申请日2017.01.20
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C07C45/00; C07G99/00; B01J23/745
摘要
本发明涉及一种城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，取城市污水处理厂的污泥，经过水热预处理，采用添加催化剂的方法生产酮类有机物。具体的：取城市有机污泥进行水热预处理，再收集生成的黑色液体;将黑色液体冷冻储存;然后制备Zr(Y)‑FeOX催化剂并造粒，得到Zr(Y)‑FeOX催化剂的颗粒;取所得的Zr(Y)‑FeOX催化剂的颗粒和冷冻储存的黑色液体加入反应器中，并通入氮气使反应器加压;将反应器加热后再进行搅拌，反应一段时间;最后收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物。
权利要求书
1.一种城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，取城市有机污泥，在200～400℃下进行水热预处理，再收集所述水热预处理后生成的黑色液体;
步骤二，将步骤一中所得的所述黑色液体放在-20～0℃下冷冻储存至少24小时;
步骤三，制备Zr(Y)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中充分搅拌，然后过滤得到所述Zr(Y)-FeOX催化剂，在Zr(Y)-FeOX中，Y是负载ZrO2的质量分数，FeOX表示铁的氧化物;
步骤四，将步骤三所得的所述Zr(Y)-FeOX催化剂在500～800℃下用水蒸汽处理;
步骤五，将步骤四所得的所述Zr(Y)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到所述Zr(Y)-FeOX催化剂的颗粒;
步骤六，将0～1g步骤五所得的所述Zr(Y)-FeOX催化剂的颗粒和1～5g步骤二中冷冻储存的所述黑色液体加入反应器中，并通入氮气使所述反应器的压力达到0～10MPa;
步骤七，将反应器加热到100～400℃;
步骤八，将所述反应器中的搅拌装置打开，反应0～4h;
步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物。
2.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤一中，所述水热预处理的温度为300℃。
3.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤二中，所述冷冻储存的温度为-20℃。
4.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤三中，搅拌时间为0.5～120min。
5.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤四中，所述水蒸汽处理的温度为600℃，处理时间为0～2h。
6.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤五中，筛分得到所述Zr(Y)-FeOX催化剂的颗粒粒径为300～850mm。
7.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤六中，通入氮气使所述反应器的压力达到2MPa。
8.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤七中，所述反应器的加热温度为250℃。
9.根据权利要求1所述的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，其特征在于：
其中，在步骤八中，反应时间为2h。
说明书
一种城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法
技术领域
本发明涉及有机污泥催化的技术领域，具体涉及一种城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法。
背景技术
随着我国社会经济和城市化的快速发展，城市人口正在飞速增长，随之而来的是我国城市污水的排放量与日俱增。城市污泥作为污水处理厂污水处理过程中的二次产物，随着城镇化进程的加快必然迅速增长。城市污水和污泥对环境造成的负面影响也逐渐引起全世界的关注。
目前，欧美等发达国家在城市污泥处理领域的发展已经相对成熟。然而，根据国内有关数据分析，我国每年的脱水污泥量已经超过3200万吨，且目前仍以每年5%～10%的速度增长。因此，如何合理、有效地回收污泥中的有价值的物质已成为我们一个十分紧迫的问题。
我国处理城市污泥的传统方法主要有填埋、焚烧、以及资源化利用。利用填埋的方法处理城市污泥对环境污染严重，污泥中的水分会渗透污染地下水，且污泥中有价值的物质完全没有回收;利用焚烧的方法处理城市污泥投资大，设备运营费用高，且燃烧时会产生二噁英等剧毒物质;利用污泥的资源化利用处理污泥如污泥制砖，因污泥中含水量偏高造成制砖能耗较高且砖质量偏低，烧制过程中会产生有毒有害气体;污泥堆肥后农用对污泥的质量要求较高，且堆肥前需要对污泥进行高温处理，处理成本较高。
上述方法处理城市污泥不仅消耗大量的能量，而且还造成严重环境问题，如空气污染、土壤污染以及全球变暖等。由于城市污泥中含有丰富的且有价值的有机化合物和营养素，因此，目前急需提供一种将污泥中有价值物质的回收的方法。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法。
