一种废塑料基多孔碳重金属吸附与碳捕集方法及系统与流程

本发明属于固体废物资源化、水污染治理及气体分离，具体涉及一种废塑料基多孔碳重金属吸附与碳捕集方法及系统。

背景技术：

1、随着塑料制品在包装、建筑、交通运输及工业生产等领域的广泛应用，废塑料的产生量不断增加。废塑料具有较高的含碳量，但其成分复杂、自然降解周期长，采用填埋或者直接焚烧方式处理时，容易造成资源浪费，并可能产生废气、残渣及其他环境问题。因此，将废塑料转化为具有吸附性能的碳材料，已经成为废塑料资源化利用的重要研究方向。现有技术中，可以通过热解、碳化、化学活化或者熔盐辅助热解等方式将废塑料转化为多孔碳材料。其中，采用氯化锌、氯化钾或者其他无机盐作为活化剂或造孔介质，能够在废塑料热解过程中促进孔隙形成，所得多孔碳材料可用于电化学储能、液相污染物吸附或者气体吸附。

2、另一方面，电镀、冶金、矿山及金属加工等行业产生的废水中可能含有铜、镍、铅、锌、镉、铬等金属组分。多孔碳材料具有较大的比表面积和较为丰富的孔隙结构，可通过孔隙吸附、表面络合或者离子交换等作用吸附废水中的金属组分。然而，多孔碳材料吸附金属组分后会形成载金属多孔碳。现有处理方式通常是对载金属多孔碳进行脱附再生、焚烧处理或者作为含重金属固体废物处置。脱附再生会产生含金属再生液，需要继续进行金属分离和废液处理；直接进行高温处理时，部分金属及其含氯化合物还可能发生挥发或迁移，增加尾气处理和二次污染控制的难度。因此，吸附重金属后的多孔碳如何继续利用，以及其中金属组分如何得到安全处理，是重金属吸附技术工程应用中需要解决的问题。

3、固体吸附法是含二氧化碳气体分离和捕集的一种技术路线，多孔碳材料可作为二氧化碳吸附材料使用。多孔碳材料的二氧化碳吸附性能不仅与比表面积有关，还受到微孔结构、表面官能团、金属物相、金属负载量以及待处理气体中水分和杂质组成的影响。部分金属组分负载于多孔碳后可能改变材料表面性质，但也可能堵塞孔隙、降低有效吸附空间或者在吸附和再生过程中发生迁移。因此，不能直接认定任意载金属多孔碳均适合用于二氧化碳捕集，也不能在缺少转化处理和材料准入措施的情况下，将吸附重金属后的多孔碳直接装入二氧化碳吸附装置。

4、现有废塑料制备多孔碳、重金属废水吸附和二氧化碳捕集技术大多围绕各自的处理对象独立设置。废塑料制碳技术通常关注热解条件和孔隙结构；重金属废水处理技术通常关注去除率、吸附容量及吸附剂再生；二氧化碳捕集技术通常关注吸附容量、气体选择性和再生性能。上述技术之间缺少针对同一批多孔碳材料的连续物料关系，尤其缺少载金属多孔碳由湿法废水处理阶段进入热处理阶段时的固液分离、脱水、干燥和转移措施，也缺少对热处理过程中金属保持、挥发物截留及含氯气体处理的系统安排。

5、此外，现有技术通常未根据载金属多孔碳中金属组分的性质，对适合保留的金属组分和需要优先回收或者稳定化处理的金属组分进行区分；热处理所得材料是否具备满足二氧化碳捕集要求的金属稳定性和工作吸附性能，也缺少与后续物料去向相联系的处理机制。二氧化碳吸附材料经过多次吸附和解吸后，还可能出现吸附性能衰减、粉化或者金属迁移，而退出使用后的材料及其所含金属仍需要进一步处理。同时，熔盐辅助热解产生的洗液如果仅进行简单浓缩和回用，可能因盐组成变化及杂质累积而影响后续制碳过程。

6、因此，有必要对废塑料基多孔碳的制备、重金属废水吸附、载金属多孔碳转化和二氧化碳捕集之间的物料衔接及设备连接关系进行改进，使同一批多孔碳材料能够在不同处理阶段连续转移，并对熔盐回收、载金属材料处理、二氧化碳吸附材料再生以及最终金属去向进行合理安排。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种废塑料基多孔碳重金属吸附与碳捕集方法及系统。

2、本发明一方面提供一种废塑料基多孔碳重金属吸附与碳捕集方法，包括如下步骤：

3、s1：将废塑料与熔盐混合并在惰性气氛下进行热解，对热解所得的含盐碳材料进行水洗，得到废塑料基多孔碳；

4、s2：利用所述废塑料基多孔碳处理重金属废水，使所述重金属废水中的金属组分吸附于所述废塑料基多孔碳，固液分离后得到载金属多孔碳；

5、s3：对所述载金属多孔碳进行脱水和干燥，再在惰性气氛下进行热处理，使来源于所述重金属废水的金属组分发生物相转化，并保持负载于所述载金属多孔碳的表面和孔道中，得到co2吸附材料；

