CN108373248A - 一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，将脱水污泥空气干燥，粉碎成污泥颗粒；将干燥后的污泥颗粒放入不锈钢反应釜中，加入蒸馏水，密封，磁力搅拌，加热后反应；反应结束后，冷却、清洗、真空过滤，得到前驱产物；将前驱产物浸入活化剂和催化剂溶液中，密封浸泡振荡，真空过滤，经空气干燥后，加热，反应；然后冷却、清洗、干燥，即得多孔磁性活性焦。本发明工艺过程简单、快速，安全性好，反应温和，能耗低，所得活性焦孔隙结构发达，具有良好的磁性，易于回收进行再生重复利用，能够广泛应用于废水和废气治理中，大大拓展了污泥资源化利用领域，具有显著的经济效益和环境效益。

Description

一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法
技术领域
本发明属于废弃物资源化技术领域，特别涉及一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法。
背景技术
据统计，我国2016年城市污水处理剩余污泥产量高达4300万吨(含水率80％)，现阶段主要的处理方法包括好氧/厌氧消化，脱水干化焚烧，以及卫生填埋等。然而，我国污泥产生量巨大，现阶段的处理容量严重不足，因此污泥的安全处理与处置已成为我国急需解决的环境问题之一，直接影响着生态环境安全和人体健康。
近年来，已有较多针对污水处理剩余污泥无害化和减量化方面的研究和应用，如污泥厌氧/好氧消化、热化学水解、超声破解、微波处理、高级氧化技术等，但关于污泥资源化利用技术方面的研究相对较少。申请人课题组前期采用水热碳化技术对生物污泥脱水和减量化效能进行了研究，发现将生物污泥转化为水热焦是一条具有可行性的资源化途径，热值可达15-18MJ/kg，可作为衍生固体燃料进行利用(专利授权号：ZL 201410143389.5)。尽管如此，由于其比表面积较小，难以作为吸附剂用于重金属和有机污染废水处理中，从而限制了其资源化利用范围。因此，研究并拓展污泥资源化利用领域，开发快速、低耗、易回收的多孔结构磁性活性焦制备技术，对污泥减量化和资源化附加值的提升具有重要意义和应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何制备孔隙结构发达的磁性活性焦。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于，步骤为：
步骤1：将脱水污泥空气干燥，粉碎成污泥颗粒；将干燥后的污泥颗粒放入不锈钢反应釜中，加入蒸馏水，密封，磁力搅拌，加热后反应；反应结束后，冷却、清洗、真空过滤，得到前驱产物；
步骤2：将步骤1制备的前驱产物浸入活化剂和催化剂溶液中，密封浸泡振荡，真空过滤，经空气干燥后，加热，反应；然后冷却、清洗、干燥，即得多孔磁性活性焦。
优选地，所述步骤1中，脱水污泥含水率为60％-80％。
优选地，所述步骤1中，污泥颗粒的直径为1-3mm。
优选地，所述步骤1中，脱水污泥和蒸馏水的质量比为0.2-3.0。
优选地，所述步骤1中，磁力搅拌速率为500-800r/min。
优选地，所述步骤1中，加热至160-260℃后反应0.5-2h。
优选地，所述步骤1中，清洗包括盐酸冲洗、乙醇或丙酮浸泡、蒸馏水冲洗，其中盐酸浓度为0.1-0.5mol/L，乙醇或丙酮体积分数为50％-85％。
优选地，所述步骤2中，活化剂为氯化锌、氢氧化钾、碳酸钾、磷酸或磷酸二氢钠；活化剂与脱水污泥的质量比为0.05-0.20。
优选地，所述步骤2中，催化剂为新生态氢氧化铁或氢氧化亚铁；催化剂和脱水污泥的质量比为0.1-0.5。
优选地，所述步骤2中，密封浸泡振荡2-8h，振荡速率为100-300r/min；经空气干燥后在500-700℃下反应30-120min。
本发明所制备的磁性活性焦可以作为废水和废气治理吸附剂、高级氧化自由基激活剂和固体燃料进行应用。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明制备工艺方法简单快速，安全性好，反应温和，能耗低，所得活性焦孔隙结构发达，具有良好的磁性，克服了单一水热碳化所得水热焦比表面积和孔体积小的缺陷，而且易于回收进行再生重复利用，能够广泛应用于废水和废气治理中。
(2)本发明利用蒸馏水在亚临界状态下的特殊物化性质和溶剂化效应，实现对污泥的碳化和成型过程，不仅能耗要比传统热解方法低，而且还可以大大缩短反应时间。
(3)本发明不仅可以将污泥进行无害化和减量化处理，还可以获得孔隙结构发达的磁性活性焦，大大拓展了污泥资源化利用领域，具有显著的经济效益和环境效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