本发明提供了一种城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，具有这样的特征，包括：步骤一，取城市有机污泥，在200～400℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体;步骤二，将步骤一中所得的黑色液体放在-20～0℃下冷冻储存至少24小时;步骤三，制备Zr(Y)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中充分搅拌，然后过滤得到Zr(Y)-FeOX催化剂，在Zr(Y)-FeOX中，Y是负载ZrO2的质量分数，Y值与所添加的FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液的量有关，FeOX表示铁的氧化物;步骤四，将步骤三所得的Zr(Y)-FeOX催化剂在500～800℃下用水蒸汽处理;步骤五，将步骤四所得的Zr(Y)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到Zr(Y)-FeOX催化剂的颗粒;步骤六，将0～1g步骤五所得的Zr(Y)-FeOX催化剂的颗粒和1～5g步骤二所得的黑色液体加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到0～10MPa;步骤七，将反应器加热到100～400℃;步骤八，将反应器中的搅拌装置打开，反应0～4h;步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，水热预处理的温度为300℃。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤二中，冷冻储存的温度为-20℃。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤三中，搅拌时间为0.5～120min。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤四中，水蒸汽处理的温度为600℃，处理时间为0～2h。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤五中，筛分得到Zr(Y)-FeOX催化剂的颗粒粒径为300～850mm。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤六中，通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤七中，反应器的加热温度为250℃。
在本发明提供的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤八中，反应时间为2h。
发明的作用与效果
本发明所涉及的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，将城市有机污泥经过水热预处理，再通过添加颗粒状的Zr(Y)-FeOX催化剂进行反应，从而本发明的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法可以获得具有高附加值的酮类有机物。本发明的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法具有工艺流程短、生产条件简单、回收利用污泥中具有高附加值的酮类有机物产量高等特点，较好地解决了传统方式污染环境、有价值物质回收量少等问题，非常适合工业使用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例对本发明城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法作具体阐述。
取城市污水处理厂中的城市有机污泥作为实施例中的实验原料。
<实施例一>
步骤一，取城市有机污泥，在300℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体。
步骤二，将步骤一中所得的黑色液体在-20℃下冷冻储存48小时。
步骤三，取3.2g步骤二中冷冻储存的黑色液体，测量得到其中酮类有机物的含量为15.13mg/mL。将3.2g黑色液体加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
步骤四，将反应器加热到250℃。
步骤五，将反应器中的搅拌装置打开，反应2h。
步骤六，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物，测量得到其含量15.89mg/mL。
由上述可知，反应后样品中测得的酮类有机物含量与反应前样品中测得的酮类有机物含量相比，增加了5%。
<实施例二>
步骤一，取城市有机污泥，在300℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体。
步骤二，将步骤一中所得的黑色液体在-20℃下冷冻储存48小时。
步骤三，制备Zr(0)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中搅拌，搅拌时间为0.5～120min，然后过滤得到Zr(0)-FeOX催化剂。
步骤四，将步骤三所得的Zr(0)-FeOX催化剂在600℃下用水蒸汽处理1h。
步骤五，将步骤四所得的Zr(0)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到粒径为300～850mm的Zr(0)-FeOX催化剂颗粒。
步骤六，取3.2g步骤二中冷冻储存的黑色液体，测量得到其中酮类有机物的含量为15.27mg/mL。取0.2g步骤五所得的Zr(0)-FeOX催化剂的颗粒。将3.2g黑色液体和0.2gZr(0)-FeOX催化剂的颗粒加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
步骤七，将反应器加热到250℃。
步骤八，将反应器中的搅拌装置打开，反应2h。
步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物，测量得到其含量为17.28mg/mL。
由上述可知，反应后样品中测得的酮类有机物含量与反应前样品中测得的酮类有机物含量相比，增加了15%。而且相较于实施例一，本实施例中的酮类有机物含量明显增加。
<实施例三>
步骤一，取城市有机污泥，在300℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体。
步骤二，将步骤一中所得的黑色液体在-20℃下冷冻储存48小时。
步骤三，制备Zr(7.7)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中搅拌，搅拌时间为0.5～120min，然后过滤得到Zr(7.7)-FeOX催化剂。
步骤四，将步骤三所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂在600℃下用水蒸汽处理1h。
步骤五，将步骤四所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到粒径为300～850mm的Zr(7.7)-FeOX催化剂颗粒。
