CN109225139A - 城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用 - Google Patents

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    • C02F2101/10—Inorganic compounds
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Abstract

本发明涉及污水污泥资源化处理及综合利用技术领域，尤其涉及一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用。该制备方法包括以下步骤：热解：热解城市生活污水污泥得到污泥焦炭；第一次反应：在惰性气体氛围中，向污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、硅源进行反应；去除十六烷基三甲基氯化铵：在惰性气体氛围中，对反应后的污泥焦炭进行加热，得到带介孔硅的污泥焦炭；第二次反应：在惰性气体氛围中，将带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质进行反应，得到城市生活污水污泥基重金属吸附剂。通过该制备方法得到的重金属吸附剂具有吸附容量大、吸附选择性好的特点。

Description

城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及污水污泥资源化处理及综合利用技术领域，尤其涉及一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用。
背景技术
根据《中国城市建设统计年鉴》的数据显示，2016年我国城镇生活污水的排放量达到449亿立方米，产生的脱水污泥(含水率80％)接近4000万吨。由此可见，对城市生活污水的处理会产生大量的污泥。现有的污泥处置方式主要有填埋和焚烧，但日趋严格的环保要求使得这些处置方法不能满足现实需求。考虑到污泥中含有大量的有机质，同时污泥泥质因污水处理工艺、城市地理位置、地区经济而具有较大变化，因此可采用热解技术对污泥进行高效处理。
对城市生活污水污泥进行热解处理后，可收获具有丰富空隙结构的污泥焦炭。这种基于城市生活污水污泥热解处理所得到的污泥焦炭比表面积较大，且具有介孔结构，故可以用于吸附重金属吸附。但是，由于此类污泥焦炭的表面化学官能团种类很少且含量低，使其在吸附重金属时吸附选择性差、吸附容量有限，因此需要对污泥焦炭进行改性以提高其重金属吸附能力。
目前，在生物质焦炭的表面通过化学改性方法来修饰上化学官能团，已有报道；然而，鉴于污泥焦炭的无机组分含量较高、成分更复杂，故适用于生物质焦炭的化学改性方法并不能适用于污泥焦炭。基于此，实有必要寻找新的方法对污泥焦炭进行改性，以提高其对重金属的吸附能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用，以解决城市生活污水污泥焦炭对重金属的吸附选择性差、吸附容量有限等问题。
本发明包括三个方面，第一个方面，本发明提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
热解：热解城市生活污水污泥得到污泥焦炭；
第一次反应：在惰性气体氛围中，向所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、硅源进行反应；
去除十六烷基三甲基氯化铵：在惰性气体氛围中，对反应后的所述污泥焦炭进行加热，得到带介孔硅的污泥焦炭；
第二次反应：在惰性气体氛围中，将所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质进行反应，得到所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂。
可选地，所述硅源选自有机硅源和/或无机硅源，其中所述有机硅源选自原硅酸四乙酸酯或正硅酸甲酯，所述无机硅源选自硅酸钠；所述含有氨基的物质选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷或者二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；所述惰性气体氛围选自氮气氛围、氩气氛围或氦气氛围。
可以理解的是，在本发明中原硅酸四乙酸酯的英文缩写是TEOS，正硅酸甲酯的英文缩写是TMOS，3-氨基丙基三乙氧基硅烷的英文缩写是APTES，3-氨基丙基三甲氧基硅烷的英文缩写是APTMS，十六烷基三甲基氯化铵的英文缩写是CTAC。
进一步地，所述热解的步骤包括：将城市生活污水处理得到的脱水污泥经日晒后，粉碎和筛分，得到所述城市生活污水污泥；对所述城市生活污水污泥在650～700℃下热解反应40～80min，得到所述污泥焦炭。
