CN114247427A - 一种污泥基磁性生物炭吸附材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥基磁性生物炭吸附材料及其制备方法与应用。本发明污泥基磁性生物炭吸附材料的制备方法，包括如下步骤：将污泥颗粒物和四氧化三铁粉末混匀后在无氧环境下进行热解，得到所述污泥基磁性生物炭吸附材料。本发明在无水相介质参与的条件下，以四氧化三铁改性生物炭，制备对水体中重金属离子具有更好净化效果的吸附材料；本发明提供的方法，原料简单、便于操作、成本低廉；本发明对于水质净化领域，具有重大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥基磁性生物炭吸附材料及其制备方法与应用，具体涉及一种以污泥为基质、四氧化三铁为掺杂材料的水体重金属高效吸附材料及其制备方法。
背景技术
市政污泥的产量随我国污水处理量和处理率逐年提高而增加。污泥是水处理的副产品，富集重金属、难降解有机物等有害物质，容易引起严重的二次污染，如处理处置不当将对环境造成持续性的危害。产生量逐渐增大的污泥迫使处理处置污泥的能力提高，污泥热解技术作为一种新的污泥处置方法引发关注。热解污泥使其由废物转为资源的身份转换，使污泥“变废为宝”，成为兼顾污泥无害化与资源化的有效途径之一。污泥经高温裂解可后生成的富碳固态产物，被称为污泥基生物炭，其富含丰富的有机质，表面含有大量的官能团，可通过提供活性吸附位点吸附重金属和有机物，是一种有较大潜力的环境修复材料。但是吸附容量不足、吸附速率较慢等缺点制约未改性的污泥基生物炭在实际废水处理中的应用。
利用四氧化三铁改性污泥基生物炭将磁性物质引入生物质炭中，在其吸附重金属后可通过外加磁场等方式将其与水体分离，便于回收再生使用。目前，磁性生物炭的制备方法多以溶液为介质，采用湿法完成，现有技术方案大多为“将污泥浸泡于三氯化铁溶液中，然后超声分散、干燥后再进行煅烧，获得生物炭”。采用湿法的主要局限性是热解前需消耗大量能源脱水、干化，环境友好度缺乏。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种污泥基磁性生物炭吸附材料及其制备方法与应用，该污泥基磁性生物炭吸附材料以污泥颗粒物和四氧化三铁为原料进行热解，原料简单、便于操作、成本低廉。
第一方面，本发明提供一种污泥基磁性生物炭吸附材料的制备方法，包括如下步骤：将污泥颗粒物和四氧化三铁粉末混匀后在无氧环境下进行热解，得到所述污泥基磁性生物炭吸附材料。
本发明中，以污泥颗粒物和四氧化三铁为原料进行热解，即热解是在无水相介质参与的条件下(即非液相条件下或固相条件下)进行的。
上述的制备方法中，所述四氧化三铁中铁元素的质量可为所述污泥的0.1％～5％，具体可为0.6％～2％、0.6％或2％。
上述的制备方法中，所述四氧化三铁粉末为四氧化三铁纳米颗粒；所述四氧化三铁纳米颗粒的直径可为5～200nm，优选5～20nm。
上述的制备方法中，所述污泥颗粒物可为市政污泥颗粒物；所述污泥颗粒物的含水率可为20％以下，具体可为10％以下，更具体可为5％以下，如2％以下；所述污泥颗粒物的粒径可为2mm以下，具体可为0.45mm以下，如0.25mm以下；所述污泥颗粒物可由污泥经风干后研磨过筛得到。
上述的制备方法中，所述混匀可为机械混匀。
上述的制备方法中，所述热解的温度可为300～900℃，具体可为800℃；所述热解的时间可为30～120min，具体可为120min。
上述的制备方法中，所述无氧环境可以通过充入惰性气体的方式或者通过燃烧其它可燃物的方式实现；所述惰性气体可为氮气、氩气等。
第二方面，本发明进一步提供上述任一项所述的制备方法制备得到的污泥基磁性生物炭吸附材料。
第三方面，本发明提供所述的污泥基磁性生物炭吸附材料在作为水体中重金属离子吸附剂或吸附水体中重金属离子中的应用。
第四方面，本发明提供一种水体中重金属离子的吸附方法，包括如下步骤：将所述污泥基磁性生物炭吸附材料投加至水体中进行吸附，吸附完毕后在外加磁场的作用下与水体分离，即可完成所述水体中重金属离子的吸附。
上述的吸附方法中，所述重金属离子可为阳离子型重金属离子；所述阳离子型重金属离子优选铅、镉和铜中的一种或多种。
上述的吸附方法中，所述水体的pH值可为3～8，优选为4～8，更优选为5；所述水体的温度可为25～45℃；所述水体中钠离子的浓度可为0.01～0.5M。
本发明具有如下有益效果：
本发明在无水相介质参与的条件下，以四氧化三铁改性生物炭，制备对水体中重金属离子具有更好净化效果的吸附材料。
本发明提供的方法，原料简单、便于操作、成本低廉。本发明对于水质净化领域，具有重大的应用前景。
附图说明
图1为实施例1污泥基磁性生物炭材料(MBC-2-800)的扫描电镜图(SEM)与X射线能谱分析(EDS)图，图1a:污泥基生物炭SEM图(5000倍)，图1b&图1c:MBC-2-800SEM图(5000倍)，图1d:MBC-2-800的EDS分析结果。
图2为实施例1污泥基磁性生物炭材料的磁滞回归线。
