阅读说明：本技术 一种用于垃圾低温灰化的组合物、方法和生物舱 (Composition and method for low-temperature incineration of garbage and biological cabin ) 是由 黑木强 佐野基 国松新 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于垃圾低温灰化的复合物或组合物,属于垃圾灰化处理领域。所述复合物或组合物中含有放射性同位素、铂族元素、碱土金属元素和稀土元素,其中,所述放射性同位素优选为~3H；所述铂族元素优选为Ru；所述碱土金属元素优选为Mg；所述稀土元素优选为选自Sm、Eu、Gd中的一种或多种。本发明进一步公开了一种用于垃圾低温灰化的生物舱,包括腔体,腔体的内涂层含有上述组合物和复合物。利用本发明在进行垃圾低温灰化时,无需高温,能耗较低,有利于资源合理利用,并有利于环境保护。(The invention discloses a compound or a composition for low-temperature incineration of garbage, belonging to the field of garbage incineration treatment. The compound or the composition contains radioactive isotopes, platinum group elements, alkaline earth metal elements and rare earth elements, wherein the radioactive isotopes are preferably the radioactive isotopes 3 H; the platinum group element is preferably Ru; the alkaline earth metal element is preferably Mg; the rare earth element is preferably one or more selected from Sm, Eu and Gd. The invention is further disclosedA biological cabin for low-temperature incineration of garbage is disclosed, which comprises a cavity, wherein the inner coating of the cavity contains the composition and the compound. When the method is used for low-temperature incineration of garbage, high temperature is not needed, the energy consumption is low, reasonable utilization of resources is facilitated, and environmental protection is facilitated.)

一种用于垃圾低温灰化的组合物、方法和生物舱

技术领域

本发明属于垃圾灰化处理领域，具体地，涉及一种用于垃圾低温灰化的组合物、方法和生物舱。

背景技术

近年来，日常生活中产生的大量生活垃圾对生活环境的污染较为严重，且存在垃圾量大、垃圾种类复杂、可回收利用资源少等特点，导致处理难度较大、处理成本较高。

国内外现有的生活垃圾处理方式主要有以下四种：一是填埋法，将垃圾填埋在地表以下，填埋法的技术特点是操作简单，可以对大多数类型的垃圾进行处理，但存在占地面积大、二次污染严重等缺点。二是堆肥法，将垃圾通过堆沤的办法进行生物降解，堆肥法的技术特点是成本低，但其只能对生物质的生活垃圾进行处理，适用面较窄，且处理周期长，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应，也会产生难闻的异味。三是焚烧法，对垃圾进行焚烧处理，达到减容、减量及无害化目的，同时可以对焚烧过程产生的热量进行资源化利用，但在燃烧时需要加电力、燃油等辅助能源；如果焚烧条件控制不当，则会产生致癌物质二噁英等，存在烟气污染问题，且设备投资巨大。四是高温裂解法，主要采用的“外热式”加热方法，加热过程能耗较高，裂解产物回收利用性差，资源化水平低，回收效益不明显，也容易对环境产生二次污染。

上述方法均存在局限性和二次污染的风险，并且在处理过程中资源回收率低，收益不明显，并且处理过程均需要较多的外部动力。

灰化是另一种处理垃圾的方法，但是目前通常采用的是高温灰化的方式。高温灰化在氧化有机物的同时，也会造成灰分中部分矿物质的分解、碱金属的挥发，并且能耗较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种低温灰化的垃圾处理技术，为了达到这个目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种用于垃圾低温灰化的复合物或组合物，其含有放射性同位素、铂族元素、碱土金属元素和稀土元素。

在本发明中，所述灰化将有机物和无机高分子聚合物裂解、原子重组的过程。

在本发明的一些优选实施方案中，所述放射性同位素为³H；

铂族元素，又称铂族金属。包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)六种金属元素。

在本发明的一些优选实施方案中，所述铂族元素为Ru，Ru是极好的催化剂，常用于氢化、异构化、氧化和重整反应中。

碱土金属是元素周期表中ⅡA族元素，包括铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)六种元素。碱土金属共价电子构型是ns²。在化学反应中易失电子，形成+2价阳离子，表现强还原性。

在本发明的一些优选实施方案中，所述碱土金属元素为。Mg是最轻的结构金属材料之一，又具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。

稀土元素包括镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系元素密切相关的元素—钇(Y)和钪(Sc)，共17种元素。大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。

在本发明的一些优选实施方案中，所述稀土元素选自Sm、Eu、Gd中的一种或多种。

在本发明的一些实施方案中，所述铂族元素、碱土金属元素和稀土元素以其氧化物或盐的形式组成所述复合物或组合物。

在本发明的一些具体实施方案中，各金属以复合金属氧化物的形式存在。在本发明的一些实施方案中，碱土金属与稀土金属形成复合金属氧化物后，在其上负载铂族金属纳米颗粒。

在本发明中，复合金属氧化物的制备方法包括液相法和固相法。

其中，所述液相法包括但不限于冷冻干燥法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法。所述固相法包括但不限于高温固相法、低温固相法、高温球磨法和机械(湿)固相化学反应法。

