CN109499532A - 一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备和再生方法 - Google Patents

一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备和再生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备和再生方法，属于环保技术领域，其中的复合活性炭由质量比40％～60％植物壳皮、20％～50％市政污泥、5％～20％油泥组成，通过粉碎、氧化、炭化、活化、酸洗、烘干等步骤制备得到。本发明具有比表面积大、微孔容积大、碘值吸附量大的优点，尤其是对废水中重金属Cr(Ⅵ)吸附量大；本发明引入了沥青质含量高的油泥，有效提高了碳含量，解决了污泥活性炭微孔较少的问题，较同类产品吸附效果明显提高；同时将植物壳皮、市政污泥、油泥废物资源化利用，且吸附饱和的复合活性炭吸附剂通过在氢氧化钠溶液中振荡后取下过滤、洗涤、烘干的方法，可以再生，进一步降低了使用成本，在重金属Cr(Ⅵ)超标的废水处理中有广阔的应用前景。

Description

一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备和再生 方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种废水重金属超标治理技术，特别是一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备和再生方法。
背景技术
铬是银白色金属，在自然界中主要以铬铁矿(FeCr2O4)和铬铅矿(PbCrO4)形式存在。重金属铬广泛应用于金属加工、电镀、皮革等行业，随之而来会产生大量含铬废水。重金属铬的价态为0-6，在水中主要以的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的形式存在，或者以配合物的形式存在零价态的铬和二价铬无毒性，Cr(Ⅲ)的毒性较小，而Cr(Ⅵ)毒性大约是Cr(Ⅲ)的100倍，排入环境会对人体造成巨大危害。世界卫生组织公开，Cr(Ⅵ)作为高毒致癌物质，其吸收率是Cr(Ⅲ)的3～6倍，人体皮肤、呼吸道、消化系统以及粘膜等均可以吸收铬化合物，并在肺、肝、肾等内脏或骨骼组织中代谢集聚，诱发遗传损伤和癌症。过量Cr(Ⅵ)会导致植物种子萌发率低、营养失衡，抑制植物生长，抑制酶活性，减少产量，使光合作用异常。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定，饮用水中Cr(Ⅵ)限制为0.05mg/L，《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中Cr(Ⅵ)最高允许排放浓度为0.5mg/L。
含铬废水常见的处理方法有离子交换法、膜分离法、钡盐法、还原中合法、生物法、吸附法等。其中吸附法因成本低，吸附效果稳定，且部分吸附剂能够再生等优点。
文献《花生壳对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究》公布了两种吸附剂，一种为花生壳，经粉碎过筛后选出粒径介于0.25mm～0.50mm的颗粒，用去离子水浸泡24h，去除悬浮细小物质和可溶性物质，在温度80℃下烘干；另一种为改性花生壳，花生壳加入1mol/L磷酸溶液，搅拌1h后，离心去除液体部分，在50℃下烘干，然后升温至180℃加热1.5h，热处理后的花生壳用75℃的去离子水清洗，去除有利的磷酸，于50℃烘干；从Langmuir吸附等温式的参数中判断出吸附过程中存在最大饱和吸附量为6.25mg/g。
活性炭具有独特的孔结构和表面化学性质，是一种优良的吸附剂，对重金属离子有一定的吸附性能，且吸附容量大、速度快，在污水处理中应用前景广阔。
当前主要包括酸洗活性炭(HCl-AC)、商品纳米活性炭(NAC)和磁性活性炭(AC-Fe304)3种活性炭，已有文献公布了椰壳活性炭、柚子皮活性炭、铜藻基活性炭等的制备方法和Cr(Ⅵ)的吸附性能，不同原料制备的不同类型的活性炭，吸附性能差异较大，而且有文献公布表明，部分改性后活性炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能明显提高，如文献《柠檬酸改性活性炭对水中Cr(VI)的吸附性能研究》公布了以木质、煤质、杏壳和椰壳4种活性炭进行柠檬酸改性得到吸附剂，其中椰壳活性炭对Cr(VI)的吸附率最高，一种活性炭吸附剂(原炭)制备方法为先将经过筛孔0.55mm～0.83mm筛的300g颗粒活性炭进行预处理，用自来水反复冲洗3～5遍，再用纯水冲洗至水澄清，然后将这些颗粒活性炭用纯水加热煮沸并不断搅拌30min，冷却后过滤，用纯水冲洗活性炭至冲洗水pH稳定，将冲洗好的活性炭放在110℃恒温鼓风干燥箱中干燥12h；一种改性活性炭吸附剂(改性活性炭)制备方法为按质量比1：10将10g原炭浸入到100mL某含量的柠檬酸溶液中，将250mL锥形瓶放入放在恒温振荡摇床中，设置反应所需的温度、时间，在振荡速率为120r/min振荡反应后取出。