申请日2015.03.26
公开(公告)日2015.08.26
IPC分类号B01J20/06; C02F11/00; C01G23/00; B01J20/30
摘要
一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，包括如下工艺步骤：取污泥，调整污泥的含水率为87-92%，放入捣碎匀浆机中，捣碎匀浆10-20min，得到均质泥浆，在持续搅拌条件下，将四氯化钛缓慢滴加入均质泥浆中，滴加完后，于60-80℃条件下，密闭保温搅拌反应30-120min，得到含钛胶状物，取碱土金属碳酸盐粉体加入到含钛胶状物中，混合均匀，搅拌，用氨水调pH值为2.5-4，搅拌蒸干，最后于100-110℃条件下烘干，制成含钛-碱土金属-泥干胶，将含钛-碱土金属-泥干胶置于电炉中，于650-1000℃条件下，空气氛围中煅烧4-6h，炉内自然冷却到室温，即得。本发明直接利用污泥合成多孔钛酸盐，降低多孔钛酸盐吸附剂的合成成本，制备一种低成本的、高性能的多孔钛酸盐类重金属吸附材料。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下工 艺步骤：
(1)取污泥，调整污泥的含水率为87-92%，放入捣碎匀浆机中，捣碎匀 浆10-20min，得到均质泥浆，备用;
(2)按泥浆与四氯化钛质量比为1:0.2–1取四氯化钛，在持续搅拌条件 下，将四氯化钛缓慢滴加入步骤(1)中得到的均质泥浆中，滴加完后，于60-80 ℃条件下，密闭保温搅拌反应30-120min，得到含钛胶状物，备用;
(3)按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属碳酸盐粉体，加入到步骤 (2)中制得的含钛胶状物中，混合均匀，搅拌，用氨水调pH值为2.5-4，搅拌 蒸干，最后于100-110℃条件下烘干，制成含钛-碱土金属-泥干胶，备用;
(4)将步骤(3)中制备的含钛-碱土金属-泥干胶置于电炉中，于650-1000 ℃条件下，空气氛围中煅烧4-6h，炉内自然冷却到室温，即得。
2.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于：所述步骤(1)污泥在捣碎匀浆时，捣碎匀浆搅拌转速不低于4000 转/分钟。
3.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于：所述步骤(3)中碱土金属碳酸盐粉体为碳酸钙粉、碳酸钡粉、碳酸 锶粉、白云石粉、石灰石粉和方解石粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于：所述步骤(3)中碱土金属碳酸盐粉体的粒径不大于25微米。
5.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)取污泥，调整污泥的含水率为88-91%，放入捣碎匀浆机中，捣碎匀 浆10-20min，得到均质泥浆，备用;
(2)按泥浆与四氯化钛质量比为1:0.4–0.8取四氯化钛，在持续搅拌条件 下，将四氯化钛缓慢滴加入步骤(1)中得到的均质泥浆中，滴加完后，于60-80 ℃条件下，密闭保温搅拌反应60-90min，得到含钛胶状物，备用;
(3)按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属碳酸盐粉体，加入到步骤 (2)中制得的含钛胶状物中，混合均匀，搅拌，用氨水调pH值为2.5-4，搅拌 蒸干，最后于100-110℃条件下烘干，制成含钛-碱土金属-泥干胶，备用;
(4)将步骤(3)中制备的含钛-碱土金属-泥干胶置于电炉中，于850℃条 件下，空气氛围中煅烧4-6h，炉内自然冷却到室温，即得。
6.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于，包括如下工艺步骤：
