一种利用高盐冶金废水制备木质生物质活性炭的方法、系统、活性炭及应用

本发明属于冶金废水资源化利用、生物质多孔炭材料制备及工业废水深度处理，具体涉及一种利用高盐冶金废水制备木质生物质活性炭的方法、系统、活性炭及应用。

背景技术：

1、湿法冶金工艺(如浸出、萃取、反萃、洗涤、电解、金属精炼和酸洗等)会产生大量含有较高浓度可溶性无机盐的工业废水；该类高盐冶金废水不仅含有氯化物、硫酸盐、硝酸盐以及钠、钾、钙、镁、铁、锌、铜、镍等金属离子，往往还伴随油类、萃取剂、浮选药剂、表面活性剂、络合剂及其他难降解有机物，具有高盐度、高硬度、强腐蚀性与有机污染物共存的特点；目前，针对此类废水的处理通常面临生化抑制、膜污染、蒸发结垢和浓缩液处置困难等技术瓶颈。

2、目前以木质纤维素生物质为原料制备活性炭的技术方案中，现有技术主要分为物理活化法和化学活化法；物理活化法通常采用外加的水蒸气或二氧化碳进行高温活化，介质功能较为单一，且难以利用废水中的复杂盐体系；化学活化法则普遍使用氢氧化钾、磷酸或氯化锌等外加化学药剂进行造孔，虽然能获得较高的比表面积，但需引入大量化学药剂，增加设备腐蚀、洗涤及药剂回收负担；此外，常规的废水蒸发－除雾工艺中，高盐废水中的绝大部分不挥发性盐组分被保留在浓缩液或结晶盐中，进入活化设备的气相主要为水蒸气，废水源盐组分无法有效进入炭料内部并利用其空间占位、结晶、局部熔融或催化作用对孔结构进行精细调控；若直接将未经预处理的高盐冶金废水喷入高温反应器，则极易造成喷嘴盐析堵塞、局部温降、炭料烧损、盐雾夹带及尾气污染，进而严重影响连续运行的稳定性与安全性。

3、针对上述现有技术的不足，亟需开发一种能够将高盐冶金废水中的水分和复杂盐组分作为复合活化介质，通过微米级液滴受控直接引入高温活化区，同时配套完善的防堵塞、隔氧冷却及尾气净化措施的高效资源化利用与活性炭制备方案，以实现以废治废和废水资源化循环利用的目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用高盐冶金废水制备木质生物质活性炭的方法、系统、活性炭及应用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本申请提供一种利用高盐冶金废水制备木质生物质活性炭的方法，包括以下步骤：

4、对木质纤维素生物质进行预处理，得到生物质颗粒；

5、在惰性气氛下对所述生物质颗粒进行预碳化处理，得到预碳化料；

6、对所述预碳化料进行纯化处理，去除其中的可溶性杂质及焦油；

7、在惰性气氛下将纯化后的预碳化料升温至高温活化区；

8、对高盐冶金废水进行预处理，并将预处理后的高盐冶金废水雾化为含有溶解盐的液滴，使所述液滴直接进入所述高温活化区与预碳化料接触，液滴中的水分原位汽化参与水蒸气活化，液滴中的盐组分在预碳化料表面和/或孔隙中形成可水洗脱除的盐模板，协同进行活化造孔；

9、停止高盐冶金废水进料，在惰性气氛下对活化产物进行隔氧冷却；

10、将冷却后的活化产物进行水洗脱盐、分离和干燥，得到木质生物质活性炭。

11、优选地，所述木质纤维素生物质选自木材加工余料、竹材加工余料或废弃木质制品中的至少一种；所述生物质颗粒的粒径满足中位粒径d50≤200目。

12、优选地，所述预碳化处理采用微波加热方式，预碳化温度为350~650℃，预碳化时间为8～60min；所述纯化处理为热水洗涤，所述热水洗涤的温度为60~95℃，洗涤时间为1～4h，液固质量比为50:1~100:1，干燥温度为95~120℃，干燥时间为2～8h。

13、优选地，所述高盐冶金废水来源于湿法冶金过程中的浸出、萃取、反萃、洗涤、电解或烟气净化工序，所述高盐冶金废水的总溶解性固体含量为30～250g/l，且含有氯化物、硫酸盐、硝酸盐及钠、钾、钙、镁、铁、锌、铜、镍、锰中的至少一种金属盐。

14、优选地，对所述高盐冶金废水进行雾化前的预处理包括：除油处理、ph调节、硬度调节、去除易挥发组分或悬浮物精滤中的至少一种。

15、优选地，所述雾化液滴的体积中位粒径为5~150μm，所述高盐冶金废水的雾化进料速率为0.1～2.0ml/(min·100g预碳化料)，所述高温活化区的温度为750~950℃，活化时间为10～90min；所述盐组分通过沉积、结晶、熔融或催化水蒸气反应作用形成所述可洗脱盐模板。

