CN115744902A - 一种高性能污泥活性炭及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能污泥活性炭及其制备方法和应用，包括如下组分：污泥、生物质材料和粘结剂；其中，污泥、生物质材料和粘结剂的质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)；各原料混合后，经过炭化、活化处理；炭化处理在惰性气体环境下进行，炭化温度为400～700℃，炭化时间为0.5～3h，炭化升温温度为10～30℃/min；活化处理过程中，活化温度为600～1000℃，活化时间为0.5～3h，活化升温温度为10～30℃/min。该高性能污泥活性炭具有优异的吸附性能、强度高、制备工艺简单、制备过程能耗低、无二次污染、成本低廉、市场竞争力强。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭制备技术领域，具体涉及一种高性能污泥活性炭及其制备方法和应用。
背景技术
随着城市化进程越来越快，城市生活污水的产生量和处理率也越来越高，污水处理过程中会产生大量污泥。尽管采取了各种方法来削减城市污泥的产出，其总量还是以每年10％的速率递增，到2020年含水率为80％的污泥产量突破6000万吨。这些污泥含水率很高，主要成分有蛋白质、脂肪、纤维素、二氧化硅、氮、磷及铁、钙、镁、铝氧化物等，还有一系列重金属及无机物质，污泥性质不稳定且容易腐败。如果污泥不能采用合理的技术进行安全处理处置，会引起周围环境的二次污染。全国污泥总体无害化处理及资源化利用率很低，使得污泥处理任务更加艰巨。
随着国家对于市政污泥最终处置管理的加强，城市污泥的处理处置及资源化利用成了污水处理厂亟待解决的问题。污泥也可被看作为一种资源，如果将污泥进行热解处理，资源化利用污泥热解三相产物，既可以解决污泥污染问题，同时实现了废物再生利用。
CN101423212B公开了一种污泥基活性炭的制备方法。该方法按照1000000重量份的水处理厂的污泥加入50～100重量份的絮凝剂和2～10重量份的金属螯合剂；将得到的污泥配料至于搅拌装置中搅拌、脱水、烘干；将得到的污泥配料置于半干馏气化炉中进行半干馏处理，然后按照重量比：污泥半焦：黏合剂：调孔剂＝100：10-30：1-5均化混捏造粒，并进行晾晒；将得到的配料置于活化炉中进行活化处理，活化处理后进行筛分、制粉得到污泥活性炭。该材料中孔、过渡孔丰富，但是制备过程复杂，制备成本高。
CN107686111A公开了一种污泥基活性炭的制备方法。该方法将PM重金属螯合剂加入至污水厂的浓缩污泥中，将污泥脱水过程，得到干度为80％的污泥；通过薄层蒸发器对干度为80％的污泥进行热干化；得到干度为45～55％的污泥中；将调孔剂加入至干度为45～55％的污泥中；通过切碎机将干度为45～55％的污泥切碎成条状，后通过污泥炭化设备进行炭化处理，后经过活化得到污泥基活性炭。该方法考虑到在污泥前期处理步骤加入调孔剂，炭化过程效果好，但是干度45～55％的污泥直接炭化水汽排放量大，对设备有影响。
发明内容
为了满足我国日益增大的活性炭需求，实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标，加快生物质固废资源化利用进程，本发明的目的在于提供一种高效、经济、安全的高性能污泥活性炭，其具有优异的吸附性能、强度高、制备工艺简单、制备过程能耗低、无二次污染、成本低廉、市场竞争力强。此外，本发明还提供一种上述高性能污泥活性炭的制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种高性能污泥活性炭，包括如下组分：污泥、生物质材料和粘结剂；
其中，污泥、生物质材料和粘结剂的质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)；
各原料混合后，经过炭化、活化处理；
炭化处理在惰性气体环境下进行，炭化温度为400～700℃，炭化时间为0.5～3h，炭化升温温度为10～30℃/min；
活化处理过程中，活化温度为600～1000℃，活化时间为0.5～3h，活化升温温度为10～30℃/min。
具体地，所述污泥为非危废类污泥，为市政污泥、工业污泥、含油污泥中的一种或多种。
具体地，所述生物质材料为玉米秸秆、竹片、板栗壳、米糠、椰壳、坚果、松树、白木、杨树、棉籽壳中的一种或多种。
