CN109231758A - 一种改性污泥活性炭重金属吸附材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及重金属吸附领域，具体涉及一种改性污泥活性炭重金属吸附材料。主要包括磷酸活化处理、活化处理、改性处理三个步骤，吸附材料性能稳定，再生性好，实现了底泥可循环利用和资源化利用。

Description

一种改性污泥活性炭重金属吸附材料
技术领域
本发明属于重金属吸附领域，具体涉及一种改性污泥活性炭重金属吸附材料。
背景技术
目前对城市污泥的有效处理方法主要有填埋、焚烧、投海和农用，而填埋、焚烧和投海都会不同程度的再次带来环境污染问题。以剩余污泥为原料制备活性炭，是实现污泥资源化利用的有效途径之一。目前，污泥基活性炭的制备方法主要有化学活化法，物理活化法，物理化学法，但是化学活化法常采用氯化锌、硫酸、氢氧化钾等，不仅对设备腐蚀较大还破坏生态环境，应用范围较窄，物理活化法产率较低，不适合大规模应用，目前，对物理化学法研究较少。
磷酸活化法是化学活化法中的一种，具有污染少，碳化温度低、成本低的优点，但是，磷酸活化法制备出来的污泥活性炭产品性能不高，从而导致应用范围窄。
发明内容
本申请的目的在于提供一种改性污泥活性炭重金属吸附材料，具有合适的孔径分布、孔容和比表面积，产品性能高，对重金属具有良好的吸附作用。
本申请技术方案如下：
一种改性污泥活性炭重金属吸附材料，制备方法如下：
(1)磷酸活化处理：将污泥干燥，研磨，过80目筛，得到污泥颗粒，向污泥颗粒中加入磷酸，搅拌，磷酸与污泥液固比例为2-3:1，所述磷酸浓度为40％，静置24-36小时，取静置后的污泥进行微波处理：在氮气气氛保护下，调节微波功率为200-300W,温度为200-280℃，炭化时间为60-90分钟，然后调节微波功率为1500-1800W，温度为600-800℃，炭化时间为90-120分钟，然后对上述微波处理步骤进行重复操作一次，完成微波处理；再用去离子水进行洗涤至中性，进行干燥处理，得到磷酸活化的活性炭；
(2)活化处理：将步骤(1)所得活性炭进行粉碎过筛处理，在氮气气氛保护下，逐步升温至320-560℃，保持60-90分钟冷却至室温，升温速率为10-15℃/min；然后通入氮气和水蒸气，逐步升温至900-1200℃，升温速率为18-25℃/min，保持60-90分钟，自然冷却至室温；将得到的污泥活性炭进行水洗，干燥，粉碎，得到粒径为100μm左右的活性炭颗粒；
(3)改性处理：将步骤(2)得到的活性炭颗粒加入到钛酸正丁酯溶液中，搅拌并浸泡30-40min，在70-80℃下烘干，将烘干后的污泥活性炭进行煅烧，最终得到改性污泥活性炭吸附材料。
优选的，所述步骤(2)氮气和水蒸气的体积比为3:4-7
优选的，所述步骤(3)煅烧温度为400-550℃。
优选的，所述步骤(3)中钛酸正丁酯溶液为溶剂是无水乙醇的钛酸正丁酯溶液，浓度为0.1M。
优选的，所述重金属吸附材料比表面积为600-650m2/g，孔径为0.5-75nm，同时具有微孔、介孔和大孔。
本发明的有益效果在于：
①通过各步骤的活化作用，对重金属离子的的吸附作用进一步提高，对金属阳离子具有明显的吸附作用，尤其是对于含Cu2、Cr2、As2、Pb2+离子吸附效果明显；
②本发明制备出的吸附材料，同时具备微孔、中孔、大孔结构，不仅能够实现重金属吸附，同时对大分子污染物同样具有高效吸附作用，扩大了使用范围；
③吸附材料性能稳定，再生性好，实现了底泥可循环利用和资源化利用。
具体实施方式
以下结合具体实例对本方案做进一步说明。这些实例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，为注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本实施例废水中，Cr2+的含量为0.31mg/L，Cu2+的含量为0.56mg/L，As2+的含量为0.43mg/L，Pb2+的含量为0.48mg/L。
实施例1：
一种改性污泥活性炭重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，制备方法如下：