步骤六，取3.2g步骤二中冷冻储存的黑色液体，测量得到其中酮类有机物的含量为15.09mg/mL。取0.2g步骤五所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂的颗粒。将3.2g黑色液体和0.2gZr(7.7)-FeOX催化剂的颗粒加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
步骤七，将反应器加热到250℃。
步骤八，将反应器中的搅拌装置打开，反应2h。
步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物，测量得到其含量为27.92mg/mL。
由上述可知，反应后样品中测得的酮类有机物含量与反应前样品中测得的酮类有机物含量相比，增加了85%。而且相较于实施例一，本实施例中的酮类有机物含量明显增加。
<实施例四>
步骤一，取城市有机污泥，在300℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体。
步骤二，将步骤一中所得的黑色液体在-20℃下冷冻储存48小时。
步骤三，制备Zr(15.8)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中搅拌，搅拌时间为0.5～120min，然后过滤得到Zr(15.8)-FeOX催化剂。
步骤四，将步骤三所得的Zr(15.8)-FeOX催化剂在600℃下用水蒸汽处理1h。
步骤五，将步骤四所得的Zr(15.8)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到粒径为300～850mm的Zr(15.8)-FeOX催化剂颗粒。
步骤六，取3.2g步骤二中冷冻储存的黑色液体，，测量得到其中酮类有机物的含量为14.97mg/mL。取0.2g步骤五所得的Zr(15.8)-FeOX催化剂的颗粒。将3.2g黑色液体和0.2gZr(15.8)-FeOX催化剂的颗粒加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
步骤七，将反应器加热到250℃。
步骤八，将反应器中的搅拌装置打开，反应2h。
步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物，测量得到其含量21.71mg/mL。
由上述可知，反应后样品中测得的酮类有机物含量与反应前样品中测得的酮类有机物含量相比，增加了45%。而且相较于实施例一，本实施例中的酮类有机物含量明显增加。
<实施例五>
步骤一，取城市有机污泥，在300℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体。
步骤二，将步骤一中所得的黑色液体在-20℃下冷冻储存48小时。
步骤三，制备Zr(7.7)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中搅拌，搅拌时间为0.5～120min，然后过滤得到Zr(7.7)-FeOX催化剂。
步骤四，将步骤三所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂在600℃下用水蒸汽处理1h。
步骤五，将步骤四所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到粒径为Zr(7.7)-FeOX催化剂颗粒。
步骤六，取3.2g步骤二中冷冻储存的黑色液体，测量得到其中酮类有机物的含量为15.17mg/mL。取0.2g步骤五所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂的颗粒。将3.2g黑色液体和0.2gZr(7.7)-FeOX催化剂的颗粒加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
步骤七，将反应器加热到350℃。
步骤八，将反应器中的搅拌装置打开，反应2h。
步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物，测量得到其含量21.69mg/mL。
由上述可知，反应后样品中测得的酮类有机物含量与反应前样品中测得的酮类有机物含量相比，增加了43%。而且相较于实施例一，本实施例中的酮类有机物含量明显增加。
<实施例六>
步骤一，取城市有机污泥，在300℃下进行水热预处理，再收集水热预处理后生成的黑色液体。
步骤二，将步骤一中所得的黑色液体在-20℃下冷冻储存48小时。
步骤三，制备Zr(7.7)-FeOX催化剂：将FeCl3溶液和ZrOCl2·8H2O溶液倒入同一容器中搅拌，搅拌时间为0.5～120min，然后过滤得到Zr(7.7)-FeOX催化剂。
步骤四，将步骤三所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂在600℃下用水蒸汽处理1h。
步骤五，将步骤四所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂在不添加任何粘合剂的条件下造粒、压碎并筛分，得到粒径为300～850mm的Zr(7.7)-FeOX催化剂颗粒。
步骤六，取3.2g步骤二中冷冻储存的黑色液体，，测量得到其中酮类有机物的含量为14.73mg/mL。取0.2g步骤五所得的Zr(7.7)-FeOX催化剂的颗粒。将3.2g黑色液体和0.2gZr(7.7)-FeOX催化剂的颗粒加入反应器中，并通入氮气使反应器的压力达到2MPa。
步骤七，将反应器加热到250℃。
步骤八，将反应器中的搅拌装置打开，反应4h。
步骤九，通过过滤器收集反应结束后的液体物质，获得酮类有机物，测量得到其含量22.98mg/mL。
由上述可知，反应后样品中测得的酮类有机物含量与反应前样品中测得的酮类有机物含量相比，增加了56%。而且相较于实施例一，本实施例中的酮类有机物含量明显增加。
实施例的作用与效果
上述实施例所涉及的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法，将城市有机污泥经过水热预处理，再通过添加催化剂进行反应，从而可以获得具有高附加值的酮类有机物。从上述实施例中可以看出，实施例二至实施例六添加了颗粒状的Zr(Y)-FeOX催化剂，相较于未添加任何催化剂的实施例一，其酮类有机物的产率显著增加，而且使用收集到的酮类有机物相较于直接使用原污泥中的酮类有机物更加方便，也更适合生产中的实际应用。
上述实施例中的城市有机污泥催化生产酮类有机物的方法具有工艺流程短、生产条件简单、回收利用污泥中具有高附加值的酮类有机物产量高等特点，较好地解决了传统方式污染环境、有价值物质回收量少等问题，非常适合工业使用。
上述实施方式为本实施例的优选案例，并不用来限制本实施例的保护范围。
