CN110342605A - 一种用于吸附焚烧飞灰浸出液中重金属的污泥基活性炭复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于吸附焚烧飞灰浸出液中重金属的污泥基活性炭复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于吸附焚烧飞灰浸出液中重金属的污泥基活性炭复合材料，该复合材料的制备方法为：(1)取城市生活污水厂的污泥，干燥、粉碎、过筛得污泥粉末样品备用；(2)将收集得莲房置于烘箱中，烘干、粉碎、过筛得粉末备用；(3)将预处理的污泥和莲房粉末与石墨烯混合后得混合料；(4)将混合料锻烧,冷却至室温获得石墨烯/莲房‑污泥基活性炭粉末；(5)将所得石墨烯/莲房‑污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂RuCl3溶液中活化即得最终产品。本发明通过低成本的热解和活化，使得废弃的污泥和莲房成为一种较优质的吸附剂，最后制得的吸附剂又可以对飞灰浸出液中重金属进行吸附，达到“以污治污”的效果，具有广阔的应用前景。

Description

一种用于吸附焚烧飞灰浸出液中重金属的污泥基活性炭复合 材料及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废物处理技术的环保技术领域，具体涉及一种用于吸附焚烧飞灰浸出液中重金属的污泥基活性炭复合材料及其制备方法。
背景技术
当今生活垃圾产生量不断增长，处理垃圾最有效主流的方式是焚烧，在焚烧过程中产生了飞灰，带来的一些飞灰占焚烧系统中总残余物的15％左右，飞灰中重金属含量超标，所以不能直接进行排放，但是飞灰也可以作为一种资源进行回收利用，因而受到人们的关注。飞灰中盐类含量较高，通过水洗预处理，带来了具有较高的重金属浸出浓度的废水。
在水处理的末端环节积累了大量的污泥，未能得到妥善处置，其中也有有害成分对人类环境造成威胁，所以对污泥的处置开发利用很有必要。我国的污泥处置过程领域中，污泥的利用大部分都是用于填埋，利用率很低，同时也给环境带来了负担，污泥的合理有效利用一直是软肋。
在污泥的组成中，含碳有机物是污泥的重要部分，为合理利用污泥中的碳元素，将污泥转化为有吸附性能的活性炭。同时，污泥来源广、属于待处理污染物，且大量研究表明，污泥制得的活性炭对某些重金属的吸附能力较强。相比于传统的商业活性炭吸附处理方法，污泥基活性炭处理成本低，对一些重金属有良好的去除效果，故前景较好。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种用于吸附焚烧飞灰浸出液中重金属的污泥基活性炭复合材料，该复合材料以污泥、莲房废弃物为基础原料，并掺杂石墨烯，有效制备了一种吸附性能优异，成本低廉的高效吸附剂，该吸附剂对焚烧飞灰浸出液中重金属具有良好的吸附效果。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，干燥、粉碎、过筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于烘箱中，烘干、粉碎、过筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理得污泥和步骤(2)获得得莲房粉末与石墨烯混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于300-900℃温度条件锻烧3-7h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂RuCl3溶液中，在300-900℃温度下，隔绝空气锻烧2-8h即得最终产品。
优选的，步骤(1)中干燥温度为80-120℃，干燥时间为10-48h，过筛是利用50-300目筛。
优选的，步骤(1)中干燥温度为100℃，干燥时间为24h，过筛是利用 100目筛。
优选的，步骤(2)中干燥温度为55℃，干燥时间为6h，过筛是利用60 目筛。
优选的，步骤(3)中混合料中石墨烯、污泥粉末和莲房粉末的质量比约为0.1-0.3：1-1.8：0.5-1。
优选的，步骤(3)中混合料中石墨烯、污泥粉末和莲房粉末的质量比为0.2：1.2：0.6。
优选的，步骤(5)中RuCl3溶液的浓度为1-2mol/L。
另外，本发明还要求保护由所述方法制备得到的石墨烯/莲房-污泥基活性炭。
本发明还要求保护所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭在吸附焚烧飞灰浸出液中重金属上的应用，具体步骤如下：
(1)将焚烧飞灰浸出液的pH值调节为4-12，然后向盛有该焚烧飞灰浸出液的容器中加入所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭，之后将容器采用保鲜膜密封后放置于恒温振荡器当中，设定振荡器温度为25℃进行震荡；
(2)震荡一定的时间后对混合液进行过滤、取样，对飞灰浸出液中重金属的浓度进行测定，计算其去除率。
优选的，所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭与焚烧飞灰浸出液的质量体积比为3g/L-7g/L。
与现有技术相比，本发明具有以下的明显有益效果：
(1)本发明通过低成本的热解和活化，使得废弃的污泥和莲房成为一种较优质的吸附剂，最后制得的吸附剂又可以对飞灰浸出液中重金属进行吸附，达到“以污治污”的效果，具有广阔的应用前景；
(2)本发明将污泥和莲房混合，利用莲房多孔道和表面积的特点对污泥进行改性，能够起到将污泥分散于莲房表面和孔道中的效果，能够很好的提高吸附效果；另外，本发明在污泥和莲房中掺杂石墨烯，一方面可以提高产品的含碳量降低灰分，另一方面也利用石墨烯丰富的孔结构，对重金属的高吸附性来共同起到提高吸附性能的作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
实施例1
一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，于100℃下干燥24h、用粉碎机粉碎、过100目筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于55℃烘箱中，烘干6h、粉碎、过60目筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理得污泥12g和步骤(2)获得得莲房粉末6g与石墨烯2g混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于500℃温度条件锻烧4h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂2mol/L 的RuCl3溶液中，在500℃温度下，隔绝空气锻烧5h即得最终产品。
实施例2
一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，于100℃下干燥24h、用粉碎机粉碎、过100目筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于55℃烘箱中，烘干6h、粉碎、过60目筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理得污泥10g和步骤(2)获得得莲房粉末8g与石墨烯2g混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于500℃温度条件锻烧4h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂1mol/L 的RuCl3溶液中，在600℃温度下，隔绝空气锻烧5h即得最终产品。
