【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及廢棄物資源化利用，具體為一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統及方法。
技術介紹
1、超細銅粉，憑借其獨特的物理和化學性質，在新能源、電子以及環保等日益發展的行業中展現出了不可或缺的重要性。為了滿足這些行業對高純度超細銅粉日益增長的需求，科研人員已開發出多種制備方法，主要包括氣相法、固相法和液相法。然而，這些方法均存在一定的局限性。
2、氣相法雖然能夠制備出高質量的銅粉，但其對設備的要求極高，反應條件極為嚴格，能源消耗巨大，且成本高昂。固相法則在制備微小cu顆粒方面存在困難，且容易在制備過程中引入雜質，從而影響銅粉的純度。液相法則主要依賴于昂貴的化學還原劑，這無疑增加了生產成本。因此，如何克服這些限制，提高生產效率，降低生產成本，同時確保銅粉的高純度，是當前超細銅粉制備領域亟待解決的技術難題。
3、另一方面，餐廚垃圾作為人類日常生活中不可避免產生的廢棄物，其富含碳水化合物、蛋白質和脂質等有機物，具有廢物和資源的雙重屬性。然而，餐廚垃圾的高水分含量（>50?wt%）、高油高鹽等特點，使其容易發酵腐敗，滋生細菌和蠅蟲，若處理不當，將對環境造成嚴重的污染。盡管餐廚垃圾中含有大量有機物，理論上可以通過熱化學方法轉化為氫氣等清潔能源，但由于其高水分含量，直接燃燒的效率低下，且需要額外的能源進行干燥預處理，這無疑增加了處理成本和難度。
4、鑒于以上背景，如何將對餐廚垃圾的有效處理與銅粉制備進行有機結合，實現餐廚垃圾的高效處理同時制備出高質量的超細銅粉，成為當前亟需解決的技術問題
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術存在的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統及方法，以解決現有技術中如何對餐廚垃圾進行有效處理的同時提高銅粉制備純度質量的技術問題。
2、本專利技術是通過以下技術方案來實現：
3、第一方面，本專利技術提供了一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，包括漿料輸出管路、第一水路輸出管路、銅溶液輸出管路、耦合反應裝置、液固分離單元、氧化反應器以及多向換熱器；
4、所述耦合反應裝置包括由外之內依次套設的超臨界水氣化模塊和超臨界水熱合成模塊；其中超臨界水氣化模塊和超臨界水熱合成模塊之間設有鈀膜；所述超臨界水氣化模塊的外側壁包覆有加熱單元；
5、所述漿料輸出管路的輸出端連接至超臨界水氣化模塊的輸入端；所述第一水路輸出管路經多向換熱器后連接至超臨界水氣化模塊的輸入端；
6、所述超臨界水氣化模塊設有兩組輸出端，其中第一組輸出端通過氧化反應器和多向換熱器后用于氣化分離；第二組輸出端用于排渣處理；
7、所述銅溶液輸出管路的輸入端用于輸入銅溶液和堿性溶液；所述銅溶液輸出管路的輸出端連接至超臨界水熱合成模塊的輸入端，超臨界水熱合成模塊的輸出端連接至液固分離單元。
8、優選的，加熱單元包括若干電加熱裝置，若干電加熱裝置包裹設置在超臨界水氣化模塊的外側壁上。
9、優選的，漿料輸出管路上設有漿料泵，用于通過漿料泵將餐廚垃圾漿料經漿料輸出管路泵入至超臨界水氣化模塊的輸入端；
10、所述第一水路輸出管路上設有第一水泵，用于通過第一水泵將水經第一水路輸出管路泵入至超臨界水氣化模塊的輸入端。
11、優選的，銅溶液輸出管路包括銅前驅體溶液輸出管路和堿性溶液輸出管路；
12、所述銅前驅體溶液輸出管路的輸入端設有銅前驅體溶液泵，用于輸入銅前驅體溶液；所述堿性溶液輸出管路的輸入端設有堿性溶液泵，用于輸入堿性溶液；
13、所述銅前驅體溶液輸出管路和堿性溶液輸出管路的輸出端分別連接至超臨界水熱合成模塊的輸入端。
14、優選的，液固分離單元包括第一冷卻器和液固分離器；
15、所述第一冷卻器的輸入端連接至超臨界水熱合成模塊的輸出端，第一冷卻器的輸出端連接至液固分離器的輸入端，液固分離器的輸出端用于分離得到液體和銅粉。
16、優選的，氧化反應器的輸入端還連接有液氧輸出管路，所述液氧輸出管路上設有液氧泵和空氣預熱器。
17、優選的，多向換熱器的輸出端連接氣液分離單元，所述氣液分離單元包括第二冷卻器、氣液分離器和水箱；
18、所述第二冷卻器的輸入端連接多向換熱器的輸出端，第二冷卻器的輸出端連接氣液分離器的輸入端，所述氣液分離器的液體輸出端連接至水箱。
19、優選的，耦合反應裝置的第二組輸出端連接設有排渣裝置，所述排渣裝置包括第三冷卻器和鎖料斗；
20、所述第三冷卻器的輸入端連接至第二組氣化輸出端，第三冷卻器的輸出端連接至鎖料斗的輸入端；所述鎖料斗上還設有注水管路和排渣管路；所述注水管路上設有注水球閥，所述排渣管路上設有排渣針閥。
21、優選的，還包括第二水路輸出管路，所述第二水路輸出管路的輸出端經多向換熱器連接至超臨界水熱合成模塊的輸入端；所述第二水路輸出管路上設有第二水泵，用于通過第二水泵將水經第二水路輸出管路泵入至超臨界水熱合成模塊的輸入端。
22、第二方面，本專利技術還提供了一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統的使用方法，基于上述所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，使用方法包括如下步驟：
23、將餐廚垃圾漿料通過漿料輸出管路輸入至超臨界水氣化模塊內，同時水通過第一水路輸出管路經多向換熱器升溫后進入超臨界水氣化模塊；
24、打開超臨界水氣化模塊外側壁的加熱單元，使得超臨界水氣化模塊內的水與餐廚垃圾漿料進行氣化反應得到氣化產物，超臨界水氣化模塊中一部分氣化產物通過鈀膜分離得到純氫氣，純氫氣作為還原劑流入至超臨界水熱合成模塊內；
