CN107640771A - 一种污泥‑煤复合基活性炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污泥‑煤复合基活性炭及其制备方法。所述的污泥‑煤复合基活性炭主要原材料由市政污水处理厂脱水污泥和煤组成。本发明所述的污泥‑煤复合基活性炭的制备方法，包括以下步骤：将污泥和煤分别经105℃烘干、破碎后，按照质量比为1:1~4:1混合均匀，用1~7 mol/L氯化锌进行活化，离心去除上清液并干燥；将干燥后的样品在管式电阻炉中以氮气作为保护气，在400~800℃条件下炭化活化15~120 min，冷却后将制得的活性炭初级样品经盐酸洗涤后用去离子水洗涤至中性，再将产品烘干、研磨后即得到污泥‑煤复合基活性炭。本发明所得污泥‑煤复合基活性炭比表面积高，孔隙发达，适合用于污水处理过程，实现了污泥的无害化、减量化和资源化。
Description
技术领域
本发明涉及一种以污泥和煤为主要原材料的活性炭及其制备方法。
背景技术
污泥是在污水处理过程中产生的副产物，随着中国城镇化和工业化进程的加快，污泥产量呈现出逐年显著增加的趋势。通常，污泥中含有一定量的有机物、重金属和病原体等，若处理不当，会对环境造成严重的污染。随着污泥处理处置法律法规的日益严格，对污泥进行资源化利用正受到越来越多的关注。
与传统的污泥焚烧、卫生填埋等处置方法相比，将污泥制备成具有经济价值的活性炭，不仅可实现污泥的减量化和无害化，而且制备的活性炭可用来处理污水中的有毒有害物质，具有十分良好的环境效益和社会效益，是污泥资源化利用的有效途径之一。
然而，由于污泥含碳量较低、灰分较高，利用污泥制备的活性炭通常比表面积相对较小，吸附性能较差。煤具有较高的含碳量，是活性炭制备最常用的原材料之一，同时由于我国具有非常丰富的煤炭资源，如果将煤与污泥复配制备活性炭，可以有效改善污泥含碳量低、灰分高的缺点，从而提高所制备的活性炭的性能，拓展其在环境修复中的应用范围。
发明内容
本发明旨在提供一种污泥-煤复合基活性炭及其制备方法，利用煤含碳量较高的特点，提高原材料的含碳量，制备出具有较高性能的活性炭。
本发明所提供的一种污泥-煤复合基活性炭的主要原材料由污泥和煤组成；原材料中污泥是指市政污水处理厂脱水污泥，所占比例为50%-80%；原材料中煤可以为无烟煤、烟煤及褐煤，所占比例为20%-50%。
本发明所提供的一种污泥-煤复合基活性炭的制备方法，具体步骤如下：
（1）将污泥和煤分别经105℃干燥、研磨；
（2）将步骤（1）中的干燥粉碎后的污泥和煤按照质量比为1:1~4:1混合均匀，得到原料混合物；
（3）将步骤（2）所述的原料混合物按固液比为1:4加入到1~7 mol/L氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24小时，离心去除上清液，在105℃烘干，得到中间产物；
（4）将步骤（3）所述的中间产物放入管式电阻炉中，以氮气作为保护气，在温度为400~800℃下炭化活化15~120 min，加热速率控制在5~10℃/min，制得活性炭初级样品；
（5）将步骤（4）所述的活性炭初级样品经盐酸洗涤后用去离子水洗涤至中性，再将产品烘干、研磨后即得到污泥-煤复合基活性炭。
本发明可获得如下有益效果：本发明将污泥制备成具有经济价值的活性炭，实现了污泥的减量化、无害化和资源化；本发明将煤与污泥复配制备活性炭，有效利用了煤含碳量高的优势，提高了原材料的含碳量，制得的活性炭比表面积大、孔隙发达，具有更加广泛的应用范围。
具体实施方式
下述实施例中所使用的污泥为市政污水处理厂经消化后的脱水污泥，使用的煤为大同烟煤。
实施例1
1）将污泥在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
2）将大同烟煤在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
3）将干燥粉碎后的污泥和大同烟煤按照质量比为1:1混合均匀，得到原料混合物；
4）将步骤3）中的原料混合物按固液比（m/v, g/ml）为1:4加入到3 mol/L氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24小时，离心去除上清液，在105℃烘干，得到中间产物；
5）将步骤4）所述的中间产物放入管式电阻炉中，以氮气作为保护气，在温度为500℃下炭化活化30 min，加热速率为10℃/min，制得活性炭初级样品；
6）将步骤5）所述的活性炭初级样品先用3 mol/L盐酸洗涤5次，再用去离子水洗涤至中性，最后将产品烘干、研磨即得到污泥-煤复合基活性炭；
