CN114797777A - 一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法 - Google Patents

一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，包括以下步骤：S1、胞外聚合物提取：从污泥中提取胞外聚合物；S2、生物炭制备：利用胞外聚合物调节制备生物炭；S3、负载纳米铁材料制备：对生物炭负载纳米铁。本发明的制备方法利用胞外聚合物调节制备生物炭，可以有效提高生物炭的制备效果，从而获取使用性能更为优良的污泥基生物炭负载纳米铁。

Description

一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备 方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体是涉及一种基于胞外聚合物调节的污 泥基生物炭负载纳米铁的制备方法。
背景技术
污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶 体等组成的极其复杂的非均质体；污泥的主要特性是含水率高，有机物含量高， 容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态，它是介于液体和固体 之间的浓稠物，可以用泵运输，但它很难通过沉降进行固液分离，因此，污泥 处理是现有改善生态环境的一项难题。
胞外聚合物(EPS)是微生物在一定环境条件下分泌于胞外的复杂非均相 高分子聚合物，EPS普遍存在于活性污泥絮体内部及表面，具有重要的生理功 能，可将环境中的营养成分富集，通过胞外酶降解成小分子后吸收到细胞内， 还可以抵御杀菌剂和有毒物质对细胞的危害。
纳米铁作为还原剂能够有效修复重金属污染废水，纳米铁具有粒径小、比 表面积大、表面活性高、还原能力强等优点，但由于纳米铁具有较强的活性以 及极大的比表面积，所以极易在空气中与氧气发生反应而失活或是在废水中发 生团聚现象而失活。
并且通过研究发现，利用胞外聚合物(EPS)调节制备的生物炭作为载体， 其所制备的污泥基生物炭负载纳米铁具有更好的废水处理效果，这不仅能够有 效解决污泥处理问题，而且还能够提高生物炭负载纳米铁对废水的处理效果， 因此，现需要利用胞外聚合物调节制备的生物炭所制备的新型材料来解决污泥 处理问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于胞外聚合物调节的污泥基生 物炭负载纳米铁的制备方法。
本发明的技术方案是：一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米 铁的制备方法，包括以下步骤：
S1、胞外聚合物提取
从污泥中提取胞外聚合物，待用；
S2、生物炭制备
S201、将污泥与胞外聚合物按1：5-50的重量比混合得到混合物，随后将 混合物与碳化硅空心球按一定质量比进行混合处理；
S202、混合处理完成后，将碳化硅空心球过滤回收，并将所得到的混合物 烘干并粉碎至颗粒粒径为100～250μm，随后在200～900℃条件下热解2h，随 后使用去离子水清洗并烘干，得到胞外聚合物调节的污泥生物质炭；
S3、负载纳米铁材料制备
S301、将七水合硫酸亚铁和S202所得的胞外聚合物调节的污泥生物质炭按 重量比为20：1～3溶于蒸馏水中，并将溶液pH调至4.0，其中，以七水合硫酸 亚铁重量计，所述蒸馏水的添加量为50mL/g；
S302、在摇床上以120～180rpm、25℃搅拌24h，随后以七水合硫酸亚铁 重量计将加入50mL/g的乙醇，然后在900～1100rpm搅拌1h的情况下将N2吹 扫到溶液中；
S303、随后在900～1100rpm搅拌情况下将0.5mol/L的KBH4溶液滴加到 溶液中，反应进行0.5h后，抽滤分离固体残渣，其中，以七水合硫酸亚铁重量 计，所述KBH4溶液的添加量为100mL/g；
S304、使用超纯水对固体残渣进行抽滤洗涤多次，随后对固体残渣进行冻 干处理得到污泥基生物炭负载纳米铁。
进一步地，所述步骤S1中采用离心处理的方法从污泥中提取胞外聚合物， 包括以下步骤：
S101、将污泥在离心机转速为6000～7000rpm的条件下，离心10min，去 除上清液，剩余污泥用0.05wt.％NaCl溶液在离心机转速为2800～3200rpm的条 件下清洗3次，并去除上清液；
S102、使用0.05wt.％NaCl对剩余污泥重悬，在80℃水浴1h，冷却后，在 7500～8500rpm的转速下离心15min，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，即为胞 外聚合物；
采用上述离心处理的方法对污泥进行胞外聚合物的提取，操作难度低，提 取方便，不会出现细胞大量裂解等情况。
进一步地，所述步骤S201中，混合处理具体为：将混合物与碳化硅空心球 按一定质量比进行混合后，辅加微波弱辐射进行处理160～300s，所述微波弱辐 射的功率为420～600W，所述混合物与碳化硅空心球添加质量比为2：0.5～1； 实验发现，通过适宜的微波弱辐射处理可以有效强化胞外聚合物对于污泥生物 炭调节制备的效果，从而获取使用性能更为优良的污泥基生物炭负载纳米铁。
进一步地，所述步骤S202中烘干温度为60～80℃，热解使用内载气为氩气 的管式炉，升温速度为5～15℃/min；通过上述烘干温度以及热解处理，可以提 高通过胞外聚合物所调节的污泥在制备生物炭过程中的稳定性。