优选地，所述热解的步骤包括：将城市生活污水处理得到的所述脱水污泥经日晒1.5～3天后，粉碎和筛分，收集目数为100～200目的污泥颗粒作为所述城市生活污水污泥；称取所述城市生活污水污泥，在480～550mL/min的速率下通入惰性气体，以5～20℃/min的速率升温至690～710℃，使所述城市生活污水污泥在690～710℃条件下热解55～65min后，冷却至室温，得到所述污泥焦炭。
进一步地，所述制备方法还包括：在所述第一次反应的步骤之前，混匀所述污泥焦炭，混匀所述污泥焦炭的步骤为：将所述污泥焦炭加入到第一液体溶剂中，搅拌混匀，然后再向搅拌混匀后的所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、所述硅源进行反应；其中，所述第一液体溶剂选自无水乙醇或无水甲醇。
进一步地，所述第一次反应的步骤为：在惰性气体氛围中，先向所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、去离子水、氨水，在28～32℃下搅拌25～35min后，再加入所述硅源在28～32℃下搅拌18～36h；其中，所述污泥焦炭与所述硅源的质量比小于或者等于1:5。
进一步地，所述制备方法还包括：在所述第一次反应的步骤之后，去除未反应完全试剂，所述去除未反应完全试剂的步骤包括：对反应后的所述污泥焦炭进行洗涤、离心，收集离心后的固体；再对所述离心后的固体进行去除十六烷基三甲基氯化铵的步骤。
进一步地，所述去除十六烷基三甲基氯化铵的步骤为，在惰性气体氛围中，对反应后的所述污泥焦炭按照以下条件进行加热：以10℃/min的升温速率，从30℃升温至140～160℃保持25～35min，再继续升温至380～420℃保持25～35min，再继续升温至530～570℃保持4～6h，再降至室温，得到所述带介孔硅的污泥焦炭。
进一步地，所述第二次反应的步骤为：在惰性气体氛围中，称取所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质，加入第二液体溶剂后，在80～98℃的油浴中回流18～36h，得到所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂；其中，所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质的质量比小于或者等于1:3，所述第二液体溶剂选自甲苯或乙苯。
进一步地，所述制备方法还包括，在所述第二次反应的步骤后，去除残留试剂，所述去除残留试剂的步骤包括：对得到的所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤、离心、烘干。
第二个方面，本发明提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂，所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂通过上述方法制得。
第三个方面，本发明提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂的应用，所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂用于吸附铜离子。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
首先，本发明在充分认识基于城市生活污水污泥得到的污泥焦炭的表面特性和空间结构的基础上，提出了一种全新的对污泥焦炭进行改性的方法，根据该方法得到的改性污泥焦炭可以作为重金属吸附剂，其具有吸附容量大、吸附选择性好等优点。具体地，为改善城市生活污水污泥基重金属吸附剂的吸附性能，本发明以污泥焦炭丰富的介孔结构为出发点，利用这些介孔结构为介孔硅提供生长位点，使介孔硅能够生长在污泥焦炭的表面，然后再利用介孔硅表面大量的硅羟基实现对其他化学官能团的嫁接。例如，本发明以原硅酸四乙酸酯等硅源作为生长在污泥焦炭表面的介孔硅，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷等作为含有氨基的嫁接体，将氨基修饰到污泥焦炭的表面，利用氨基的性质作为重金属吸附剂，例如吸附废水中的重金属铜。
其次，由于城市生活污水污泥的产生量大、易获取，且目前国内对于污泥处置的需求量大，故本发明提出的城市生活污水污泥基重金属吸附剂既能够实现污泥快速减量化、无害化目的，又能够利用其吸附容量大、吸附选择性好的特点对废固或废水中的重金属离子进行吸附，绿色环保。
附图说明
图1是测试例一对原始污泥、500℃下制备的污泥焦炭和实施例一中城市生活污水污泥基重金属吸附剂分别进行红外检测的红外光谱图。