优选地，生物质材料为椰壳，椰壳的含碳量较高。
由于污泥中的含碳量低，因此在配方中加入生物质材料作为增碳剂，其含碳量是筛选生物质材料的重要指标。生物质材料中的组成元素中C的含量最高，约38～76％，因此生物质材料可作为该活性炭制备过程中较为优异的协同原材料。
具体地，所述粘结剂为煤焦油、木焦油、酚醛树脂、羧甲基纤维素、水玻璃、海泡石、膨润土、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或多种。
具体地，所述活化处理过程中，活化方式为化学活化、物理活化、物理-化学活化中的一种或多种。
优选地，所述活化处理方式为物理活化，所采用的活化剂为空气、水蒸气、CO2中的一种或多种。活化剂优选水蒸气，水蒸气与待炭化的混合物料的比例(也成为水炭比)为(0.5～3)：1。
本申请中的炭化、活化工艺步骤采用炭化活化一体炉，并经大量的实验，综合考虑最终制备的活性炭材料的强度、脱硫脱硝性等性能指标，最终确定了最优的炭化温度、炭化时间、炭化升温速率以及活化温度、活化时间、活化升温温度。
热解炭化和高温活化过程中产生的可燃性气体既可用作炭化过程、活化过程的热源，也可作为原料干燥脱水的热源。
热解炭化的主要功能是在无氧高温条件下材料中的挥发分分解逸出，形成复杂多孔的孔隙结构，其中部分炭化产物碳原子组合成为不规则的芳香族环片状结构，造成部分裂缝，这些裂缝会在后续的高温活化工艺中进一步形成更为发达的微孔结构，提升吸附性能。
本申请中的活化处理过程选用物理活化方式，并选用水蒸气作为活化介质。高温活化过程中活化物质与炭化料之间进行氧化还原反应，达到扩旧孔开新孔的目的。物料的炭表面吸附水蒸气后，吸附的水蒸气释放出氢气，吸附的氧以CO的形态从炭表面脱落；生成的CO与炭表面上的吸附氧反应生产CO2；炭表面与水蒸气持续进行上述反应。这种反应不仅扩大了活性炭复杂多孔的孔隙结构，改善了孔隙的性能指标，还可清除炭化过程中积蓄在孔隙结构内的热解焦油及未逸出的热解产物，扩大了孔隙结构、提高了孔洞体积和比表面积、增多了复杂的表面官能团，得到最佳性能的活性炭材料。
本发明的第二方面，提供一种上述高性能污泥活性炭的制备方法，包括如下步骤：
S1、将污泥经干燥脱水处理后，再经粉碎、过筛，得到污泥粉末；
S2、将生物质材料经干燥脱水处理后，再经粉碎、过筛，得到生物质材料粉末；
S3、将污泥粉末、生物质材料粉末和粘结剂以配方量比例混合均匀，并加适量水捏合，得到混合物料；
S4、将混合物料进行造粒成型，并经陈化处理得到活性炭原胚料；
S5、将活性炭原胚料经炭化、活化处理，得到高性能污泥活性炭。
具体地，所述步骤S1中，污泥经干燥脱水、粉碎后，其粒度为150～350目，更优选为200～250目，其含水率为6～10％，干基有机质含量为40～70％，干基灰分含量为40～60％。
所述步骤S2中，生物质材料经干燥脱水、粉碎后，其粒度为150～350目，更优选为200～250目，其含水率为6～10％，干基有机质含量为70～99％，干基灰分含量为1～40％。
所述步骤S3中，陈化温度为60～85℃，陈化时间8～24h。
所述步骤S3中，捏合时间为40～60min。
所述步骤S4中，活性炭原胚料的直径为8～10mm，长度为3～15mm。
本发明的第三方面，提供一种上述高性能污泥活性炭的应用，所述高性能污泥活性炭用于处理废气、废水和改良土壤。
具体地，该高性能污泥活性炭可用于烟气脱硫脱硝领域。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)该高性能污泥活性炭具有优异的吸附性能、强度高，可用于处理废气、废水和改良土壤，与现有活性炭相比，其制备过程能耗低，减少了化石能源和林业资源的浪费，降低了成本，市场竞争力强，工艺也较为简单，无二次污染，易于操作；
(2)与传统的污泥处理方式相比，无氧条件炭化不仅从根源上避免了污染物二噁英的产生，还实现了污泥的资源化利用，符合循环经济的环保理念；
(3)该高性能污泥活性炭为固体，易于运输和保存；
(4)实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标，解决了生物质固废的资源化利用问题。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明催化剂及其制备方法和应用，但不应认为本发明仅局限于以下的实例中。