进一步地，所述步骤S202中去离子水清洗方法为：加入去离子水后用磁力 搅拌器搅拌清洗2h以上，抽滤过0.45μm滤膜，重复此步骤3～5次。
进一步地，所述碳化硅空心球包括内壳以及附着在所述内壳表面的碳化硅 球壳，所述内壳内部设有磁芯，所述磁芯与内壳内壁之间存在空隙，磁芯选用 汝铁硼磁铁制成的椭球体，所述内壳的材质为铜，所述碳化硅球壳的厚度为 0.5～2mm，所述碳化硅空心球的粒径为7～15mm；
通过实验发现，采用适宜的微波弱辐射处理可以有效协同胞外聚合物对污 泥进行调节，从而获取性能更为优良的污泥基生物炭负载纳米铁，然而过量的 微波弱辐射处理容易引起微生物细胞壁结构的过度破坏，并且在进行微波照射 处理过程中，由于混合物厚度等因素，在微波照射处理过程中很难有效精准控 制作用于混合物的微波辐射量，因此，通过引入适量的碳化硅对微波辐射进行 吸收，
但由于碳化硅的添加容易使混合物进行快速升温，所以在引入碳化硅空心 球的设置方式改善这一问题，并且由于混合物的流动性等因素，所添加的碳化 硅空心球很难时刻保持在混合物中均匀分布，所以通过设置磁芯的方式来解决 这一问题，同时，采用磁芯椭球体设置方式以及磁芯与内壳内壁之间存在空隙， 可以提高碳化硅空心球的运动效果，从而促进碳化硅空心球在混合物中的搅动 效果。
更进一步地，所述内壳内壁设有海绵状的吸液芯，且内壳中封装有高纯水， 内壳内壁设有用于防止磁芯撞击吸液芯的网壳支架，通过设置吸液芯等结构， 可以进一步提高内壳对磁芯的热传导效果，由于磁性材质特性，在温度越高情 况下其磁性会降低甚至失效，因此，通过碳化硅空心球的放置，可以精确的控 制不同温度区域，由于不同温度区域碳化硅空心球的磁芯磁性有一定差别，从 而在相同磁场强度作用下，使不同温度区域的碳化硅空心球产生形成不同运动 态势，在较高温区域的碳化硅空心球相对运动速度会变慢，从而更好进行散热。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备方法所制备的污泥基生物炭负载纳米铁可以显著提高在废 水中的处理效果，并且可将污泥进行有效利用，实现污泥的资源化利用。
(2)本发明污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，通过利用胞外聚合物调 节制备生物炭，可以有效提高生物炭的制备效果，从而获取使用性能更为优良 的污泥基生物炭负载纳米铁。
(3)本发明污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，通过采用适宜的微波弱 辐射处理可以有效协同胞外聚合物对污泥进行调节，同时引入适量的碳化硅空 心球并进行微波弱辐射处理，可以进一步增强并控制微波弱辐射协同处理胞外 聚合物调节污泥的效果。
附图说明
图1是本发明的污泥基生物炭负载纳米铁制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体 现本发明的优势。
实施例1
如图1所示，一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备 方法，包括以下步骤：
S1、胞外聚合物提取
S101、在离心机转速为6500rpm的条件下，离心10min，去除上清液，剩 余污泥用0.05wt.％NaCl溶液在离心机转速为3000rpm的条件下清洗3次，并 去除上清液；
S102、使用0.05wt.％NaCl对剩余污泥重悬，在80℃水浴1h，冷却后，在 8000rpm的转速下离心15min，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到胞外聚 合物，待用；
S2、生物炭制备
S201、将污泥与胞外聚合物按1：40的重量比混合得到混合物，随后将混 合物与碳化硅空心球按质量比为5：2进行混合处理；
S3、负载纳米铁材料制备
S301、将1g七水合硫酸亚铁和S202所得的0.05g胞外聚合物调节的污泥 生物质炭溶于50mL蒸馏水中，并将溶液pH调至4.0；
S302、在摇床上以150rpm、25℃搅拌24h，随后加入50mL的乙醇中， 然后在1000rpm搅拌1h的情况下将N2吹扫到溶液中；
S303、随后在1000rpm搅拌情况下将100mL 0.5mol/L的KBH4溶液滴加 到溶液中，反应进行0.5h后，抽滤分离固体残渣；
S304、使用超纯水对固体残渣进行抽滤洗涤3次，随后对固体残渣进行冻 干处理得到污泥基生物炭负载纳米铁。
实施例2
如图1所示，一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备 方法，包括以下步骤：
S1、胞外聚合物提取
S101、在离心机转速6500rpm下，离心10min，去除上清液，剩余污泥用 0.05％NaCl溶液在离心机转速3000rpm下清洗3次，并去除上清液；
S102、使用0.05％NaCl对剩余污泥重悬，在80℃水浴1h，冷却后，在 8000rpm转速下离心15min，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到胞外聚合 物，待用；
S2、生物炭制备
