申请日2014.09.22
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号B01J20/24; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，利用生活污水处理厂的剩余污泥和制糖工业废弃物甘蔗渣为原料生产吸附剂。该方法首先将干化后的污泥和甘蔗渣进行研磨，然后按一定比例混合，添加一定量KOH溶液，反应一定时间后干燥脱水，在氮气保护下热解，然后对产物进行酸洗、水洗、干燥，得到吸附剂初产品，采用酸性活化修饰基团改性得到吸附剂产品。添加甘蔗渣提高了吸附剂中的碳含量，提高了吸附剂的性能并改性增强了对重金属污染物的去除能力。本发明将城市生活污水处理厂剩余污泥和制糖工业废弃物甘蔗渣综合利用，生产吸附剂，实现了废弃物资源化利用。
权利要求书
1.利用城市生活污水处理厂剩余污泥和制糖工业废弃物甘蔗渣为原料制备一种混合污泥基吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂，原料质量份数为：污泥10~20份，甘蔗渣5~10份。
3.一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法：将权利要求1所述的原料经过干燥、研磨、混合、浸泡、干燥、热解、洗涤、改性、洗涤、干燥程序，得到甘蔗渣混合污泥基吸附剂，具体步骤如下：
(1)一次干燥：将污泥和甘蔗渣分别干燥;
(2)研磨：将一次干燥处理的污泥和甘蔗渣研磨、过筛，保持一定粒径;
(3)混合：按权利要求2所述比例混合甘蔗渣和污泥;
(4)浸泡：在混合好的污泥和甘蔗渣中按比例加入KOH溶液，浸泡;
(5)二次干燥：将以上浸泡好的混合原料干燥;
(6)热解：将二次干燥处理后的产物在氮气保护下热解，并在氮气氛围中冷却;
(7)洗涤：先用沸水洗涤，再用HCl洗涤，接着用热水洗至中性;
(8)三次干燥：将洗涤后产物干燥;
(9)改性：于稀酸中热水浴活化一定时间;
(10)洗涤：热水洗至中性;
(11)四次干燥：将洗涤后的产品干燥，最终得到新型污泥基吸附剂。
4.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：研磨后的粒径范围是0.074mm~1mm，最佳粒径范围是0.2mm~0.45mm。
5.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：一次干燥温度范围60~160℃，最佳范围100~120℃;二次干燥温度范围60~160℃，最佳范围100~115℃;三次和四次干燥温度范围为80~180℃，最佳范围100~115℃;采用上述温度，干燥时间范围是0.25~48h，最佳时间范围2~8h。
6.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：浸泡温度范围20~50℃，最佳范围25~35℃;浸泡时间范围是0.25~24h，最佳时间范围2~6h。
7.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：KOH溶液浓度范围是1~10mol/L，最佳浓度范围是3~5mol/L;浸泡的固液比例范围是1:1~1:5，最佳固液比例范围是1:1~1:3。
8.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：热解温度范围是500~900℃，最佳热解温度范围是600~800℃;升温速率是10℃/min;热解时间范围是0.5~3h，最佳热解时间范围是0.5~1.5h。
9.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：洗涤时，HCl浓度范围是1~6mol/L，最佳HCl浓度范围是3~5mol/L。
10.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：改性稀酸浓度范围是10%~70%，最佳稀酸浓度范围是50~60%;水浴温度范围是30~100℃，最佳水浴温度范围是70~90℃;水浴时间范围是2~9h，最佳水浴时间范围是5~6h。
说明书
一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理和资源化技术领域，涉及两种固体废弃物：城市污水处理厂剩余污泥和制糖工业废弃物甘蔗渣的资源化利用，具体涉及一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法。
背景技术
目前，城市生活污水处理厂剩余污泥由于污泥产量大、处理不及时等造成土地占用，污染环境等一系列问题。目前的常规处理方式粗放，很难达到污泥无害化、资源化的要求。从污泥自身的性质来看，其含有大量含碳有机物，可以作为一种制作吸附剂的原料。直接采用剩余污泥为原料生产的吸附剂的吸附能力小，难以满足实际工作需要，急需技术改进。
我国制糖业发达，利用甘蔗制糖占有很大比重。将制糖工业废弃物甘蔗渣作为一种原料与污泥混合，提升吸附剂含碳量，进而增强其吸附性能为实现城市生活污水处理厂剩余污泥和甘蔗渣的有效利用提供了新方向。
发明内容
