权利要求
(1)采用ZnCl2浸渍法对城市固废污泥基生物炭进行活化，以及利用盐酸和柠檬酸混合溶液对稀土尾矿进行酸化;
(2)将活化后的城市固废污泥基生物炭和酸化后的稀土尾矿按比例掺入后进行依次研磨、过筛和球磨，得到混合料;
(3)将所述混合料置于高温高压加热釜中进行水热合成，反应结束后将悬浊液于真空干燥箱烘干;
(4)使用马弗炉焙烧，取出固体物质即为制备的催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述城市固废污泥基生物炭由固体废物污泥热解碳化制得，所述热解碳化温度为450℃～600℃，时间为0.5～1h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活化温度为450℃～500℃，时间为1.5～2h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合溶液中盐酸和柠檬酸的摩尔比值为1:5～1:10，配置的搅拌反应时间为24～48h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭质量的50%～100%，选取的目数为140～230。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述球磨在行星式球磨机中进行，球磨时间为1.5～2h，球料比为20:1～40:1，转速选定为1000r/min～2000r/min，公转与自转的传动比为1:1～1:3。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水热合成温度为120℃～150℃，时间为2～3h，所述干燥温度为80℃～120℃，时间为8h～10h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述焙烧温度为450℃～600℃，时间为2～3h，升温速率为20℃/min～25℃/min。
9.一种SCR催化剂，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一所述方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的SCR催化剂应用于催化脱硝。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于大气污染防治技术及固体废物资源化利用领域，具体地，涉及一种以基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂及制备方法和应用。
背景技术
[0002]城市污泥成分复杂，含有微塑料、重金属、细菌等大量有害且难以降解的污染物，若未进行妥善处理，则会严重污染地下水和破坏土壤环境，其中重金属、病原体等有毒物质会导致二次的污染，严重危害人类的身体健康和生活居住环境。因此，如何有效的、经济合理的妥善处理处置成分复杂的城市污泥，已经成为环境污染防治领域最需要解决的关键问题之一。
[0003]在稀土开采过程中，经过选矿处理后的固体废弃物，由于品味较低、提取困难，无法经济有效的进行再次提取利用，尾矿中可能含有有毒物质和重金属，大量堆埋在矿山的空场伴随着环境污染的风险，如不妥善处理会对生态环境造成严重的影响。因此，在环保要求日益严格的双碳背景下，如何进一步挖掘稀土尾矿的价值并高值化综合利用一直是稀土矿业领域热点的研究课题之一。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种以基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂及制备方法和应用，本发明选取城市固体废物污泥进行中温热解后，采用ZnCl2浸渍活化热解碳化固态产物污泥基生物炭，并配制盐酸和柠檬酸的混合酸洗溶液对含有Fe、Ca、O以及少量稀土元素的稀土尾矿进行表面修饰，改性处理后的城市固废污泥基生物炭与稀土尾矿烘干后按比例混合进行高能球磨、水热合成和马弗炉焙烧等一系列方法制备复合SCR脱硝催化剂。遵循了固体废物资源化利用原则，达到了以废治废的目的，打破了固体废弃物污泥与尾矿资源化综合高效利用的局限性。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用ZnCl2浸渍法对城市固废污泥基生物炭进行活化，以及利用盐酸和柠檬酸混合溶液对稀土尾矿进行酸化;
(2)将活化后的城市固废污泥基生物炭和酸化后的稀土尾矿按比例掺入后进行依次研磨、过筛和球磨，得到混合料;
(3)将所述混合料置于高温高压加热釜中进行水热合成，反应结束后将悬浊液于真空干燥箱烘干;
