比表面积均相 对较大的吸附材料。另一方面，水热法是垃圾焚烧灰渣合成以P 型沸石为主要结晶相的 较好方法，采用该方法成功合成了P 型分子筛，优化合成条件为：NaOH/灰渣1.2，固 液比1/10，反应时间6 h，反应温度130 oC。在这种条件下，可以合成纯度较高的P 型 沸石。在熔融和水热条件下，当加碱量增加，均易生成热稳定性较高的以HS 型沸石为 主要结晶相的功能材料，可用作为生物质催化裂解反应中的催化材料。 3、吸附实验表明：合成的吸附材料对水溶液中Cd2+、Cu2+、Pb2+等重金属都具有良 好的吸附性能，吸附等温线与Langmuir 吸附方程吻合，最大平衡吸附量分别为87.0 mg/g、142.5 mg/g、177.5 mg/g；当Cd2+、Cu2+、Pb 2+初始浓度分别小于100 mg/L、150 mg/L、 350 mg/L、吸附剂投加量2 g/L 时，常温下对于三种金属离子的去除率均能达到95%以上；当Cd2+、Cu2+、Pb 2+离子浓度200 mg/L 时，静态吸附达到吸附平衡分别为6 h，4 h 和2 h。 4、吸附实验表明：合成的吸附材料经过超声、振荡负载铁离子之后，对As(V)具有 较好的吸附效能，吸附等温线与Langmuir 吸附方程吻合，最大平衡吸附量分别为5.37 mg/g 和13.04 mg/g；当吸附剂投加量为0.5 g/L，As(V)初始浓度为5 mg/L 和1 mg/L 时， 超声振荡负载Fe 的沸石对As(V)的去除率分别为97%和99%以上。再生实验结果表明： 吸附剂可进行多次再生，但每次再生后对Cd2+、Cu2+、Pb2+吸附效果有下降趋势，第四 次再生后吸附容量是第一次再生后吸附容量的二分之一。 5、催化裂解实验表明：以HS 型沸石结晶相为主要结晶相的功能材料具有更好的热 稳定性和催化裂解产氢效果，适合在700~900 oC 温度较宽的范围内使用，在700 oC、催 化剂投加量为0.4 g 催化剂/g 木屑条件下，氢气产量达到28.95 g/kg 木屑；负载Ni 后， 氢气产量达到33.20 g/kg 木屑，分别是木屑单独裂解产氢量的1.4 和1.59 倍。 |
| 学科主题 | 固体废弃物资源化 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-05-28 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/237]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境纳米材料实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 樊芸. 生活垃圾掺煤发电焚烧灰渣合成多性能功能材料[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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