CN101391766A - 制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法，将污泥干燥并粉碎筛选后，用氯化锌或硫酸或磷酸的溶液浸渍，干燥；处理后的污泥放入热解炉中，在缺氧状态下升温至400～700℃进行活化10～90min，升温速率为10～40℃/min；活化产物经冷却后，用HCl和/或NaOH溶液浸渍，蒸馏水漂洗、干燥即得到活性炭。本发明的方法工艺流程简单，能耗低，污染少，成本低，活性炭的中孔和微孔分布较宽、孔容较大，在污水处理方面表现出良好吸附性能，为制浆造纸厂污泥的资源化利用提供了一条可供选择的新途径。
Description
技术领域
本发明涉及制浆造纸厂污泥的处理与利用，尤其是一种利用制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法。
背景技术
在制浆造纸厂废水处理过程中会产生大量污泥，其组分一般为：细小纤维、木质素及其衍生物和一些有机物质，同时还含有大量的病原体、寄生虫卵以及铜、砷、铅、锌、铝、汞等重金属和难降解的有机污染物等有害成分。据估计，2006年全国约产生2000万吨造纸污泥，作为固体废弃物的造纸污泥的处理与处置一直是制浆造纸企业面临的难题。目前，造纸污泥处理方法有投海、填埋、土地利用、焚烧等。投海对海洋生态环境和人类食物链造成严重威胁，国际公约己明令禁止。填埋是目前被广泛采用的处理方法，但因其存在着污染填埋场附近地下水风险，污泥运输和填埋场地建设费用较高，填埋场容量有限，土地资源日益匮乏等因素，使其逐渐被淘汰。污泥焚烧技术是将脱水污泥直接送入焚烧炉焚烧，是“最彻底”的污泥处理方法，它能使有机物全部炭化，有效杀死病原体，最大限度地减少污泥体积，但污泥焚烧投资大和运行费用高，绝对经济效益偏低，投资回收期长。
为了解决上述问题，实现造纸工业废水污泥资源化，可以通过物理化学的途径将污泥制成价格低廉的活性炭吸附剂。制备活性炭的方法主要分为物理活化法和化学活化法。化学活化法是将原料和活化剂混合后直接活化，一步完成炭化和活化；物理活化法则先需要炭化后再活化。化学活化法可分为ZnCl2法、KOH法、H3PO4法及H2SO4法等。ZnCl2法是我国生产活性炭应用得最广泛的化学活化法，它主要以木屑为原料。利用城市污水厂污泥制备活性炭，是上世纪80年代后期出现的一种新型利用途径，其制备成本低，活性炭用途广泛，可以用于污水处理去除有毒有害物质，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益，引起国内外研究人员的关注。申请号为200610117891.4的《湿污泥炭化吸附剂的制备方法》专利公开了一种以城市污泥为原料制备活性炭的方法，该方法采用氯化锌溶液进行活化，活化污泥经干燥处理后，置于高温炭化炉中，以水蒸气做保护气进行热解炭化，最后经冷却、洗涤、烘干、制备得到炭化吸附剂。但使用制浆厂污泥制备活性炭目前国内尚未见报道。由于造纸污泥与城市污泥成分有所不同，造纸污泥的主要成分是纤维素和灰分，此外还含有填料、凝聚剂和其它污染物，这些组成会严重影响活性炭的制备及产品效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用制浆造纸厂污泥制备活性炭、且工艺流程简单，能耗低，污染少，成本低，产品比表面积较大和孔径分布较宽的方法。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明的制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法，具体包括以下步骤：
a、将制浆厂污泥进行干燥、粉碎、筛选；
b、用浓度为1～6mol/L的活化剂(包括氯化锌、硫酸、磷酸)溶液，取污泥与活化剂溶液重量比为1：1～4，浸渍12～48h后，脱水干燥；
c.处理后的污泥放入热解炉中，在缺氧状态下升温至400～700℃进行活化，活化时间为10～90min，升温速率为10～40℃/min；
d.产物经冷却后，在常温下，视活化剂的不同用HCl溶液和NaOH溶液分两阶段浸渍、或用NaOH溶液浸渍，用蒸馏水洗至中性、干燥得成品。
采用氯化锌作为活化剂时，用10～20％HCl水溶液常温下浸渍2～4h，蒸馏水漂洗至中性，经过滤后常温下自然干燥制成酸改性产品，然后再将其用10～20％NaOH溶液常温下浸渍2～4h，蒸馏水漂洗至中性，最后经干燥后制得活性炭产品。
