CN110538631B - 基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂及制备方法与应用 - Google Patents

基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂及制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂及制备方法与应用，将净水污泥与粉末活性炭按一定比例混合，经过高温煅烧，制备吸附剂，具体方法如下：将净水污泥烘干粉碎，再与粉末活性炭按质量比为9:1的比例混合，将混合均匀的净水污泥与粉末活性炭用造粒机挤出，在100℃下烘干，再在马弗炉中500℃高温下煅烧3小时，制成吸附剂。加入粉末活性炭可以增大净水污泥的平均吸附孔径，有利于氨氮充分利用复合吸附剂的内部活性位点，从而提高净水污泥对污染物的吸附能力，利用制备的吸附剂去除水体中的氨氮有着较好的去除效果。

Description

基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种净水污泥与粉末活性炭复合吸附剂的制备方法与应用，具体涉及到复合吸附剂的制备方法以及利用复合吸附剂去除水体中氨氮研究，可实现净水污泥资源化利用。
背景技术
随着人口的增加和工业的发展，对水的需求量越来越大，自来水厂在水处理过程中产生的净水污泥也越来越多。净水污泥处理不当会造成温室气体排放、地下水和土地污染等二次环境问题，因此需妥善处置。如何变废为宝成为了人们关注的焦点，因此便开始了寻求净水污泥的资源化利用途径。但是现有各种各样的吸附剂存在制备过程复杂，比如需要多种改性剂，多个制备步骤，吸附效果不佳的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了净水污泥与粉末活性炭复合制备吸附剂的制备方法与应用，用该方法制备吸附剂不仅可以实现净水污泥的资源化利用，而且制备的吸附剂可以有效去除水中氨氮。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂，其制备方法包括以下步骤，将粉碎净水污泥与粉末活性炭、水搅拌混合，再用造粒机挤出成型，得到成型体；然后将成型体烘干、煅烧得到基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂。
一种处理氨氮废水的方法，包括以下步骤：将粉碎净水污泥与粉末活性炭、水搅拌混合，再用造粒机挤出成型，得到成型体；然后将成型体烘干、煅烧得到基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂；然后将基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂加入氨氮废水中，完成氨氮废水的处理。
本发明将自来水厂的净水污泥在100℃下干燥24小时后粉碎得到粉碎净水污泥；所述粉碎净水污泥的粒径为100目～140目。优选的，自来水厂为苏州高新区自来水厂；所述粉末活性炭的粒径为110目～120目。
本发明中，所述粉碎净水污泥与粉末活性炭的质量比例为9:1；所述成型体为直径3毫米的圆柱体，指圆柱体横截面圆的直径。
本发明中，所述烘干为自然风干后在100℃下烘12小时；所述煅烧在马弗炉中进行，煅烧为在500℃下煅烧3小时；优选的，煅烧时的升温速率为50℃/min。
本发明公开了上述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂在处理氨氮废水中的应用。本发明将复合吸附剂加入含氨氮模拟废水中，在25℃条件下进行吸附，较短时间即可完成氨氮去除。
本发明的有益效果是：
1、本发明将净水污泥与粉末活性炭复合制备吸附剂，去除水中氨氮，实现了净水污泥的资源化利用。
2、本发明在净水污泥中添加粉末活性炭，在保留净水污泥吸附能力的同时，增大了净水污泥的平均吸附孔径，有利于氨氮充分利用复合吸附剂的内部活性位点，提高了氨氮去除效率。
附图说明
图1是本发明制备的净水污泥与粉末活性炭复合吸附剂的扫描电镜图，A为净水污泥吸附剂，B为基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂；
图2是原泥(Y)、复合吸附剂(F)的红外光谱图；
图3是吸附剂投加量对氨氮去除效果的影响。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的具体实施方式进行进一步描述。
本发明的基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂的制备方法如下：将粉碎净水污泥与粉末活性炭、水搅拌混合，再用造粒机挤出成型，得到成型体；然后将成型体烘干、煅烧得到基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂。
实施例一
基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂，具体制作步骤如下：
将自苏州高新区自来水厂取回的净水污泥放入鼓风干燥箱中在100℃的温度下干燥24h，然后在粉碎机中粉碎至100目～140目，得到粉碎净水污泥。取质量比为9:1的粉碎净水污泥与粉末活性炭（购于国药集团化学试剂有限公司， 比表面约900 m2/g，粒径为110目～120目）进行混合，加入50ml蒸馏水搅拌均匀，用造粒机挤出直径为3mm的圆柱体（圆柱体横截面圆的直径、高度不限定），为成型体。将挤出的成型体在自然条件下风干，再放入鼓风干燥箱中在100℃条件下干燥12小时，然后放入马弗炉中在500℃的条件下煅烧3h（空气环境、50℃/min升温速率，由室温至500℃），最后在室温下冷却，得到基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂颗粒。
将自苏州高新区自来水厂取回的净水污泥放入鼓风干燥箱中在100℃的温度下干燥24h，然后在粉碎机中粉碎至100目～140目，得到粉碎净水污泥。取粉碎净水污泥与50ml蒸馏水搅拌均匀，用造粒机挤出直径为3mm的圆柱体（圆柱体横截面圆的直径、高度不限定），为成型体。将挤出的成型体在自然条件下风干，再放入鼓风干燥箱中在100℃条件下干燥12小时，然后放入马弗炉中在500℃的条件下煅烧3h（空气环境、50℃/min升温速率），最后在室温下冷却，得到净水污泥原泥吸附剂颗粒。
表1 是原泥吸附剂与复合吸附剂的元素组成（EDX分析）。原泥吸附剂及复合吸附剂的主要组成元素为O、Si、Al、Fe、K，且O、Si、Al含量最多，三种元素占总比例85%以上。其中复合吸附剂因添加了粉末活性炭，因而C元素较原泥多。表2是原泥吸附剂及复合吸附剂的比表面及孔隙结构，复合吸附剂的比表面积相对于原泥略有减小，但平均吸附孔径增大，这是由于净水污泥与粉末活性炭复合后，微孔结构相对减少，微孔较多时，氨氮难以进入内部孔道，仅利用了原泥表面的活性位点，而孔径增大，有利于氨氮充分利用复合吸附剂的内部活性位点，从而增加氨氮的吸附量。
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图1是上述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂B及原泥吸附剂A的扫描电镜图，从图中可以看出，复合吸附剂表面变得疏松多孔，出现大量细小纤维状物质附着在净水污泥颗粒表面，此结构会增加氨氮的吸附位点，有利于氨氮的去除。图2是上述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂及原泥的红外扫描图，复合吸附剂的羟基官能团明显增加，在3448cm-1处的羟基振动峰增强，表明复合吸附剂羟基官能团增加，并在氨氮去除中发挥作用。
实施例二
基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂对水中氨氮有较好的去除效果。用氯化铵水溶液模拟氨氮废水，氯化铵为分析纯。投加不同质量的吸附剂（0.5g、1g、1.5g、2g、3g、5g）于锥形瓶中，加入50mg/L的氨氮废水50mL，振荡2小时，振荡温度为25℃，振荡速率为120r/min。吸附完成自锥形瓶中取样离心分离，测其氨氮浓度。原泥吸附剂和复合吸附剂投加量对氨氮去除效果的影响如图3所示。
从图3中可以看出，在相同投加量的情况下复合吸附剂的吸附量高于原泥。随着吸附剂投加量的增加，氨氮的去除率增加，每克吸附剂对氨氮的吸附量减少，这是由于随着吸附的进行，达到了吸附平衡后，吸附剂并未达到其饱和吸附量，吸附剂表面的活性位点并没有被充分利用。当吸附剂投加量为0.5g时，经计算，实施例一的基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂对氨氮吸附量可达1.4mg/g。
对比例
将粉碎净水污泥与粉末活性炭的质量比更改为5:1、12:1，其余与实施例一一样，得到1#复合吸附剂、2#复合吸附剂；将煅烧温度更改为600℃或者将煅烧时间更改为5h，其余不变，得到3#复合吸附剂、4#复合吸附剂。
根据上述方法（吸附剂投加量为0.5g），经计算，原泥吸附剂、1#复合吸附剂、2#复合吸附剂、3#复合吸附剂、4#复合吸附剂的吸附量分别为1.1mg/g、1.21mg/g、1.23mg/g、1.28mg/g、1.29mg/g；如果直接采用实施例一的粉末活性炭，同样的测试，吸附量为0.9mg/g；采用现有改性污泥颗粒（CN105032203A第19段），同样的测试，吸附量为1.23mg/g；采用200目～220目的干燥污泥同样方法制备的复合吸附剂的吸附量为1.32mg/g。
本发明制备的复合吸附剂羟基官能团增多，平均吸附孔径增大，无论是FTIR、孔隙结构测试、还是去除氨氮的效果都可以看出本发明复合吸附剂具有优异的吸附潜力，利用净水污泥制备颗粒吸附剂不仅可以减少净水污泥的处置成本，而且颗粒吸附剂易回收利用，还可以减少二次污染，实现资源化利用，在经济及技术上都是可行的。