图2是测试例二对原始污泥、500℃下制备的污泥焦炭和实施例一中城市生活污水污泥基重金属吸附剂分别进行吸附容量测试的等温线模拟图。
图3是测试例三中使用实施例一的城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行选择性吸附的结果图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
可以理解的是，本发明实施例中涉及的氮气是纯度为99.999％的高纯氮气，使用的试剂均可通过商业购买获得。
实施例一
本实施例提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
热解：将城市生活污水处理得到的脱水污泥经日晒2天后，粉碎和筛分，收集目数为100～200目的污泥颗粒作为城市生活污水污泥；以卧式管式炉为热解设备，称取10g城市生活污水污泥放置在卧式管式出气端处，在500mL/min的速率下通入氮气，以10℃/min的速率将热解设备从室温升温至700℃，将城市生活污水污泥放至卧式管式炉的中心位置，使城市生活污水污泥在700℃条件下热解60min后，迅速将热解后的城市生活污水污泥拉回至卧式管式炉出气端处，冷却至室温，收集热解制备的污泥焦炭。
混匀污泥焦炭：称取1g热解后得到的污泥焦炭加入到50mL无水乙醇中，通入氮气，在30℃下搅拌30min。
第一次反应：在氮气氛围中，先向搅拌后的污泥焦炭中加入2.15g十六烷基三甲基氯化铵、69.12g去离子水、27.79g氨水(氨水的质量分数为26％)，在30℃下搅拌30min后，再加入10g原硅酸四乙酸酯作为硅源在30℃下搅拌24h。在第一次反应的步骤中，原硅酸四乙酸酯以十六烷基三甲基氯化铵作为模板剂，进行水解缩聚，从而形成三维结构。
去除未反应完全试剂：搅拌结束后，先用无水乙醇对反应后的污泥焦炭进行洗涤，在8000rpm下离心5min后收集固体，再用去离子水对一次离心后的固体进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，烘干待用。
去除十六烷基三甲基氯化铵：在氮气氛围中，对已经去除未反应完全试剂后得到的污泥焦炭按照以下条件进行加热：以10℃/min的升温速率，从30℃升温至150℃保持30min，再继续升温至400℃保持30min，再继续升温至550℃保持5h，再降至室温，得到带介孔硅的污泥焦炭。在本实施例中，对已经去除未反应完全试剂后得到的污泥焦炭进行加热后，能够有效去除十六烷基三甲基氯化铵，从而顺利得到带有介孔硅的污泥焦炭。尤其是以上述温度变化曲线进行加热后，得到的污泥焦炭上的介孔硅结构更加理想。
第二次反应：在氮气氛围中，称取0.5g带介孔硅的污泥焦炭与1.5g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入50mL甲苯后，在95℃的油浴中回流24h，得到城市生活污水污泥基重金属吸附剂。在本实施例中，带介孔硅的污泥焦炭与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3，以确保更多的氨基能够通过介孔硅被嫁接到污泥焦炭的表面。
去除残留试剂：先用甲苯对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后收集固体，再用无水乙醇对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，最后用去离子水对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，在80℃下烘干12h。
在本实施例中，通过原硅酸四乙酸酯的水解缩聚反应使其生长在污泥焦炭表面上，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为含有氨基的嫁接体，将氨基通过上述硅源水解缩聚后表面含有的大量硅氧基嫁接到污泥焦炭的表面，从而对污泥焦炭表面进行修饰改性，改善其对重金属铜离子的吸附特性。其中，本实施例的制备方法全过程采用氮气氛围作为惰性气体，以避免空气或二氧化碳气体混入到反应体系，进而避免因二氧化碳溶解产生氢离子对硅源进行缩聚反应的影响。
实施例二
本实施例提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
热解：将城市生活污水处理得到的脱水污泥经日晒1.5天后，粉碎和筛分，收集目数为100～200目的污泥颗粒作为城市生活污水污泥；以卧式管式炉为热解设备，称取10g城市生活污水污泥放置在卧式管式出气端处，在480mL/min的速率下通入氮气，以6℃/min的速率将热解设备从室温升温至680℃，将城市生活污水污泥放至卧式管式炉的中心位置，使城市生活污水污泥在680℃条件下热解55min后，迅速将热解后的城市生活污水污泥拉回至卧式管式炉出气端处，冷却至室温，收集热解制备的污泥焦炭。