所得污泥-煤复合基活性炭比表面积为857 m2/g。
实施例2
1）将污泥在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
2）将大同烟煤在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
3）将干燥粉碎后的污泥和大同烟煤按照质量比为1:1混合均匀，得到原料混合物；
4）将步骤3）中的原料混合物按固液比（m/v, g/ml）为1:4加入到5 mol/L氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24小时，离心去除上清液，在105℃烘干，得到中间产物；
5）将步骤4）所述的中间产物放入管式电阻炉中，以氮气作为保护气，在温度为500℃下炭化活化30 min，加热速率为10℃/min，制得活性炭初级样品；
6）将步骤5）所述的活性炭初级样品先用3 mol/L盐酸洗涤5次，再用去离子水洗涤至中性，最后将产品烘干、研磨即得到污泥-煤复合基活性炭；
所得污泥-煤复合基活性炭比表面积为1094 m2/g。
实施例3
1）将污泥在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
2）将大同烟煤在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
3）将干燥粉碎后的污泥和大同烟煤按照质量比为1:1混合均匀，得到原料混合物；
4）将步骤3）中的原料混合物按固液比（m/v, g/ml）为1:4加入到5 mol/L氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24小时，离心去除上清液，在105℃烘干，得到中间产物；
5）将步骤4）所述的中间产物放入管式电阻炉中，以氮气作为保护气，在温度为500℃下炭化活化90 min，加热速率为10℃/min，制得活性炭初级样品；
6）将步骤5）所述的活性炭初级样品先用3 mol/L盐酸洗涤5次，再用去离子水洗涤至中性，最后将产品烘干、研磨即得到污泥-煤复合基活性炭；
所得污泥-煤复合基活性炭比表面积为1110 m2/g。
实施例4
1）将污泥在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
2）将大同烟煤在105℃条件下干燥，研磨过筛，保留200目以下的污泥颗粒；
3）将干燥粉碎后的污泥和大同烟煤按照质量比为1:1混合均匀，得到原料混合物；
4）将步骤3）中的原料混合物按固液比（m/v, g/ml）为1:4加入到5 mol/L氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24小时，离心去除上清液，在105℃烘干，得到中间产物；
5）将步骤4）所述的中间产物放入管式电阻炉中，以氮气作为保护气，在温度为600℃下炭化活化60 min，加热速率为10℃/min，制得活性炭初级样品；
6）将步骤5）所述的活性炭初级样品先用3 mol/L盐酸洗涤5次，再用去离子水洗涤至中性，最后将产品烘干、研磨即得到污泥-煤复合基活性炭；
所得污泥-煤复合基活性炭比表面积为1028 m2/g。
Claims (3)
1.一种污泥-煤复合基活性炭，其特征在于，主要的原材料为污泥和煤；所述的原材料污泥为市政污水处理厂脱水污泥；所述的原材料煤可以为无烟煤、烟煤及褐煤。
2.权利要求1中所述的污泥-煤复合基活性炭，其主要特征在于，污泥和煤的质量比为1:1~4:1。
3.权利要求1所述污泥-煤复合基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将污泥和煤分别经105℃烘干、破碎；
（2）将步骤（1）中的干燥粉碎后的污泥和煤按照质量比为1:1~4:1混合均匀，得到原料混合物；
（3）将步骤（2）所述的原料混合物按固液比（m/v, g/ml）为1:4加入到1~7 mol/L氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24小时，离心去除上清液，在105℃烘干，得到中间产物；
（4）将步骤（3）所述的中间产物放入管式电阻炉中，以氮气作为保护气，在温度为400~800℃下炭化活化15~120 min，升温速率控制在5~10℃/min，制得活性炭初级样品；
（5）将步骤（4）所述的活性炭初级样品经盐酸洗涤后用去离子水洗涤至中性，再将产品烘干、研磨后即得到污泥-煤复合基活性炭。
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