实施例3
一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，于100℃下干燥24h、用粉碎机粉碎、过100目筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于55℃烘箱中，烘干6h、粉碎、过60目筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理得污泥15g和步骤(2)获得得莲房粉末7g与石墨烯3g混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于500℃温度条件锻烧4h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂2mol/L 的RuCl3溶液中，在500℃温度下，隔绝空气锻烧5h即得最终产品。
实施例4
一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，于100℃下干燥24h、用粉碎机粉碎、过100目筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于55℃烘箱中，烘干6h、粉碎、过60目筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理得污泥13g和步骤(2)获得得莲房粉末5g与石墨烯3g混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于500℃温度条件锻烧4h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂2mol/L 的RuCl3溶液中，在500℃温度下，隔绝空气锻烧5h即得最终产品。
实施例5
一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，于100℃下干燥24h、用粉碎机粉碎、过100目筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于55℃烘箱中，烘干6h、粉碎、过60目筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理得污泥18g和步骤(2)获得得莲房粉末9g与石墨烯3g混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于500℃温度条件锻烧4h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂2mol/L 的RuCl3溶液中，在500℃温度下，隔绝空气锻烧5h即得最终产品。
对比例1
一种石墨烯/污泥基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，于100℃下干燥24h、用粉碎机粉碎、过100目筛得污泥粉末样品备用；
(2)将步骤(1)预处理得污泥12g和石墨烯2g混合后得混合料；
(3)在氮气作保护气条件下，将步骤(2)所述混合料于500℃温度条件锻烧4h,冷却至室温获得石墨烯/污泥基活性炭粉末；
(4)将步骤(3)所得石墨烯/污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂2mol/L的 RuCl3溶液中，在500℃温度下，隔绝空气锻烧5h即得最终产品。
将实施例1-5及对比例1所制备的吸附材料应用于焚烧飞灰浸出液中重金属的吸附处理，具体过程为：
(1)将焚烧飞灰浸出液的pH值调节为6，然后向盛有该焚烧飞灰浸出液的容器中加入实施例1-5及对比例1所制备的吸附材料(所述吸附材料与焚烧飞灰浸出液的投加比为5g/L)，之后将容器采用保鲜膜密封后放置于恒温振荡器当中，设定振荡器温度为25℃进行震荡；其中，吸附前焚烧飞灰浸出液中铬离子浓度为5.8mg/L，铜离子的浓度为8.4mg/L，铅离子浓度为4.9mg/L；
(2)震荡一定的时间后对混合液进行过滤、取样，对飞灰浸出液中重金属的浓度进行测定，计算其去除率。
经过测定计算，实施例1-5及对比例1的去除率如下表：
从上表可以看出，本发明吸附材料对焚烧飞灰浸出液中的铬离子、铜离子以及铅离子均有较好的吸附效果，且均优于对比例1的吸附材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种石墨烯/莲房-污泥基活性炭，其特征在于，所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭以莲房和污泥为吸附基材，通过石墨烯对吸附基材进行改性而成。
2.一种权利要求1所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取城市生活污水厂的污泥，干燥、粉碎、过筛得污泥粉末样品备用；
(2)将收集得莲房置于烘箱中，烘干、粉碎、过筛得粉末备用；
(3)将步骤(1)预处理的污泥和步骤(2)获得的莲房粉末与石墨烯混合后得混合料；
(4)在氮气作保护气条件下，将步骤(3)所述混合料于300-900℃温度条件锻烧3-7h,冷却至室温获得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末；
(5)将步骤(4)所得石墨烯/莲房-污泥基活性炭粉末浸泡于活性剂RuCl3溶液中，在300-900℃温度下，隔绝空气锻烧2-8h即得最终产品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中干燥温度为80-120℃，干燥时间为10-48h，过筛是利用50-300目筛。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中干燥温度为100℃，干燥时间为24h，过筛是利用100目筛。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中干燥温度为55℃，干燥时间为6h，过筛是利用60目筛。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中混合料中石墨烯、污泥粉末和莲房粉末的质量比约为0.1-0.3：1-1.8：0.5-1。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中混合料中石墨烯、污泥粉末和莲房粉末的质量比为0.2：1.2：0.6。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中RuCl3溶液的浓度为1-2mol/L。
9.一种权利要求1所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭在吸附焚烧飞灰浸出液中重金属上的应用，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将焚烧飞灰浸出液的pH值调节为4-12，然后向盛有该焚烧飞灰浸出液的容器中加入所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭，之后将容器采用保鲜膜密封后放置于恒温振荡器当中，设定振荡器温度为25℃进行震荡；
(2)震荡一定的时间后对混合液进行过滤、取样，对飞灰浸出液中重金属的浓度进行测定，计算其去除率。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述石墨烯/莲房-污泥基活性炭与焚烧飞灰浸出液的质量体积比为3g/L-7g/L。
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