(1)磷酸活化处理：将污泥干燥，研磨，过80目筛，得到污泥颗粒，向污泥颗粒中加入磷酸，搅拌，磷酸与污泥液固比例为3:1，所述磷酸浓度为40％，静置36小时，取静置后的污泥进行微波处理：在氮气气氛保护下，调节微波功率为300W,温度为280℃，炭化时间为90分钟，然后调节微波功率为800W，温度为750℃，炭化时间为100分钟，然后对上述微波处理步骤进行重复操作一次，完成微波处理；再用去离子水进行洗涤至中性，进行干燥处理，得到磷酸活化的活性炭；
(2)活化处理：将步骤(1)所得活性炭进行粉碎过筛处理，在氮气气氛保护下，逐步升温至530℃，保持79分钟冷却至室温，升温速率为15℃/min；然后通入氮气和水蒸气，逐步升温至1100℃，升温速率为22℃/min，保持70分钟，自然冷却至室温；将得到的污泥活性炭进行水洗，干燥，粉碎，得到粒径为100μm左右的活性炭颗粒；
(3)改性处理：将步骤(2)得到的活性炭颗粒加入到钛酸正丁酯溶液中，搅拌并浸泡30min，在70-80℃下烘干，将烘干后的污泥活性炭进行煅烧，最终得到改性污泥活性炭吸附材料。
所述步骤(2)氮气和水蒸气的体积比为3:7
所述步骤(3)煅烧温度为520℃。
所述步骤(3)中钛酸正丁酯溶液为溶剂是无水乙醇的钛酸正丁酯溶液，浓度为0.1M。
将制得的复合材料进行吸附实验，每间隔一定时间测试吸附试剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(0.5、1、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、1、2.5、5g/m3)对除重金属离子效率的影响。结果表明，在投加量为5g/m3，吸附时间为6h时，对Cu2的吸附效率达到92.3％，对Cr2的吸附效率达到96.9％，As2的吸附效率达到91.3％，对Pb2+的吸附效率达到95.6％。
实施例2：
一种改性污泥活性炭重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，制备方法如下：
(1)磷酸活化处理：将污泥干燥，研磨，过80目筛，得到污泥颗粒，向污泥颗粒中加入磷酸，搅拌，磷酸与污泥液固比例为2:1，所述磷酸浓度为40％，静置24小时，取静置后的污泥进行微波处理：在氮气气氛保护下，调节微波功率为220W,温度为210℃，炭化时间为70分钟，然后调节微波功率为1500W，温度为600℃，炭化时间为90分钟，然后对上述微波处理步骤进行重复操作一次，完成微波处理；再用去离子水进行洗涤至中性，进行干燥处理，得到磷酸活化的活性炭；
(2)活化处理：将步骤(1)所得活性炭进行粉碎过筛处理，在氮气气氛保护下，逐步升温至350℃，保持60分钟冷却至室温，升温速率为10℃/min；然后通入氮气和水蒸气，逐步升温至900℃，升温速率为19℃/min，保持65分钟，自然冷却至室温；将得到的污泥活性炭进行水洗，干燥，粉碎，得到粒径为100μm左右的活性炭颗粒；
(3)改性处理：将步骤(2)得到的活性炭颗粒加入到钛酸正丁酯溶液中，搅拌并浸泡30min，在70℃下烘干，将烘干后的污泥活性炭进行煅烧，最终得到改性污泥活性炭吸附材料。
所述步骤(2)氮气和水蒸气的体积比为3:4
所述步骤(3)煅烧温度为420℃。
所述步骤(3)中钛酸正丁酯溶液为溶剂是无水乙醇的钛酸正丁酯溶液，浓度为0.1M。
所述重金属吸附材料比表面积为600-650m2/g，孔径为0.5-75nm，同时具有微孔、介孔和大孔。
将制得的复合材料进行吸附实验，每间隔一定时间测试吸附试剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(0.5、1、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、1、2.5、5g/m3)对除重金属离子效率的影响。结果表明，在投加量为5g/m3，吸附时间为6h时，对Cu2的吸附效率达到89.7％，对Cr2的吸附效率达到93.1％，As2的吸附效率达到89.2％，对Pb2+的吸附效率达到93.4％。
实施例3：
一种改性污泥活性炭重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，制备方法如下：