将取出后的改性炭用纯水反复冲洗，以去掉改性炭表面剩余的酸，至冲洗水pH不再变化，然后放在110℃恒温鼓风干燥箱中干燥6h；在常温、pH4、吸附6h、吸附过程遵循Langmuir等温吸附方程，最大吸附容量7.933mg/g。
考虑到活性炭成本问题，活性炭原料选择应符合以下几点要求：
1、数量大，来源广，可就近取材；
2、成本低，最好是废物再利用；
3、有机质含量高。
中国专利CN108033448A公开了《一种椰壳-污泥复合活性炭及其制备方法和应用》，采用“两步”化学活化法，将来源于城市污水处理的剩余污泥转化为具有经济价值的椰壳-污泥复合活性炭，回收利用了城市污水处理厂剩余污泥，实现了污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化。中国专利CN 104984732 A公开了一种《一种重金属离子吸附剂的制备方法》，其提到了采用植物废弃物和酸洗废水混合的方式制得重金属吸附材料，同样提到类似方案的还有中国专利CN 105148842 A等一些文献。
由此可见，将当前废物进行回收再利用，以植物壳皮与污泥混合制备复合活性炭吸附剂，实现“以废治废”，是废水处理吸附剂的一种发展趋势，但当前公开的文献公布的活性炭和改性活性炭存在比表面低，吸附量不高，再生困难等问题，尤其存在对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能不足，无法实现真正意义上的重金属回收治理。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其再生方法，通过提供一种全新的配方，并且提供其制备方法和回收再生利用方法，能够有效提高对Cr(Ⅵ)的吸附效率，减少环境污染，同时节约生产成本。
本发明的技术方案如下：
一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，包括以下组分：
40％～60％的植物壳皮、
20％～50％的市政污泥、
5％～20％的油泥；
上述百分比均为质量比，所述植物壳皮、所述市政污泥、所述油泥的总和为100％；
所述市政污泥为城镇生活污水处理厂污水处理后固相或半固相残渣，含水率小于85％(质量浓度)，有机质浓度大于20％(质量浓度)；
所述油泥为油田开采废弃物，具体是含油率2％～30％(质量浓度)的含油污泥，且含水率小于80％(质量浓度)。
进一步的，油泥的原油组分中沥青质含量占20％(质量比)以上。
进一步的，植物壳皮为椰壳、核桃壳、花生壳、橘子皮、杏壳中的一种或几种。
更进一步的，所述复合活性炭吸附剂的比表面积为375.5m2/g～638.8m2/g，总孔容积为0.28cm2/g～0.35cm2/g，微孔容积为0.12cm2/g～0.18cm2/g，微孔比例为33.98％～48.48％，平均孔径为2.1nm～2.97nm。
本发明还提供了一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1：将植物壳皮粉碎；
S2：将市政污泥与油泥混合均匀，加入氧化剂；
S3：将步骤S1粉碎的植物壳皮与步骤S2混合物混合均匀；
S4：将步骤S3得到的混合物进行炭化；
S5：将步骤S4得到的混合物加入活化材料，通入氮气保护进行活化；
S6：将步骤S5得到的混合物进行酸洗，烘干，得到吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性碳吸附剂。
进一步的，步骤S1所述的植物壳皮，在粉碎后的颗粒度为40目～60目；
或/和，步骤S2所述的氧化剂为H2O2或KMnO4；
或/和，步骤S4所述的炭化温度为450℃～650℃；炭化时间为30min～60min；
或/和，步骤S5所述的活化材料为KOH、ZnCl2、H3PO4中的一种或几种；
或/和，步骤S6中的酸洗采用的是0.1mol/L～0.5mol/L的HCl溶液，酸洗时间为2h～6h；
或/和，步骤S6的烘干温度为100±5℃。
更进一步的，步骤S5所述的活化材料为KOH，浓度2mol/L～2.5mol/L，活化时间12h～24h。