本发明以甘蔗渣和城市生活污水处理厂剩余污泥为原料生产吸附剂，通过改性提高了吸附剂的性能，为两种废弃物的资源化利用提供了一种新方法。
本发明的具体方法为：
利用城市污水处理厂剩余污泥和制糖工业废弃物甘蔗渣为原料，原料的混合比例干污泥10~20份，干燥甘蔗渣5~10份。
制备和改性过程包括：原料一次干燥、研磨、混合、浸泡、二次干燥、热解、洗涤、三次干燥、改性、洗涤、四次干燥等。具体步骤如下：
(1)一次干燥：将污泥和甘蔗渣分别干燥;
(2)研磨：将一次干燥处理后的污泥和甘蔗渣进行研磨、过筛;
(3)混合：按一定比例混合甘蔗渣和污泥;
(4)浸泡：在混合好的污泥和甘蔗渣中，按照比例加入KOH溶液，浸泡;
(5)二次干燥：将以上浸泡好的混合物干燥;
(6)热解：将二次干燥处理后的混合样在氮气保护下热解，并在氮气氛围中冷却;
(7)洗涤：先用沸水洗涤，再用HCl洗涤，接着用热水洗至中性;
(8)三次干燥：将洗涤后产物干燥，得到吸附剂初产品;
(9)改性：将吸附剂初产品于稀酸水浴活化一定时间;
(10)洗涤：用热水洗至中性;
(11)四次干燥：将洗涤后的样品干燥，最终得到甘蔗渣混合污泥基吸附剂产品。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：研磨后的粒径范围是0.07~1.00mm，最佳粒径范围是0.20~0.45mm。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：一次干燥温度范围60~160℃，最佳范围100~120℃;二次干燥温度范围60~160℃，最佳范围100~115℃;三次和四次干燥温度范围为80~180℃，最佳范围100~115℃;采用上述温度，干燥时间范围是0.25~48h，最佳时间范围2~8h。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：浸泡温度范围20~50℃，最佳范围25~35℃;浸泡时间范围是0.25~24h，最佳时间范围2~6h。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：KOH溶液浓度范围是1~10mol/L，最佳浓度范围是3~5mol/L;浸泡的固液比例范围是1:1~1:5，最佳固液比例范围是1:1~1:3。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：热解温度范围是500~900℃，最佳热解温度范围是600~800℃;升温速率是10℃/min;热解时间范围是0.5~3h，最佳热解时间范围是0.5~1.5h。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：洗涤时，HCl浓度范围是1~6mol/L，最佳HCl浓度范围是3~5mol/L。
上述的一种甘蔗渣混合污泥基吸附剂的制备和改性方法，其特征在于：改性稀酸浓度范围是10%~70%，最佳稀酸浓度范围是50~60%;水浴温度范围是30~100℃，最佳水浴温度范围是70~90℃;水浴时间范围是2~9h，最佳水浴时间范围是5~6h。
本发明的优势在于：
(1)本发明通过向剩余污泥中添加甘蔗渣，提高了污泥基吸附剂的吸附性能;
(2)本发明同时实现了城市生活污水处理厂剩余污泥和制糖工业甘蔗渣的资源化利用;
(3)本发明强化了污泥基吸附剂对重金属离子的吸附性能。
具体实施方式
实施例1：
(1)污泥和甘蔗渣分别置于110℃烘箱中，烘至恒重;
(2)将干燥处理的污泥和甘蔗渣研磨、过筛，污泥和甘蔗渣的粒径均在0.45mm;
(3)按比例称取污泥和甘蔗渣，混合均匀;
(4)混合好的干污泥和甘蔗渣中，按一定固液比加入KOH溶液，浸泡;
(5)将浸泡好的混合原料进行干燥;
(6)将干燥处理后的混合样放入管式气氛炉在氮气保护下以10℃/min的升温速率升温至800℃热解，并在氮气氛围中冷却。然后依次用沸水、HCl和热水洗涤，干燥，研磨至200目以下，即得到污泥基吸附剂。
本例中污泥基吸附剂的比表面积806.57m2/g，碘吸附值为686.5472mg/g，亚甲基蓝吸附值为131.0743mg/g铅离子吸附值为21.5425mg/g。
实施例2：
制作甘蔗渣吸附剂的步骤1~6同实施例1，本实施例增加第7步如下：
(7)将得到的吸附剂置于HNO3水浴中一段时间，洗涤吸附剂到中性，干燥，过200目筛，得到改性的甘蔗渣污泥基吸附剂。
本例中污泥基吸附剂的比表面积69.20m2/g，碘吸附值为141.9238mg/g，亚甲基蓝吸附值为148.4258mg/g铅离子吸附值为52.441mg/g。
对比例3：
⑴污泥置于110℃烘箱中，烘至恒重;
⑵将干燥处理的污泥研磨、过筛，粒径在0.45mm~1mm;
⑶将污泥放入管式气氛炉中，在氮气保护下以10℃/min的升温速率升温至800℃，热解0.5h，在氮气氛围中冷却，依次用沸水、HCl和热水洗涤，干燥，研磨至200目以下，即得到污泥基吸附剂。
本例中污泥基吸附剂的比表面积96.35m2/g，碘吸附值为107.0349mg/g，亚甲基蓝的吸附值为71.4667mg/g铅离子吸附值为1.7472mg/g。
从以上实例可以看出，甘蔗渣混合污泥基吸附剂的碘吸附值高于未添加甘蔗渣的污泥基吸附剂，说明本方法有效地增强了污泥基吸附剂吸附性能。经过硝酸改性的吸附剂，对铅离子的吸附性能有很大的提高。