采用硫酸或磷酸作为活化剂时，用10％NaOH溶液常温下浸渍2～4h，蒸馏水漂洗至中性，最后经干燥后制得活性炭产品。
本发明用制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法，工艺流程简单，能耗低，污染少，成本低，活性炭的比表面积可达400～700m2·g-1，具有良好吸附性能，为制浆造纸厂污泥的资源化利用提供了一条可供选择的新途径。
具体实施方式
实施例1
取制浆厂污泥放入烘箱中干燥至恒重，冷却后粉碎，筛选出小于5mm的颗粒，然后加入2mol/L的ZnCl2溶液。污泥与ZnCl2溶液的质量比为1：2.5，在室温下浸渍48h后，离心分离液体，干燥至恒重，处理后的污泥在热解炉中升温至400℃进行炭化活化，活化时间为60min，升温速率为40℃/min。产物冷却后，在常温下分别用10％HCl溶液和10％NaOH溶液浸渍2h后，蒸馏水漂洗至中性，最后进行干燥制得活性炭。
制备出的活性炭BET表面积541.7m2·g-1。其吸附特征为：苯酚的去除率平均为60.5％。
实施例2
取制浆厂污泥放入烘箱中干燥至恒重，冷却后粉碎，筛选出小于5mm的颗粒，然后加入4mol/L的ZnCl2溶液，污泥与ZnCl2溶液的质量比为1：4，在室温下浸渍12h后，离心分离液体，干燥至恒重，处理后的污泥在热解炉中升温至700℃进行炭化活化，活化时间为30min，升温速率为20℃/min，产物冷却后，在常温下分别用20％HCl溶液和10％NaOH溶液浸渍4h后，蒸馏水漂洗至中性，最后进行干燥制得活性炭。
制备出的活性炭BET表面积674.8m2·g-1。其吸附特征为：苯酚的去除率平均为68.5％。
实施例3
取制浆厂污泥放入烘箱中干燥至恒重，冷却后粉碎，筛选出小于5mm的颗粒，然后加入5mol/L的H2SO4溶液，污泥与H2SO4溶液的质量比为1：3，在室温下浸渍24h后，离心分离液体，干燥至恒重，处理后的污泥在热解炉中升温至550℃进行炭化活化，活化时间为30min，升温速率为15℃/min，产物冷却后，在常温下用20％NaOH溶液浸渍3h后，蒸馏水漂洗至中性，最后进行干燥制得活性炭。
制备出的活性炭BET表面积512.5m2·g-1。其吸附特征为：苯酚的去除率平均为56.8％。
实施例4
取制浆厂污泥放入烘箱中干燥至恒重，冷却后用研磨磨碎，筛选出小于5mm的颗粒，然后加入6mol/L的H3PO4溶液，污泥与H3PO4溶液的质量比为1：4，在室温下浸渍24h后，离心分离液体，干燥至恒重，处理后的污泥在热解炉中升温至450℃进行炭化活化，活化时间为60min，升温速率为20℃/min，产物冷却后，在常温下用10％NaOH溶液浸渍4h后，蒸馏水漂洗至中性，最后进行干燥制得活性炭。
制备出的活性炭BET表面积426.2m2·g-1。其物理特征为：苯酚的去除率平均为48.6％。
Claims (3)
1.一种制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法，其特征是包括如下步骤：
a、将制浆造纸厂污泥进行干燥并粉碎筛选；
b、用浓度为1～6mol/L的活化剂，包括氯化锌、硫酸、磷酸溶液，取污泥与活化剂溶液重量比为1:1～4，浸渍12～48h后，脱水干燥；
c.处理后的污泥放入热解炉中，在缺氧状态下升温至400～700℃进行活化，活化时间为10～90min，升温速率为10～40℃/min；
d.产物经冷却后，在常温下，视活化剂的不同用HCl溶液和NaOH溶液分两阶段浸渍、或用NaOH溶液浸渍，用蒸馏水漂洗至中性、干燥得成品。
2.如权利要求1所述的制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法，其特征是活化剂采用氯化锌时，活化产物的处理采用如下步骤：用10～20％HCl水溶液常温下浸渍2～4h，蒸馏水漂洗至中性，经过滤后常温下自然干燥制成酸改性产品，然后再将其用10～20％NaOH溶液常温下浸渍2～4h，蒸馏水漂洗至中性，最后经干燥后制得活性炭产品。
3、根据权利要求1所述的制浆造纸厂污泥制备活性炭的方法，其特征是活化剂采用硫酸或磷酸时，活化产物的处理采用如下步骤：用10～20％NaOH溶液常温下浸渍2～4h，蒸馏水漂洗至中性，最后经干燥后制得活性炭产品。
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