S201、将污泥与胞外聚合物按1：40的重量比混合得到混合物，随后将混 合物与碳化硅空心球按质量比为5：2混合后，辅加微波弱辐射进行处理260s， 所述微波弱辐射的功率为520W；在混合期间对混合物与碳化硅空心球的混合 物进行不同方向磁场的间歇交替施加，如：位于混合物与碳化硅空心球的混合 物的前、后、左、右各施加相同磁场3s/次，且依次呈顺时针切换，每次仅启动 一侧磁场，且切换间隔时间为2s；
其中，所述碳化硅空心球包括内壳以及附着在所述内壳表面的碳化硅球壳， 所述内壳内部设有磁芯，所述磁芯与内壳内壁之间存在空隙，磁芯选用汝铁硼 磁铁制成的椭球体，所述内壳的材质为铜，所述碳化硅球壳的厚度为1.2mm， 所述碳化硅空心球的粒径为12mm；所述内壳内壁设有海绵状的吸液芯，且内 壳中封装有高纯水，内壳内壁设有用于防止磁芯撞击吸液芯的网壳支架；
S202、微波弱辐射处理完成后，将碳化硅空心球过滤回收，并将所得到的 混合物在烘干温度为72℃下烘干并粉碎至颗粒粒径为110μm，随后在内载气为 氩气的管式炉下热解2h，期间以升温速度为10℃/min由200℃升温至900℃， 随后加入去离子水后用磁力搅拌器搅拌清洗2h以上，抽滤过0.45μm滤膜，重 复清洗3～5次后烘干，得到胞外聚合物调节的污泥生物质炭；
S3、负载纳米铁材料制备
S301、将1g七水合硫酸亚铁和S202所得的0.05g胞外聚合物调节的污泥 生物质炭溶于50mL蒸馏水中，并将溶液pH调至4.0；
S302、在摇床上以150rpm、25℃搅拌24h，随后加入50mL的乙醇中， 然后在1000rpm搅拌1h的情况下将N2吹扫到溶液中；
S303、随后在1000rpm搅拌情况下将100mL 0.5mol/L的KBH4溶液滴加 到溶液中，反应进行0.5h后，抽滤分离固体残渣；
S304、使用超纯水对固体残渣进行抽滤洗涤3次，随后对固体残渣进行冻 干处理得到污泥基生物炭负载纳米铁。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S1胞外聚合物提 取参数不同，具体为：
S1、胞外聚合物提取
S101、在离心机转速为6000rpm的条件下，离心10min，去除上清液，剩 余污泥用0.05wt.％NaCl溶液在离心机转速为2800rpm的条件下清洗3次，并 去除上清液；
S102、使用0.05wt.％NaCl对剩余污泥重悬，在80℃水浴1h，冷却后，在 7500rpm的转速下离心15min，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到胞外聚 合物，待用。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S1胞外聚合物提 取的参数不同，具体为：
S1、胞外聚合物提取
S101、在离心机转速为7000rpm的条件下，离心10min，去除上清液，剩 余污泥用0.05wt.％NaCl溶液在离心机转速为3200rpm的条件下清洗3次，并 去除上清液；
S102、使用0.05wt.％NaCl对剩余污泥重悬，在80℃水浴1h，冷却后，在 8500rpm的转速下离心15min，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到胞外聚 合物，待用。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中污泥与胞 外聚合物的混合比不同，具体为：
将污泥与胞外聚合物按1：5的重量比混合得到混合物。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中污泥与胞 外聚合物的混合比不同，具体为：
将污泥与胞外聚合物按1：50的重量比混合得到混合物。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中混合物与 碳化硅空心球的混合比不同，具体为：
将混合物与碳化硅空心球按质量比为4：1混合后，辅加微波弱辐射进行处 理。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中混合物与 碳化硅空心球的混合比不同，具体为：
将混合物与碳化硅空心球按质量比为2：1混合后，辅加微波弱辐射进行处 理。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中微波弱辐 射处理的参数不同，具体为：
将混合物与碳化硅空心球混合后，辅加微波弱辐射进行处理160s，所述微 波弱辐射的功率为420W。
实施例10
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中微波弱辐 射处理的参数不同，具体为：
将混合物与碳化硅空心球混合后，辅加微波弱辐射进行处理300s，所述微 波弱辐射的功率为600W。
实施例11
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中碳化硅空 心球的规格不同，具体为：
所述碳化硅球壳的厚度为0.5mm，所述碳化硅空心球的粒径为7mm。
实施例12
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S201中碳化硅空 心球的规格不同，具体为：
所述碳化硅球壳的厚度为2mm，所述碳化硅空心球的粒径为15mm。
实施例13
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S202中烘干及粉 碎的参数不同，具体为：
