委托机构 | 西安嘉思特知识产权代理事务所 | ||
技术经理人 | 刘长春 | ||
科技成果持有方 | 西安建筑科技大学 | ||
挂牌时间 | 2018-02-11 |
项目名称 | 一种赤泥基聚合物催化剂制备及在制取氢能中应用 | ||
项目简介 | 本发明公开了一种新型赤泥基聚合物催化剂的制备及其在光催化分解水制取氢能中的应用。该制备方法分别以不同产地的工业固体废弃物赤泥为原料,在化学激活剂的激发下,制备赤泥基聚合物光催化剂。该赤泥基聚合物催化剂的制备优势在于对赤泥原料能够完全利用,无三废排放;将该赤泥基聚合物催化剂应用于光催化分解水制备氢能反应,催化剂可循环使用,无二次污染。该赤泥基催化剂的制备及制氢反应工艺简单,可实现规模化生产及应用。 | ||
项目所属领域 | 无 | ||
知识产权情况 |
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技术方案 | 本发明的目的在于,提供一种赤泥基聚合物催化剂的制备方法并将制备 的该催化剂应用于光催化分解水制备氢能的新能源领域。 为了实现上述目标,本发明采取如下的技术解决方案: 一种赤泥基聚合物催化剂的制备方法,其特征在于,该方法以工业固体 废弃物赤泥(广西拜尔法赤泥、山西拜尔法赤泥或山西烧结法赤泥)为原料, 在硅酸钠的激发下,生成赤泥基聚合物催化剂;具体包括下列步骤: (1)准确称取赤泥原料,加入净浆搅拌机中; (2)将配方量的硅酸钠溶入定量水中,激发剂硅酸钠的掺量为赤泥原 料重量的18%~23%,水与赤泥的质量比为0.3;然后将硅酸钠水溶液加入净 浆搅拌机中拌和形成混合均匀的浆体; (3)将浆体装入模具中成型,得到成型的赤泥基聚合物,将成型的的 赤泥基聚合物在85℃下密封加热20h后脱模,在标准养护条件下分别养护3 天,采用抗压仪测定赤泥基聚合物的抗压强度;然后敲碎,过90目~35目 筛,制得0.16mm~0.5mm的颗粒状赤泥基聚合物催化剂。 经申请人的实验研究表明,本发明制备的赤泥基聚合物催化剂能够用于 光催化分解水制备氢能。 具体应用中,以氙灯作为模拟太阳能光源,评价太阳能光催化分解水制 氢的产率。具体包括下列步骤: 1)分别定量称取Na2S和Na2SO3,溶入盛有50mL蒸馏水的100mL光照一 侧为平面的Prex玻璃平底反应瓶中,然后称取适量的赤泥基聚合物催化剂 粉体放入反应瓶中; 2)将三通进样玻璃瓶塞插入反应瓶中,在磁力搅拌下,打开氙灯稳流 电源进行光催化反应,反应瓶一侧为平面的侧面与光源的距离为15cm; 3)采用配备有TCD检测器,TDX-01填充柱的气相色谱仪对生成的气相 产物进行检测,评价太阳能光催化分解水制氢效率。 | ||
可量化指标 | 本发明的目的在于,提供一种赤泥基聚合物催化剂的制备方法并将制备 的该催化剂应用于光催化分解水制备氢能的新能源领域。 为了实现上述目标,本发明采取如下的技术解决方案: 一种赤泥基聚合物催化剂的制备方法,其特征在于,该方法以工业固体 废弃物赤泥(广西拜尔法赤泥、山西拜尔法赤泥或山西烧结法赤泥)为原料, 在硅酸钠的激发下,生成赤泥基聚合物催化剂;具体包括下列步骤: (1)准确称取赤泥原料,加入净浆搅拌机中; (2)将配方量的硅酸钠溶入定量水中,激发剂硅酸钠的掺量为赤泥原 料重量的18%~23%,水与赤泥的质量比为0.3;然后将硅酸钠水溶液加入净 浆搅拌机中拌和形成混合均匀的浆体; (3)将浆体装入模具中成型,得到成型的赤泥基聚合物,将成型的的 赤泥基聚合物在85℃下密封加热20h后脱模,在标准养护条件下分别养护3 天,采用抗压仪测定赤泥基聚合物的抗压强度;然后敲碎,过90目~35目 筛,制得0.16mm~0.5mm的颗粒状赤泥基聚合物催化剂。 