CN103301800A

CN103301800A - 一种污泥基吸附剂的制备方法

Info

Publication number: CN103301800A
Application number: CN2013101699856A
Authority: CN
Inventors: 张立国; 刘蕾; 付临汝; 肖羽堂
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: CN103301800B

Abstract

本发明公开了一种污泥基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：1）将污水处理厂的剩余污泥或脱水污泥干燥、研磨、过筛得污泥粉末；2）将污泥粉末浸渍于发泡剂溶液中，将两者混合均匀；3）固液分离，将所得固形物干燥、研磨、过筛；4）在保护气氛下，将上步所得粉末加热至600-1000℃下进行碳化，碳化后研磨、过筛即可。本发明采用添加发泡剂的方法，在污泥高温碳化过程中，会释放大量分布均匀的气泡，从而改善获得碳化污泥样品的孔隙率和比表面积。

Description

一种污泥基吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种污泥基吸附剂的制备方法。

背景技术

污水污泥是城市污水处理过程中的副产物，其成分复杂，是由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量水分外，还含有难降解的有机物、重金属、盐类以及少量病原微生物和寄生虫卵等。如果污泥不经妥善处理和处置，将会对环境造成二次污染。随着我国城镇污水处理率的不断提高，污泥产量正逐年增加。城市污水污泥产量巨大而且难于处置，目前，常用的污泥处置主要有农用、填埋、焚烧、建材利用等几种可行的方式。在上述各种处置方式中，业内研究人员根据污水污泥含碳特性，探索利用污水污泥生产吸附剂的方法和技术，这已成为当前污泥资源化利用技术的一种选择。

Kemmer等人率先采用污泥进行了相关研究并申请了一项利用干化污泥化学活化法制备吸附剂的专利。此后，国内外学者陆续开展了大量利用污水污泥生产吸附剂的研究，除城市污水污泥（厌氧消化污泥、剩余活性污泥）之外，研究者还采用了造纸厂污泥和其它工业污泥。制备污泥基吸附剂的方法有碳化、物理活化、化学活化或者二者相结合等，这些方法可以改变SBA的比表面积、孔径分布、孔隙率或表面官能团等影响吸附的因素，从而提高SBA的吸附性能。

物理活化主要是通过对污泥进行碳化处理进行，而污泥中含有一定比例的无机质，因此碳化法制取的吸附剂一般表现出相对较低的表面积。另外，也有利用蒸汽、二氧化碳活化处理的报道，而且为了降低污泥中无机组分含量，可以采用HCl洗涤进行预处理。化学活化主要是采用如KOH、NaOH、Na₂CO₃、ZnCl₂、H₃PO₄、K₂S、HNO₃等药剂对污泥进行活化，改善污泥吸附剂的孔隙率和比表面积等性能。此外也有添加FeCl₃、软锰矿（MnO₂）对污泥进行浸渍处理的相关研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污泥基吸附剂的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种污泥基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将污水处理厂的剩余污泥或脱水污泥干燥、研磨、过筛得污泥粉末；

2）将污泥粉末浸渍于发泡剂溶液中，将两者混合均匀；

3）固液分离，将所得固形物干燥、研磨、过筛；

4）在保护气氛下，将上步所得粉末加热至600-1000℃下进行碳化，碳化后研磨、过筛即可。

步骤2）中，所述的发泡剂为经加热分解能释放不燃气体的物质。

步骤2）中，所述的发泡剂包括三聚氰胺、双氰胺、偶氮二甲酰胺、尿素、脲醛树脂、聚酰胺、N,N二亚硝基五次甲基四胺、偶氮氨基苯、偶氮二异丁氰、偶氮二甲酸酯、偶氮二甲酸钡、三肼基均三嗪、对甲苯磺酰氨基脲、叠氮化合物。

步骤2）中，所述的发泡剂溶液的浓度为1~10mg/mL。

步骤2）中，污泥粉末与发泡剂溶液的质量比为1：10 ~ 1：20。

步骤2）中，所述的发泡剂溶液的温度为80-100℃。

步骤4）中，所述的碳化时间为0.5-2h。

步骤1）、3）、4）中，所述的过筛为过100-200目筛。

本发明的有益效果是：现有技术主要是为了通过化学改性方法来改善污泥吸附剂的孔隙率和比表面积等性能，从而改善吸附剂的吸附性能。然而，对吸附剂的孔隙率改善效果有限。本发明采用添加发泡剂的方法，在污泥高温碳化过程中，会释放大量分布均匀的气泡，从而改善获得碳化污泥样品的孔隙率和比表面积。