本发明还提供了一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的再生方法，步骤如下：
将吸附达到饱和的复合活性炭吸附剂在100±5℃温度下恒温0.5h～1h，然后放入600℃～1000℃加热炉中，通入氮气保护反应1h～3h。
进一步的，所述可再生复合活性碳吸附剂利用该再生方法可再生两次，再生后的复合活性炭吸附剂吸附量可达到原吸附量的65％～75％，回收率为70％～85％。
本发明的有益效果是：
1、本发明引入了沥青质含量高的油泥，有效提高了碳含量；
因有机质成分高的污泥制备出的活性炭可能比表面积较高，常见的市政污泥污泥灰分较高，制备出的活性炭微孔较少，因此，本发明引入了沥青质含量高的油泥，有效提高了碳含量，但油泥炭化和活化过程中可能产生轻质烃类物质挥发，以及碳含量过高制备过程中能耗过大而不经济等问题，而本发明在制备工艺中加入的氧化剂，强氧化剂对醇、醚、醛、羧基、芳香烃、烯烃、炔烃、酮基、酚都有分解作用，尤其是对烯烃，有明显的断链效果，而炭化过程中相当一部分能耗是由于烃类挥发造成的能耗升高和强氧化过程，降低了碳链长度，因此本发明减少了炭化前期的能耗，达到实现节能的目的，上述方案是本发明在大量实验后提出的方法，从而解决了这一矛盾；
2、本发明主要针对废水中Cr(Ⅵ)的吸附，较同类产品吸附效果有明显提高；
3、市政污泥和油泥都是当前生活、生产中面临的环境风险，产生量大，且处置成本高，本发明将其作为原料，一方面能能对废物进行回收利用，节约原材料成本，另一方面减少了对市政污泥和油泥的处理量，一举两得；
4、本发明所述可再生复合活性碳吸附剂利用该再生方法可再生两次，再生后吸附量可达到原吸附量的65％～75％，回收率70％～85％，相比于目前市面上一次性的产物，本发明的利用率高，进一步降低了使用成本，提高了环保效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
本发明的技术方案如下：
一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，由以下组分组成：
植物壳皮：40％～60％，
市政污泥：20％～50％，
油泥：5％～20％，
上述百分比为质量比，植物壳皮、市政污泥、油泥总和为100％，所述市政污泥为城镇生活污水处理厂污水处理后固相或半固相残渣，含水率小于85％(质量浓度)，有机质浓度大于20％(质量浓度)，所述油泥为油田开采过程中含油率2％～30％(质量浓度)的含油污泥，含水率小于80％(质量浓度)。
本发明对所述市政污泥中除含水率限定外，其余组分的种类和含量没有特殊的限定，油泥对含水率和含油率进行了限定外，要求原油组分中沥青质含量占20％(质量比)以上，没有对其他组分有特殊限定，推荐沥青质含量25％～45％为最佳。
本发明中所述植物壳皮为椰壳、核桃壳、花生壳、橘子皮、杏壳中的一种或一种以上组合。
上述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的比表面积为375.5m2/g～638.8m2/g，总孔容积为0.28cm2/g～0.35cm2/g，微孔容积为0.12cm2/g～0.18cm2/g，微孔比例为33.98％～48.48％，平均孔径为2.1nm～2.97nm。
本发明描述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，按以下步骤制备方法：
第一步：将植物壳皮粉碎；
第二步：将市政污泥与油泥混合均匀，加入氧化剂；
第三步：将第一步粉碎的植物壳皮与第二步混合物混合均匀；
第四步：将第三步得到的混合物进行炭化；
第五步：将第四步得到的混合物加入活化材料，通入氮气保护进行活化；
第六步：将第五步得到的混合物进行酸洗，烘干，得到吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性碳吸附剂。
本发明所述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备方法第一步粉碎植物壳皮为过40目～60目筛的筛后产物。
本发明所述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备方法第二步氧化剂为H2O2、KMnO4中的一种；推荐H2O2为最佳，浓度1％～3％。
本发明所述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备方法步骤中第四步炭化温度为450℃～650℃；推荐最佳温度为500±10℃，炭化时间为30min～60min。