(4)使用马弗炉焙烧，取出固体物质即为制备的催化剂。
[0006]优选地，步骤(1)中，所述城市固废污泥基生物炭由固体废物污泥热解碳化制得，所述热解碳化温度为450℃～600℃，时间为0.5～1h。
[0007]优选地，步骤(1)中，所述活化温度为450℃～500℃，时间为1.5～2h。
[0008]优选地，步骤(1)中，所述混合溶液中盐酸和柠檬酸的摩尔比值为1:5～1:10，配置的搅拌反应时间为24～48h。
[0009]优选地，步骤(2)中，所述稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭质量的50%～100%，选取的目数为140～230。
[0010]优选地，步骤(2)中，所述球磨在行星式球磨机中进行，球磨时间为1.5～2h，球料比为20:1，转速选定为1200r/min，公转与自转的传动比为1:2。
[0011]优选地，步骤(3)中，所述水热合成温度为120℃～150℃，时间为2～3h，所述干燥温度为80℃～120℃，时间为8h～10h。
[0012]优选地，步骤(4)中，所述焙烧温度为450℃～600℃，时间为2～3h，升温速率为20℃/min～25℃/min。
[0013]一种SCR催化剂，采用基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂制备方法制备得到。
[0014]一种根据基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂制备方法制得的SCR催化剂应用于催化脱硝。
[0015]本发明的有益效果：
本发明选取城市来自污水处理厂的固体废物污泥进行中温热解后，采用ZnCl2浸渍活化法处理热解碳化的固态产物污泥基生物炭，增大其比表面积，并配制盐酸和柠檬酸的混合溶液对含有Fe、Ca、O以及少量稀土元素的稀土尾矿进行表面修饰，促进铁类氧化物的形成，提高稀土尾矿活性组分溶出分布，改性处理后的原料城市固废污泥基生物炭与稀土尾矿烘干后按比例混合依次进行高能球磨、水热合成和马弗炉焙烧等一系列方法制备复合SCR脱硝催化剂，具有较好的催化活性。同时，资源化高效利用了固体废物城市污泥与选矿处理后的废弃物稀土尾矿，达到了以废治废的目的，并为固体废物城市污泥与稀土尾矿的处理处置提供新的思路与科学依据，打破了两类固废资源多途径综合利用的局限性。通入气体为1:1比例的NH3和NO，同时通入O2，N2作为平衡气，进行NH3-SCR脱硝性能实验，反应温度300℃～350℃范围内所得催化剂的脱硝率达到85%以上。
附图说明
[0016]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0017]图1为本发明实施例的基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂制备工艺流程图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]一种基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)城市污泥热解碳化温度为450℃～600℃，时间为0.5～1h;
(2)ZnCl2活化温度为450℃～500℃，时间为1.5～2h;
(3)盐酸和柠檬酸配置混合溶液的摩尔比值为1:5～1:10，配置的搅拌反应时间为24～48h;
(4)稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭的50%～100%，选取的目数为140～230;
(5)高能球磨时间为1.5～2h，球料比为20:1，转速选定为1200r/min，公转与自转的传动比为1:2;
(6)水热合成温度为120℃～150℃，时间为2～3h，干燥烘干温度为100℃，时间为8h;
(7)马弗炉焙烧温度为450℃～600℃，时间为2～3h，升温速率为25℃/min。
[0020]一种基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂的应用，在NH3和NO为1:1的条件下，用O2和N2配平使用，催化剂用作烟气脱硝催化剂。
[0021]上述制备方法及其应用的具体实施如下：
实施例1
[0022](1)城市污泥热解碳化温度为450℃，时间为0.75h;
(2)ZnCl2活化温度为500℃，时间为2h;
(3)盐酸和柠檬酸配置混合溶液的摩尔比值为1:5，配置的搅拌反应时间为48h;
(4)稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭的50%，选取的目数为200;
(5)高能球磨时间为2h，球料比为20:1，转速选定为1200r/min，公转与自转的传动比为1:2;