混匀污泥焦炭：称取1g热解后得到的污泥焦炭加入到50mL无水乙醇中，通入氮气，在30℃下搅拌30min。
第一次反应：在氮气氛围中，先向搅拌后的污泥焦炭中加入2.15g十六烷基三甲基氯化铵、69.12g去离子水、27.79g氨水(氨水的质量分数为26％)，在30℃下搅拌30min后，再加入15g原硅酸四乙酸酯作为硅源在28℃下搅拌19h。在第一次反应的步骤中，原硅酸四乙酸酯以十六烷基三甲基氯化铵作为模板剂，进行水解缩聚，从而形成三维结构。
去除未反应完全试剂：搅拌结束后，先用无水乙醇对反应后的污泥焦炭进行洗涤，在8000rpm下离心5min后收集固体，再用去离子水对一次离心后的固体进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，烘干待用。
去除十六烷基三甲基氯化铵：在氮气氛围中，对已经去除未反应完全试剂后得到的污泥焦炭按照以下条件进行加热：以10℃/min的升温速率，从30℃升温至140℃保持30min，再继续升温至380℃保持30min，再继续升温至530℃保持5h，再降至室温，得到带介孔硅的污泥焦炭。在本实施例中，对已经去除未反应完全试剂后得到的污泥焦炭进行加热后，能够有效去除十六烷基三甲基氯化铵，从而顺利得到带有介孔硅的污泥焦炭。尤其是以上述温度变化曲线进行加热后，得到的污泥焦炭上的介孔硅结构更加理想。
第二次反应：在氮气氛围中，称取0.5g带介孔硅的污泥焦炭与2.0g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入50mL甲苯后，在95℃的油浴中回流24h，得到城市生活污水污泥基重金属吸附剂。在本实施例中，带介孔硅的污泥焦炭与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3，以确保更多的氨基能够通过介孔硅被嫁接到污泥焦炭的表面。
去除残留试剂：先用甲苯对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后收集固体，再用无水乙醇对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，最后用去离子水对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，在80℃下烘干12h。
在本实施例中，通过原硅酸四乙酸酯的水解缩聚反应使其生长在污泥焦炭表面上，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为含有氨基的嫁接体，将氨基通过上述硅源水解缩聚后表面含有的大量硅氧基嫁接到污泥焦炭的表面，从而对污泥焦炭表面进行修饰改性，改善其对重金属铜离子的吸附特性。其中，本实施例的制备方法全过程采用氮气氛围作为惰性气体，以避免空气或二氧化碳气体混入到反应体系，进而避免因二氧化碳溶解产生氢离子对硅源进行缩聚反应的影响。
实施例三
本实施例提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
热解：将城市生活污水处理得到的脱水污泥经日3天后，粉碎和筛分，收集目数为100～200目的污泥颗粒作为城市生活污水污泥；以卧式管式炉为热解设备，称取10g城市生活污水污泥放置在卧式管式出气端处，在550mL/min的速率下通入氮气，以18℃/min的速率将热解设备从室温升温至705℃，将城市生活污水污泥放至卧式管式炉的中心位置，使城市生活污水污泥在705℃条件下热解65min后，迅速将热解后的城市生活污水污泥拉回至卧式管式炉出气端处，冷却至室温，收集热解制备的污泥焦炭。
混匀污泥焦炭：称取1g热解后得到的污泥焦炭加入到50mL无水乙醇中，通入氮气，在30℃下搅拌30min。
第一次反应：在氮气氛围中，先向搅拌后的污泥焦炭中加入2.15g十六烷基三甲基氯化铵、69.12g去离子水、27.79g氨水(氨水的质量分数为26％)，在30℃下搅拌30min后，再加入20g原硅酸四乙酸酯作为硅源在32℃下搅拌36h。在第一次反应的步骤中，原硅酸四乙酸酯以十六烷基三甲基氯化铵作为模板剂，进行水解缩聚，从而形成三维结构。
去除未反应完全试剂：搅拌结束后，先用无水乙醇对反应后的污泥焦炭进行洗涤，在8000rpm下离心5min后收集固体，再用去离子水对一次离心后的固体进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，烘干待用。