将所得到的混合物在烘干温度为60℃下烘干并粉碎至颗粒粒径为100μm。
实施例14
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S202中烘干及粉 碎的参数不同，具体为：
将所得到的混合物在烘干温度为80℃下烘干并粉碎至颗粒粒径为250μm。
实施例15
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S202中热解的参 数不同，具体为：
在内载气为氩气的管式炉下热解2h，期间以升温速度为5℃/min由200℃ 升温至900℃。
实施例16
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S202中热解的参 数不同，具体为：
在内载气为氩气的管式炉下热解2h，期间以升温速度为15℃/min由200℃ 升温至900℃。
实施例17
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，负载纳米铁材料制备 的参数不同，具体为：
S3、负载纳米铁材料制备
S301、将1g七水合硫酸亚铁和S202所得的0.05g胞外聚合物调节的污泥 生物质炭溶于50mL蒸馏水中，并将溶液pH调至4.0；
S302、在摇床上以120rpm、25℃搅拌24h，随后加入50mL的乙醇中， 然后在900rpm搅拌1h的情况下将N2吹扫到溶液中；
S303、随后在900rpm搅拌情况下将100mL 0.5mol/L的KBH4溶液滴加到 溶液中，反应进行0.5h后，抽滤分离固体残渣；
S304、使用超纯水对固体残渣进行抽滤洗涤3次，随后对固体残渣进行冻 干处理得到污泥基生物炭负载纳米铁。
实施例18
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，负载纳米铁材料制备 的参数不同，具体为：
S3、负载纳米铁材料制备
S301、将1g七水合硫酸亚铁和S202所得的0.05g胞外聚合物调节的污泥 生物质炭溶于50mL蒸馏水中，并将溶液pH调至4.0；
S302、在摇床上以180rpm、25℃搅拌24h，随后加入50mL的乙醇中， 然后在1100rpm搅拌1h的情况下将N2吹扫到溶液中；
S303、随后在1100rpm搅拌情况下将100mL 0.5mol/L的KBH4溶液滴加 到溶液中，反应进行0.5h后，抽滤分离固体残渣；
S304、使用超纯水对固体残渣进行抽滤洗涤3次，随后对固体残渣进行冻 干处理得到污泥基生物炭负载纳米铁。
实验例
现采用实施例1-18所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对本市某工厂的含铬 废水进行处理，并对含铬废水进行镉浓度测定结果为57.8mg/L，
以实施例1和2为例，分别使用实施例1、2所制备的污泥基生物炭负载纳 米铁对含铬废水进行处理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表1：
表1实施例1和2处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例1 0.084
实施例2 0.017
由上述表1可以看出，实施例2对于含铬废水的处理效果与实施例1存在 明显区别，实施例2的处理效果更优，可见，通过采用适当的微波弱辐射协同 胞外聚合物调节生物炭制备具有一定促进作用。
以实施例2为例，同时以使用相同污泥进行与实施例2相同处理参数下的 烘干、粉碎、热解等处理，并与实施例2相同的方式进行负载纳米铁材料制备， 所制备的材料记作对照例1，分别使用实施例2、对照例1所制备的污泥基生物 炭负载纳米铁对含铬废水进行处理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果 如下表2：
表2实施例2与对照例1处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
对照例1 0.423
由上述表2可以看出，实施例2对于含铬废水的处理效果与对照例1存在 明显区别，实施例2的处理效果更优。
为了进一步探究不同制备参数对所制备污泥基生物炭负载纳米铁的使用影 响，具体探究如下：
探究一
探究不同胞外聚合物提取对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果的影响，分 别使用实施例2-4所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废水进行处理，处 理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表3：
表3实施例2-4处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
实施例3 0.021
实施例4 0.018
由上述表3可以看出，考虑到测定误差等因素，不同的胞外聚合物提取参 数对所制备的污泥基生物炭负载纳米铁使用效果基本无影响，所以根据实际提 取设备参数情况进行胞外聚合物的提取操作，提取获得胞外聚合物即可。
探究二
