申请日2017.08.10
公开(公告)日2017.10.24
IPC分类号C01B32/324; C01B32/348; C01B32/354
摘要
本发明涉及一种污泥添加钢渣热解制备活性炭的方法，将污泥与钢渣按一定比例混合均匀，加入一定量的活化剂，将污泥、钢渣、活化剂的混合物在一定温度下隔绝空气加热，恒温一段时间，取出固体产物并冷却，对固体产物进行粉碎，即得到污泥活性炭;为提高污泥活性炭的吸附能力，对污泥活性炭进行酸洗和蒸馏水洗涤，干燥后污泥活性炭碘值提高。本发明不仅可提供污泥和钢渣等固体废弃物的处理方案，同时也开发了更为廉价污泥活性炭，污泥活性炭可用于环境污染治理，具有广阔的前景。
权利要求书
1.污泥添加钢渣热解制备活性炭的方法，其特征在于，包括与以下步骤：
A.将污泥与钢渣按一定比例混合均匀;
B.加入一定量的活化剂，从而得到混合物;
C.将上述混合物在一定温度下隔绝空气加热，恒温一段时间后取出固体产物并冷却，对固体产物进才粉碎，即得到污泥活性炭产品;
优选还包括步骤D.为提高污泥活性炭的吸附能力，对污泥活性炭进行酸洗和蒸馏水洗涤，干燥后污泥活性炭碘值提高。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：城市污泥、化工有机污泥、油泥等中的一种或几种。
3.根据权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于：所述钢渣干基质量占污泥与钢渣混合物总干基质量的百分比为0%～30%，优选为0%～25%，再次优选为1%～25%。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：所述活化剂为KOH、ZnCl2、H3PO4等中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于：所述活化剂占污泥与钢渣混合物总质量干基的百分比为0%～20%，优选为0%～18%。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于：所述隔绝空空气加热进行热解的温度为300℃～800℃，优选为300℃～700℃。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于：所述恒温一段时间为30min～150min，优选为30min～120min。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于：所述对污泥活性炭进行酸洗中酸为盐酸、硝酸、氢氟酸等中的一种或几种。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于：所述对污泥活性炭进行酸洗中酸的摩尔浓度为1mol/L-2mol/L。优选，所述对污泥活性炭进行酸洗中酸的温度为10℃～50℃。
10.根据权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于：所述对污泥活性炭进行蒸馏水洗涤中蒸馏水的温度为50℃～70℃。
说明书
一种污泥添加钢渣热解制活性炭的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，具体涉及污泥添加钢渣热解制活性炭的方法。
背景技术
城市污泥是污水处理厂生化处理运行中产生的主要固体废物，城市污泥成分复杂、含大量水分、易腐恶臭、易污染地下水和影响环境卫生，若处理不当易造成二次污染。随着我国城市化、工业化水平不断提高，城市污水处理厂大规模兴建和运营。据住建部最新统计，截至2016年6月底，全国市县建成3934座污水处理厂。这将给污泥的快速、安全、规模化处理带来巨大压力。传统的污泥处理处置方式，如卫生填埋、土地利用、焚烧等，易受到填埋点及高环境风险的限制。如何安全有效地处理处置城市污泥，成为环境保护及城市可持续发展的热点问题。
由于污泥中含有较多的有机质，目前国内外研究主要趋向于对其进行资源化利用。其中，污泥热解制备活性炭已引起广泛关注。脱水污泥中含有大量有机物，其组成可用分子式C5H7NO2表示，理论含碳量约为53%，是制备活性炭的廉价材料。但与商业活性炭相比，污泥活性炭吸附量小，难以工业化应用。已有一部分研究者在污泥制备活性炭过程中添加一定量的添加剂以提高活性炭质量。
钢渣是炼钢过程中产生的固体废物，钢渣主要成分是CaO、Fe2O3等，这些是良好的化学反应催化剂，在污泥热解制备活性炭过程中添加钢渣，可在污泥炭化过程中起催化作用、有助于污泥炭化中成孔，提高污泥活性炭的吸附性能，同时钢渣中含有一定量SiO2、Al2O3，这些在污泥炭化时能够给新生的污泥炭提供骨架，有助于更多的污泥炭沉积其上，有利于提高污泥活性炭的吸附效果。目前，中国钢渣年产生量超过1亿t，但其利用率却不足30%。开展钢渣资源高效综合利用可以避免占用土地、污染环境，实现钢铁工业的可持续发展。
本发明不仅可提供固体废物(城市污泥和钢渣)处理方案，由于商品活性炭的成本较高，降低污泥热解处理的成本的同时也开发了更为廉价活性炭材料，而且符合国家的环保政策，推进污泥处理处置，为污泥热解技术的工程化应用提供技术支持，也有益于冶金企业的发展及转型，可为企业高值利用钢渣和企业转型提供资源化技术参考，具有重要的理论及现实价值。
发明内容
本发明旨在提供一种投资小、费用低、变废为宝的污泥与钢渣热解制备活性炭的方法。
本发明涉及一种污泥添加钢渣热解制备活性炭的方法，包括与以下步骤：
A.将污泥与钢渣按一定比例混合均匀;
B.加入一定量的活化剂，从而得到混合物;
C.将上述混合物在一定温度下隔绝空气加热，恒温一段时间后取出固体产物并冷却，对固体产物进才粉碎，即得到污泥活性炭产品;
优选还包括步骤D.为提高污泥活性炭的吸附能力，对污泥活性炭进行酸洗和蒸馏水洗涤，干燥后污泥活性炭碘值提高。
其中，城市污泥、化工有机污泥、油泥等中的一种或几种。
其中，所述钢渣干基质量占污泥与钢渣混合物总干基质量的百分比为0%～30%，优选为0%～25%，再次优选为1%～25%。
其中，所述活化剂为KOH、ZnCl2、H3PO4等中的一种或几种。
其中，所述活化剂占污泥与钢渣混合物总质量干基的百分比为0%～20%，优选为0～18%。
其中，所述隔绝空空气加热进行热解的温度为300℃～800℃，优选为300℃～700℃。
其中，所述恒温一段时间为30min～150min，优选为30min～120min。
其中，所述对污泥活性炭进行酸洗中酸为盐酸、硝酸、氢氟酸等中的一种或几种。