在本发明的一些实施方案中，利用共沉淀法制备所述复合金属氧化物。共沉淀法是指含多种阳离子其中至少有一种是稀土金属离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法。在本发明的一些具体实施方案中，所述沉淀剂为氨水。

在本发明的另一些实施方案如此，利用用水热法制备所述复合金属氧化物。水热法是以气态水或液态水作为反应体系，在特定的密闭反应器(高压釜)中，在高温、高压下进行有关的化学反应来制备纳米微粒的一种方法。在水热条件下，离子反应和水解反应可以得到加速和促进，使一些在常温常压下反应速度很慢的热力学反应，在水热条件下可实现快速反应。水热反应包括：水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热分解、水热结晶等。

在本发明的一些实施方案中，利用水热还原法将Mg和稀土金属形成复合金属氧化物后，负载Ru得到Mg-稀土复合氧化物负载Ru纳米颗粒。

进一步地，各元素的质量份数为：放射性同位素0.1-0.5份、铂族元素1-2份、碱土金属元素2-5份、稀土元素2-10份。

更进一步地，各元素的质量份数为：放射性同位素0.2份、铂族元素2份、碱土金属元素3份、稀土元素7份。

本发明的第二方面提供一种用于垃圾低温灰化的生物舱，包括灰化腔体，所述腔体包括可以密封的进料口，位于腔体顶部用于排放烟气的出气口以及位于腔体侧边下部的可以密封的出灰口，所述腔体内表面涂层包含本发明第一方面所述的复合物或组合物。

进一步地，所述涂层由本发明第一方面所述的复合物或组合物制备而成。

在本发明的一些实施方案中，所述进料口和所述出灰口为同一个，即利用同一个开口进行进料和出灰。

在本发明的一些实施方案中，所述生物舱还包括加热装置。

本发明的第三方面提供一种垃圾低温灰化的方法，包括以下步骤：

S1，将垃圾置于本发明第一方面所述的复合物或组合物形成的密闭的作用场中，形成低温灰化系统；

S2，对所述低温灰化系统进行加热，所述垃圾在所述封闭的作用场中进行分子或原子变化，最终完成灰化过程。

进一步地，所述分子或原子变化包括分子键断裂、分子异构化、分子聚合、原子重组。

更进一步地，所述作用场为磁场，优选地，为放射场等。

在本发明的生物舱的涂层中，一些元素具备放射性，产生放射性粒子，一些元素在加热后具备磁性，产生磁场，一些元素在磁场作用下变成磁铁，产生热量，一些元素在吸收射线后，能够发生核反应，产生核辐射。在放射场、磁场、热辐射场、核辐射场的共同作用下，垃圾开始灰化。具体地，首先是有机大分子或无机聚合物在各种作用场的共同作用下，分子键发生断裂，接着发生一系列分子异构化，小分子聚合、原子重组等反应，最终完成灰化过程。

在本发明中，所述垃圾为有机垃圾或无机高分子聚合物垃圾。

在本发明的一些实施方案中，在灰化的过程中，会产生烟气。在本发明的一些具体实施方案中，所述烟气包括但不限于CO、H₂、CO₂、CH₄、SO₂、NO_X和H₂O。

本发明的有益效果

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明可以在处理垃圾中的有机物的同时，将矿物从有机物分离出来，并且能够保持矿物质的基本形态，从而有效进行垃圾处理。

本发明在处理垃圾时，无需高温，能耗较低，有利于资源合理利用。

本发明处理有机垃圾，最终的灰分低至原来质量的5％以下，实现垃圾的有效处理，有利于环境保护。

附图说明

图1示出了利用本发明的生物舱对垃圾进行低温灰化的结果。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例

以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。

除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。

那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。

实施例1用于低温灰化的一种复合物

本实施例提供一种用于垃圾低温灰化的复合物，含有³H，及负载Ru的Mg-Eu复合金属氧化物。其中，³H、Ru、Mg和Eu的质量份分别是0.1、1、3、8。

将六水合硝酸镁Mg(NO₃)₂·6H₂O和六水合硫酸铕Eu₂(SO4)₃·6H₂O直接混合加入100mL去离子水溶解，金属离子总浓度为0.6mol/L；搅拌加入50mL尿素CO(NH₂)₂)溶液(浓度为3.96mol/L)，并将混合液转移至250mL的水热釜中，同时掺入³H，在100℃下晶化24h；待降至室温后，固体产品用去离子水过滤、洗涤，在110℃下干燥12h。取1g干燥粉末置于锥形瓶中，抽真空20min后加入2.3mL 88.3mmol/L RuCl₃水溶液，静置过夜，得到的固体在350℃管式炉中通入高纯氢气还原3h后制得Mg-Eu复合金属氧化物负载Ru。

