申请日2017.02.28
公开(公告)日2017.08.11
IPC分类号C04B33/132; C04B38/06; C04B41/85; C01B32/324; C01B32/342; B01J20/20; B01J20/30; B01D53/02
摘要
一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法，该方法包括如下步骤：取剩余污泥、畜禽粪便、双氧水、硅藻土和硝酸溶液，加热，得到固体A和液体A;将固体A浸泡并加热，调整溶液的pH值，得到固体B和液体B;将液体A调pH值，得到固体C和液体C;将固体C和B混合，烘干球磨，烘干煅烧，得到多孔陶瓷材料;将多孔陶瓷材料浸泡于液体B中，浓缩干燥，浸泡于浓磷酸中，静置，取出，炭化活化，得到载炭多孔陶瓷;将液体C浓缩，加入催化剂，加入脲和乙烯脲，将多孔陶瓷浸泡于该悬浊液中，超声振荡，静置吸附，取出多孔陶瓷，烘干，得到多孔陶瓷，回收浸泡液即为复合肥。本发明节能环保，具有很高的环境效益和经济效益。
权利要求书
1.一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)取新鲜的含水率均为80-85%的剩余污泥和牛粪，等质量混合，依次加入污泥和粪便总质量的10%-20%的质量百分含量为30%的双氧水、10%-30%的硅藻土，再按污泥和牛粪总质量与酸溶液体积比为1Kg:1L的比例，加入0.5-1mol/L的硝酸溶液，搅拌均匀，加热微沸10-20min，固液分离，得到固体A和液体A;
2)向固体A中加水至刚好浸没，用氢氧化钾调pH值11-12，并加热微沸30min，期间，调整并保持溶液的pH值为11-12，固液分离，得到固体B和液体B;
3)将液体A用氨水调pH值为8-9，搅拌均匀，静置12h，固液分离，得到固体C和液体C;
4)将固体C和固体B混合，105-150℃烘干，球磨6-8h，润湿加压10-20MPa成型，60-90℃烘干，于1000-1250℃下煅烧，得到多孔陶瓷材料;
5)将步骤四得到的多孔陶瓷材料浸泡于步骤二得到的液体B中，超声振荡10min，加热继续浓缩，蒸发，干燥，浸泡于质量百分浓度为85%的浓磷酸中，超声振荡吸附10min，静置浸泡12h，取出，隔绝空气条件下，于400-500℃炭化活化1h，得到载炭多孔陶瓷;
6)将液体C加热浓缩至近饱和，加入占液体C质量的1-5%纳米催化剂粉体，光辐照下搅拌60-120min后，加入液体C质量5-10%的脲和5-10%的乙烯脲，超声分散成悬浊液，将步骤五得到的载炭多孔陶瓷浸泡于该悬浊液中，继续超声振荡20-30min，静置吸附，将悬浊液反复滤过多孔陶瓷，待液体澄清，取出载炭多孔陶瓷，用压缩空气轻轻吹去外表面残液，50℃真空烘干，得到去除甲醛和氮氧化物的多孔陶瓷，回收浸泡液即为农用复合肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述的污泥为城市污水处理厂排放的剩余污泥。
3.根据权利要求1所述的一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述的步骤四中煅烧方法为：以3.6℃/min的升温速度升到360 ℃, 并在此温度下保温30 min，再以5℃/min的速度继续升温到烧成温度, 并保温10-20 min，炉内冷却到室温。
4.根据权利要求1所述的一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述的步骤六中加入的纳米催化剂粉体为纳米钛酸钙粉体、纳米钛酸锶粉体、纳米钒酸铋粉体和纳米二氧化钛粉体中的一种或几种。
说明书
一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法
技术领域
本发明属于环境生态技术领域，具体涉及一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法。
背景技术