去除十六烷基三甲基氯化铵：在氮气氛围中，对已经去除未反应完全试剂后得到的污泥焦炭按照以下条件进行加热：以10℃/min的升温速率，从30℃升温至160℃保持30min，再继续升温至420℃保持30min，再继续升温至570℃保持5h，再降至室温，得到带介孔硅的污泥焦炭。在本实施例中，对已经去除未反应完全试剂后得到的污泥焦炭进行加热后，能够有效去除十六烷基三甲基氯化铵，从而顺利得到带有介孔硅的污泥焦炭。尤其是以上述温度变化曲线进行加热后，得到的污泥焦炭上的介孔硅结构更加理想。
第二次反应：在氮气氛围中，称取0.5g带介孔硅的污泥焦炭与2.5g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入50mL甲苯后，在95℃的油浴中回流24h，得到城市生活污水污泥基重金属吸附剂。在本实施例中，带介孔硅的污泥焦炭与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3，以确保更多的氨基能够通过介孔硅被嫁接到污泥焦炭的表面。
去除残留试剂：先用甲苯对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后收集固体，再用无水乙醇对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，最后用去离子水对城市生活污水污泥基重金属吸附剂进行洗涤，在8000rpm下离心5min后再次收集固体，在80℃下烘干12h。
在本实施例中，通过原硅酸四乙酸酯的水解缩聚反应使其生长在污泥焦炭表面上，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为含有氨基的嫁接体，将氨基通过上述硅源水解缩聚后表面含有的大量硅氧基嫁接到污泥焦炭的表面，从而对污泥焦炭表面进行修饰改性，改善其对重金属铜离子的吸附特性。其中，本实施例的制备方法全过程采用氮气氛围作为惰性气体，以避免空气或二氧化碳气体混入到反应体系，进而避免因二氧化碳溶解产生氢离子对硅源进行缩聚反应的影响。
测试例一红外表征
在本测试例中，分别对原始污泥、500℃下热解制备的污泥焦炭和实施例一制得的城市生活污水污泥基重金属吸附剂(也即图1中氨基修饰的污泥焦炭)进行傅立叶变换红外光谱表征，结果如图1所示。从图1可以看出，该城市生活污水污泥基重金属吸附剂的红外光谱在1636cm-1和1532cm-1处有吸收峰(氨基面内弯曲振动)，表明在该城市生活污水污泥基重金属吸附剂的表面已成功修饰上氨基，也说明本发明建立的氨基修饰方法可用于污泥焦炭表面功能化。
测试例二对重金属铜的吸附实验
(1)吸附容量实验
称取0.02g实施例一制得的城市生活污水污泥基重金属吸附剂(也即图2中氨基修饰的污泥焦炭)，用量筒量取20mL质量浓度分别为10、50、200、500、900、1500、2000mg/L的Cu(II)溶液，于摇床中30℃、200rpm下振荡24h。利用ICP-MS测定吸附前后Cu(II)溶液的浓度。为了便于比较，取原始污泥和500℃下热解制备的污泥焦炭作为吸附剂，进行同样的吸附实验。吸附等温线结果如图2和表1所示。结合图2和表1可以得知，实施例一制得的城市生活污水污泥基重金属吸附剂(也即氨基修饰的污泥焦炭)的饱和吸附容量为74.51mg/g，相比于普通的污泥焦炭的增加了118％。由此可见，经过氨基修饰后的污泥焦炭，对重金属铜离子的饱和吸附容量大大增加。
表1原始污泥、500℃下制备的污泥焦炭和实施例一制得的城市生活污水污泥基重金属吸附剂吸附Cu(II)的等温线模拟参数
在上述表1中，共包括Freundlich模型、Langmuir模型、Sips模型和Redlich-Peterson模型四种模型，其中Freundlich模型和Langmuir模型是双参数模型，、Sips模型和Redlich-Peterson模型是三参数模型，用于描述吸附等温线特征。其中，Freundlich模型是弗兰德里希模型，该模型中的KF为弗兰德里希常数，n为异质性因子，r2为相关系数；Langmuir模型是朗格缪尔模型，该模型中的qm为最大吸附量，KL为朗格缪尔常数，r2为相关系数；Sips模型中，qm为最大吸附量，KS为Sips常数，n为异质性因子，r2为相关系数；Redlich-Peterson模型中，KRP为Redlich-Peterson常数，αRP为Redlich-Peterson参数，β为Redlich-Peterson指数，r2为相关系数。
(2)选择性吸附实验
称取0.04g实施例一制得的城市生活污水污泥基重金属吸附剂(也即氨基修饰的污泥焦炭)，用量筒量取40mL含有四种等浓度离子的溶液，这四种离子分别为质量浓度均为100mg/L的Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)，于摇床中在30℃、300rpm下振荡24h。利用ICP-MS测定吸附前后金属离子的浓度。重金属选择性吸附结果图3所示。从图3可以看出，实施例一制得的城市生活污水污泥基重金属吸附剂(也即氨基修饰的污泥焦炭)对重金属Cu(II)表现出非常好地选择性吸附能力。
