CN103406094A - 一种磁性污泥基活性炭的制作方法 - Google Patents

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王雪
封莉
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本发明以城市污水厂剩余污泥为主要原料制备磁性污泥基活性炭,解决现有活性炭催化剂难以回收利用的问题。首先将已干燥的剩余污泥经氯化铁和氯化亚铁混合溶液活化剂浸泡活化24h后,滴加氨水,放入105℃干燥箱烘干,通过马弗炉进行炭化、活化,用蒸馏水清洗,研磨,分筛,磁分离可制得磁性污泥基活性炭。本发明制得的磁性污泥基活性炭非常方便分离回收,而且此活性炭具有很好的催化氧化和吸附重金属的能力。

Description

一种磁性污泥基活性炭的制作方法
所属技术领域
[0001] 本发明涉及一种将城市污水处理厂剩余污泥制备磁性活性炭的制备方法,尤其是涉及一种在活性炭制作过程直接负载磁性的方法。
背景技术
[0002]目前,磁性活性炭的制作多以成品活性炭为材料,而成品活性炭大多数是木炭及煤炭。由于木材再生慢,加之木材的大量消耗,使木质活性炭的发展受到限制。而煤质活性炭又由于煤炭资源的减少而生产成本不断增高。因此,寻找其他资源代替木材、煤炭等传统原料制备活性炭成为多方关注的热点。将城市污水处理厂的剩余污泥作为原料制取活性炭,既可以为剩余污泥的处理找到出路,有效降低污水处理厂的运行成本,解决处理不当带来的环境问题;
[0003] 在活性炭的使用过程中活性炭分离及重复使用是活性炭发展的限制因素,磁性活性炭可以利用其具有的磁性采用磁分离技术对其有效分离回收,进而以解决普通活性炭在水处理过程中的分离回收问题。
[0004] 在活性炭生产过程中同时负载磁性,不仅有效利用了活化剂,而且过程简单,不添加粘合剂和表面活性剂,节省资源、能源,具有良好的环境效益和经济效益。尽管氯化铁活化的活性炭与常规活化剂氯化锌活化的活性炭相比,比表面积会低些,但是氯化锌的价格高,环境污染大,氯化铁盐则没有这些缺点,而且在水溶液中铁离子小于锌离子,可以增加活性炭的微孔的数量,因而氯化铁盐成为一种可选的活化剂;自从Jans和Hoign6(1998)发现,活性炭可以促进臭氧分解产生羟基自由基,活性炭催化臭氧氧化技术作为一种高级氧化技术就得到了广泛关注,已经有大量活性炭催化臭氧氧化有机物的试验表明,该工艺可以显著提升有机物的降解速率和矿化率、以及臭氧的利用效率;纳米四氧化三铁也常常用于催化芬顿降解有机物,所以负载四氧化三铁的磁性污泥基活性炭是一种良好的催化剂。同时活性炭由于其发达的孔隙结构、巨大的比表面积、稳定的化学性质、较高的机械强度、可再生性等特点,作为一种性能优良的吸附剂,在大气污染物和水中污染物的去除方面应用广泛。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于严格贯彻落实资源化利用、可持续发展的十二五规划要求及发展趋势,磁性污泥基活性炭解决了活性炭难以回收利用的问题;磁性污泥基活性炭生产过程克服粘结剂、表面活性剂的利用导致的成本提高以及环境污染问题与耗能高等问题。
[0006] 本发明提供一种直接将城市污水处理厂剩余污泥制成磁性活性炭的制作方法。该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料,其特征在于包括以下过程:
[0007] (a)将城市污水厂的剩余污泥于105°C干燥箱烘干(24h),然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛,得到污泥粉。
[0008] (b)将污泥粉加入氯化亚铁和氯化铁的混合溶液中浸泡24小时进行活化,然后在快速搅拌下加入氨水,放入105°C干燥箱中烘干(48h)。
[0009] (c)将(b)处理后的污泥放入马弗炉程序升温至炭化所需最佳温度炭化45分钟,至活化所需最佳温度活化60分钟,然后冷却至室温。
[0010] (d)将(C)处理后的物质用蒸馏水清洗,干燥,研磨,过筛制得粒径大于0.1毫米,小于0.15毫米粉末,用磁铁分选出具有磁性的污泥基活性炭。
[0011] (e)经过以上步骤制成的磁性污泥基活性炭可用于吸附水中重金属离子及催化氧化剂有机物。
[0012] 在本发明的(a)步骤中,干燥粉碎是制作活性炭的准备阶段,活化前置于105°C干燥箱烘干(24h)是为了将剩余污泥的水分去除,以不影响后来的化学活化效果。
[0013] 在本发明的(b)步骤中,所述的化学活化剂是活性炭制备的必要条件,活性炭活化有物理活化法和化学活化法,本发明采用化学活化的方法。活化前置于105°C干燥箱烘干(24h)是为了将剩余污泥的水分去除,以不影响后来的化学活化效果。氨水与铁的氯化物反应生成沉淀(如公式),与污泥共沉。
[0014] Fe2++2Fe3++80r ^ Fe3O4 I +4H20
[0015] 在本发明的(C)步骤为高温阶段,在马弗炉中,完成活性炭的炭化及活化。
[0016] 在本发明的(d)步骤为磁性活性炭的筛选过程,在得到的固体物质中得到具有磁性的污泥基活性炭。
