ハイドロタルサイトを触媒とした下水汚泥由来のハイドロチャーの窒素除去方法を提案した

A new method for removal of nitrogen in sewage sludge-derived hydrochar with hydrotalcite as the catalyst.

• Zhi-Xiang Xu
• Hao Song
• Pei-Jun Li
• Xuan Zhu
• Shu Zhang
• Qian Wang
• Pei-Gao Duan
• Xun Hu

抄録

下水汚泥（SS）の水熱炭化（HTC）から生成される水炭には窒素が多く含まれているため、水炭を固体燃料として使用すると、深刻なNOx汚染が発生する。そこで、Mg-Ga層状二重水酸化物（LDHs）、Mg-Al層状二重水酸化物（LDH）、およびそれらの焼成物（層状二重酸化物、LDO）を調製した。これらの層状二重酸化物は、いずれも窒素元素の除去を顕著に促進することができ、その結果、有機物であるNがNH-Nに移行してpH値を上昇させることがわかった。その中で、Mg-Al LDOが最も高い窒素除去効率を示した。触媒中の酸性サイトを利用したN-無機物の熱分解がNHの脱離の鍵を握っていることが明らかになった。Mg-Al LDOにおける塩基性サイトの重要な役割は、細胞壁や細胞外高分子物質の構造を効果的に破壊できることであった。脂質様物質は炭化反応には参加していないが、ハイドロチャーに吸収される可能性がある。部分的なSSフロックは、「固体-固体」反応により直接水炭に変換された。窒素除去の反応経路を提案した。

The high content of nitrogen in hydrochar produced from hydrothermal carbonization (HTC) of sewage sludge (SS) leads to serious NOx pollution when the hydrochar is used as a solid fuel. Mg-Ga layered double hydroxides (LDHs), Mg-Al LDHs and their calcined samples (layered double oxides, LDO) were prepared. The LDHs and LDO all can notably promote the removal of nitrogen element, in which organic-N was transferred to NH-N to cause increasing pH value. Mg-Al LDO showed the highest efficiency for the removal of nitrogen among the catalysts. The thermal decomposition of the N-organic matter with acidic sites in catalyst was the key step to release NH. The key role of basic sites in Mg-Al LDO was that it can effectively destroy the cell wall and extracellular polymeric substances structure. The lipid-like substance did not participate in the carbonization reaction, but they can be absorbed by the hydrochar. Partial SS floc directly transformed to hydrochar according to "solid-solid" reaction. The reaction pathways of remove nitrogen were proposed.

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