将含水率为80％的脱水污泥进行空气干燥，粉碎成直径约为1mm的颗粒，取5g放入体积为100mL的不锈钢反应釜中，加入5mL蒸馏水，密封，控制磁力搅拌速度为500r/min，加热至160℃反应0.5h，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，倒出反应所得的固液混合物于烧杯中，使用10mL浓度为0.1mol/L盐酸冲洗，再用10mL体积分数为85％的乙醇浸泡，然后使用50mL蒸馏水冲洗，真空过滤，最后称重后得到2.9g前驱产物。
称取2.5g上述所得的前驱产物于装有50mL蒸馏水的锥形瓶中，然后分别加入0.5g新生态氢氧化铁和0.25g氯化锌，密封，在100r/min速率下浸泡振荡2h，然后真空过滤，经空气干燥后在500℃下反应30min，冷却至室温，使用10mL浓度为0.1mol/L盐酸和10mL蒸馏水冲洗，然后在105℃下干燥24h，即得多孔磁性活性焦。经测定，该活性焦热值为14.6MJ/kg，比表面积为167m2/g，饱和磁化强度为6.58emu/g，其对水中四环素抗生素的饱和吸附量可达52.7mg/g。
实施例2
将含水率为60％的脱水污泥进行空气干燥，粉碎成直径约为3mm的颗粒，取10g放入体积为100mL的不锈钢反应釜中，加入20mL蒸馏水，密封，控制磁力搅拌速度为800r/min，加热至260℃反应2h，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，倒出反应所得的固液混合物于烧杯中，使用20mL浓度为0.1mol/L盐酸冲洗，再用20mL体积分数为50％的丙酮浸泡，然后使用40mL蒸馏水冲洗，真空过滤，最后称重后得到4.5g前驱产物。
称取2.5g上述所得的前驱产物于装有50mL蒸馏水的锥形瓶中，然后分别加入0.25g新生态氢氧化亚铁和0.75g氢氧化钾，密封，在300r/min速率下浸泡振荡8h，然后真空过滤，经空气干燥后在700℃下反应120min，冷却至室温，使用10mL浓度为0.1mol/L盐酸和10mL蒸馏水冲洗，然后在105℃下干燥24h，即得多孔磁性活性焦。经测定，该活性焦热值为18.6MJ/kg，比表面积为421m2/g，饱和磁化强度为7.08emu/g，其对水中四环素抗生素的饱和吸附量可达98.4mg/g。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于，步骤为：
步骤1：将脱水污泥空气干燥，粉碎成污泥颗粒；将干燥后的污泥颗粒放入不锈钢反应釜中，加入蒸馏水，密封，磁力搅拌，加热后反应；反应结束后，冷却、清洗、真空过滤，得到前驱产物；
步骤2：将步骤1制备的前驱产物浸入活化剂和催化剂溶液中，密封浸泡振荡，真空过滤，经空气干燥后，加热，反应；然后冷却、清洗、干燥，即得多孔磁性活性焦。
2.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤1中，脱水污泥含水率为60％-80％。
3.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤1中，污泥颗粒的直径为1-3mm。
4.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤1中，脱水污泥和蒸馏水的质量比为0.2-3.0。
5.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤1中，磁力搅拌速率为500-800r/min。
6.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤1中，加热至160-260℃后反应0.5-2h。
7.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤1中，清洗包括盐酸冲洗、乙醇或丙酮浸泡、蒸馏水冲洗，其中盐酸浓度为0.1-0.5mol/L，乙醇或丙酮体积分数为50％-85％。
8.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤2中，活化剂为氯化锌、氢氧化钾、碳酸钾、磷酸或磷酸二氢钠；活化剂与脱水污泥的质量比为0.05-0.20。
9.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤2中，催化剂为新生态氢氧化铁或氢氧化亚铁；催化剂和脱水污泥的质量比为0.1-0.5。
10.如权利要求1所述的一种基于脱水污泥快速制备多孔磁性活性焦的方法，其特征在于：所述步骤2中，密封浸泡振荡2-8h，振荡速率为100-300r/min；经空气干燥后在500-700℃下反应30-120min。
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