本发明所述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其制备方法第五步活化材料为KOH、ZnCl2、H3PO4中的一种或任意几种按照任意比例的组合；
推荐使用KOH，浓度2mol/L～2.5mol/L，活化时间12h～24h。
进一步的，第六步酸洗采用的是0.1mol/L～0.5mol/L的HCl溶液，时间为1h～3h；第六步烘干温度为100℃±5℃。
本发明的技术方案之二如下：
一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的再生方法，具体如下：将吸附达到饱和的复合活性炭吸附剂在100±5℃温度下恒温0.5h～1h，然后放入600℃～1000℃加热炉中，通入氮气保护反应2h～6h。
本发明还提供了上述可再生复合活性碳吸附剂利用该再生方法可再生两次，二次再生后的复合活性炭吸附剂吸附量可达到原吸附量的65％～75％，回收率70％～85％。
在本发明中，所述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的质量与废水的体积比优选为0.3g/mL～0.5g/mL。
下面用部分具体的实施例，来对本发明的具体方案进行更详细的描述：
实施例1：
按质量比取椰壳40％、市政污泥40％、油泥20％，其中市政污泥含水率72.5％，油泥含水率76.8％，含油率11.5％，油泥中原油组分的沥青质含量25.6％；将椰壳粉碎后过40目筛，将市政污泥和油泥混合均匀，加入3％的H2O2溶液，混合均匀后，加入经过了40目筛的椰壳粉，在马弗炉内保持500℃并炭化45min，初步得到炭化产物，将此炭化产物加入浓度2mol/L的KOH溶液活化20h，得到的产物用0.2mol/的HCl溶液浸泡4h，去除上层清液后，固体物95℃烘干至含水率低于10％，即得一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂样品1。
实施例2：
按质量比取花生壳50％、市政污泥40％、油泥10％，其中市政污泥含水率75.8％，油泥含水率77.9％，含油率12.6％，油泥中原油组分的沥青质含量27.9％；将花生壳粉碎过40目筛，将市政污泥和油泥混合均匀，加入3％的H2O2溶液，混合均匀后，加入经过了40目筛的花生壳粉，在马弗炉内保持500℃并炭化45min，初步得到炭化产物，将此炭化产物加入浓度2mol/L的KOH溶液活化20h，得到的产物用0.2mol/L的HCl溶液浸泡4h，去除上层清液后，固体物95℃烘干至含水率低于10％，即得一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂样品2。
实施例3：
按质量比取椰壳50％、市政污泥40％、油泥10％，其中市政污泥含水率73.2％，油泥含水率79.1％，含油率13.1％，油泥中原油组分的沥青质含量30.2％；将椰壳粉碎过40目筛，将市政污泥和油泥混合均匀，加入3％的H2O2溶液，混合均匀后，加入经过了40目筛的椰壳粉，在马弗炉内保持500℃并炭化45min，初步得到炭化产物，将此炭化产物加入浓度2mol/L的KOH溶液活化20h，得到的产物用0.2mol/L的HCl溶液浸泡4h，去除上层清液后，固体物95℃烘干至含水率低于10％，即得一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂样品3。
实施例4：
按质量比取椰壳50％、市政污泥30％、油泥20％，其中市政污泥含水率74.8％，油泥含水率77.4％，含油率14.7％，油泥中原油组分的沥青质含量29.8％；将椰壳粉碎过40目筛，将市政污泥和油泥混合均匀，加入3％的H2O2溶液，混合均匀后，加入经过了40目筛的椰壳粉，在马弗炉内保持500℃并炭化45min，初步得到炭化产物，将此炭化产物加入浓度2mol/L的KOH溶液活化20h，得到的产物用0.2mol/L的HCl溶液浸泡4h，去除上层清液后，固体物95℃烘干至含水率低于10％，即得一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂样品4。
实施例5：
按质量比取椰壳60％、市政污泥20％、油泥20％，其中市政污泥含水率73.6％，油泥含水率76.5％，含油率12.7％，油泥中原油组分的沥青质含量32.9％；将椰壳粉碎过40目筛，将市政污泥和油泥混合均匀，加入3％的H2O2溶液，混合均匀后，加入经过了40目筛的椰壳粉，在马弗炉内保持500℃并炭化45min，初步得到炭化产物，将此炭化产物加入浓度2mol/L的KOH溶液活化20h，得到的产物用0.2mol/L的HCl溶液浸泡4h，去除上层清液后，固体物95℃烘干至含水率低于10％，即得一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂样品5。