图3为实施例2污泥基磁性生物炭材料(MBC-0.6-800)的扫描电镜图(SEM)与X射线能谱分析(EDS)图，图3a及3b MBC-0.6-800SEM图，图3c MBC-0.6-800的EDS分析结果。
图4为实施例3污泥基磁性生物炭材料MBC-2-800不同pH下的Pb(II)吸附效率及吸附容量。
图5为实施例4污泥基磁性生物炭材料MBC-2-800不同温度下下的Pb(II)吸附效率及吸附容量。
图6为实施例5污泥基磁性生物炭材料MBC-2-800不同离子强度的Pb(II)吸附效率及吸附容量。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例中的加热热解均是在水平管式电阻炉中进行的，先以0.3L/min的流速通N2气，然后在气密环境中进行加热热解，然后继续以0.3L/min的流速通N2气直至自然冷却。通N2气的目的为形成无氧环境。
实施例中的纳米四氧化三铁(Fe3O4)，直径为20nm，购自上海麦克林生化科技有限公司，产品货号为I811859。
实施例中的市政污泥从云南省昆明市生活污水处理厂获取。
实施例1污泥基磁性吸附材料的制备与表征
一、污泥基磁性吸附材料的制备
1、市政污泥，风干后含水率低于2％。
2、取步骤1得到的风干后污泥，研磨，过60目筛，得到污泥颗粒物(其粒径为0.25mm以下)。
3、取5g步骤2得到的污泥颗粒物与0.4149g纳米四氧化三铁(Fe3O4)搅拌混匀，加热热解(热解温度800℃，热解时间120min)，得到固态产物；研磨固态产物，过60目筛，得到颗粒物，即为污泥基磁性吸附材料(该材料由纳米四氧化三铁提供的铁与污泥颗粒物的质量配比分别设置为2％)。
注：由纳米四氧化三铁提供的铁与污泥颗粒物的质量配比为a％时，热解温度为T℃得到的污泥基磁性吸附材料记作MBC-a-T。例如，由纳米四氧化三铁铁与污泥颗粒物的质量配比为2％时，热解温度为800℃得到的污泥基磁性吸附材料记作MBC-2-800。
二、污泥基磁性吸附材料的表征
下图1为MBC-2-800材料的SEM-EDS表征结果。由纯污泥基生物炭的SEM图(图1a)可以看出，纤维素、脂肪、蛋白质和其他沉积物成分通过化学活化和热解过程降解，形成具有粗糙的表面外观和孔隙结构的生物炭基质，为纳米Fe3O4颗粒的负载提供一个足够的空间基础。图1b及1c中生物炭表面变得粗糙，表面的大孔数量少，主要是一些中微孔结构，且其表面附着了许多颗粒，更有利于吸附。图1d EDS结果表明，Fe被成功负载，随着Fe投加量增加，其表面检测到的Fe含量升高。
图2为吸附反应后MB-2-800材料磁滞回归线。MBC-2-800的磁滞回线呈S型，具有良好的磁性，饱和磁化强度为5.07emu/g，可以通过外加磁场回收利用。
实施例2污泥基磁性吸附材料的制备与表征
一、污泥基磁性吸附材料的制备
1、市政污泥，风干后含水率低于2％。
2、取步骤1得到的风干后污泥，研磨，过60目筛，得到污泥颗粒物(其粒径为0.25mm以下)。
3、取5g步骤2得到的污泥颗粒物与0.1245g纳米四氧化三铁(Fe3O4)搅拌混匀，加热热解(热解温度800℃，热解时间120min)，得到固态产物；研磨固态产物，过60目筛，得到颗粒物，即为污泥基磁性吸附材料(该材料由纳米四氧化三铁提供的铁与污泥颗粒物的质量配比分别设置为0.6％，该材料被命名为MBC-0.6-800)。
二、污泥基磁性吸附材料的表征
图3为MBC-0.6-800材料的SEM-EDS表征结果，图3a及3b中生物炭表面变得粗糙，表面的大孔数量少，主要是一些中微孔结构，且其表面附着了许多颗粒，更有利于吸附。EDS结果表明(图3c)，Fe被成功负载。随着Fe投加量减小，其表面检测到的Fe含量相对于MBC-2-800降低。
实施例3污泥基磁性吸附材料应用于不同pH下吸附二价铅离子Pb(II)
本发明的污泥基磁性吸附材料用于去除废水中的二价铅离子Pb(II)，包括以下步骤：用硝酸铅(Pb(NO3)2)和去离子水制备Pb(II)溶液，利用以HNO3溶液和NaOH将上述溶液pH值分别调节至2、3、4、5、6、7、8。将30.0mg MBC-2-800投加至30.0mL浓度为100mg/L的Pb(NO3)2溶液中，在T＝25℃的条件下振荡24h，然后使用0.45μM尼龙针头过滤器过滤，并取过滤后的1mL溶液用5％稀硝酸稀释5倍，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES，Prodigy7，LeemanLabs)测定初始清液和终止清液中的Pb元素浓度。所有试验均采用三平行。不同pH下初始溶液和吸附后终止清液的Pb(II)浓度见表1。不同pH下Pb(II)的吸附效率及吸附容量结果如图4所示。Pb(II)的吸附效率整体上随pH的增大而增大，pH>4后吸附率随pH的增加趋势已不显著，pH为5时最大吸附效率达到99.1％，此时吸附量为94.6mg/g。结果显示，本发明提供的污泥基磁性生物炭吸附材料对不同pH值具有良好的适应性。