其中，所述对污泥活性炭进行酸洗中酸的摩尔浓度为1mol/L～2mol/L。优选，所述对污泥活性炭进行酸洗中酸的温度为10℃～50℃。
其中，：所述对污泥活性炭进行蒸馏水洗涤中蒸馏水的温度为50℃～70℃。
本发明的优势有：
A.协同处理两种固体废物，城市污泥和钢渣;
B.降低活性炭制备成本，由于商品活性炭的成本较高，污泥显然是更为廉价的活性炭制备材料;
C.降低污泥热解处理的成本，为污泥热解技术的工程化应用提供技术支持;
D.有益于冶金企业的发展，可为冶金企业高值利用钢渣等冶金固体废弃物提供资源化技术参考。
具体实施方式
实施例1
将城市污泥，隔绝空气加热到500℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为321mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例2
将城市污泥与钢渣均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，隔绝空气加热到300℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为360mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例3
将城市污泥与钢渣均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的1%，隔绝空气加热到500℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为364mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例4
将城市污泥与钢渣均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，隔绝空气加热到500℃，恒温30min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为354mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例5
将城市污泥与钢渣均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的25%，隔绝空气加热到500℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为385mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例6
将城市污泥、钢渣与活化剂均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，活化剂KOH干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的11%，隔绝空气加热到700℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为508mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例7
将城市污泥、钢渣与活化剂均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，活化剂KOH干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的18%，隔绝空气加热到700℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为462mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例8
将城市污泥、钢渣与活化剂均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，活化剂ZnCl2干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，隔绝空气加热到700℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为501mg/g的活性炭产品，如表1所示。
实施例9
将城市污泥、钢渣与活化剂均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的30%，活化剂H3PO4干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的20%，隔绝空气加热到800℃，恒温150min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为361的活性炭产品，如表1所示。
表1污泥活性炭的碘值
实施例10
将城市污泥、钢渣与活化剂均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，活化剂KOH干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的11%，隔绝空气加热到700℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，用1mol/L、50℃的盐酸和70℃的蒸馏水洗涤，干燥后得到碘值为643mg/g的活性炭产品，如表2所示。
实施例11
将城市污泥、钢渣与活化剂均匀混合，钢渣干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10%，活化剂KOH干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的11%，隔绝空气加热到700℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，用2mol/L、10℃的的氢氟酸和50℃的蒸馏水洗涤，干燥后得到碘值为738mg/g的活性炭产品，如表2所示。
表2酸洗污泥活性炭的碘值
上述实施例虽然只列举了盐酸、氢氟酸作为优选实施例，但是其只是优选的列举，硝酸可以应用于本发明的所述方法。
上述实施例虽然只列举了城市污泥作为优选实施例，但是其只是优选的列举，任何形式的污泥原料均可以应用本发明的所述方法。污泥包括但不限于城市污泥、化工有机污泥、油泥等中的一种或几种。