实施例6：
按质量比取椰壳40％、市政污泥50％、油泥10％，其中市政污泥含水率78.8％，油泥含水率76.9％，含油率14.1％，油泥中原油组分的沥青质含量29.1％；将椰壳粉碎过40目筛，将市政污泥和油泥混合均匀，加入3％的H2O2溶液，混合均匀后，加入经过了40目筛的椰壳粉，在马弗炉内保持500℃并炭化45min，初步得到炭化产物，将此炭化产物加入浓度2mol/L的KOH溶液活化20h，得到的产物用0.2mol/L的HCl溶液浸泡4h，去除上层清液后，固体物95℃烘干至含水率低于10％，即得一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂样品6。
本发明样品测试方法：
(1)碘值测定：按照《木质活性炭实验方法碘吸附值的测定》(GB/T12496.8-1999)测活性炭的碘值，间接体现样品的吸附能力。
(2)比表面积与孔结构分析(BET)：采用北京金埃谱科技公司F-Sorb3400氮吸附比表面及孔径分布仪测试分析样品的比表面积和孔隙结构。在300℃抽真空预处理2h后，测试-196℃温度下活性炭对N2的吸附-脱附等温线，得到样品的BET比表面积、孔隙结构参数。
(3)Cr(Ⅵ)含量分析：
采用北京东西分析仪器有限公司AA-7020原子吸收分光光度计测定废液中重金属Cr(Ⅵ)的含量。
(4)复合活性炭吸附剂对模拟含Cr(Ⅵ)废水的吸附实验
配制重铬酸钾溶液，以此来模拟含Cr(Ⅵ)废水。取100毫升含Cr(Ⅵ)溶液至于250ml具塞容量瓶，加入一定质量复合活性炭吸附剂。将锥形瓶至于已设定温度的恒温水浴振荡器上，在190rpm的振荡频率下吸附一定时间。取下锥形瓶，并将溶液用中速滤纸过滤。参照《水质六价铬的测定二苯炭酰二肼分光光度法》(GB7467-87)，测定滤液中Cr(Ⅵ)的量。每个样品做两个平行试验，并以去离子水做空白对照，实验结果扣除空白后取平均值。活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附量qe(mg/g)按式(1)计算：
qe＝(g0－ge)/m， (式1)
式中：
g0——溶液中初始Cr(Ⅵ)的质量，mg；
ge——溶液中残留Cr(Ⅵ)的质量，mg；
m——复合活性炭吸附剂的质量，g；
qe——复合活性炭吸附剂的吸附量，mg/g。
(5)复合活性炭吸附剂对再生实验
取饱和吸附Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，100±5℃温度下恒温1h，然后放入800℃±5℃加热炉中，通入氮气保护反应2h。将再生的复合活性炭吸附剂重复吸附实验，再测定吸附量。相应计算公式如式(2)所示：
R＝qa/qe×100％， (式2)
η＝ma/m0×100％，
式中：
R——复合活性炭吸附剂的再生效率，％；
η——复合活性炭吸附剂的回收率，％；
qa——再生后的复合活性炭吸附剂吸附量，mg/g；
qe——新制备复合活性炭吸附剂吸附量，mg/g；
ma——再生后的复合活性炭吸附剂质量，g；
m0——新制备复合活性炭吸附剂质量，g。
所得数据如表1～表3，从中可以得出，本发明所提供的复合活性炭吸附剂的比表面积、微孔比例、碘值吸附量、模拟Cr(Ⅵ)废水中Cr(Ⅵ)吸附量、再生活性碳的再生效率和回收率等参数均明显高于常规椰壳活性炭和污泥活性炭，表明本发明所提供的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂及其再生方法具有明显的优势。
表1常规活性炭与本发明复合活性炭吸附剂孔隙结构分析数据对比表
表2常规活性炭与本发明复合活性炭吸附剂碘值吸附数据对比表
表3常规活性炭与本发明复合活性炭吸附剂模拟Cr(Ⅵ)废水中Cr(Ⅵ)吸附量数据对比表
样品 椰壳活性炭 污泥活性炭 样品4 样品6
q<sub>e</sub>，mg/g 142.39 80.58 202.54 173.25
表4常规活性炭与本发明复合活性炭吸附剂再生效率和回收率对比表
样品 椰壳活性炭 污泥活性炭 样品4 样品6
R<sub>1</sub>，％ 68.5 54.8 86.5 75.6
η<sub>1</sub>，％ 77.3 61.2 89.4 81.1
R<sub>2</sub>，％ 62.4 33.4 71.6 65.6
η<sub>2</sub>，％ 60.9 42.7 85.0 78.7
