申请日2017.02.28
公开(公告)日2017.08.15
IPC分类号C04B33/132; C04B38/00; C04B38/10; C04B41/85; C02F1/28; B01D53/04; C02F101/20; C02F101/36; C02F101/38
摘要
一种利用污泥和牛粪制备多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法，该方法包括如下步骤：取新鲜的剩余污泥，调整含水率，加入纳米钛酸钙、硅藻土、双氧水，加入盐酸溶液，得到固体A和液体A;取牛粪加入液体A和硫酸，加热保持微沸，逐滴加入硝酸银溶液，得到固体B和液体B;调整液体B的pH值，得到固体C和泡沫液;将固体B浸没于氢氧化钠溶液中，调整并保持pH值，得到固体D和液体D;将固体A、固体C和固体D混合，烘干，球磨，润湿成型，干燥煅烧，得到多孔陶瓷;将液体D中加入催化剂，再将多孔陶瓷浸泡于其中，烘干，炭化活化烘干，得到多孔陶瓷复合材料，本发明废物利用，物二次污染，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多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80-85%，加入污泥质量的0.1-2%的纳米钛酸钙、10-20%的硅藻土、10-20%的质量百分含量为30%的双氧水，再按污泥质量与酸体积比为1Kg:1L的比例，加入0.1-0.2mol/L的盐酸溶液，搅拌均匀，加热微沸20-40min，固液分离，得到固体A和液体A;
2)取与污泥等质量的含水率为80-85%的新鲜牛粪，加入步骤一得到液体A和占步骤一中加入的盐酸体积的5-10%的5mol/L的硫酸，搅拌均匀，加热至80-100℃，搅拌反应10-20min，得到污泥混合物;另取与步骤一中加入的盐酸等摩尔的硝酸银，溶解于步骤一中加入的盐酸溶液体积的1/10的水中，然后，在剧烈搅拌下，逐滴将硝酸银溶液加入污泥混合物中，滴完后，继续搅拌20min，反应完全，固液分离，得到固体B和液体B;
3)用氢氧化钙调整液体B的pH值为6-8，静置沉淀，固液分离，得到固体C和泡沫液;
4)向固体B中加水至刚好浸没固体，搅拌均匀，用氢氧化钠调pH值11-12，加热到80-100℃，继续搅拌，补加氢氧化钠，使溶液pH值保持在11-12，搅拌反应10-20min，冷却到室温，固液分离，得到固体D和液体D;
5)将固体A、固体C和固体D混合，120℃烘干，球磨2-8h，润湿成型，70-90℃烘干，于950-1250℃煅烧，得到多孔陶瓷;
6)将步骤四得到的液体D中加入步骤五得到的多孔陶瓷质量的1-5%的催化剂，超声分散，再将多孔陶瓷浸泡于其中，继续超声振荡，同时加热浓缩至干，105℃干燥，置于炭化炉内，氮气保护下于400-500℃炭化40-120min，再置于活化炉内，通入多孔陶瓷材料质量的1倍的水蒸气，于800-1000℃活化20-30min，水洗，105℃烘干，得到多孔陶瓷复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用污泥和牛粪制备多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法，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多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法，其特征在于，所述的步骤五中煅烧方法为：以4℃/min的升温速度升到382 ℃, 并在此温度下保温30 min，再以相同的升温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多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法，其特征在于，所述的步骤六中加入催化剂为纳米钛酸钙粉体、纳米钛酸锶粉体和纳米钒酸铋粉体中的一种或几种。
说明书
一种利用污泥和牛粪制备多孔陶瓷复合材料和泡沫液方法
技术领域
本发明属于环境生态技术领域，具体涉及一种利用剩余污泥和牛粪制备多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法。
背景技术
污水处理厂排放的大量的剩余污泥是环境领域的一大难题。目前，各国常采用卫生填埋、焚烧和堆肥等方法处理。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，堆肥法难以解决重金属污染问题。污泥中含有很多无机物和蛋白质类物质，污泥的资源化利用是最理想的方案。目前已经有很多新的方法报道，如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CN102627433 B)。污泥含碳量相对较低，杂质含量较高，制备活性炭成本高，品质差;在烧制建筑用砖、制水泥和制陶粒应用技术中，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。提取污泥中的蛋白质制备泡沫混凝土用发泡液是污泥资源化利用的另一个热点，目前的提取方法有：采用射线辐照法、酶催化法、酸高压热催化水解法和碱高压热催化水解法等(相玉琳， 60Co C-ray/H2O2法与化学法对污泥蛋白发泡液性能的改善研究，天津大学，硕士论文，2011 年;李亚东，用污泥水解蛋白质生产泡沫混凝土的方法，发明专利，CN100441545C;污泥蛋白提取资源化技术研究进展，唐霞等，广东化工，2013.12:97)。这些方法中，60Co C-ray/H2O2法成本高;酶法不易控制，运行成本高;酸或碱热解法都需要高温(一般120-140℃)和高压条件，对设备要求高;同时这些方法提取蛋白质溶液还需添加茶多酚、环糊精和蔗糖等添加剂，才能用于发泡，而且，污泥提取蛋白质后的还会产生大量的固体废弃物，没能综合利用。梁林华和梁彬采用生石灰改性污泥，直接与水泥混合，加入发泡剂，制备污泥发泡轻质混凝土(发明专利：ZL200810171725.1，污泥处理方法和该方法生产的污泥发泡轻质混凝土及用途)。该方法虽然综合利用了污泥制备了轻质发泡混凝土，但是该方法需要额外添加发泡剂，成本提高;而且，污泥成分复杂，杂质未去除，会影响混凝土的强度和耐久性;同时，污泥中的重金属等有害物质未去除或很好地固化，混在混凝土中，随着混凝土材料的风化脱落和日后的拆除，会进入环境，存在严重的环境污染风险。