(1)磷酸活化处理：将污泥干燥，研磨，过80目筛，得到污泥颗粒，向污泥颗粒中加入磷酸，搅拌，磷酸与污泥液固比例为3:1，所述磷酸浓度为40％，静置30小时，取静置后的污泥进行微波处理：在氮气气氛保护下，调节微波功率为300W,温度为250℃，炭化时间为80分钟，然后调节微波功率为1600W，温度为800℃，炭化时间为120分钟，然后对上述微波处理步骤进行重复操作一次，完成微波处理；再用去离子水进行洗涤至中性，进行干燥处理，得到磷酸活化的活性炭；
(2)活化处理：将步骤(1)所得活性炭进行粉碎过筛处理，在氮气气氛保护下，逐步升温至500℃，保持60-90分钟冷却至室温，升温速率为12℃/min；然后通入氮气和水蒸气，逐步升温至1000℃，升温速率为24℃/min，保持80分钟，自然冷却至室温；将得到的污泥活性炭进行水洗，干燥，粉碎，得到粒径为100μm左右的活性炭颗粒；
(3)改性处理：将步骤(2)得到的活性炭颗粒加入到钛酸正丁酯溶液中，搅拌并浸泡30min，在80℃下烘干，将烘干后的污泥活性炭进行煅烧，最终得到改性污泥活性炭吸附材料。
所述步骤(2)氮气和水蒸气的体积比为3:6
所述步骤(3)煅烧温度为500℃。
所述步骤(3)中钛酸正丁酯溶液为溶剂是无水乙醇的钛酸正丁酯溶液，浓度为0.1M。
所述重金属吸附材料比表面积为650m2/g，孔径为0.5-75nm，同时具有微孔、介孔和大孔。
将制得的复合材料进行吸附实验，每间隔一定时间测试吸附试剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(0.5、1、2、4、6、16、24h)、不同投加量(0.2、0.4、0.6、0.8、1、2.5、5g/m3)对除重金属离子效率的影响。结果表明，在投加量为5g/m3，吸附时间为6h时，对Cu2的吸附效率达到92.3％，对Cr2的吸附效率达到98.7％，As2的吸附效率达到92.2％，对Pb2+的吸附效率达到96.5％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种改性污泥活性炭重金属吸附材料，其特征在于，所述重金属吸附材料比表面积为600-650m2/g，孔径为0.5-75nm，同时具有微孔、介孔和大孔。
2.根据权利要求1所述的一种改性污泥活性炭重金属吸附材料，其特征在于，制备方法如下：
(1)磷酸活化处理：将污泥干燥，研磨，过80目筛，得到污泥颗粒，向污泥颗粒中加入磷酸，搅拌，磷酸与污泥液固比例为2-3:1，所述磷酸浓度为40％，静置24-36小时，取静置后的污泥进行微波处理：在氮气气氛保护下，调节微波功率为200-300W,温度为200-280℃，炭化时间为60-90分钟，然后调节微波功率为1500-1800W，温度为600-800℃，炭化时间为90-120分钟，然后对上述微波处理步骤进行重复操作一次，完成微波处理；再用去离子水进行洗涤至中性，进行干燥处理，得到磷酸活化的活性炭；
(2)活化处理：将步骤(1)所得活性炭进行粉碎过筛处理，在氮气气氛保护下，逐步升温至320-560℃，保持60-90分钟冷却至室温，升温速率为10-15℃/min；然后通入氮气和水蒸气，逐步升温至900-1200℃，升温速率为18-25℃/min，保持60-90分钟，自然冷却至室温；将得到的污泥活性炭进行水洗，干燥，粉碎，得到粒径为100μm左右的活性炭颗粒；
(3)改性处理：将步骤(2)得到的活性炭颗粒加入到钛酸正丁酯溶液中，搅拌并浸泡30-40min，在70-80℃下烘干，将烘干后的污泥活性炭进行煅烧，最终得到改性污泥活性炭吸附材料。
3.根据权利要求2所述的改性污泥活性炭重金属吸附材料，其特征在于，所述步骤(2)氮气和水蒸气的体积比为3:4-7。
4.根据权利要求2所述的改性污泥活性炭重金属吸附材料，其特征在于，所述步骤(3)煅烧温度为400-550℃。
5.根据权利要求2所述的改性污泥活性炭重金属吸附材料，其特征在于，所述步骤(3)中钛酸正丁酯溶液为溶剂是无水乙醇的钛酸正丁酯溶液，浓度为0.1M。
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