申请日2016.05.23
公开(公告)日2016.08.10
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F11/00; B01J23/34
摘要
本发明是为解决对活性炭材料进行金属氧化物负载的研究，是对负载型污泥活性炭的实用性及应用领域的研究。目的在于提供一种载锰污泥活性炭材料及其制备方法。本发明的载锰污泥活性炭包含：质量分数比为55%～85%的污泥活性炭和质量分数比为15%～45%的金属锰。其中，污泥活性炭是用剩余污泥干燥制成，锰离子以氧化物中的锰离子状态附着在污泥活性炭的表面。其制备方法包括制备污泥炭胚、活化处理、碳化处理、漂洗处理、烘干处理和金属负载处理六个步骤。得到的本发明的载锰污泥活性炭粒分布均匀，孔径发达，比表面积较大，在臭氧氧化有机废水过程中发挥了较好的催化活性。且制备步骤简单，生产成本较低。
摘要附图
权利要求书
1.一种载锰污泥活性炭，其特征在于，包含：
质量分数比为55%～85%的污泥活性炭;以及
质量分数比为15%～45%的锰元素，
其中，所述污泥活性炭是用生活污水处理后的剩余污泥干燥制成，
所述锰元素是以存在于氧化物中的锰离子状态附着在所述污泥活性炭的表面。
2.根据权利要求1所述的一种载锰污泥活性炭，其特征在于：
其中，所述锰离子包括四价锰离子。
3.根据权利要求2所述的一种载锰污泥活性炭，其特征在于：
其中，所述锰离子还包含三价锰离子或二价锰离子或三价和二价锰离子的混合物。
4.一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制备污泥炭胚，
将生活污水处理后的污泥饼置于烘箱中，在一定温度下烘干并粉碎制成一定粒径的颗粒状，得到污泥炭胚;
步骤二，活化处理，
用酸溶液和盐酸盐溶液混合得到复合活化剂，再用所述复合活化剂浸泡所述污泥炭胚22小时～26小时，然后在95℃～115℃温度下烘干，得到活化炭胚，
其中，所述酸溶液和盐酸盐溶液的体积比为1:1～1:3，
所述酸溶液的浓度为2mol/L～4mol/L，所述酸是H2SO4或HCl或H3PO4，
所述盐酸盐溶液浓度为2mol/L～4mol/L，所述盐酸盐是ZnCl2或CuCl2;
步骤三，碳化处理，
将所述活化炭胚置于500℃～600℃的高温炉中，在高纯度保护气体的保护下进行碳化，冷却后得到碳化炭胚;
步骤四，漂洗处理，
将所述碳化炭胚用5%～15%浓度的酸溶液漂洗、洗脱，再用特定的水在70℃～90℃的温度下漂洗至一定酸碱值;
步骤五，烘干处理，
将步骤四中处理过的所述碳化炭胚放入烘干箱中，在55℃～75℃温度下烘干，得到污泥活性炭;
步骤六，金属负载处理，
将步骤五得到的所述污泥活性炭浸渍到0.008mol/L～0.8mol/L浓度的金属负载溶液中，超声振荡1～3小时后取出烘干，再在高温炉中高纯度保护气体保护和一定温度的条件下加热一段时间，冷却后取出得到所述载锰污泥活性炭。
5.根据权利要求4所述的一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤一中，
所述剩余污泥的含水率为82.3%～83.0%，
所述一定温度为95℃～115℃，
所述粒径为0.5～3mm。
6.根据权利要求5所述的一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤二中，
所述酸溶液和盐酸盐溶液的体积比为1:2，
所述酸溶液为浓度是3mol/L的H2SO4溶液，
所述盐酸盐溶液为浓度是3mol/L的ZnCl2溶液。
7.根据权利要求6所述的一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤三中，
所述保护气体是氮气、氦气、氖气和氩气中的任意一种，
碳化的条件为：升温速率为10℃/min，温度达到550℃后保持恒温50分钟～70分钟。
8.根据权利要求7所述的一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤四中，
所述酸溶液为浓度是10%的盐酸溶液，
所述特定的水是去离子水，
所述一定酸碱值是pH>6。
9.根据权利要求8所述的一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤五中，
所述烘干为真空脱水烘干。
10.根据权利要求9所述的一种载锰污泥活性炭的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤六中，
所述金属负载溶液的浓度为0.08mol/L，
所述金属负载溶液是KMnO4溶液，
所述超声振荡时间为2小时，
所述加热一段时间为60分钟，
所述高纯度保护气体是氮气、氦气、氖气和氩气中的任意一种，
所述污泥活性炭与所述金属负载溶液的浸渍质量体积比为1克:8毫升。
说明书
一种载锰污泥活性炭材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理后固体废弃物资源化再利用领域，具体涉及一种载锰污泥活性炭材料(负载金属锰的污泥活性炭材料)及其制备方法。