在传统农业中，牛粪都是堆肥后用于农业生产，但是，在现代的养牛产业中，为了提高肉和奶的产量和品质，以及防病治病需要，会在饲料里添加大量的富含微量元素的营养成分和各种添加剂，牛进食后，这些物质有很大一部分会以原形的形式随粪尿排泄出来，所以，畜禽粪便中除了含有蛋白质、氨基酸和纤维素木质素外，还会含有大量的铜铁锌等重金属，以及抗生素和生长促进剂等有害物质。传统的堆肥法，不能有效去除这些有害物质，这些有害物质随粪肥进入土壤，会对农产品和环境造成严重的危害。曹进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(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)，李荣华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，(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)等等。这些仅仅依靠发酵的方法不能有效去除重金属和抗生素等有害物质，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重金属等物质都是宝贵的资源，探索综合利用这些有用成分，是处理牛粪的最佳选择。
多孔陶瓷作为水处理和空气净化材料已有多年的应用，毛凯等采用纳米银-二氧化钛负载多孔堇青石泡沫陶瓷催化剂对雌激素炔雌醇(EE2)的去除率和大肠杆菌灭活率分别91.7%和99% (毛凯等，发明专利，申请号：201210033426.8，采用纳米银-二氧化钛负载多孔堇青石泡沫陶瓷催化剂及制备);林宜山采用植物提取液负载于多孔陶瓷上，制备了空气净化材料，起到清新空气的作用(发明专利，申请号02141474.2，长效型的多孔陶瓷空气净化器);奉向东等，采用添加磷化物的方法制备了吸附重金属用多孔陶瓷材料(奉向东等，申请号 201610356330.3，用于吸附重金属的多孔陶瓷材料的制备方法)等等，这些方法都是采用普通原料制备的，成本较高。
发明内容
本发明的目的，是提供一种利用污泥和牛粪制备多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法。能无害化、综合利用和处理畜禽粪便和剩余污泥，制备高性能的廉价的水和空气净化材料和建筑用泡沫液。
采用的技术方案是
一种利用污泥和牛粪制备多孔陶瓷复合材料和泡沫液的方法，该方法包括如下步骤：
1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80-85%，加入污泥质量的0.1-2%的纳米钛酸钙、10-20%的硅藻土、10-20%的质量百分含量为30%的双氧水，再按污泥质量与酸体积比为1Kg:1L的比例，加入0.1-0.2mol/L的盐酸溶液，搅拌均匀，加热微沸20-40min，固液分离，得到固体 A和液体A;
2)取与污泥等质量的含水率为80-85%的新鲜牛粪，加入步骤一得到液体A和占步骤一中加入的盐酸体积的5-10%的5mol/L的硫酸，搅拌均匀，加热至80-100℃，搅拌反应10-20min，得到污泥混合物;另取与步骤一中加入的盐酸等摩尔的硝酸银，溶解于步骤一中加入的盐酸溶液体积的1/10的水中，然后，在剧烈搅拌下，逐滴将硝酸银溶液加入污泥混合物中，滴完后，继续搅拌20min，反应完全，固液分离，得到固体B和液体B;
3)用氢氧化钙调整液体B的pH值为6-8，静置沉淀，固液分离，得到固体C和泡沫液;
4)向固体B中加水至刚好浸没固体，搅拌均匀，用氢氧化钠调pH值11-12，加热到80-100℃，继续搅拌，补加氢氧化钠，使溶液pH值保持在11-12，搅拌反应10-20min，冷却到室温，固液分离，得到固体D和液体D;
5)将固体A、固体C和固体D混合，120℃烘干，球磨2-8h，润湿成型，70-90℃烘干，于950-1250℃煅烧，得到多孔陶瓷;
6)将步骤四得到的液体D中加入步骤五得到的多孔陶瓷质量的1-5%的催化剂，超声分散，再将步骤五得到的多孔陶瓷浸泡于其中，继续超声振荡，同时加热浓缩至干，105℃干燥，置于炭化炉内，氮气保护下于400-500℃炭化40-120min，再置于活化炉内，通入多孔陶瓷材料质量的1倍的水蒸气，于800-1000℃活化20-30min，水洗，105℃烘干，得到多孔陶瓷复合材料，可用于空气净化和废水处理。
所述的畜禽粪便为草食性和杂食性动物的粪便。
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4℃/min的升温速度升到382℃,并在此温度下保温30min。再以相同的升温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催化剂为纳米钛酸钙粉体、纳米钛酸锶粉体和纳米钒酸铋粉体中的一种或几种。
本发明的优点在于，制备高性能空气净化材料和建筑上泡沫混凝土用泡沫液的同时，无害化、资源化综合利用剩余污泥和牛粪，废物利用，无二次污染，具有很高的环境效益和经济效益。