本申请实施例中选用含水率为32％的造纸污泥，生物质材料选用椰壳，粘结剂选用CMC(羧甲基纤维素钠)。
实施例1
一种上述高性能污泥活性炭的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含水率为32％的造纸污泥原料经干燥脱水处理后，再经粉碎、过200目筛，得到造纸污泥粉末；
S2、将椰壳碎片经干燥脱水处理后，再经粉碎、过200目筛，得到椰壳粉末；
S3、将造纸污泥粉末、椰壳粉末和粘结剂CMC按照重量比为8：2：1的比例进行称量，并混合均匀，再加适量水捏合60min，得到混合物料；
S4、将混合物料输送至挤条机内进行造粒成型，得到φ10mm的圆柱形活性炭湿坯，再在60℃下，陈化处理8h，得到活性炭原胚料；
S5、将活性炭原胚料输送至炭化活化一体炉内，在炭化温度为600℃，炭化时间为0.5h，炭化升温温度为10℃/min的条件下进行热解炭化处理得到炭化料；
再选择物理活化方式，在活化温度为900℃，活化时间为1h，活化升温温度为10℃/min，水炭比为1：1的条件下进行高温活化处理，再经干燥、整粒、包装后得到高性能污泥活性炭成品。
实施例2
一种上述高性能污泥活性炭的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含水率为32％的造纸污泥原料经干燥脱水处理后，再经粉碎、过200目筛，得到造纸污泥粉末；
S2、将椰壳碎片经干燥脱水处理后，再经粉碎、过200目筛，得到椰壳粉末；
S3、将造纸污泥粉末、椰壳粉末和粘结剂CMC按照重量比为18：10：5的比例进行称量，并混合均匀，再加适量水捏合60min，得到混合物料；
S4、将混合物料输送至挤条机内进行造粒成型，得到φ10mm的圆柱形活性炭湿坯，再在60℃下，陈化处理8h，得到活性炭原胚料；
S5、将活性炭原胚料输送至炭化活化一体炉内，在炭化温度为400℃，炭化时间为3h，炭化升温温度为20℃/min的条件下进行热解炭化处理得到炭化料；
再选择物理活化方式，在活化温度为600℃，活化时间为3h，活化升温温度为30℃/min，水炭比为3：1的条件下进行高温活化处理，再经干燥、整粒、包装后得到高性能污泥活性炭成品。
实施例3
一种上述高性能污泥活性炭的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含水率为32％的造纸污泥原料经干燥脱水处理后，再经粉碎、过200目筛，得到造纸污泥粉末；
S2、将椰壳碎片经干燥脱水处理后，再经粉碎、过200目筛，得到椰壳粉末；
S3、将造纸污泥粉末、椰壳粉末和粘结剂CMC按照重量比为10：2：1的比例进行称量，并混合均匀，再加适量水捏合40min，得到混合物料；
S4、将混合物料输送至挤条机内进行造粒成型，得到φ10mm的圆柱形活性炭湿坯，再在60℃下，陈化处理8h，得到活性炭原胚料；
S5、将活性炭原胚料输送至炭化活化一体炉内，在炭化温度为700℃，炭化时间为0.5h，炭化升温温度为10℃/min的条件下进行热解炭化处理得到炭化料；
再选择物理活化方式，在活化温度为1000℃，活化时间为0.5h，活化升温温度为20℃/min，水炭比为1：2的条件下进行高温活化处理，再经干燥、整粒、包装后得到高性能污泥活性炭成品。
对比例1
本对比例为实施例1的对比实验例，主要区别在于：
步骤S3中，造纸污泥粉末、椰壳粉末和粘结剂CMC的重量比为6：4：1，其它制备工艺参数和流程均与实施例1相同。
对比例2
本对比例为实施例1的对比实验例，主要区别在于：
步骤S5中，炭化处理过程中，减小了炭化温度，炭化温度由600℃降低至400℃，其它制备工艺参数和流程均与实施例1相同。
对比例3
本对比例为实施例1的对比实验例，主要区别在于：
步骤S5中，高温活化处理过程中，减小了活化温度，炭化温度由900℃降低至600℃，其它制备工艺参数和流程均与实施例1相同。
实验测试
分别对实施例1，对比例1-3中制得的高性能污泥活性炭按照GB/T 30202《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法》进行性能测试，结果如表1所示。
表1
由表1中测试结果，将实施例1中制得的高性能污泥活性炭的性能指标与脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭的相关性能标准进行比较，其脱硫值、耐磨强度、耐压强度等指标均能够达到A型优级品的国家相关标准。