背景技术
剩余污泥是污水处理的主要副产物。利用剩余污泥制取活性炭是一项剩余污泥再利用的方法。而污泥活性炭的应用，因其含有大量的重金属氧化物，不但可以作为吸附剂，同时也是良好的催化剂。
近年，对活性炭材料进行着负载合成的研究。主要负载类型有负载C3N4、负载金属氧化物或负载双金属等。
现有问题是：哪一种负载型污泥活性炭的效果更好，对负载型污泥活性炭的实用性能和应用领域还需研究和验证。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种载锰污泥活性炭材料及其制备方法。
本发明提供了一种载锰污泥活性炭，具有这样的特征，包含：质量分数比为55%～85%的污泥活性炭和质量分数比为15%～45%的锰元素，其中，污泥活性炭是用生活污水处理后的剩余污泥干燥制成，锰离子是以存在于氧化物中的锰元素状态附着在污泥活性炭的表面。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中，还可以具有这样的特征：其中，锰离子包括四价锰离子。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中，还可以具有这样的特征：其中，锰离子还包含三价锰离子或二价锰离子或三价和二价锰离子的混合物。
本发明还提供了一种载锰污泥活性炭的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：
步骤一，制备污泥炭胚。将生活污水处理后的污泥饼置于烘箱中，在一定温度下烘干并粉碎制成一定粒径的颗粒状，得到污泥炭胚。
步骤二，活化处理。用酸溶液和盐酸盐溶液混合得到复合活化剂，再用复合活化剂浸渍污泥炭胚22小时～26小时，然后在95℃～115℃温度下烘干，得到活化炭胚，其中，酸溶液和盐酸盐溶液的体积比为1:1～1:3，酸溶液的浓度为2mol/L～4mol/L，酸是H2SO4或HCL或H3PO4，盐酸盐溶液浓度为2mol/L～4mol/L，盐酸盐是ZnCl2或CuCl2。
步骤三，碳化处理。将活化炭胚置于500℃～600℃的高温炉中，在高纯度保护气体的保护下进行碳化，冷却后得到碳化炭胚。
步骤四，漂洗处理。将碳化炭胚用5%～15%浓度的酸溶液漂洗、洗脱，再用特定的水在70℃～90℃的温度下漂洗至一定酸碱值。
步骤五，烘干处理。将步骤四中处理过的碳化炭胚放入烘干箱中，在55℃～75℃温度下烘干，得到污泥活性炭。
步骤六，金属负载处理。将步骤五得到的污泥活性炭浸渍到0.008mol/L～0.8mol/L浓度，超声振荡1～3小时后取出烘干，再在高温炉中高纯度保护气体保护和一定温度的条件下加热一段时间，冷却后取出得到载锰污泥活性炭。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，剩余污泥的含水率为82.3%～83.0%，一定温度为95℃～115℃，粒径为0.5～3mm。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤二中，酸溶液和盐酸盐溶液的体积比为1:2，酸溶液为浓度是3mol/L的H2SO4溶液，盐酸盐溶液为浓度是3mol/L的ZnCl2溶液。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤三中，保护气体是氮气、氦气、氖气和氩气中的任意一种，碳化的条件为：升温速率为10℃/min，温度达到550℃后保持恒温50分钟～70分钟。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤四中，酸溶液为浓度是10%的盐酸溶液，特定的水是去离子水，一定酸碱值是pH>6。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤五中，烘干为真空脱水烘干。
在本发明提供的一种载锰污泥活性炭中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤六中，金属负载溶液的浓度为0.08mol/L，金属负载比例为30%，金属负载溶液是KMnO4溶液，超声振荡时间为2小时，加热一段时间为60分钟，高纯度保护气体是氮气、氦气、氖气和氩气中的任意一种，污泥活性炭与金属负载溶液的浸渍质量体积比为1克:8毫升。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的一种载锰污泥活性炭，因为使用了包含制备污泥炭胚步骤、活化处理步骤、碳化处理步骤、漂洗处理步骤、烘干处理步骤和金属负载处理步骤得到载锰污泥活性炭的制备方法，所以，本发明的一种载锰污泥活性炭具有在污泥活性炭表面附着了以氧化物形式存在的四价锰离子和少量三价、二价锰离子的混合离子的污泥活性炭。该污泥活性炭，颗粒分布均匀、孔径发达，且活化性能良好，达到了生活水处理后的剩余污泥再利用的目的，提高了污泥活性炭的利用范围。