表1、不同pH下初始溶液和MSBC-2-800吸附后终止清液的Pb(II)浓度
实施例4污泥基磁性吸附材料应用于不同温度下吸附二价铅离子Pb(II)
本发明的污泥基磁性吸附材料用于去除废水中的二价铅离子Pb(II)，包括以下步骤：用硝酸铅(Pb(NO3)2)和去离子水制备Pb(II)溶液。将30.0mg MBC-2-800投加至30.0mLpH＝6、浓度为100mg/L的Pb(NO3)2溶液中，分别在25、35、45℃的条件下振荡24h，然后使用0.45μM尼龙针头过滤器过滤，并取过滤后的1mL溶液用5％稀硝酸稀释5倍，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES，Prodigy7，LeemanLabs)测定初始清液和终止清液中的Pb元素浓度。所有试验均采用三平行。将0.03g秸秆基吸附材料和30mL Pb(II)溶液置于50mL离心管中，在25℃下恒温震荡24h。不同温度下初始溶液和吸附后终止清液的Pb(II)浓度见表2。不同温度下Pb(II)的吸附效率及吸附容量结果如图5所示。Pb(II)的吸附效率受温度影响不大，温度为25℃时最大吸附效率达到98.9％，此时吸附量为88.7mg/g。结果显示，本发明提供的污泥基磁性生物炭吸附材料对不同温度具有良好的适应性。
表2、不同温度下初始溶液和MSBC-2-800吸附后终止清液的Pb(II)浓度
实施例5污泥基磁性吸附材料应用于不同离子强度下吸附二价铅离子Pb(II)
本发明的污泥基磁性吸附材料用于去除废水中的二价铅离子Pb(II)，包括以下步骤：用硝酸铅(Pb(NO3)2)和去离子水制备Pb(II)溶液。将30.0mg MBC-2-800投加至30.0mL背景电解质分别为0.01、0.05、0.1、0.5M NaNO3、浓度为100mg/L的Pb(NO3)2溶液中，在25℃、pH为6条件下振荡24h，然后使用0.45μM尼龙针头过滤器过滤，并取过滤后的1mL溶液用5％稀硝酸稀释5倍，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES，Prodigy7，LeemanLabs)测定初始清液和终止清液中的Pb元素浓度。所有试验均采用三平行。不同离子强度下初始溶液和吸附后终止清液的Pb(II)浓度见表3。不同pH下Pb(II)的吸附效率及吸附容量结果如图6所示。Pb(II)的吸附效率基本不受离子强度影响，离子强度为0.5M时最大吸附效率达到99.6％，此时吸附量为86.8mg/g。结果显示，本发明提供的污泥基磁性生物炭吸附材料对不同背景离子强度具有良好的适应性。
表3、不同pH下MSBC-2-800的Pb(II)的吸附效率及吸附容量
Claims (10)
1.一种污泥基磁性生物炭吸附材料的制备方法，包括如下步骤：将污泥颗粒物和四氧化三铁粉末混匀后在无氧环境下进行热解，得到所述污泥基磁性生物炭吸附材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述四氧化三铁中铁元素的质量为所述污泥的0.1％～5％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述四氧化三铁粉末为四氧化三铁纳米颗粒；优选地，所述四氧化三铁纳米颗粒的直径为5～200nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述污泥颗粒物的含水率为20％以下；所述污泥颗粒物的粒径为2mm以下。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述热解的温度为300～900℃，时间为30～120min。
6.权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到的污泥基磁性生物炭吸附材料。
7.权利要求6所述的污泥基磁性生物炭吸附材料在作为水体中重金属离子吸附剂或吸附水体中重金属离子中的应用。
8.一种水体中重金属离子的吸附方法，包括如下步骤：将污泥基磁性生物炭吸附材料投加至水体中进行吸附，吸附完毕后在外加磁场的作用下与水体分离，即可完成所述水体中重金属离子的吸附。
9.根据权利要求8所述的吸附方法，其特征在于：所述重金属离子为阳离子型重金属离子；所述阳离子型重金属离子优选铅、镉和铜中的一种或多种。
10.根据权利要求8或9所述的吸附方法，其特征在于：所述水体的pH值为2～8；所述水体的温度为25～45℃；所述水体中钠离子的浓度为0.01～0.5M。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115672275A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-02-03 | 中国人民警察大学 | 一种磁性纳米生物碳质材料及其制备方法与应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103406094A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-11-27 | 北京林业大学 | 一种磁性污泥基活性炭的制作方法 |
