本發(fā)明涉及催化劑，特別是涉及一種生物炭基催化劑的制備方法、產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，工業(yè)化引起的大氣污染等環(huán)境問題成為全世界迫切的問題。其中，氮氧化物(nox)是主要的空氣污染物，為減少排放物和維持高質(zhì)量的生活環(huán)境，規(guī)制措施不斷嚴(yán)格。工業(yè)煙氣中的氮氧化物凈化是環(huán)保問題中最為重要的課題。在目前的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原(selective?catalytic?reduction，scr)技術(shù)由于脫硝效率高，技術(shù)較成熟而得到廣泛的應(yīng)用。scr技術(shù)是利用氨(nh3)、尿素或碳?xì)浠衔镆约癶2等作為還原劑，在一定的溫度和催化劑的作用下，有選擇地將煙氣中的nox還原為n2和h2o。該反應(yīng)在溫度不高于400℃時(shí)即可進(jìn)行，脫硝率基本可達(dá)80％～90％。其中，中低溫nh3–scr技術(shù)因其效率高而應(yīng)用最廣泛。

2、抗生素在治療和預(yù)防疾病方面做出了突出貢獻(xiàn)，但由于其頻繁大量使用與持續(xù)排放，國(guó)際上已將環(huán)境中的抗生素列為一類新興環(huán)境污染物。目前在世界各國(guó)的土壤、地表水及地下水中均已檢測(cè)到不同含量的抗生素殘留。制藥企業(yè)在生產(chǎn)抗生素過程中會(huì)產(chǎn)生大量的菌渣，按照1噸抗生素原藥約產(chǎn)生8～10噸濕菌渣計(jì)算，每年產(chǎn)生大量的抗生素濕菌渣。抗生素菌渣性質(zhì)不穩(wěn)定，極易腐敗并散發(fā)惡臭氣味，還會(huì)誘發(fā)細(xì)菌耐藥性和抗生素抗性基因，脅迫環(huán)境微生物和誘導(dǎo)環(huán)境中耐藥微生物的發(fā)育，給人類及生態(tài)環(huán)境帶來巨大的安全隱患。在我國(guó)最新修訂的《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》(2021)里，抗生素菌渣依舊屬于hw02類危險(xiǎn)廢物。

3、近年來，將工業(yè)廢棄物作為資源應(yīng)用于環(huán)境治理和修復(fù)領(lǐng)域，符合“以廢治廢”的理念?？股貜U渣中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，其中粗蛋白、粗脂肪和多糖類物質(zhì)的含量較高，可作為生物質(zhì)資源。對(duì)于抗生素廢渣衍生的催化材料，活性位點(diǎn)的缺乏、基質(zhì)的無序性以及固有組分的復(fù)雜性阻礙了電子的定向流動(dòng)，導(dǎo)致scr催化效率低，穩(wěn)定性差，難以滿足實(shí)際復(fù)雜工況下多種污染物共存的深層需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種生物炭基催化劑的制備方法、產(chǎn)品和應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一，一種生物炭基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1，將分別含有mn和金屬n的兩種前驅(qū)體物質(zhì)溶于水中制得均相溶液；

5、步驟2，將所述均相溶液加入含有廢渣l的堿性溶液中并保持反應(yīng)體系ph為堿性，老化，得到混合溶液；

6、步驟3，對(duì)所述混合溶液進(jìn)行抽濾和洗滌，然后干燥得到含有n、mn和l的類水滑石復(fù)合材料；

7、步驟4，對(duì)所述含有n、mn和l的類水滑石復(fù)合材料進(jìn)行煅燒，得到所述生物炭基催化劑；

8、所述金屬n為al和/或fe；

9、所述廢渣l為鏈霉素廢渣、土霉素廢渣和慶大霉素廢渣中至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選的，金屬n為al，廢渣l為鏈霉素廢渣。

10、本發(fā)明技術(shù)方案之二，一種利用上述的制備方法制備得到的生物炭基催化劑。

11、本發(fā)明技術(shù)方案之三，上述的生物炭基催化劑在選擇性催化還原煙氣中nox中的應(yīng)用。

12、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

13、本發(fā)明將抗生素廢渣復(fù)合類水滑石(ldhs)層狀材料作為前驅(qū)體制備生物炭基催化劑用于scr脫硝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了活性金屬物種在原子水平上的高度分散，有效吸附和活化nh3、nox等反應(yīng)物，促使催化反應(yīng)的快速進(jìn)行。本發(fā)明的生物炭基催化劑不僅能高效去除污染物，保持良好的穩(wěn)定性，并且具有較高的抗硫抗水性能，制備方法簡(jiǎn)單，一步合成。

14、本發(fā)明將抗生素廢渣作為生物質(zhì)資源，利用類水滑石活性組分高分散、高比表面積、結(jié)構(gòu)可控性等優(yōu)勢(shì)，來解決生物炭材料中活性位點(diǎn)的缺乏、基質(zhì)的無序性以及固有組分的復(fù)雜性阻礙了電子的定向流動(dòng)等缺點(diǎn)，獲得了多功能型生物炭基scr催化劑，在高效處理危險(xiǎn)廢物——抗生素廢渣的同時(shí)，又能提高生物炭基料催化效率低、穩(wěn)定性差、抗中毒性能不足等問題。

15、本發(fā)明制備的生物炭基催化劑相對(duì)于單一的抗生素廢渣衍生的生物炭材料和ldhs材料，催化劑中含有更多的表面活性氧物種和酸性位點(diǎn)、優(yōu)異的氧化還原能力，能夠有效促進(jìn)nh3-scr反應(yīng)，提高催化劑的抗中毒性能。另外，該生物炭基催化劑能夠有效解決大量廢棄抗生素菌渣的處理處置問題，降低材料生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)抗生菌渣廢棄物的合理資源化利用，兼具經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，成為一種重要的“碳負(fù)”能源戰(zhàn)略。

技術(shù)特征：

1.一種生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于，mn和金屬n的摩爾比為(0.5～2):1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于，含有mn的前驅(qū)體物質(zhì)與廢渣l的質(zhì)量比為(5～6):(0.5～4)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟2中，保持反應(yīng)體系ph為8～12。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于，所述堿性溶液為na2co3水溶液；反應(yīng)體系中mn與na2co3的摩爾比為0.25～1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于，所述煅燒具體為350～600℃煅燒5h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的生物炭基催化劑。

8.如權(quán)利要求7所述的生物炭基催化劑在選擇性催化還原煙氣中nox中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，選擇性催化還原煙氣中nox的反應(yīng)溫度區(qū)間為100～300℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及催化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種生物炭基催化劑的制備方法、產(chǎn)品和應(yīng)用。該生物炭基催化劑的制備方法包括以下步驟：步驟1，將分別含有Mn和金屬N的兩種前驅(qū)體物質(zhì)溶于水中制得均相溶液；步驟2，將所述均相溶液加入含有廢渣L的堿性溶液中并保持反應(yīng)體系pH為堿性，老化，得到混合溶液；步驟3，對(duì)所述混合溶液進(jìn)行抽濾和洗滌，然后干燥得到含有N、Mn和L的類水滑石復(fù)合材料；步驟4，對(duì)所述含有N、Mn和L的類水滑石復(fù)合材料進(jìn)行煅燒，得到所述生物炭基催化劑。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)廢棄物的回收利用，而且所制備的催化劑在低溫下能夠高效催化還原煙氣中氮氧化物，還具有很好的低溫抗中毒性能和再生性能，符合“以廢治廢”的理念。

技術(shù)研發(fā)人員：閻清華,陳振宇,宋曉哲,辛言君,劉國(guó)成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10