用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂的制作方法

1.本发明涉及环境保护与再生能源技术领域，具体而言涉及一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂

背景技术：

2.能源是人类生存、文明发展和推动社会进步的重要因素。自工业革命以来，科学技术快速发展，社会经济发生了翻天覆地的变化，人类对自然能源的消耗持续增加，据估算2050年世界能源消耗量将是21世纪初期能源消耗量的两倍甚至更多。目前，人类使用的能源主要依赖三种化石燃料；煤、石油和天然气，而化石燃料是不可再生资源且储量有限，长期的开采利用使得化石能源日趋枯竭，人类面临严重的能源危机。与此同时，化石能源的使用产生大量的温室气体，造成空气污染、温室效应及臭氧层破坏等严峻的环境问题，给人类生存带来严重的威胁。因此，寻清洁且可持续的替代能源成为如今能源应用领域的当务之急。
3.目前，可再生能源是生产清洁和可持续能源的唯一希望，新能源凭借可再生性和环保优势受到越来越多的关注。除已经工业化的太阳能、风能转化技术外，人类可取用的能源还包括生物质能源。与化石能源相比，生物质能源在转化过程中排放的有害气体更少。生物质能源来源丰富，成本低廉，是唯一可转化成燃料的可再生能源，也是唯一可再生的碳源。生物质作为一种清洁可再生能源，是生物通过光合作用将获得的太阳能转化为化学能并储存在生物质中的能量，不仅包括直接通过光合作用生长成的各种植物、农作物、水产资源，同时也包括人类或动物通过消耗各种动植物、进行生产活动所产生的有机废弃物。从能源角度划分，主要可以分为生产资源型生物质和有机废弃物型生物质。
4.生物质能是重要的新能源，是能源转型的重要力量。我国生物质能利用潜力大，可作为能源利用的生物质资源每年约4.6亿。目前我国的生物质能资源主要有秸秆、木质残余物、禽畜粪便和能源作物等，具有来源丰富，价格低廉，兼具产能和经济性能等优势。生物质燃料通过燃烧或其他技术转化过程中释放的二氧化碳和吸收的二氧化碳基本相等，实现了碳的零排放。但生物质和传统的煤、石油、天然气等化石燃料一样，燃烧排放烟气中的污染物中氮氧化物的含量高，大约80％以上的氮在燃烧过程中都会转化成no
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，造成了雾霾、酸雨等严重的环境污染问题，因此高效地利用生物质成型燃料的同时，还需关注排放的污染问题。

