CN104857924A - 一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法 - Google Patents

一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法 Download PDF

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Abstract

一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,包括如下工艺步骤:取新鲜的污泥,制成泥浆,将氢氧化钠加入泥浆中,捣碎匀浆20-40min,加热到80-100℃,密闭保温18-24h,再次捣碎匀浆20-40min,得到均质羟基化污泥浆,在持续搅拌条件下,将钛酸四丁酯缓慢滴加入羟基化污泥浆中,搅拌均匀,得到含钛污泥胶,将碱土金属化合物加入含钛污泥胶中,搅拌均匀,加热至80-90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下干燥,制成钛-碱土金属-污泥干凝胶,将钛-碱土金属-污泥干凝胶于650-950℃条件下,煅烧5-6h,即得。本发明利用氢氧化钠处理污泥,制备一种低成本的、高性能的多孔钛酸盐类重金属吸附材料,本发明制造工艺简单、操作方便,使用原料成本较低。

Description

一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域,特别涉及一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法。
背景技术
城市生活污水处理厂处理污水过程中,会产生大量的剩余污泥,这些污泥含水率高(75%~99%),有机物含量高,易腐烂。污泥中含有寄生虫卵、病原微生物等致病生物和铜、锌、铬等重金属,以及多氯联苯、二噁英等难降解有毒有害物质,如不妥善处理,易造成二次污染。
污泥的处理一直是水处理行业的难题,目前,对于剩余污泥的处理方法主要有土地利用、卫生填埋和焚烧等方法。这些方法成本高,存在着环境安全隐患。污泥中除水分外,含有大量的有机物,这些有机物以生物残体为主,富含蛋白质,其中的很多成分都是宝贵的资源。因而,积极探讨污泥的综合利用方法,变废为宝,是污泥处置的最好出路。
纳米钛酸盐是一类稳定的高性能重金属吸附剂,一般采用溶胶-凝胶法合成(张东,侯平,化学学报,2009年,67卷12期:p1336-1342;张东,王敏,谭玉玲,化学学报,2010年,16期,p1641-1648;Dong Zhang,Chun-li Zhang,Pin Zhou,Journal of Hazardous Materials,2011年,186卷2-3期,p971–977)。该方法需要用到柠檬酸、醋酸和聚乙二醇等试剂和各种模板材料,这些试剂和材料价格较高,合成的纳米钛酸盐成本高,这限制了纳米钛酸盐吸附剂在实际中的应用。
发明内容
本发明的目的,是提供一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,本方法生产工艺简单,成本低,同时解决了污泥的污染问题。
采用的技术方案是:
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
(1)取新鲜的污泥,调整污泥的含水率为90-92%,制成泥浆,按泥浆和氢氧化钠质量比为1:0.05-0.15取氢氧化钠,将氢氧化钠加入泥浆中,捣碎匀浆20-40min,加热到80-100℃,密闭保温18-24h,再次捣碎匀浆20-40min,得到均质羟基化污泥浆,备用;
(2)、按羟基化污泥浆与钛酸四丁酯质量比为1:0.5-2取钛酸四丁酯,在持续搅拌条件下,将钛酸四丁酯缓慢滴加入步骤(1)得到的羟基化污泥浆中,搅拌均匀,得到含钛污泥胶,备用;
(3)、按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属化合物,将碱土金属化合物加入到步骤(2)中制得的含钛污泥胶中,搅拌均匀,加热至80-90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下干燥,制成钛-碱土金属-污泥干凝胶,备用;
(4)、将步骤(3)制备的钛-碱土金属-污泥干凝胶于650-950℃条件下,煅烧5-6h,即得。
上述步骤(1)中捣碎匀浆时,捣碎搅拌速度≥6000r/min。
上述步骤(3)中碱土金属化合物为硝酸钙、硝酸镁、硝酸锶、硝酸钡、氯化钙、氯化镁、氯化钡或氯化锶。
本发明的优点在于:
本发明利用氢氧化钠处理污泥,制备一种低成本的、高性能的多孔钛酸盐类重金属吸附材料,本发明制造工艺简单、操作方便,使用原料成本较低,适于广泛应用,同时对污泥进行了处理,解决了污泥对环境污染的问题,变废为宝,具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为实施例2中纳米钛酸钙2的XRD谱。
具体实施方式
实施例1
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入5g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙1;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例2
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙2;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例3
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入15g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙3;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例4
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到90%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将50g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入34.7g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙4;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例5
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到92%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将200g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入138.8g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙5;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例6
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于800℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙6;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例7
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于950℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙7;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
实施例8
一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入75.3g硝酸镁,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-镁-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸镁;
上述硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
纳米钛酸盐对铅的吸附性能
为了考察实施例1-8中得到的纳米钛酸盐对重金属的吸附性能,取含25mg铅的标准溶液,于150mL刻度已校准的具塞锥形瓶中,调溶液的pH值到5,用水定容至50mL刻度,加入0.1g的纳米钛酸盐吸附剂,置于振荡器上,以200r/min速度,振荡吸附20min,离心分离,用原子吸收测上清液中重金属铅的含量,按公式(1)计算去除率。结果见表1.
η = ( C 0 - C e ) C 0 × 100 % - - - ( 1 )
式中:η为铅的去除率(%);C0为初始浓度(mg/L);Ce为平衡浓度(mg/L)。
表1 实施例1-8中制备的纳米钛酸盐对铅的去除性能
材料的再生性能
吸附后的纳米钛酸盐,水洗3次,分别加入1mol/L的硝酸溶液10mL,于振荡器上振荡洗脱5min,离心,用原子吸收测定上清液中(或稀释后测定)的铅离子的含量,计算洗脱回收量和回收率。结果见表2:
表2:洗脱回收情况
吸附总量(mg) 洗脱回收量(mg) 回收率(%)
纳米钛酸钙1 24.42 24.22 99.2
纳米钛酸钙2 24.88 24.68 99.2
纳米钛酸钙3 24.63 23.82 96.7
纳米钛酸钙4 24.72 23.99 97.1
纳米钛酸钙5 21.61 20.35 94.2
纳米钛酸钙6 24.02 22.76 94.8
纳米钛酸钙7 21.38 19.96 93.3
纳米钛酸镁 19.93 20.13 101.0
洗脱后,纳米钛酸盐水洗至中性后可以重复使用。