探究不同污泥与胞外聚合物的混合比对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果 的影响，分别使用实施例2、5、6所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废 水进行处理，同时设置以污泥等量替换添加胞外聚合物的对照例2，处理完成 后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表4：
表4实施例2、5、6处理后含铬废水的镉浓度
Figure BDA0003621238950000131
Figure BDA0003621238950000141
由上述表4可以看出，不同污泥与胞外聚合物的混合比对污泥基生物炭负 载纳米铁使用效果有一定影响，其中以实施例6的处理效果最佳，但是实施例 6与实施例2的处理效果差别不大，但是实施例2所使用的胞外聚合物相对更少， 因此，从含铬废水处理的经济性等角度来看，实施例1所制备的污泥基生物炭 负载纳米铁与实施例6有着相似的处理效果，但成本更低；
同时通过对比对照例2，可以发现在未使用胞外聚合物调节制备生物炭的 情况下，对于含铬废水处理效果有着明显降低。
探究三
探究不同胞外聚合物调节制备生物炭对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果 的影响，分别使用实施例2、7、8所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废 水进行处理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表5：
表5实施例2、7、8处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
实施例7 0.031
实施例8 0.027
由上述表5可以看出，不同胞外聚合物调节制备生物炭对污泥基生物炭负 载纳米铁使用效果有一定影响，其中以实施例2的处理效果最佳，通过实施例 2与实施例8的对比，这可能是由于过多碳化硅空心球的添加吸收了过多的微 波辐射，从而降低了微波弱辐射协同胞外聚合物调节制备生物炭的效果。
探究四
探究不同胞外聚合物调节制备生物炭对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果 的影响，分别使用实施例2、9、10所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废 水进行处理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表6：
表6实施例2、9、10处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
实施例9 0.024
实施例10 0.037
由上述表6可以看出，不同胞外聚合物调节制备生物炭对污泥基生物炭负 载纳米铁使用效果有一定影响，其中以实施例2的处理效果最佳，通过实施例 2与实施例9和10的对比，这可能是由于实施例2所处于当前碳化硅空心球的 规格参数下较优的微波弱辐射范围，因此，在降低微波弱辐射参数下，降低了 微波弱辐射协同胞外聚合物调节制备生物炭的效果，而在提高微波弱辐射参数 下，由于相对较高的微波弱辐射参数造成极少部分微生物细胞壁结构的过度破 坏，从而降低了微波弱辐射协同胞外聚合物调节制备生物炭的效果。
探究五
探究不同碳化硅空心球规格对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果的影响， 分别使用实施例2、11、12所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废水进行 处理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表7：
表7实施例2、11、12处理后含铬废水的镉浓度
Figure BDA0003621238950000151
Figure BDA0003621238950000161
由上述表7可以看出，不同碳化硅空心球规格对污泥基生物炭负载纳米铁 使用效果有一定影响，其中以实施例2的处理效果最佳，通过实施例2与实施 例11和12的对比，可能是由于实施例2当前碳化硅空心球的规格参数更符合 该微波弱辐射范围。
探究六
探究不同烘干及粉碎参数对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果的影响，分 别使用实施例2、13、14所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废水进行处 理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表8：
表8实施例2、13、14处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
实施例13 0.018
实施例14 0.028
由上述表8可以看出，不同烘干及粉碎参数对污泥基生物炭负载纳米铁使 用效果有一定影响，其中以实施例2的处理效果最佳，通过实施例2与实施例 13和17的对比，可能是由于颗粒粒径越小所吸附铬效果越好，但粒径在110 μm左右出现效果最优值。
探究七