技术实现要素：

5.基于背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，其可以通过吸附nh3，并促进nh3与氮氧化物反应生成n2、h2o；从而达到降低生物质燃料燃烧尾气中no
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含量的效果，从而降低后续生物质燃料烟气的处理成本，缓解大气污染现状。
6.第一方面，本发明提供一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添
加剂，其通过将硅藻土、高锰酸钾、硝酸锰混合体系的水热反应产物在koh溶液中超声浸渍后煅烧得到。
7.作为优选，获取燃料添加剂过程中使用的硅藻土、高锰酸钾、硝酸锰溶液、koh溶液、去离子水的质量比为5:(2～3):(5～7):10:(75～85)。
8.作为优选，koh溶液中，koh与去离子水的摩尔比为(0.05～0.5):1。
9.该用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
10.步骤一、将硅藻土和高锰酸钾加入去离子水并分散均匀，得到混合悬浊液。
11.步骤二、在步骤一所得混合悬浊液中滴加硝酸锰溶液后，160℃～170℃下进行水热反应，对所得产物进行固液分离。
12.步骤三、将步骤二固液分离所得的固相产物浸渍在koh溶液中，并进行预设时长的超声搅拌；所得固相产物干燥后进行煅烧，得到燃料添加剂。
13.作为优选，步骤一中，通过磁力搅拌的方式实现硅藻土和高锰酸钾在去离子水中的分散。
14.作为优选，步骤二所述的硝酸锰溶液的质量分数为12～16％。
15.作为优选，步骤三中，超声搅拌的预设时长为20min；
16.作为优选，在koh溶液中浸渍后的固相产物在真空常温状态下干燥20h后，在烘箱中干燥两小时。
17.作为优选，步骤三中，煅烧温度为300～400℃，煅烧时长为3h，升温速率为12.5℃/min。
18.作为优选，步骤三所得的燃料添加剂进行研磨并过40～60目筛。
19.第二方面，本发明提供一种尾气清洁的生物质成型燃料，其包括主体燃料和前述燃料添加剂。燃料添加剂混合在主体燃料中。燃料添加剂在该生物质成型燃料中的质量分数为0.9％～1.6％。主体燃料为生物质成型燃料。
20.本发明的有益效果为：
21.1、本发明提供的燃料添加剂能够吸附生物质燃料燃烧过程中生成的nh3，并将其转化为氮气和水，从而抑制了生物质燃料燃烧过程中污染物no
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的产生。具体来说，本发明在高锰酸钾、硝酸锰混合体系中通过水热法制备了过渡金属非晶相锰氧化物，过渡金属非晶相锰氧化物存在隧道结构，不仅可以提高80℃～150℃低温区内nh3转化为氮气和水的催化活性，还可以稳定k
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和碱性阳离子，进一步提高燃料添加剂对污染物no
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产生的抑制作用。
22.2、本发明采用koh溶液对燃料添加剂进行k
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的负载，一部分k
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负载在燃料添加剂的表面，增强了燃料添加剂对氨的亲和力，另一部分k
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进入燃料添加剂的晶格内部，引起了晶格畸变释放出具有高活性的锰离子，从而促进了生物质燃烧废气中nh3的吸附与转化为氮气和水的效率，进一步提高抑制生物质燃料燃烧过程中no
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产生的效果。
23.3、本发明将硅藻土加入高锰酸钾、硝酸锰混合体系一同进行水热反应，硅藻土中的sio2在水热、koh浸渍和高温煅烧的作用下，与al2o3、fe2o3、cao、mgo、k2o等碱土金属形成了共晶相，改善了燃料添加剂与碳烟的接触方式，促进氧气分子在碱金属表面形成过氧或超氧等活性氧，高活性的氧物种会通过溢流的方式与生物质碳烟进行反应，从而有效地促进碳烟的催化氧化，减少no
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的产生。
具体实施方式
24.以下对本发明作进一步说明。
25.一种环保型污泥固化燃料的制备方法，包括以下步骤：
26.步骤一、称取定量的硅藻土和高锰酸钾溶于去离子水中，磁力搅拌30min，待其分散均匀，得到混合悬浊液。
27.步骤二、然后向混合悬浊液中缓慢滴加硝酸锰溶液，并将混合悬浊液转移到反应釜中，160℃下水热反应60min，得到黑悬浊液；随后待反应釜自然冷却至室温后，对黑悬浊液进行过滤；对所得固相多次洗涤后得到黑固体。
28.步骤三、将黑固体浸渍在koh溶液中，以超声波搅拌20min后取出，在真空常温状态下干燥20h后，随后在烘箱中干燥两小时，最后在300℃～400℃马弗炉中煅烧3h，冷却至室温后，取出黑固体并对其进行研磨，过40～60目筛，取筛下进行保存。
29.上述各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾2～3份、硝酸锰溶液5～7份、koh溶液10份、去离子水75～85份；koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为(0.05～0.5):1。
30.针对上述制备方法，提供具体实施例如下：
31.实施例1
32.一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，上述各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、koh溶液10份、去离子水75份。koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为0.05:1。
33.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。本实施例中，初始温度为室温20℃。
34.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，然后将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂的生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
35.实施例2
36.一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，上述各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、koh溶液10份、去离子水75份。koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为0.2:1。
37.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。
38.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，然后将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
39.实施例3
40.一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，上述各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、koh溶液10份、去离子水75份。koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为0.5:1。
41.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。