[0017] 本发明采用铁的氯化物溶液为活化剂,活性炭生产过程直接附加磁性,磁性污泥基活性炭用于催化臭氧氧化水中有机物,。具有以下优点:
[0018] 1、将城市污水处理厂的剩余污泥作为原料制取活性炭,变废为宝,既可以为剩余污泥的处理找到出路,又有效降低污水处理厂的运行成本,解决了污泥处理不当带来的环境问题。贯彻落实了国家提出的资源化利用、可持续发展的要求和趋势;
[0019] 2、充分利用了污泥本身的粘着性,铁离子与氨水反应生产沉淀的同时与污泥共沉,完全脱离了粘合剂和表面活性剂的使用,使得工艺简便,减少了环境污染,节约了能源;
[0020] 3、铁溶液作为活化剂使用的同时又是生产的原料,生产成本大大降低,完全符合国家节能减排的要求;
[0021] 4、与普通活性炭相比,磁性活性炭在水处理应用中,容易与水分离,操作简单的同时大大提高了环境和经济效益;
附图说明
[0022] 图1磁铁吸引磁性污泥基活性炭实物图
[0023] 图2磁性污泥基活性炭催化臭氧氧化去除水中布洛芬效能
[0024] 图3叔丁醇抑制磁性污泥基活性炭催化臭氧氧化布洛芬
[0025] 图4磁性污泥基活性炭对臭氧分解速率的影响
[0026] 图5磁性污泥基活性炭对二价铅离子的吸附
·[0027] 图6磁性污泥基活性炭对二价铜离子的吸附
具体实施方式[0028] 实施例一:
[0029] 污泥基磁性活性炭的制作方法,该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料,其特征在于包括以下过程:
[0030] (I)将城市污水厂的剩余污泥于105°C干燥箱烘干(24h),然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛,得到污泥粉。
[0031] (2)将污泥粉加入氯化亚铁和氯化铁的混合溶液中浸泡24小时进行活化,然后在快速搅拌下加入氨水,放入105°C干燥箱中烘干(48h)。
[0032] (3)将(2)处理后的污泥放入马弗炉程序升温至炭化所需最佳温度炭化45分钟,至活化所需最佳温度活化60分钟,然后冷却至室温
[0033] (4)将(3)处理后的物质用蒸馏水清洗,干燥,研磨,过筛制得粒径大于0.1毫米,小于0.15毫米粉末,用磁铁分选出具有磁性的污泥基活性炭。
[0034] (5)在布洛芬浓度为700ug/l的水中加入25mg/l的磁性活性炭和1.5mg/l的臭氧,利用磁性活性炭催化臭氧降解有机物;同时做不投加磁性活性炭的单独臭氧氧化布洛芬对照实验及磁性活性炭对布洛芬的吸附实验。
[0035] 经测验,磁性污泥基活性炭的投加明显提高了臭氧对微量布洛芬的去除效率及速率,且磁性污泥基活性炭催化臭氧氧化对布洛芬的去除率要远远高于单独臭氧氧化和单独磁性污泥基吸附二者作用之和。
[0036] 实施例二:
[0037] 本实施例与实施例一不同的是第(5)步为:将(4)制作的磁性活性炭进行表征分析,包括比表面积分析、磁力分析、XRD物相分析、负载磁性比率,其他步骤与实施例一相同。
[0038] 经测验,磁性污泥基活性炭的BET比表面积为178.0m2/g,外表面积为57.77m2/g,微孔的表面积为120.2m2/g ;矫顽力为131.9G,磁化强大为2.6089emu/g,玩磁力为
0.28075emu/g,经XRD能确定的物相有石墨、四氧化三铁、赤铁矿、铁、酒石酸铁等,制作出来的含有磁性的污泥基磁性活性炭占总固体物质的质量比为84.6%。
[0039] 实施例三:
[0040] 本实施例与实施例一不同的是第(5)步为:在布洛芬浓度为700ug/l的水中加入25mg/l的磁性活性炭和1.5mg/l的臭氧,同时加入轻基自由基抑制剂叔丁醇,0.25mmol/l,其他步骤与实施例一相同。
[0041] 经测验,叔丁醇的介入很大程度上抑制了磁性污泥基活性炭对布洛芬的去除效果,这说明磁性污泥基活性炭催化臭氧氧化布洛芬遵循羟基自由基反应机理。
[0042] 实施例四:
[0043] 污泥基磁性活性炭的制作方法,该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料,其特征在于包括以下过程:
[0044] 本实施例与实施例一不同的是第(5)步为:在一定量的臭氧溶液中加入磁性污泥基活性炭,监测臭氧浓度变化,同时做同样浓度的臭氧自分解实验进行对比,其他步骤与实施例一相同。反应初始臭氧浓度为1.5mg/l,磁性污泥基活性投加量为25mg/l。
[0045] 经测验,磁性污泥基活性炭的的加入显著提高了臭氧的分解速率。
[0046] 实施例五:
[0047] 本实施例与实施例一不同的是第(5)步为:用(4)制成的磁性污泥基活性炭吸附含有二价铅离子的模拟废水溶液,其他步骤与实施例一相同。
[0048] 经测验,磁性污泥基活性炭对水中二价铅离子具有良好的吸附作用。
[0049] 实施例六:
[0050] 本实施例与实施例一不同的是第(5)步为:用(4)制成的磁性污泥基活性炭吸附含有二价铜离子的模拟废水溶液,其他步骤与实施例一相同。
[0051 ] 经测验,磁性污泥基活性炭对水中二价铜离子具有良好的吸附作用。