(6)水热合成温度为150℃，时间为2h，干燥烘干温度为100℃，时间为8h;
(7)马弗炉焙烧温度为500℃，时间为2h，升温速率为25℃/min。
[0023]用制得的催化剂进行脱硝实验：在NH3和NO为1:1的条件下，通入O2，并用N2配平，300℃～350℃范围内所得催化剂的脱硝率可达42%。
实施例2
[0024]本实施例提供一种基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂的制备方法及其应用，
所述的制备方法及其应用同实施例1，其具体实施如下：
(1)城市污泥热解碳化温度为450℃，时间为0.75h;
(2)ZnCl2活化温度为500℃，时间为2h;
(3)盐酸和柠檬酸配置混合溶液的摩尔比值为1:5，配置的搅拌反应时间为48h;
(4)稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭的60%，选取的目数为200;
(5)高能球磨时间为2h，球料比为20:1，转速选定为1200r/min，公转与自转的传动比为1:2;
(6)水热合成温度为150℃，时间为2h，干燥烘干温度为100℃，时间为8h;
(7)马弗炉焙烧温度为500℃，时间为2h，升温速率为25℃/min。
[0025]用制得的催化剂进行脱硝实验：在NH3和NO为1:1的条件下，通入O2，并用N2配平，300℃～350℃范围内所得催化剂的脱硝率可达51%。
实施例3
[0026]本实施例提供一种基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂的制备方法及其应用，
所述的制备方法及其应用同实施例1，其具体实施如下：
(1)城市污泥热解碳化温度为450℃，时间为0.75h;
(2)ZnCl2活化温度为500℃，时间为2h;
(3)盐酸和柠檬酸配置混合溶液的摩尔比值为1:5，配置的搅拌反应时间为48h;
(4)稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭的80%，选取的目数为200;
(5)高能球磨时间为2h，球料比为20:1，转速选定为1200r/min，公转与自转的传动比为1:2;
(6)水热合成温度为150℃，时间为2h，干燥烘干温度为100℃，时间为8h;
(7)马弗炉焙烧温度为500℃，时间为2h，升温速率为25℃/min。
[0027]用制得的催化剂进行脱硝实验：在NH3和NO为1:1的条件下，通入O2，并用N2配平，300℃～350℃范围内所得催化剂的脱硝率可达71%。
实施例4
[0028]本实施例提供一种基于固废污泥掺杂尾矿的SCR脱硝催化剂的制备方法及其应用，
所述的制备方法及其应用同实施例1，其具体实施如下：
(1)城市污泥热解碳化温度为450℃，时间为0.75h;
(2)ZnCl2活化温度为500℃，时间为2h;
(3)盐酸和柠檬酸配置混合溶液的摩尔比值为1:5，配置的搅拌反应时间为48h;
(4)稀土尾矿掺入量为城市固废污泥基生物炭的100%，选取的目数为200;
(5)高能球磨时间为2h，球料比为20:1，转速选定为1200r/min，公转与自转的传动比为1:2;
(6)水热合成温度为150℃，时间为2h，干燥烘干温度为100℃，时间为8h;
(7)马弗炉焙烧温度为500℃，时间为2h，升温速率为25℃/min。
[0029]用制得的催化剂进行脱硝实验：在NH3和NO为1:1的条件下，通入O2，并用N2配平，300℃～350℃范围内所得催化剂的脱硝率可达86%。
[0030]本发明技术方案选取城市污水处理厂的污泥进行中温热解后，采用ZnCl2浸渍活化法处理热解碳化的固态产物污泥基生物炭，增大其比表面积，并配制盐酸和柠檬酸的混合溶液对含有Fe、Ca、O以及少量稀土元素的稀土尾矿进行表面修饰，促进铁类氧化物的形成，提高稀土尾矿活性组分溶出分布，改性处理后的原料城市固废污泥基生物炭与稀土尾矿烘干后按比例混合依次进行高能球磨、水热合成和马弗炉焙烧等一系列方法制备复合SCR脱硝催化剂，具有较好的催化活性。通入气体为1:1比例的NH3和NO，同时通入O2，N2作为平衡气，进行NH3-SCR脱硝性能实验，反应温度300℃～350℃范围内所得催化剂的脱硝率达到85%以上。此外，资源化高效利用了固体废物城市污泥与选矿处理后的废弃物稀土尾矿，达到了以废治废的目的，并为固体废物城市污泥与稀土尾矿的处理处置提供新的思路与科学依据，打破了两类固废资源多途径综合利用的局限性。
[0031]以上具体实施方式部分对本发明所涉及的分析方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。
说明书附图(1)