附图说明

图1为实施例1所得发泡剂改性污泥基吸附剂的SEM图。

图2为添加ZnCl₂后碳化污泥样品的SEM图。

具体实施方式

一种污泥基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

2）将污泥粉末浸渍于80-100℃的发泡剂溶液中，将两者混合均匀；

3）固液分离，将所得固形物干燥、研磨、过筛；

步骤2）中，所述的发泡剂为经加热分解能释放不燃气体的物质，优选的，为三聚氰胺、双氰胺、偶氮二甲酰胺、尿素、脲醛树脂、聚酰胺、N,N二亚硝基五次甲基四胺、偶氮氨基苯、偶氮二异丁氰、偶氮二甲酸酯、偶氮二甲酸钡、三肼基均三嗪、对甲苯磺酰氨基脲、叠氮化合物中的至少一种；所述的发泡剂溶液的浓度为1~10mg/mL；污泥粉末与发泡剂溶液的质量比为1：10 ~ 1：20。

步骤4）中，所述的碳化时间为0.5-2h。

步骤1）、3）、4）中，所述的过筛为过100-200目筛。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：

一种添加发泡剂优化制备污泥基吸附剂的方法，包括以下步骤：

1）将污水处理厂的剩余污泥或脱水污泥在80-105℃下烘干至恒重、研磨后过100-200目筛备用；

2）将发泡剂三聚氰胺溶于80℃热水中配成浓度为1mg/mL的水溶液（即1mL水溶液中，三聚氰胺的质量为1mg），然后以该发泡剂溶液对污泥粉末浸渍4-6h，并在浸渍时保持机械搅拌使其充分混合均匀；

3）浸渍结束后通过过滤进行固液分离，并在80-100℃下将湿泥烘干至恒重、研磨后过100-200目筛备用；

4）然后在惰性气氛保护下，于600-1000℃对污泥粉末碳化0.5-2h，碳化完成后经研磨、过100-200目筛即制得发泡剂改性污泥基吸附剂。

其中，发泡剂溶液和污泥粉末的用量比例(质量比)：m(污泥粉末):m(发泡剂溶液)=1：10。

图1为实施例1所得发泡剂改性污泥基吸附剂的SEM图。

对比例1：

1）将脱水污泥样品放入烘箱中，在105℃温度下恒温干燥，保持24h，直至烘干为止；

2）将烘干的污泥放入研钵中进行研磨，取出研碎的干泥粉末，用标准分样筛筛分出100目-200目污泥粉末，筛分出来的样品放入干燥器中干燥备用；

3）取干燥污泥粉末样品5g置于50ml浓度为3 mol/L 的ZnCl₂溶液中浸渍24h，然后抽滤并烘干，在N₂气氛保护下于550℃在石英管中进行碳化60min，得到产物即为ZnCl₂活化污泥。

图2为添加ZnCl₂后碳化污泥样品的SEM图。

另外，通过BET表面积测试，实施例1的产品比对比例1的产品的BET表面积提高了约20%-40%，污泥的孔隙率和比表面积得到了显著改善。

验证例1：

将污水处理厂的脱水污泥在105℃下烘干至恒重、研磨后过100-200目筛备用；将发泡剂三聚氰胺溶于80℃热水中配成5mg/mL浓度的水溶液，然后以该发泡剂溶液对污泥粉末浸渍4h（发泡剂溶液和污泥粉末的质量比为1：20），并在浸渍时保持机械搅拌使其充分混合均匀；浸渍结束后通过过滤进行固液分离，并在100℃下将湿泥烘干至恒重、研磨后过100-200目筛备用；然后在N₂气氛保护下，于600℃对污泥粉末碳化1h，碳化完成后经研磨、过100-200目筛即制得发泡剂改性污泥基吸附剂。用此产品处理浓度为10mg/L的对氯苯酚废水，去除率为93%。

Claims

1.一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2）将污泥粉末浸渍于发泡剂溶液中，将两者混合均匀；

3）固液分离，将所得固形物干燥、研磨、过筛；

2.根据权利要求1所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的发泡剂为经加热分解能释放不燃气体的物质。

3.根据权利要求2所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的发泡剂包括三聚氰胺、双氰胺、偶氮二甲酰胺、尿素、脲醛树脂、聚酰胺、N,N二亚硝基五次甲基四胺、偶氮氨基苯、偶氮二异丁氰、偶氮二甲酸酯、偶氮二甲酸钡、三肼基均三嗪、对甲苯磺酰氨基脲、叠氮化合物。

4.根据权利要求1所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的发泡剂溶液的浓度为1~10mg/mL。

5.根据权利要求1所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，污泥粉末与发泡剂溶液的质量比为1：10 ~ 1：20。

6.根据权利要求1所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的发泡剂溶液的温度为80-100℃。

7.根据权利要求1所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤4）中，所述的碳化时间为0.5-2h。

8.根据权利要求1所述的一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤1）、3）、4）中，所述的过筛为过100-200目筛。