Claims (6)

1.基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂，其特征在于，所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂的制备方法包括以下步骤，将粉碎净水污泥与粉末活性炭、水搅拌混合，再用造粒机挤出成型，得到成型体；然后将成型体烘干、煅烧得到基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂；所述粉碎净水污泥与粉末活性炭的质量比例为9:1；所述煅烧在马弗炉中进行，煅烧为在500℃下煅烧3小时；所述粉碎净水污泥的粒径为100目～140目；所述粉末活性炭的粒径为110目～120目，比表面积为900m2/g；所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂的比表面积为41.7004m2/g。
2.根据权利要求1所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂，其特征在于：将自来水厂的净水污泥在100℃下干燥24小时后粉碎得到粉碎净水污泥。
3.根据权利要求1所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂，其特征在于：所述成型体为直径3毫米的圆柱体。
4.根据权利要求1所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂，其特征在于：所述烘干为自然风干后在100℃下烘12小时。
5.权利要求1所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，将粉碎净水污泥与粉末活性炭、水搅拌混合，再用造粒机挤出成型，得到成型体；然后将成型体烘干、煅烧得到基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂；所述粉碎净水污泥与粉末活性炭的质量比例为9:1；所述煅烧在马弗炉中进行，煅烧为在500℃下煅烧3小时。
6.权利要求1所述基于净水污泥与粉末活性炭的复合吸附剂在处理氨氮废水中的应用。
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