Claims (10)

1.一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
(1)取新鲜的污泥,调整污泥的含水率为90-92%,制成泥浆,按泥浆和氢氧化钠质量比为1:0.05-0.15取氢氧化钠,将氢氧化钠加入泥浆中,捣碎匀浆20-40min,加热到80-100℃,密闭保温18-24h,再次捣碎匀浆20-40min,得到均质羟基化污泥浆,备用;
(2)、按羟基化污泥浆与钛酸四丁酯质量比为1:0.5-2取钛酸四丁酯,在持续搅拌条件下,将钛酸四丁酯缓慢滴加入步骤(1)得到的羟基化污泥浆中,搅拌均匀,得到含钛污泥胶,备用;
(3)、按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属化合物,将碱土金属化合物加入到步骤(2)中制得的含钛污泥胶中,搅拌均匀,加热至80-90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下干燥,制成钛-碱土金属-污泥干凝胶,备用;
(4)、将步骤(3)制备的钛-碱土金属-污泥干凝胶于650-950℃条件下,煅烧5-6h,即得。
2.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于:所述步骤(1)中捣碎匀浆时,捣碎搅拌速度≥6000r/min。
3.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于:所述步骤(3)中的碱土金属化合物为硝酸钙、硝酸镁、硝酸锶、硝酸钡、氯化钙、氯化镁、氯化钡或氯化锶。
4.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入5g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙1;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
5.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙2;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
6.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到90%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将50g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入34.7g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙4;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
7.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到92%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将200g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入138.8g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙5;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
8.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于800℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙6;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
9.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入69.4g硝酸钙,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-钙-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于950℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸钙7;
上述硝酸钙(CaNO3·4H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
10.根据权利要求1所述的一种氢氧化钠辅助处理污泥制备纳米钛酸盐吸附剂的方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
将新排放的剩余污泥含水率调整到91%,称取100g置于捣碎匀浆机内,加入10g氢氧化钠,以6000r/min转速,捣碎匀浆30min,加热到90℃,密闭保温24h,再次捣碎匀浆30min,得到均质羟基化污泥浆;在持续搅拌条件下,将100g钛酸四丁酯,缓慢滴加入羟基化污泥浆中,混合均匀,再加入75.3g硝酸镁,搅拌均匀,加热至90℃保温搅拌反应、蒸干水分后于105℃条件下烘干,制成钛-镁-污泥干凝胶,置于箱式电炉中,于650℃条件下,煅烧6h,得到纳米钛酸镁;
上述硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
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