取新排放的剩余污泥，调整含水率为88.5%，置于捣碎匀浆机内，以4000 r/min搅拌速度，捣碎匀浆15min，得到均质泥浆;称取1000g均质泥浆，在 持续搅拌条件下，逐滴加入500g四氯化钛，滴加完后，于70℃密闭保温搅拌 反应60min，得到含钛胶状物，加入267g石灰石粉，混合均匀，搅拌30min， 用氨水调pH值为3，搅拌加热蒸发，最后于105℃条件下烘干，制成含钛-钙- 泥干胶，置于箱式电炉中，于850℃条件下，煅烧5h，炉内自然冷却到室温， 得到多孔钛酸钙1;
上述的石灰石粉含碳酸钙99%，粒径为25微米。
7.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于，包括如下工艺步骤：
取新排放的剩余污泥，调整含水率为90%，置于捣碎匀浆机内，以4000r/min 搅拌速度，捣碎匀浆15min，得到均质泥浆;称取1000g均质泥浆，在持续搅 拌条件下，逐滴加入250g四氯化钛，滴加完后，于70℃密闭保温搅拌反应90 min，得到含钛胶状物;加入134g石灰石粉，混合均匀，搅拌30min，用氨水 调pH值为3，搅拌加热蒸干，最后于105℃条件下烘干，制成含钛-钙-泥干胶， 置于箱式电炉中，于850℃条件下，煅烧5h，炉内自然冷却到室温，得到多孔 钛酸钙3;
上述的石灰石粉含碳酸钙99%，粒径为25微米。
8.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于，包括如下工艺步骤：
取新排放的剩余污泥，调整含水率为92%，置于捣碎匀浆机内，以4000r/min 搅拌速度，捣碎匀浆10min，得到均质泥浆;称取1000g均质泥浆，在持续搅 拌条件下，逐滴加入500g四氯化钛，滴加完后，于60℃密闭保温搅拌反应 30min，得到含钛胶状物;加入267g石灰石粉，混合均匀，搅拌30min，用氨 水调pH值为2.5，搅拌加热蒸干，最后于105℃条件下烘干，制成含钛-钙-泥 干胶，置于箱式电炉中，于650℃条件下，煅烧6h，炉内自然冷却到室温，得 到多孔钛酸钙4;
上述的石灰石粉含碳酸钙99%，粒径为25微米。
9.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其 特征在于，包括如下工艺步骤：
取新排放的剩余污泥，调整含水率为87%，置于捣碎匀浆机内，以4000r/min 搅拌速度，捣碎匀浆20min，得到均质泥浆;称取1000g均质泥浆，在持续搅 拌条件下，逐滴加入400g四氯化钛，滴加完后，于80℃密闭保温搅拌反应120 min，得到含钛胶状物;加入196g白云石粉，混合均匀，搅拌30min，用氨水 调pH值为4，搅拌加热蒸干，最后于110℃条件下烘干，制成含钛-钙/镁-泥干 胶，置于箱式电炉中，于1000℃条件下，煅烧4h，炉内自然冷却到室温，得到 多孔钛酸钙/镁复合吸附剂1;
上述白云石粉含碳酸钙55.36%，碳酸镁44.10%，粒径为23微米。
10.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法， 其特征在于，包括如下工艺步骤：
取新排放的剩余污泥，调整含水率为87%，置于捣碎匀浆机内，以4000r/min 搅拌速度，捣碎匀浆15min，得到均质泥浆;称取1000g均质泥浆，在持续搅 拌条件下，逐滴加入1000g四氯化钛，滴加完后，于70℃密闭保温搅拌反应 30min，得到含钛胶状物;加入1045g碳酸钡粉，混合均匀，搅拌30min，用 氨水调pH值为3，搅拌加热蒸干，最后于105℃条件下烘干，制成含钛-钡-泥 干胶，置于箱式电炉中，于850℃条件下，煅烧5h，炉内自然冷却到室温，得 到多孔钛酸钡;
上述的碳酸钡为工业级，含量99.5%，粒径为23微米。
说明书
一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及城市生活污水处理厂剩余污泥的利用 和水处理材料的制备，特别涉及一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法。
背景技术
