节能减排 从国家危废物ＦＣＣ废催化剂出发
FCC废催化剂是石油工业流化催化裂化过程中，在高温高压环境下催化剂中毒产生的固体废弃物。由于石油工业在国民经济中起着支柱作用，而我国石油的逐步劣化、重型化，自2015年起，我国FCC废催化剂年产量已超过20wt，直接经济损失超过20亿元人民币。
FCC废催化剂主要由硅、铝元素组成，占总质量分数的87%以上，且含有Ni、V、Ti等多种重金属元素，对环境具有潜在危害；FCC废催化剂结构复杂，包含NaY分子筛、ZSM-5分子筛及氧化铝等多种结构，后续利用处理工艺相对复杂。
上个世纪我国主要采用填埋法处理FCC废催化剂，占用了大量的土地资源，对环境造成了严重的短期不可逆污染。2000年以后，磁选再生法、催化剂分离法等一系列新方法逐渐兴起，但都存在利用率低、应用领域受限、技术成本高等问题，无法彻底根治FCC废催化剂带来的污染。由于FCC废催化剂中质量分数大于0.1%的镍元素在700°高温下会氧化为一类致癌物氧化镍，2016年8月1日，FCC废催化剂被正式列入《国家危险废物名录》HW50类危险废物。在这种情况下，探索FCC废催化剂合理的资源化、绿色化利用迫在眉睫。
基于上述背景，武汉理工大学由邱家凯、陈俊武、熊子航、茹旭阳、夏青、蔡志军、陆毅锋7名本科生组成的节能减排团队，在化工与生命学院蔡伟权教授的指导下，提出并完成了FCC废催化剂资源化节能利用新技术路线，有效利用了其主要元素硅、铝，制备了PAFC絮凝剂、硫酸铝铵、4A分子筛、SBA-15分子筛等高附加值化工产品，同时对废催化剂中危害较大的镍等重金属元素进行了分离富集，消除了潜在的环境危害。
图1 项目主要研究思路
在FCC废催化剂铝元素应用过程中，该团队基于水热高效溶解及重金属分离工艺，经过酸化、水热、过滤、陈化等步骤，制备出液态聚合氯化铝铁PAFC，自制产品在氧化铝质量分数、碱度、pH值三项重要指标在国家标准范围内处于较好水平，砷、铅等重金属含量远低于国家标准。
该团队利用自制PAFC对分散性、酸性、活性三种典型废水进行处理，自制产品性能优于市售产品，最终脱色率高达90%以上。考虑到工业废水处理是一个连续过程，团队还仿照工业混凝池建造了动态絮凝装置，并利用自制PAFC进行初步试验。在一定的流量条件下，自制PAFC可以稳定处理模拟印染废水，脱色率可达96.0%。为了检验自制PAFC的产业化潜力，团队采集了苏州某工厂的印染废水进行现场试验。处理后的废水COD、悬浮物、色度等主要指标均达到国家纺织染整行业水污染物直接排放标准，达到了以废治废的最佳效果。
该团队针对铝的特性，研发出温和、低温、节能的铝溶解工艺，使铝溶解速度远高于传统工艺，溶解温度更低。通过酸浸等步骤生产出高纯度硫酸铝铵，并在滤液中富集镍。在FCC废催化剂处理的基础上，将低温溶解工艺延伸至我国储量较大的低品位高岭土，改进了高岭土溶解铝的传统工艺，降低了活化温度，提高了铝溶解速度。
在硅的利用过程中，该团队利用FCC废催化剂，通过碱熔活化、水热、煅烧工艺，制备出高度有序的六方直孔SBA-15分子筛，纯度高达99.2%。 碱熔活化前驱体再经过水热、过滤、分离等步骤，制备出符合国家标准的4A分子筛。
迄今为止，该团队已取得两套相关物理装置和一篇SCI论文（o/-SBA-t）。
申请七项国家发明专利：
1. 一种利用高岭土基高硅废渣制备白炭黑的方法，申请号：2.9
2. 一种酸法从FCC废催化剂中回收PAC的方法，申请号：2.6。
3. 低温活化法从高岭土中溶解铝的新工艺，申请号：2.9。
4. 一种利用FCC废催化剂制备高效蒽醌加氢催化剂的方法，申请号：2.X
5. 一种利用FCC废催化剂制备硫酸铝铵的方法，申请号：2.5
6. 一种利用FCC废催化剂合成Al-SBA-15高效蒽醌加氢催化剂载体的方法，申请号：2.9
7. 一种利用FCC废催化剂制备高效PAFC染料净水剂的方法，申请号：2.3
图2：申请7项国家发明专利
团队还与宁波市雁门化工有限公司签订了合作意向书，进行了初步实验并取得良好效果，并获得两封相关企业的推荐信。
图3 球队与宁波雁门化工有限公司签署意向书
以上是该队本次比赛的中期成绩，据悉，该队将代表武汉理工大学参加第十一届全国大学生节能减排社会实践暨科技竞赛总决赛评审环节。
图4 项目成员合影