25、銅溶液和堿性溶液作為顆粒改性劑通過銅溶液輸出管路輸入至超臨界水熱合成模塊內，并通過與超臨界水熱合成模塊內的純氫氣進行還原反應得到產物并輸出至液固分離單元內分離得到銅粉；
26、剩余氣化產物分別通過超臨界水氣化模塊的第一組輸出端和第二組輸出端輸出，其中通過第一組輸出端經過氧化放熱后進行氣化分離得到混合氣體和水，通過第二組輸出端進行排渣處理。
27、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果：
28、本專利技術提供了一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，將超臨界水氣化反應器和超臨界水熱合成反應器通過套管結構集成在一起；超臨界水氣化模塊中的氣化產物通過鈀膜分離出純氫氣，氫氣作為還原劑流入超臨界水熱合成模塊，代替昂貴化學還原劑，有效的提高了餐廚垃圾漿料的有效利用，實現了廢物向資源轉化的利用率。壁間傳熱減少系統能量損失，加快反應速率，提高系統的能量效率。同時本專利技術利用鈀膜分離純氫進入超臨界水熱合成模塊，避免雜質的引入，可以實現高純度超細銅粉的制備。
29、進一步的，電加熱裝置直接包裹在超臨界水氣化模塊的外側壁上，可以實現對超臨界水氣化模塊的直接加熱，減少了熱量傳遞的中間環節，從而提高了加熱效率本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，包括漿料輸出管路、第一水路輸出管路、銅溶液輸出管路、耦合反應裝置（8）、液固分離單元、氧化反應器（15）以及多向換熱器（16）；
2.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述加熱單元包括若干電加熱裝置（12），若干電加熱裝置（12）包裹設置在超臨界水氣化模塊（9）的外側壁上。
3.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述漿料輸出管路上設有漿料泵（1），用于通過漿料泵（1）將餐廚垃圾漿料經漿料輸出管路泵入至超臨界水氣化模塊（9）的輸入端；
4.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述銅溶液輸出管路包括銅前驅體溶液輸出管路和堿性溶液輸出管路；
5.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述液固分離單元包括第一冷卻器（13）和液固分離器（14）；
6.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化
7.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述多向換熱器（16）的輸出端連接氣液分離單元，所述氣液分離單元包括第二冷卻器（17）、氣液分離器（18）和水箱（19）；
8.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述耦合反應裝置（8）的第二組輸出端連接設有排渣裝置，所述排渣裝置包括第三冷卻器（20）和鎖料斗（21）；
9.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，還包括第二水路輸出管路，所述第二水路輸出管路的輸出端經多向換熱器（16）連接至超臨界水熱合成模塊（11）的輸入端；所述第二水路輸出管路上設有第二水泵（3），用于通過第二水泵（3）將水經第二水路輸出管路泵入至超臨界水熱合成模塊（11）的輸入端。
10.一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統的使用方法，其特征在于，基于權利要求1-9任一項所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，使用方法包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，包括漿料輸出管路、第一水路輸出管路、銅溶液輸出管路、耦合反應裝置（8）、液固分離單元、氧化反應器（15）以及多向換熱器（16）；
2.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述加熱單元包括若干電加熱裝置（12），若干電加熱裝置（12）包裹設置在超臨界水氣化模塊（9）的外側壁上。
3.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述漿料輸出管路上設有漿料泵（1），用于通過漿料泵（1）將餐廚垃圾漿料經漿料輸出管路泵入至超臨界水氣化模塊（9）的輸入端；
4.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述銅溶液輸出管路包括銅前驅體溶液輸出管路和堿性溶液輸出管路；
5.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述液固分離單元包括第一冷卻器（13）和液固分離器（14）；
6.根據權利要求1所述的一種耦合式餐廚垃圾氣化-水熱合成制備銅粉的系統，其特征在于，所述氧化反應器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：彭智勇，董潤秋，賈寒冰，田江樺，李奧，饒勝輝，伊磊，王樂，陳斌，劉志剛，
申請(專利權)人：江西理工大學，
類型：發明
國別省市：
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