污水处理厂排放的大量的剩余污泥和养殖业排放的畜禽粪便都是富含有机物和重金属等有害物质的固体废弃物。目前，各国对于污泥，常采用卫生填埋、焚烧和堆肥等方法处理;而畜禽粪便常用于生产有机肥料。但是卫生填埋需要大量的土地，也存在着环境安全隐患，焚烧法成本高，污染空气，堆肥和制作有机肥料难以解决重金属污染问题。李志光等采用双氧水等为氧化剂，金属氧化物和粉煤灰等的混合物为氧化导向剂，对污泥进行处理，降低了污泥的水分和化学需氧量，但是该方法没有彻底解决污泥的污染问题，污泥中的有用物质没有回收利用(发明专利，申请号201210562724.6，一种处理污泥的方法);污泥的资源化利用是最理想的方案，将污泥作为一种成分添加烧制建筑用砖，制水泥，制陶瓷和制备活性炭等(李鸿江等，污泥资源化利用技术，冶金工业出版社，2010年;周中德，发明专利，污泥环保砌块，授权公告号CN 102627433 B)。在烧制水泥、制砖和烧制陶粒应用技术中，都是将干缩污泥直接加入，这样受产品有害物质限量的影响，使用过程中污泥的添加量有限，而且污泥中有用的蛋白质类物质直接烧掉，没有得到利用;污泥制活性炭杂质高，产率低。而在畜禽粪便利用方面，曹进(发明专利，申请号：201310511848.6，一种利用畜禽粪便生产有机肥料的方法)采用向畜禽粪便中添加吸附剂，混合后发酵的方法，制备有机肥;李荣华(李荣华，西北农林科技大学，博士学位论文，添加重金属钝化剂对猪粪好氧堆肥的影响研究， 2013)采用玉米秸秆为调理剂，以工业废弃物粉煤灰、风化煤和膨润土为重金属钝化剂，发酵处理畜禽粪便，等等。这些仅仅依靠发酵的方法不能有效去除抗生素等有害物质，对重金属的钝化只是临时改变了重金属的状态，重金属依然存在粪肥中，依然存在着环境风险。近年来，一些养牛企业，将牛粪焚烧发电，但是，牛粪中含水率较高，需要干燥处理，耗费能源，同时，牛粪中含有的纤维素、木质素、蛋白质和胶体物质以及金属等物质都被烧掉，探索综合利用这些有用成分，是处理牛粪的最佳选择。
发明内容
本发明的目的是，提供一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法。污泥中含有以微生物残体为主的有机物，还含有一定量的重金属等有害物质;牛粪中含有大量的纤维素和木质素以及蛋白质和胶体物质，也含有一定量的金属，将污泥和牛粪混合后用催化氧化法消灭微生物等有害物质，破坏污泥微生物细胞壁，充分提取氨基酸类物质，再通过酸提取金属，并生成氢氧化物沉淀，由于牛粪胶体物质的络合絮凝作用，使得牛粪和污泥中的重金属离子沉淀更为彻底;将各步骤提取的剩余物混合即可烧制多孔陶瓷材料，再将提取液中的催化剂等有效成分修饰于多孔陶瓷上，即可得到气体净化材料，可用于吸附分解净化甲醛和氮氧化物。处理和利用污泥和牛粪的同时制备高性能除甲醛和氮氧化物材料，污泥和牛粪中的各组分均得以充分利用，无二次污染，节能环保，具有很高的环境效益和经济效益。
采用的技术方案是
一种利用污泥和牛粪制备气体净化多孔陶瓷的方法，该方法包括如下步骤：
1)取新鲜的含水率均为80-85%的剩余污泥和牛粪，等质量混合，依次加入污泥和粪便总质量的10%-20%的质量百分含量为30%的双氧水、10%-30%的硅藻土，再按污泥和牛粪总质量与酸溶液体积比为1Kg:1L的比例，加入0.5-1mol/L的硝酸溶液，搅拌均匀，加热微沸10-20min，固液分离，得到固体A和液体A;
2)向固体A中加水至刚好浸没，用氢氧化钾调pH值11-12，并加热微沸30min，期间，调整溶液的pH值为11-12，固液分离，得到固体B和液体B;
3)将液体A用氨水调pH值为8-9，搅拌均匀，静置12h，固液分离，得到固体C和液体C;
4)将固体C和固体B混合，105-150℃烘干，球磨6-8h，润湿加压10-20MPa成型，60-90℃烘干，于1000-1250℃下煅烧，得到多孔陶瓷材料;
5)将步骤四得到的多孔陶瓷材料浸泡于步骤二得到的液体B中，超声振荡10min，加热继续浓缩，蒸发，干燥，浸泡于质量百分浓度为85%的浓磷酸中，超声振荡吸附10min，静置浸泡12h，取出，隔绝空气条件下，于400-500℃炭化活化1h，得到载炭多孔陶瓷;
6)将液体C加热浓缩至近饱和，加入占液体C质量的1-5%纳米催化剂粉体，光辐照下搅拌 60-120min后，加入液体C质量5-10%的脲和5-10%的乙烯脲，超声分散成悬浊液，将步骤五得到的载炭多孔陶瓷浸泡于该悬浊液中，继续超声振荡20-30min，静置吸附，将悬浊液反复滤过多孔陶瓷，待液体澄清，取出载炭多孔陶瓷，用压缩空气轻轻吹去外表面残液，50℃真空烘干，得到去除甲醛和氮氧化物的多孔陶瓷，回收浸泡液即为农用复合肥。
所述的污泥为城市污水处理厂排放的剩余污泥。
所述的步骤四中煅烧方法为：以3.6℃/min的升温速度升到360℃,并在此温度下保温30min。再以5℃/min的速度继续升温到烧成温度,并保温10-20min，炉内冷却到室温。
所述的步骤六中加入的纳米催化剂粉体为纳米钛酸钙、纳米钛酸锶、纳米钒酸铋和纳米二氧化钛中的一种或几种。
本发明的优点在于，综合处理和利用污泥和牛粪的同时制备高性能除甲醛和氮氧化物材料，污泥和牛粪中的各组分均得以充分利用，无二次污染，节能环保，具有很高的环境效益和经济效益。