6、s4：使含co2气体与所述co2吸附材料接触，由所述co2吸附材料吸附所述含co2气体中的co2。

7、进一步地，所述熔盐为zncl2-kcl混合熔盐；将水洗产生的熔盐洗液浓缩、干燥并调整组成后，返回所述步骤s1与所述废塑料混合。

8、具体地，在所述步骤s2和步骤s3中，所述固液分离、脱水和干燥均在密闭状态下进行，并将干燥后的所述载金属多孔碳密闭转移至热处理位置。

9、具体地，在所述步骤s3中，对热处理产生的气体依次进行冷凝、颗粒截留和含氯气体净化，并将所得冷凝物和截留物送入金属回收过程。

10、优选地，在所述步骤s4中，将所述co2吸附材料装填于吸附床中，并将经过颗粒物去除和冷凝水分离的所述含co2气体通入所述吸附床。

11、具体地，获取所述吸附床气体出口的co2浓度，在所述co2浓度达到穿透浓度时停止向所述吸附床通入所述含co2气体，并对所述co2吸附材料进行解吸再生；获取解吸再生后所述co2吸附材料的co2工作吸附量，所述co2工作吸附量不低于恢复使用下限时返回所述步骤s4，低于所述恢复使用下限时将所述co2吸附材料送入金属回收过程或者稳定化处置过程。

12、进一步地，获取所述载金属多孔碳经热处理所得材料的金属浸出浓度和co2工作吸附量，所述转化条件为所述金属浸出浓度不超过浸出限值且所述co2工作吸附量不低于工作吸附量下限；当所述金属浸出浓度不超过所述浸出限值而所述co2工作吸附量低于所述工作吸附量下限时，调整热处理温度或者保温时间并再次进行热处理，重新获取所述金属浸出浓度和所述co2工作吸附量，满足所述转化条件时将所述co2吸附材料送入所述步骤s4，仍不满足所述转化条件时将所述co2吸附材料送入金属回收过程或者稳定化处置过程；当所述金属浸出浓度超过所述浸出限值时，将所述co2吸附材料送入所述金属回收过程或者所述稳定化处置过程。

13、本发明另一方面提供一种废塑料基多孔碳重金属吸附与碳捕集系统，包括：

14、多孔碳制备单元，用于将废塑料与熔盐混合，在惰性气氛下进行热解，并对热解所得的含盐碳材料进行水洗，得到废塑料基多孔碳；

15、重金属吸附单元，与所述多孔碳制备单元连接，用于使所述废塑料基多孔碳与重金属废水接触，使所述重金属废水中的金属组分吸附于所述废塑料基多孔碳；

16、固液分离干燥单元，与所述重金属吸附单元连接，用于对所述重金属吸附单元输出的物料进行固液分离、脱水和干燥，得到载金属多孔碳；

17、热处理单元，与所述固液分离干燥单元连接，用于在惰性气氛下对所述载金属多孔碳进行热处理，使来源于所述重金属废水的金属组分发生物相转化并保持负载于所述载金属多孔碳的表面和孔道中，得到co2吸附材料；以及

18、co2捕集单元，与所述热处理单元连接，用于使所述co2吸附材料与含co2气体接触，以吸附所述含co2气体中的co2。

19、进一步地，所述系统还包括密闭转移机构、冷凝单元、颗粒截留单元、含氯气体净化单元和金属回收单元；所述密闭转移机构设置于所述固液分离干燥单元与所述热处理单元之间，所述热处理单元的气体出口依次连接所述冷凝单元、所述颗粒截留单元和所述含氯气体净化单元，所述冷凝单元和所述颗粒截留单元的收集物料出口分别连接所述金属回收单元。

20、具体地，所述系统还包括材料检测机构、co2出口检测机构、再生单元、物料切换机构、稳定化处置单元和控制单元；所述材料检测机构设置于所述热处理单元和所述再生单元各自的物料输出路径，所述co2出口检测机构设置于所述co2捕集单元的气体出口，所述再生单元与所述co2捕集单元连接，所述物料切换机构分别与所述热处理单元、所述再生单元、所述co2捕集单元、所述金属回收单元和所述稳定化处置单元连接；所述控制单元分别与所述材料检测机构、所述co2出口检测机构、所述热处理单元、所述再生单元和所述物料切换机构连接，用于根据所述材料检测机构获得的金属浸出浓度和co2工作吸附量，控制所述co2吸附材料进入所述co2捕集单元、返回所述热处理单元进行再次热处理或者进入所述金属回收单元或所述稳定化处置单元，并根据所述co2出口检测机构获得的co2浓度控制所述再生单元运行，使解吸再生后的co2吸附材料根据其co2工作吸附量返回所述co2捕集单元或者进入所述金属回收单元或所述稳定化处置单元。

21、本发明的有益效果如下：

22、本发明将废塑料基多孔碳制备、重金属废水吸附、载金属多孔碳热处理转化和co2捕集依次连接，使来源于重金属废水的金属组分经热处理后构成co2吸附材料中的负载组分，实现同一批碳材料的连续转移和梯级利用；同时，通过载金属多孔碳的密闭分离转移、热处理尾气的冷凝净化、转化后材料的准入检测、co2吸附材料的再生退出以及熔盐洗液的回收利用，形成物料转化、安全控制和循环使用相结合的处理闭环。