探究不同热解参数对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果的影响，分别使用 实施例2、15、16所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬废水进行处理，处 理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表9：
表9实施例2、15、16处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
实施例15 0.042
实施例16 0.038
由上述表9可以看出，不同热解参数对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果 有一定影响，其中以实施例2的处理效果最佳。
探究八
探究不同负载纳米铁材料制备的参数对污泥基生物炭负载纳米铁使用效果 的影响，分别使用实施例2、17、18所制备的污泥基生物炭负载纳米铁对含铬 废水进行处理，处理完成后测定含铬废水的镉浓度，结果如下表10：
表10实施例2、17、18处理后含铬废水的镉浓度
组别 镉浓度(mg/L)
实施例2 0.017
实施例17 0.037
实施例18 0.017
由上述表10可以看出，不同负载纳米铁材料制备的参数对污泥基生物炭负 载纳米铁使用效果有一定影响，其中以实施例2和18的处理效果最佳，但考虑 到实施例18采用了搅拌功率更大的方式进行处理，从经济性角度等考虑，实施 例2相对更优。

Claims (8)

1.一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、胞外聚合物提取
从污泥中提取胞外聚合物，待用；
S2、生物炭制备
S201、将污泥与胞外聚合物按1：5-50的重量比混合得到混合物，随后将混合物与碳化硅空心球按一定质量比进行混合处理；
S202、混合处理完成后，将碳化硅空心球过滤回收，并将所得到的混合物烘干并粉碎至颗粒粒径为100～250μm，随后在200～900℃条件下热解2h，随后使用去离子水清洗并烘干，得到胞外聚合物调节的污泥生物质炭；
S3、负载纳米铁材料制备
S301、将七水合硫酸亚铁和S202所得的胞外聚合物调节的污泥生物质炭按重量比为20：1～3溶于蒸馏水中，并将溶液pH调至4.0，其中，以七水合硫酸亚铁重量计，所述蒸馏水的添加量为50mL/g；
S302、在摇床上以120～180rpm、25℃搅拌24h，随后以七水合硫酸亚铁重量计将加入50mL/g的乙醇，然后在900～1100rpm搅拌1h的情况下将N2吹扫到溶液中；
S303、随后在900～1100rpm搅拌情况下将0.5mol/L的KBH4溶液滴加到溶液中，反应进行0.5h后，抽滤分离固体残渣，其中，以七水合硫酸亚铁重量计，所述KBH4溶液的添加量为100mL/g；
S304、使用超纯水对固体残渣进行抽滤洗涤多次，随后对固体残渣进行冻干处理得到污泥基生物炭负载纳米铁。
2.根据权利要求1所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中采用离心处理的方法从污泥中提取胞外聚合物，包括以下步骤：
S101、在离心机转速为6000～7000rpm的条件下，离心10min，去除上清液，剩余污泥用0.05wt.％NaCl溶液在离心机转速为2800～3200rpm的条件下清洗3次，并去除上清液；
S102、使用0.05wt.％NaCl对剩余污泥重悬，在80℃水浴1h，冷却后，在7500～8500rpm的转速下离心15min，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜，得到胞外聚合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S201中，混合处理具体为：将混合物与碳化硅空心球按一定质量比进行混合后，辅加微波弱辐射进行处理160～300s，所述微波弱辐射的功率为420～600W，所述混合物与碳化硅空心球添加质量比为2：0.5～1。
4.根据权利要求1所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S202中烘干温度为60～80℃，热解使用内载气为氩气的管式炉，升温速度为5～15℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S202中去离子水清洗方法为：加入去离子水后用磁力搅拌器搅拌清洗2h以上，抽滤过0.45μm滤膜，重复此步骤3～5次。
6.根据权利要求1所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述胞外聚合物采用离心处理进行提取。
7.根据权利要求1所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述碳化硅空心球包括内壳以及附着在所述内壳表面的碳化硅球壳，所述内壳内部设有磁芯，所述磁芯与内壳内壁之间存在空隙，磁芯选用汝铁硼磁铁制成的椭球体，所述内壳的材质为铜，所述碳化硅球壳的厚度为0.5～2mm，所述碳化硅空心球的粒径为7～15mm。
8.根据权利要求7所述的一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述内壳内壁设有海绵状的吸液芯，且内壳中封装有高纯水，内壳内壁设有用于防止磁芯撞击吸液芯的网壳支架。
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