经申请人的实验研究表明,本发明制备的赤泥基聚合物催化剂能够用于 光催化分解水制备氢能。 具体应用中,以氙灯作为模拟太阳能光源,评价太阳能光催化分解水制 氢的产率。具体包括下列步骤: 1)分别定量称取Na2S和Na2SO3,溶入盛有50mL蒸馏水的100mL光照一 侧为平面的Prex玻璃平底反应瓶中,然后称取适量的赤泥基聚合物催化剂 粉体放入反应瓶中; 2)将三通进样玻璃瓶塞插入反应瓶中,在磁力搅拌下,打开氙灯稳流 电源进行光催化反应,反应瓶一侧为平面的侧面与光源的距离为15cm; 3)采用配备有TCD检测器,TDX-01填充柱的气相色谱仪对生成的气相 产物进行检测,评价太阳能光催化分解水制氢效率。 | ||
对比技术 | 赤泥是冶炼氧化铝过程中排出的高含水量的泥状强碱性固体废弃物,主 要由细颗粒的泥和粗颗粒的砂组成。随着铝工业的日益发展,生产氧化铝排 出的赤泥量巨大,据统计每生产1吨氧化铝要排放1~1.8吨赤泥,中国作 为世界第4大氧化铝生产国,仅国内五大铝业基地(山东、山西、长城、贵 州和广西),每年产生的赤泥就达到约600万吨,累计赤泥存量近2亿吨, 而利用率仅为15%左右[1,2]。赤泥筑坝堆存不仅占用大量的土地资源,耗费 巨额的堆场建设和维护费用,而且强碱性、高盐度的赤泥废渣长期堆存会造 成土壤碱化,污染地表及地下水源,对生态环境造成严重的危害,因此,赤 泥的综合开发利用已成为我国氧化铝工业实现循环经济和可持续发展的重 要途径之一。 有关赤泥的利用有诸多报导,如,掺加3.5%赤泥可用于烧成水泥[3],掺 10%-16%的赤泥用于路面基层材料[4],制备建筑陶瓷及陶瓷滤球[5,6],保温陶 瓷砖[7],微晶玻璃[8,9],塑料填料[10-12],用作硅肥[13]、免烧砖和轻质隔墙板[14]; 同时,赤泥作为吸附剂用于吸附废水中的Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+,As5+, As3+等重金属离子[15-19],吸附F-离子[20],吸附SO2[21]。从赤泥中提取Fe、Si、 Al、Ca、Ti、V、Sc、Ta、稀土元素等有价金属[22-24]。 目前,利用赤泥制备赤泥基胶凝材料是研究的热点之一;潘志华[25]等人 以矿渣与赤泥质量比为70:30,掺加14%的固体碱性激发剂,成功制备出了 具有正常凝结时间的高强度的碱矿渣-赤泥水泥。闫军[26]报道了赤泥:矿渣: 水玻璃为50:45:5的碱激发赤泥胶凝材料;刘龙[27]等对赤泥-粉煤灰-矿渣碱 激发胶凝材料性质进行了研究,当赤泥质量与粉煤灰质量比为3:1、矿渣质 量为40%、减水剂为0.7%、硅酸钠量为12%时,所制备的碱激发胶凝材料力 学性能较好。张娜[28]等报道了赤泥-煤矸石胶凝材料,其中赤泥与煤矸石之 比为3:2,拌合后在600℃煅烧2h。李国卫等[29]对烧结法赤泥胶凝性能进行 了试验研究;申建立等[30]研究了矿渣与赤泥在石灰及氢氧化钠激发下的胶凝 材料的强度变化规律;朱强[31]报道了石灰激发下赤泥的硅酸盐胶凝性能;李 文娟[32]等的中国专利申请(申请号:200910092222.X)公开了赤泥-粉煤灰免 烧地质聚合物材料的制备专利,将赤泥、粉煤灰、固体水玻璃、木质素磺酸 钙粉按比例混合,再加入一定量的细沙和碎石并混合均匀,在10-60MPa的 压力下振动加压成型,坯体在室温下自然养护3天或7天,然后在40-280℃ 干燥6-38h。