将对比例1中制得的高性能污泥活性炭的性能指标与脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭的相关性能标准进行比较，其脱硫值、耐磨强度、耐压强度等指标均能够达到A型合格品的国家相关标准。
与实施例1相比，对比例1中增加了椰壳材料的用量，制备的活性炭材料的脱硫性能显著提升，但是耐压强度较实施例1中的成品低。这主要是因为椰壳材料中的挥发分含量较高，灰分含量较低，且其灰分中主要是KOH，因此增大椰壳材料占比后不仅成品孔隙更加丰富复杂，成品内剩余的少量的KOH也进一步提升了脱硫性能，但是成品的耐压强度会下降。
将对比例2中制得的高性能污泥活性炭的性能指标与脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭的相关性能标准进行比较，其脱硫值、耐磨强度、耐压强度等指标均能够达到A型一级品的国家相关标准。
与实施例1相比，对比例2降低了炭化温度，制备的活性炭材料的脱硫性能显著下降，但是耐压强度较实施例1中的成品高。这主要是因为炭化温度较低，挥发的成分较炭化温度较高时挥发的量小，烧失量较小，因此孔隙复杂度低，脱硫效果有所降低，耐压强度显著提高。
将对比例3中制得的高性能污泥活性炭的性能指标与脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭的相关性能标准进行比较，其脱硫值、耐磨强度、耐压强度等指标均能够达到A型合格品的国家相关标准。
与实施例1相比，对比例3降低了活化温度，制备的活性炭材料脱硫性能显著下降，耐压强度较实施例1中的成品高。这主要是因为活化过程是活化剂与炭化料中单质炭的反应过程，既是扩旧孔创新孔的过程，也是破坏活性炭炭化过程形成的碳质骨架的过程，因此活化温度增大，活化过程更完全，导致材料孔隙更为复杂，脱硫值和脱硝率有所上升，但耐压强度会有明显的降低。
综上，本发明中的高性能污泥活性炭具有优异的吸附性能、强度高，可用于处理废气、废水和改良土壤，与现有活性炭相比，其制备过程能耗低，减少了化石能源和林业资源的浪费，降低了成本，市场竞争力强，工艺也较为简单，无二次污染，易于操作；与传统的污泥处理方式相比，无氧条件炭化不仅从根源上避免了污染物二噁英的产生，还实现了污泥的资源化利用，符合循环经济的环保理念；该高性能污泥活性炭为固体，易于运输和保存；实现城市污泥减量化、无害化、资源化处置的环保目标，解决了生物质固废的资源化利用问题。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种高性能污泥活性炭，其特征在于，包括如下组分：污泥、生物质材料和粘结剂；
其中，污泥、生物质材料和粘结剂的质量比为(50～90)：(10～50)：(5～25)；
各原料混合后，经过炭化、活化处理；
炭化处理在惰性气体环境下进行，炭化温度为400～700℃，炭化时间为0.5～3h，炭化升温温度为10～30℃/min；
活化处理过程中，活化温度为600～1000℃，活化时间为0.5～3h，活化升温温度为10～30℃/min。
2.根据权利要求1所述的高性能污泥活性炭，其特征在于，所述污泥为市政污泥、工业污泥、含油污泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高性能污泥活性炭，其特征在于，所述生物质材料为玉米秸秆、竹片、板栗壳、米糠、椰壳、坚果、松树、白木、杨树、棉籽壳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高性能污泥活性炭，其特征在于，所述粘结剂为煤焦油、木焦油、酚醛树脂、羧甲基纤维素、水玻璃、海泡石、膨润土、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高性能污泥活性炭，其特征在于，所述活化处理过程中，活化方式为化学活化、物理活化、物理-化学活化中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的高性能污泥活性炭，其特征在于，所述活化处理方式为物理活化，所采用的活化剂为空气、水蒸气、CO2中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的高性能污泥活性炭，其特征在于，所述活化剂为水蒸气，水蒸气与待炭化的混合物料的比例为(0.5～3)：1。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的高性能污泥活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将污泥经干燥脱水处理后，再经粉碎、过筛，得到污泥粉末；