| CN105413633A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-23 | 清华大学 | 一种适用于高钙水质的重金属吸附材料及其制备方法与应用 |
| CN107459237A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-12 | 华中科技大学 | 基于含铁污泥热解残渣的污泥复合调理剂及其制备与应用 |
| CN112090399A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-18 | 四川农业大学 | 一种生物改性微米磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN112354516A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法及其应用 |
| CN112410047A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种载铁污泥生物炭及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-12-13 CN CN202111515883.6A patent/CN114247427A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103406094A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-11-27 | 北京林业大学 | 一种磁性污泥基活性炭的制作方法 |
| CN105413633A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-23 | 清华大学 | 一种适用于高钙水质的重金属吸附材料及其制备方法与应用 |
| CN107459237A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-12 | 华中科技大学 | 基于含铁污泥热解残渣的污泥复合调理剂及其制备与应用 |
| US20190315645A1 (en) * | 2017-09-18 | 2019-10-17 | Huazhong University Of Science And Technology | Sludge composite conditioner based on iron-containing sludge pyrolysis residue as well as preparation method and use thereof |
| CN112090399A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-18 | 四川农业大学 | 一种生物改性微米磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN112354516A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法及其应用 |
| CN112410047A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种载铁污泥生物炭及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GUANHAI MO等: "Fe3O4-modified sewage sludge biochar for U(VI) removal from aqueous solution: performance and mechanism", 《JOURNAL OF RADIOANALYTICAL AND NUCLEAR CHEMISTRY》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115672275A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-02-03 | 中国人民警察大学 | 一种磁性纳米生物碳质材料及其制备方法与应用 |
| CN115672275B (zh) * | 2022-12-12 | 2024-04-23 | 中国人民警察大学 | 一种磁性纳米生物碳质材料及其制备方法与应用 |
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