Claims (5)

1.一种磁性污泥基活性炭的制备方法,该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料,其特征在于包括以下过程: (a)将城市污水厂的剩余污泥于105°C干燥箱烘干(24h),然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛,得到污泥粉。 (b)将污泥粉加入氯化亚铁和氯化铁的混合溶液中浸泡24小时进行活化,然后在快速搅拌下加入氨水,放入105°C干燥箱中烘干(48h)。 (c)将(b)处理后的污泥放入马弗炉程序升温至炭化所需最佳温度炭化45分钟,至活化所需最佳温度活化60分钟,然后冷却至室温。 (d)将(c)处理后的物质用蒸馏水清洗,干燥,研磨,过筛制得粒径大于0.1毫米,小于0.15毫米粉末,用磁铁分选出具有磁性的污泥基活性炭。 (e)经过以上步骤制成的磁性污泥基活性炭可用于吸附水中重金属离子及催化氧化有机物。
2.如权利要求1所述的一种磁性污泥基活性炭的制备方法,其特征在于所用的城市污水厂的污泥本身具复杂的成分,制得的活性炭表面物质丰富,官能团和无机物含量较高。
3.如权利要求1所述的一种磁性污泥基活性炭的制备方法,其特征在于所述的化学活化剂为氯化铁和氯化亚铁混合溶液。
4.如权利要求1所述的一种磁性污泥基活性炭的制备方法,其特征在于活性炭的制作过程中直接产生磁性,而不是生产出活性炭后再附加磁性,负载磁性的过程中不添加粘合剂和表面活性剂。
5.如权利要求1所述的一种磁性污泥基活性炭的制备方法,其特征在于此活性炭可用于吸附水中重金属离子及催化氧化剂去除有机物。
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