栾兆坤等[33]的中国专利申请(公开号:CN101143312A)公开了 一种用于水处理的赤泥吸附剂的制备与再生方法专利,将50-70%的赤泥, 15-30%的粉煤灰,5-10%的生石灰,5-10%的水玻璃,10-20%的成孔剂混合, 球磨后,按5-8%比例加入40℃左右温水进行造粒,室温熟化18-24小时, 80℃-100℃烘干4-5小时,再投入烧成窑内,分别在400-600℃焙烧1小时 和800-1100℃焙烧0.5小时。粒状赤泥吸附剂再生方法是采用5-10%的稀盐 酸溶液进行脱附再生。李为成[34]申请的中国专利(公开号:CN101628443A) 公开了赤泥蒸压产品及其制备方法,将50-90%赤泥,40-5%粉煤灰,3%脱硫 石膏,3%磷渣,3%氢氧化钙,1%盐酸,1%的401及107胶混合搅拌均匀,破 碎振动成型,蒸压釜中蒸养6小时,其成品的抗压强度大于23.1MPa。韩奎 华等[35]申报的中国专利申请(公开号:CN102212406A)公开了将天然石灰石 与赤泥按石灰石中的Ca2+摩尔数与赤泥中含有的Na+,K+,Fe3+,Ti4+的总摩尔 数比为15±3混合,加水搅拌浸渍后,干燥后的样品再次破碎,筛分制得一 定粒度分布的固硫剂,固硫剂与煤混燃进行固硫。王林江等[36]的中国专利申 请(公开号:CN102690100A)公开了以拜尔赤泥和高岭土为主原料制备铝硅 酸盐聚合物材料的方法,将70-90%拜尔赤泥与10-30%高岭土混合,然后与 氢氧化钠和硅酸钠水溶液混合,成型后在35-60℃固化4-8h,脱模后在35 ℃-60℃固化48-72h,然后室温存放5天。齐飞等[37]的中国专利申请(公开 号:CN102502944)一种赤泥基多相催化臭氧氧化除污染技术,是将赤泥用 蒸馏水洗涤,70℃下烘干,将该赤泥放入盛有蒸馏水的烧杯中,形成浓度为 10g/L的悬浊液,在磁力搅拌下,逐滴加入稀的硫酸(或盐酸,或硝酸)溶 液,以PH=6为滴定终点,室温老化24小时,倾倒上清液,剩余的悬浊液在 70℃下烘干12小时,制得赤泥基催化剂;将该催化剂放入1.0-3.0mg/L臭 氧浓度的水溶液中对硝基苯进行臭氧氧化降解。张化永等[38]的中国专利申请 (公开号:CN102730784A)的一种改性烧结法赤泥去除污水中氮磷的方法, 是采用稀的盐酸对赤泥进行浸泡、烘干或制得改性烧结法赤泥,然后对含氮、 磷污水进行吸附去除。童希立等[39]的中国专利申请(公开号:CN102240551A) 报道了一种利用赤泥制备高比表面积可见光光催化剂的方法,将赤泥与一定 量的水混合并通入CO2气体进行脱碱处理,然后将脱碱赤泥加入酸性溶液中 形成固液混合物,再加入酒石酸铵(六次甲基四胺,或尿素)沉淀剂溶液和 十二烷基磺酸钠表面活性剂溶液获得沉淀物,将沉淀过滤洗涤,300℃~700 ℃焙烧1-3h得到固体光催化剂,采用氙灯光照,对苯酚溶液进行光解研究, 10h苯酚的降解率为70%。陈男等[40]的中国专利申请(公开号:CN102872797A) 公开了高效除铬复合吸附剂的制备方法,以赤泥和蒙脱石粘土为原料,加入 水及可溶性淀粉搅拌均匀,造粒干燥,550℃~650℃条件下焙烧0.5~2h, 将适量的该吸附剂加入到含铬的污水中进行吸附性能研究。刘万超等[41]的中 国专利申请(公开号:CN102491657A)公开了一种利用赤泥、铝土矿选尾矿 生产聚合胶凝材料的方法,是将赤泥与铝土矿选尾矿按一定比例混合,经 700℃-1000℃的高温活化0.5-3h,添加1-5%的生石膏,胶砂实验检测28天 抗压强度。 综上所述,由于赤泥的胶凝活性差,通常采用下述三种方法对其进行活 化;一是将赤泥与矿渣、粉煤灰灰、高岭土、或煤矸石等混合,再与生石灰、 氢氧化钠、硅酸钠等碱性激发剂反应[25-36];二是将赤泥与蒙脱石及铝土矿选 尾矿按一定比例混合,掺入生石膏等经550℃~1000℃的高温焙烧而成[39-41]。 