注：R1、η1为一次再生效率和回收率，R2、η2为二次再生效率和回收率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，其特征在于，包括下列成分：
40％～60％的植物壳皮、
20％～50％的市政污泥、
5％～20％的油泥；
上述百分比均为质量比，所述植物壳皮、所述市政污泥、所述油泥的总和为100％；
所述市政污泥为城镇生活污水处理厂污泥脱水后的固相或半固相残渣，含水率小于85％(质量浓度)，有机质浓度大于20％(质量浓度)；
所述油泥为油田开采废弃物，具体是含油率2％～30％(质量浓度)的含油污泥，且含水率小于80％(质量浓度)。
2.根据权利要求1所述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，其特征在于：油泥的原油组分中沥青质含量占20％(质量比)以上。
3.根据权利要求2所述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，其特征在于，植物壳皮为椰壳、核桃壳、花生壳、橘子皮、杏壳中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，其特征在于，所述复合活性炭吸附剂的比表面积为375.5m2/g～638.8m2/g，总孔容积为0.28cm2/g～0.35cm2/g，微孔容积为0.12cm2/g～0.18cm2/g，微孔比例为33.98％～48.48％，平均孔径为2.1nm～2.97nm。
5.一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求4所述的吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂，具体包括以下步骤：
S1：将植物壳皮粉碎；
S2：将市政污泥与油泥混合均匀，加入氧化剂；
S3：将步骤S1粉碎的植物壳皮与步骤S2混合物混合均匀；
S4：将步骤S3得到的混合物进行炭化；
S5：将步骤S4得到的混合物加入活化材料，通入氮气保护进行活化；
S6：将步骤S5得到的混合物进行酸洗，烘干，得到吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性碳吸附剂。
6.根据权利要求5所述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，
步骤S1所述的植物壳皮，在粉碎后的颗粒度为40目～60目；
或/和，步骤S2所述的氧化剂为H2O2或KMnO4；
或/和，步骤S4所述的炭化温度为450℃～650℃；炭化时间为30min～60min；
或/和，步骤S5所述的活化材料为KOH、ZnCl2、H3PO4中的一种或几种；
或/和，步骤S6中的酸洗采用的是0.1mol/L～0.5mol/L的HCl溶液，酸洗时间为2h～6h；
或/和，步骤S6的烘干温度为100±5℃。
7.根据权利要求5所述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S5所述的活化材料为KOH，浓度2mol/L～2.5mol/L，活化时间12h～24h。
8.一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的再生方法，其特征在于，用于对权利要求4所述的一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂进行再生，步骤如下：
将吸附达到饱和的复合活性炭吸附剂在100±5℃温度下恒温0.5h～1h，然后放入600℃～1000℃加热炉中，通入氮气保护反应1h～3h。
9.根据权利要求8所述一种吸附重金属Cr(Ⅵ)的复合活性炭吸附剂的再生方法，其特征在于：所述可再生复合活性碳吸附剂利用该再生方法可再生两次，二次再生后的复合活性炭吸附剂吸附量可达到原吸附量的65％～75％，回收率为70％～85％。
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Cited By (6)

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110586030A (zh) * 2019-08-01 2019-12-20 农业农村部规划设计研究院 一种热量循环利用的吸附固定土壤镉铜的改性生物炭的制备方法
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