16、优选地，所述冷却为在持续惰性气氛保护下进行隔氧冷却至不高于150℃；所述水洗脱盐采用20~95℃的洗涤剂进行多次洗涤，直至洗涤后的液相中盐含量达到预设终点。

17、一种用于实施上述方法的协同活化系统，包括：

18、预碳化单元、预碳化料后处理单元、活化反应器、惰性气氛供给单元、废水储料及预处理单元、计量输送单元、雾化装置、隔氧冷却单元、水洗脱盐单元及尾气处理单元；

19、所述雾化装置设置于所述活化反应器的高温处理区上游或内部，且所述雾化装置与所述计量输送单元之间设有伴热结构，所述雾化装置还配有在线冲洗组件及备用喷嘴。

20、一种木质生物质活性炭，由上述方法制得，所述木质生物质活性炭具有由原位水蒸气活化和废水源可洗脱盐模板协同作用形成的多级孔结构。

21、一种木质生物质活性炭在高盐冶金废水深度处理中的应用，所述木质生物质活性炭用于吸附去除高盐冶金废水中的有机污染物、色度、油类、萃取剂或浮选药剂，所述木质生物质活性炭在吸附饱和后经热水洗涤或热再生后重复使用，且再生过程产生的废液返回高盐冶金废水的预处理工序。

22、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

23、本发明提出一种利用高盐冶金废水制备木质生物质活性炭的方法、系统、活性炭及应用，克服了传统物理活化介质功能单一以及化学活化外加药剂负担大的缺陷，通过将高盐冶金废水以含有溶解盐的微米级雾化液滴形式直接送入高温活化区，巧妙地将废水由单纯的待处理对象转化为复合活化介质来源，实现了水蒸气原位活化和废水源盐模板造孔的协同作用；该方法不仅使废水中的水分原位汽化并参与水蒸气活化反应，还使盐组分在预碳化料表面及孔隙中发生沉积、结晶、局部熔融或催化作用，形成可水洗脱除的盐模板，从而在无需外加化学活化剂的前提下，通过空间占位与传热调节精准调控微孔和介孔结构，制备出具有高吸附性能的多级孔木质生物质活性炭，显著降低了化学试剂消耗和废水处理成本；同时，该方法通过隔氧冷却、在线伴热输送、备用喷嘴及多级尾气净化等措施，系统性地解决了高盐雾化液滴易导致设备堵塞、局部温降、炭料烧损及二次污染等工程难题，实现了从高盐废水资源化利用到生物质炭功能化制备再到深度吸附应用的完整闭环，为冶金废水的低能耗、高效率、绿色化处理提供了全新的技术路径。

1.一种利用高盐冶金废水制备木质生物质活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素生物质选自木材加工余料、竹材加工余料或废弃木质制品中的至少一种；所述生物质颗粒的粒径满足中位粒径d50≤200目。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预碳化处理采用微波加热方式，预碳化温度为350~650℃，预碳化时间为8～60min；所述纯化处理为热水洗涤，所述热水洗涤的温度为60~95℃，洗涤时间为1～4h，液固质量比为50:1~100:1，干燥温度为95~120℃，干燥时间为2～8h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高盐冶金废水来源于湿法冶金过程中的浸出、萃取、反萃、洗涤、电解或烟气净化工序，所述高盐冶金废水的总溶解性固体含量为30～250g/l，且含有氯化物、硫酸盐、硝酸盐及钠、钾、钙、镁、铁、锌、铜、镍、锰中的至少一种金属盐。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，对所述高盐冶金废水进行雾化前的预处理包括：除油处理、ph调节、硬度调节、去除易挥发组分或悬浮物精滤中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雾化液滴的体积中位粒径为5~150μm，所述高盐冶金废水的雾化进料速率为0.1～2.0ml/(min·100g预碳化料)，所述高温活化区的温度为750~950℃，活化时间为10～90min；所述盐组分通过沉积、结晶、熔融或催化水蒸气反应作用形成所述可洗脱盐模板。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却为在持续惰性气氛保护下进行隔氧冷却至不高于150℃；所述水洗脱盐采用20~95℃的洗涤剂进行多次洗涤，直至洗涤后的液相中盐含量达到预设终点。

8.一种用于实施权利要求1-7任一项所述方法的协同活化系统，其特征在于，包括：

9.一种木质生物质活性炭，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述方法制得，所述木质生物质活性炭具有由原位水蒸气活化和废水源可洗脱盐模板协同作用形成的多级孔结构。

10.权利要求9所述木质生物质活性炭在高盐冶金废水深度处理中的应用，其特征在于，所述木质生物质活性炭用于吸附去除高盐冶金废水中的有机污染物、色度、油类、萃取剂或浮选药剂，所述木质生物质活性炭在吸附饱和后经热水洗涤或热再生后重复使用，且再生过程产生的废液返回高盐冶金废水的预处理工序。