三是将赤泥进行酸化处理[37,38]以及进行沉淀制备吸附剂[37,38,15-21],但当吸附剂 达到饱和吸附后,需对吸附剂进行酸处理或高温处理再生,这样不仅消耗能 源,而且会产生二次污染。因此,如何在无二次污染的前提下,规模化的利 用赤泥是申请人研究的重点。 申请人通过查阅大量的专利及文献资料,没有发现采用单一的赤泥为原 料制备赤泥基聚合物催化剂以及将其应用于太阳能光催化分解水制备氢能 的文献及专利报导。 以下是发明人给出的相关参考文献: [1]马洪坤,于奇正,钟景波,陈跃先,沈卫国,陈敏,赤泥在建筑材 料方面的综合利用,建材世界33(5)(2012)9-12。 [2]刘春,尹国勋,烧结法赤泥生产混凝土的研究探讨,中国资源综合 利用125(3)(2007)17-19。 [3]P.E.Tsakiridis,S.Agatzini-Leonardou,P.Oustadakis,Mudadditionin therawmealfortheproductionofPortlandcementclinker,JournalofHazardous MaterialsB116(2004)103-110。 [4]梁旭,梁乃兴,曾建民.水泥赤泥稳定级配碎石基层的性能研究, 重庆交通大学学报27(6)(2008)1086-1089。 [5]蒋述兴,贺深阳.利用赤泥制备建筑陶瓷[J].桂林工学院学报3 (2008)365-388。 [6]徐晓虹,邸永江,吴建锋,等,利用工业废渣研制环保陶瓷滤球, 武汉理工大学学报.26(5)(2004)12-15。 [7]吴建锋,罗文辉,徐晓虹,等,赤泥陶瓷保温砖的制备及结构与性 能,武汉理工大学学报30(5)(2008)15-18。 [8]J.Yang,D.Zhang,J.Hou,Preparationofglass-ceramicsfromredmud inthealuminiumindustries,Ceramicsinternational,34(2008)125-130。 [9]M.Erol,A.Erosoy-Mericboyu,Theinfluenceofthebinderonthe propertiesofsinteredglass-ceramicsproducedfromindustrialwastes,Ceramics International35(2009)2609-2617。 [10]李国昌,王萍,张秀英,胡晓军,刘绪政,赤泥对聚氯乙烯软膜 透光率的影响,非金属矿24(4)(2001)28-30。 [11]王勇,陈光莲,周田君,段予忠,赤泥聚氯乙烯材料耐热老化性 能影响因素的探索,粉煤灰4(2000)12-13。 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项目创新点 | 本发明创新之处在于: (1)提出了利用单一的赤泥为原料制备赤泥基聚合物催化剂,工艺过 程简单易行,无三废排放,可实现规模化制备。 (2)提出了将赤泥基聚合物催化剂应用于光催化分解水制备氢能,丰 富了太阳能光催化分解水制备氢能的催化剂种类。 |
应用前景 | 无 | ||
项目阶段 | 研发 | ||
经济效益 | |||
商业模式 |
技术交易方式 | 技术转让 | ||
意向交易额 | 面谈 | ||
询价交易额 | 无 | ||
备注 | 无 |
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