42.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，然后将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
43.实施例4
44.一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，上述各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、koh溶液10份、去离子水75份。koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为0.2:1。
45.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。
46.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，然后将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
47.实施例5
48.一种用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，上述各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、koh溶液10份、去离子水75份。koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为0.2:1。
49.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。
50.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，然后将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
51.对比例1
52.采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料，且不向生物质燃料中投加添加剂，然后将制备的生物质成型燃料在700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对烟气成分进行分析，详见表1。
53.对比例2
54.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，差异在于：步骤二中，将在反应釜中160℃水热反应60min替代为在烧杯中90℃水浴120min。
55.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。
56.各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、koh溶液10份、去离子水75份。koh溶液中的koh与去离子水的摩尔比为0.2:1。
57.将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
58.对比例3
59.按照步骤一、二和三的顺序进行燃料添加剂的制备，差异在于：步骤三中使用去离子水替代koh溶液。
60.步骤三中，马弗炉的升温速率为12.5℃/min，升温区间为初始温度至350℃。
61.各步骤中各组分的相对重量份为：硅藻土5份、高锰酸钾3份、硝酸锰溶液7份、去离子水75份。
62.将制备的添加剂投加到采用秸秆、木屑和谷壳等生物质材料制备的生物质成型燃料中，然后将制备的含添加剂生物质成型燃料(燃料中添加剂的质量分数为1.4％)置于700℃下进行燃烧，收集燃烧过程中的烟气，并采用红外气体分析仪对成分分析，详见表1。
63.表1生物质燃料燃烧烟气成分分析
64.项目名称no质量分数nh3质量分数hcn质量分数实施例10.14％0.19％0.17％实施例20.11％0.13％0.13％实施例30.12％0.14％0.15实施例40.14％0.16％0.14实施例50.15％0.16％0.14对比例10.24％0.37％0.48％对比例20.20％0.28％0.35％对比例30.22％0.33％0.34％
65.对比实施例1～5与对比例1可以看出，投加添加剂后，生物质成型燃料燃烧产生的含氮污染物(no、nh3、hcn)显著降低，说明本技术提供的添加剂能够显著减少生物成型燃料燃烧过程中no
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的产生，降低后续烟气处理成本，缓解大气污染现状。
66.对比实施例1～5与对比例2可以看出，步骤二中的水热反应能够显著提高添加剂抑制燃料燃烧中含氮污染物产生的效果。
67.对比实施例1～5与对比例3可以看出，相比于未经koh溶液超声浸渍的燃料添加剂，燃料添加剂在经过koh溶液超声浸渍后，燃烧废气中含氮污染物(no、nh3、hcn)含量显著降低；说明使用koh溶液进行超声浸渍可以促进了生物质燃烧烟气中nh3的吸附与转化，显著提高添加剂抑制燃料燃烧中含氮污染物产生的效果。
68.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，其特征在于：通过将硅藻土、高锰酸钾、硝酸锰混合体系的水热反应产物在koh溶液中超声浸渍后煅烧得到。2.根据权利要求1所述的用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，其特征在于：获取燃料添加剂过程中使用的硅藻土、高锰酸钾、硝酸锰溶液、koh溶液、去离子水的质量比为5:(2～3):(5～7):10:(75～85)。3.根据权利要求1所述的用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂，其特征在于：所述koh溶液中，koh与去离子水的摩尔比为(0.05～0.5):1。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、将硅藻土和高锰酸钾加入去离子水并分散均匀，得到混合悬浊液；步骤二、在步骤一所得混合悬浊液中滴加硝酸锰溶液后，160℃～170℃下进行水热反应，对所得产物进行固液分离；步骤三、将步骤二固液分离所得的固相产物浸渍在koh溶液中，并进行预设时长的超声搅拌；所得固相产物干燥后进行煅烧，得到燃料添加剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，通过磁力搅拌的方式实现硅藻土和高锰酸钾在去离子水中的分散。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤二所述的硝酸锰溶液的质量分数为12-16％。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在koh溶液中浸渍后的固相产物在真空常温状态下干燥20h后，在烘箱中干燥两小时。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，煅烧温度为300-400℃，煅烧时长为3h，升温速率为12.5℃/min。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤三所得的燃料添加剂进行研磨并过40-60目筛。10.一种尾气清洁的生物质成型燃料，其特征在于：包括主体燃料和如权利要求1-3中任意一项所述的燃料添加剂；燃料添加剂混合在主体燃料中；燃料添加剂在该生物质成型燃料中的质量分数为0.9％-1.6％；主体燃料为生物质成型燃料。

技术总结

本发明公开了用于抑制生物质燃料燃烧中含氮污染物生成的燃料添加剂。该燃料添加剂，通过将硅藻土、高锰酸钾、硝酸锰混合体系的水热反应产物在KOH溶液中超声浸渍后煅烧得到。本发明提供的燃料添加剂能够吸附生物质燃料燃烧过程中生成的NH3，并将其转化为氮气和水，从而抑制了生物质燃料燃烧过程中污染物NO

技术研发人员：

任凌伟 刘倩 张丽英 马龙强 陈淡宁

受保护的技术使用者：

浙江桃花源环保科技有限公司

技术研发日：

2022.05.20

技术公布日：

2022/7/25