以上对本发明实施例公开的城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
热解：热解城市生活污水污泥得到污泥焦炭；
第一次反应：在惰性气体氛围中，向所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、硅源进行反应；
去除十六烷基三甲基氯化铵：在惰性气体氛围中，对反应后的所述污泥焦炭进行加热，得到带介孔硅的污泥焦炭；
第二次反应：在惰性气体氛围中，将所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质进行反应，得到所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源选自有机硅源和/或无机硅源，其中所述有机硅源选自原硅酸四乙酸酯或正硅酸甲酯，所述无机硅源选自硅酸钠；所述含有氨基的物质选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷或者二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；所述惰性气体氛围选自氮气氛围、氩气氛围或氦气氛围。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解的步骤包括：将城市生活污水处理得到的脱水污泥经日晒后，粉碎和筛分，得到所述城市生活污水污泥；对所述城市生活污水污泥在650～700℃下热解反应40～80min，得到所述污泥焦炭。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在所述第一次反应的步骤之前，混匀所述污泥焦炭，混匀所述污泥焦炭的步骤为：将所述污泥焦炭加入到第一液体溶剂中，搅拌混匀，然后再向搅拌混匀后的所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、所述硅源进行反应；其中，所述第一液体溶剂选自无水乙醇或无水甲醇。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次反应的步骤为：在惰性气体氛围中，先向所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、去离子水、氨水，在28～32℃下搅拌25～35min后，再加入所述硅源在28～32℃下搅拌18～36h；其中，所述污泥焦炭与所述硅源的质量比小于或者等于1:5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在所述第一次反应的步骤之后，去除未反应完全试剂，所述去除未反应完全试剂的步骤包括：对反应后的所述污泥焦炭进行洗涤、离心，收集离心后的固体；再对所述离心后的固体进行去除十六烷基三甲基氯化铵的步骤。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去除十六烷基三甲基氯化铵的步骤为，在惰性气体氛围中，对反应后的所述污泥焦炭按照以下条件进行加热：以10℃/min的升温速率，从30℃升温至140～160℃保持25～35min，再继续升温至380～420℃保持25～35min，再继续升温至530～570℃保持4～6h，再降至室温，得到所述带介孔硅的污泥焦炭。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次反应的步骤为：在惰性气体氛围中，称取所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质，加入第二液体溶剂后，在80～98℃的油浴中回流18～36h，得到所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂；其中，所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质的质量比小于或者等于1:3，所述第二液体溶剂选自甲苯或乙苯。
9.一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂，其特征在于，所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂通过权利要求1至8任一项所述的方法制得。
10.一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂的应用，其特征在于，所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂用于吸附铜离子。
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