随着城镇化的发展，城市人口激增，城市生活污水排放量越来越大，这些 生活污水可生化性好，各市都兴建了以生化法为基础的污水处理厂，实现了污 水的达标排放。但是污水处理厂处理污水过程中，会产生大量的剩余污泥，这 些污泥含水率高(75%～99%)，有机物含量高，易腐烂。污泥中含有具有潜在 利用价值的有机质，氮、磷、钾和各种微量元素，也含有寄生虫卵、病原微生 物等致病生物和铜、锌、铬等重金属，以及多氯联苯、二噁英等难降解有毒有 害物质，如不妥善处理，易造成二次污染。
污泥的处理一直是水处理行业的难题，目前，对于剩余污泥的处理方法主 要有土地利用、卫生填埋和焚烧等方法。这些方法成本高，存在着环境安全隐 患。污泥中除水分外，含有大量的有机物，这些有机物以生物残体为主，富含 蛋白质，其中的很多成分都是宝贵的资源。因而，积极探讨污泥的综合利用方 法，变废为宝，是污泥处置的最好出路。
多孔钛酸盐，是一类稳定的高性能重金属吸附剂，一般都采用溶胶-凝胶模 板法合成(张东，王敏，谭玉玲，化学学报，2010年，16期，p1641-1648;Dong Zhang，Chun-li Zhang，Pin Zhou，Journal of Hazardous Materials，2011年，186 卷2-3期，p971–977)。该方法分别以钛酸四丁酯和碱土金属盐为钛和碱土金 属源，以柠檬酸、油酸、醋酸和三乙醇胺为络合剂和催化剂，以醇类试剂为分 散剂，再加入双氧水等致孔剂或模板材料，通过溶胶-凝胶技术得到均一的钛酸 盐凝胶前驱体，经高温煅烧得到多孔钛酸盐吸附剂。该方法最大的问题在于所 用的试剂昂贵，合成的钛酸盐成本很高，这限制了多孔钛酸盐吸附剂在实际中 的应用。
发明内容
本发明的目的，是提供一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，本方 法生产工艺简单，利用污泥制造一种成本低，高性能的重金属吸附材料。
采用的技术方案是：
一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下工艺 步骤：
(1)取污泥，调整污泥的含水率为87-92%，放入捣碎匀浆机中，捣碎匀 浆10-20min，得到均质泥浆，备用;
(2)按泥浆与四氯化钛质量比为1:0.2–1取四氯化钛，在持续搅拌条件 下，将四氯化钛缓慢滴加入步骤(1)中得到的均质泥浆中，滴加完后，于60-80 ℃条件下，密闭保温搅拌反应30-120min，得到含钛胶状物，备用;
(3)按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属碳酸盐粉体，加入到步骤 (2)中制得的含钛胶状物中，混合均匀，搅拌，用氨水调pH值为2.5-4，搅拌 蒸干，最后于100-110℃条件下烘干，制成含钛-碱土金属-泥干胶，备用;
(4)将步骤(3)中制备的含钛-碱土金属-泥干胶置于电炉中，于650-1000 ℃条件下，空气氛围中煅烧4-6h，炉内自然冷却到室温，即得。
上述步骤(1)中捣碎匀浆时间为10-20min。
上述步骤(1)污泥在捣碎匀浆时，捣碎匀浆搅拌转速≥4000转/分钟。
上述步骤(3)中碱土金属碳酸盐粉体为碳酸钙粉、碳酸钡粉、碳酸锶粉、 白云石粉、石灰石粉和方解石粉中的一种或几种。
上述步骤(3)中碱土金属碳酸盐粉体的粒径≤25微米。
上述步骤(3)中搅拌时间为20-40min。
上述方法处理并利用了污泥，同时降低多孔纳米钛酸盐吸附剂的合成成本， 以价格更低的四氯化钛提供钛源，用石灰石、白云石、碳酸钙、碳酸钡等碱土 金属的碳酸盐为碱土金属源。四氯化钛与污泥反应过程中，会生成盐酸，盐酸 能够对污泥中的蛋白质等有机物改性，使得污泥具有络合、分散和成胶能力， 可以完全替代钛酸盐合成时所必需的助剂。多余的盐酸与碱土金属的碳酸盐反 应，溶解碳酸盐，同时产生的二氧化碳气体，起到致孔作用。污泥中的重金属 等无机成分固留在钛酸盐吸附剂中，这些物质掺杂在钛酸盐中，起到提高钛酸 盐的吸附能力的作用。
本发明的优点在于：
本发明直接利用污泥合成多孔钛酸盐，降低多孔钛酸盐吸附剂的合成成本， 以价格更低的四氯化钛提供钛源，制备一种低成本的、高性能的多孔钛酸盐类 重金属吸附材料，本发明制造工艺简单、操作方便，使用原料成本较低，适于 广泛应用，同时对污泥进行了处理，解决了污泥对环境污染的问题，变废为宝， 具有较好的经济效益和社会效益。