S2、将生物质材料经干燥脱水处理后，再经粉碎、过筛，得到生物质材料粉末；
S3、将污泥粉末、生物质材料粉末和粘结剂以配方量比例混合均匀，并加适量水捏合，得到混合物料；
S4、将混合物料进行造粒成型，并经陈化处理得到活性炭原胚料；
S5、将活性炭原胚料经炭化、活化处理，得到高性能污泥活性炭。
9.根据权利要求8所述的高性能污泥活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，陈化温度为60～85℃，陈化时间8～24h。
10.一种权利要求1-7中任一项所述的高性能污泥活性炭的应用，其特征在于，所述高性能污泥活性炭用于处理废气、废水和改良土壤。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117431015A (zh) * | 2023-10-20 | 2024-01-23 | 木林森活性炭江苏有限公司 | 一种用于制备生物质活性炭的粘结剂及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2014030A1 (en) * | 1989-04-10 | 1990-10-10 | Denise M. Zupancic | Process for removal of organic pollutants from waste water |
| CN111453727A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-28 | 上海化工研究院有限公司 | 一种污泥-秸秆复合生物质活性炭的制备方法 |
| CN112938970A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-06-11 | 中晶城康资源再生利用技术有限公司 | 活性炭的制备方法及活性炭 |
| CN113003572A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-06-22 | 中晶城康资源再生利用技术有限公司 | 污泥制备活性炭的方法及活性炭 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2014030A1 (en) * | 1989-04-10 | 1990-10-10 | Denise M. Zupancic | Process for removal of organic pollutants from waste water |
| CN111453727A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-28 | 上海化工研究院有限公司 | 一种污泥-秸秆复合生物质活性炭的制备方法 |
| CN112938970A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-06-11 | 中晶城康资源再生利用技术有限公司 | 活性炭的制备方法及活性炭 |
| CN113003572A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-06-22 | 中晶城康资源再生利用技术有限公司 | 污泥制备活性炭的方法及活性炭 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117431015A (zh) * | 2023-10-20 | 2024-01-23 | 木林森活性炭江苏有限公司 | 一种用于制备生物质活性炭的粘结剂及其制备方法 |
| CN117431015B (zh) * | 2023-10-20 | 2024-04-09 | 木林森活性炭江苏有限公司 | 一种用于制备生物质活性炭的粘结剂及其制备方法 |
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