实施例2用于低温灰化的另一种复合物

本实施例提供另一种用于垃圾低温灰化的复合物，含有³H，及负载Ru的Mg-Gd复合金属氧化物。其中，³H、Ru、Mg和Gd的质量份分别是0.2、2、3、6。

将Mg(NO₃)₂·6H₂O和GdCl_3·6H₂O直接混合加入100mL去离子水溶解，金属离子总浓度为0.6mol/L；搅拌加入50mL尿素CO(NH₂)₂)溶液(浓度为3.96mol/L)，并将混合液转移至250mL的水热釜中，同时掺入³H，在100℃下晶化24h；待降至室温后，固体产品用去离子水过滤、洗涤，在110℃下干燥12h。取1g干燥粉末置于锥形瓶中，抽真空20min后加入2.3mL88.3mmol/L RuCl₃水溶液，静置过夜，得到的固体在350℃管式炉中通入高纯氢气还原3h后制得Mg-Gd复合金属氧化物负载Ru。

实施例3用于低温灰化的又一种复合物

本实施例提供又一种用于垃圾低温灰化的复合物，含有³H，及负载Ru的Mg-Sm复合金属氧化物。其中，³H、Ru、Mg和Sm的质量份分别是0.2、2、3、6。

将Mg(NO₃)₂·6H₂O和Sm(NO₃)₃·6H₂O直接混合加入100mL去离子水溶解，金属离子总浓度为0.6mol/L；搅拌加入50mL尿素CO(NH₂)₂)溶液(浓度为3.96mol/L)，并将混合液转移至250mL的水热釜中，同时掺入³H，在100℃下晶化24h；待降至室温后，固体产品用去离子水过滤、洗涤，在110℃下干燥12h。取1g干燥粉末置于锥形瓶中，抽真空20min后加入2.3mL88.3mmol/L RuCl₃水溶液，静置过夜，得到的固体在350℃管式炉中通入高纯氢气还原3h后制得Mg-Sm复合金属氧化物负载Ru。

实施例4用于低温灰化的一种组合物

本实施例提供一种用于垃圾低温灰化的组合物，含有³H、Ru、Mg、Sm、Eu和Gd，Ru、Mg、Sm、Eu和Gd分别以其氧化物的形式组成组合物，即：Ru₂O₃、MgO、Sm₂O₃和Eu₂O₃。其中，3H、Ru、Mg、Sm、Eu和Gd的质量份分别是0.2、2、3、2、3和2。

实施例5用于低温灰化的另一种组合物

本实施例提供另一种用于垃圾低温灰化的组合物，含有³H、Ru、Mg、Sm、Eu和Gd，Ru、Mg、Sm、Eu和Gd分别以盐的形式组成组合物，在本实施例中，为(NH₄)₂RuCl₆、MgSO₄、Sm(NO₃)₃·6H₂O、Eu₂(SO4)₃·6H₂O和GdCl_3·6H₂O。其中，3H、Ru、Mg、Sm、Eu和Gd的质量份分别是0.2、2、3、2、3和2。

实施例6用于低温灰化的生物舱

本实施例提供一种用于垃圾低温灰化的生物舱，包括灰化腔体，该腔体包括可以密封的进料口，位于腔体顶部用于排放烟气的出气口以及位于腔体侧边下部的可以密封的出灰口。在本实施例中，部分生物舱进料口和出灰口是同一个。该生物舱还包括加热系统，用于启动灰化反应。

分别利用实施例1-3的复合物和实施例4-5的组合物制备腔体的涂层，得到5种不同的生物舱，即生物舱1、生物舱2、生物舱3、生物舱4和生物舱5。

使用中，首先将垃圾置于生物舱中，然后对生物舱进行加热，加热至400℃左右，即可启动低温灰化过程。在本发明的生物舱的涂层中，一些元素具备放射性，产生放射性粒子，一些元素在加热后具备磁性，产生磁场，一些元素在磁场作用下变成磁铁，产生热量，一些元素在吸收射线后，能够发生核反应，产生核辐射。在放射场、磁场、热辐射场、核辐射场的共同作用下，垃圾开始灰化。具体地，首先是有机大分子或无机聚合物在各种作用场的共同作用下，分子键发生断裂，接着发生一系列分子异构化，小分子聚合、原子重组等反应，最终完成灰化过程。在此过程中，产生烟气，烟气主要有CO、H₂、CO₂、CH₄、SO₂、NO_X、H₂O等。

实施例7生物舱在处理垃圾中的应用

选取500斤有机垃圾(易腐垃圾)、以及100斤塑料制品按照上述方法分别投入实施例6中的各个生物舱中及常规高温灰化炉中进行灰化，灰化结果如表1和图1所示。其灰化量按照以下公式进行计算：

其中，X为被灰化物质灰分的质量百分含量；m₁为被灰化物质的质量；m₂为被灰化物质的质量。

表1有机垃圾以及塑料制品进行低温灰化后的灰化结果。

有此可见，本发明的生物舱具有更高的灰化效率，同时可节约能源，提供资源利用率。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。