申请日2018.05.29
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号B01J20/20; B01J20/12; B01J20/30; C02F1/28; B09C1/00; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种生活污水污泥/累托石复合物的制备方法，包括如下步骤：(1)首先将生活污水污泥离心脱水，脱水后的污泥烘干至恒重，然后进行除杂、粉碎、过筛，备用;(2)将累托石洗涤干净，之后烘干备用;(3)取步骤(2)的累托石置于盛有去离子水的烧杯中，超声分散，然后加入一定量步骤(1)的污泥，之后搅拌、抽滤、烘干;(4)将步骤(3)烘干的复合物置于管式炉中进行煅烧，煅烧结束后冷却至室温即得所述生活污水污泥/累托石复合物。本发明利用污水处理厂难以处置的剩余污泥和便宜易得的累托石制备生污泥/黏土复合物，来源广泛、成本低廉、制备方法简单，可吸附水体中的重金属、有机物，并可应用于土壤改良和修复。
翻译权利要求书
1.一种生活污水污泥/累托石复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先，将生活污水污泥离心脱水，脱水后的污泥烘干至恒重，然后进行除杂、粉碎、过筛，备用;
(2)将累托石洗涤干净，之后烘干备用;
(3)取步骤(2)的累托石置于盛有去离子水的烧杯中，超声分散，然后加入一定量步骤(1)的污泥，之后搅拌、抽滤、烘干;
(4)将步骤(3)烘干的复合物置于管式炉中进行煅烧，煅烧结束后冷却至室温即得所述生活污水污泥/累托石复合物。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中离心时的转速为3000r/min-10000r/min，烘干温度为60℃-105℃，并过40目-100目筛。
3.根据权利要求1-2任一项所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中洗涤是采用超纯水、无水乙醇分别洗涤3-5次，烘干温度为60℃-105℃。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中累托石的用量为0.1g-3.0g，污泥的加入量与累托石的用量比为1：0.2-5.0;搅拌的时间为1h-4h，烘干的温度为60℃-105℃。
5.根据权利要求3-4任一项所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中煅烧工艺为：先以50mL·min-1-100mL·min-1的流速通入惰性气体或氮气15min-45min，之后以5℃·min-1的速率升温至300℃-700℃，并在此温度下煅烧1h-4h。
6.根据权利要求1-5任一项所述制备方法制备得到生活污水污泥/累托石复合物。
7.一种权利要求6所述生活污水污泥/累托石复合物在吸附水体中的重金属或有机污染物，及改良和修复土壤中的应用。
说明书
一种生活污水污泥/累托石复合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于污泥废弃物的处理处置和天然黏土矿物复合材料合成技术领域，具体涉及一种生活污水污泥/累托石复合物及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，黏土矿物已广泛用于工业、农业等领域，由于黏土本身的一些独特的物理化学特性，包括较小粒径、层状结构、较大比表面积和强离子交换能力，使黏土矿物具有很强的污染物固定功能，因此可作为低成本吸附剂和土壤改良剂和修复剂。天然累托石是由二八面体云母层和可膨胀的二八面体蒙脱石层组成，其比例为1:1。累托石的蒙脱土层间含有可交换性的水合阳离子，因此累托石可以作为一种去除水体中重金属离子(如Pb2+、Cd2+等)的良好的吸附剂，同时可吸附有机污染物，并可应用于土壤改良和修复。
生活污水污泥含水率一般在70%以上，其中有机物和氮磷含量较高，且富集了大量的病原微生物及寄生虫卵等有害物质。污泥的无害化、资源化已成为污泥处理领域的重要研究方向。将污泥高温热解可以减少有毒有害物质的迁移转化，同时污泥生物炭由于其具较大比表面积和较高孔隙度以及表面丰富的官能团而广泛用于修复重金属和有机污染的水体，将其用于改良土壤时，可以提高土壤肥力，增加土壤养分和保水能力，提高农业生产力，同时还可将碳固定，减少二氧化碳排放，缓解温室效应。
黏土的表面改性是通过改变其表面的组成、结构、官能团、润湿性和反应特性等，从而提高其表面活性。常见的黏土改性方法有热改性、酸碱改性、表面活性剂改性、加入阳离子聚体(柱化剂)改性等。表面活性剂改性可以在黏土表面引入官能团，从而增加其对重金属和有机污染物的吸附性能。然而，目前尚无相关研究将生活污水污泥直接用于黏土矿物的改性。因此，本发明将生活污水污泥作为累托石的一种有机改性剂，通过将生活污水污泥和累托石混合，并用一步热解法在管式炉中热解，制备生活污水污泥/累托石复合物，该复合物具有较大的比表面积，表面含有丰富的有机官能团，可用于吸附水体中的重金属，有机污染物，并可应用于土壤改良和修复。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，目的是在于提供一种生活污水污泥/累托石复合物制备方法及应用。本发明的方法成本低廉，方法简单，可将生活污泥回收利用，具有较大的优势，且制备出的多功能复合材料性质优异，可吸附水体中的重金属、有机污染物，并可进一步应用于土壤改良和修复。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种生活污水污泥/累托石复合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先，将生活污水污泥离心脱水，脱水后的污泥烘干至恒重，然后进行除杂、粉碎、过筛，备用;
(2)将累托石洗涤干净，之后烘干备用;
(3)取步骤(2)的累托石置于盛有去离子水的烧杯中，超声分散，然后加入一定量步骤(1)的污泥，之后搅拌、抽滤、烘干;
(4)将步骤(3)烘干的复合物置于管式炉中进行煅烧，煅烧结束后冷却至室温即得所述生活污水污泥/累托石复合物。
优选的，步骤(1)中离心时的转速为3000r/min-10000r/min，烘干温度为60℃-105℃，并过40目-100目筛。
优选的，步骤(2)中洗涤是采用超纯水、无水乙醇分别洗涤3-5次，烘干温度为60℃-105℃。
优选的，步骤(3)中累托石的用量为0.1g-3.0g，污泥的加入量与累托石的用量比为1：0.2-5.0;搅拌的时间为1h-4h，烘干的温度为60℃-105℃。
优选的，步骤(4)中煅烧工艺为：先以50mL·min-1-100mL·min-1的流速通入惰性气体或氮气15min-45min，之后以5℃·min-1的速率升温至300℃-700℃，并在此温度下煅烧1h-4h。
另外，本发明还要求保护由所述制备方法制备得到的生活污水污泥/累托石复合物以及所述生活污水污泥/累托石复合物在吸附水体中的重金属或有机污染物，及在改良和修复土壤中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下的明显有益效果：
(1)本发明所制备的多功能复合物的原料为累托石和生活污水污泥，其中累托石属天然的黏土矿物，成本低廉，生活污水污泥是废弃物，可用于制备吸附剂和新型土壤改良剂，是一种环境友好的材料;
(2)本发明制备方法简单，经过超声搅拌分散之后，采用一步热解法，易实现;
(3)本发明中黏土矿物累托石在水相中较好地分散形成无机胶体，具有相当大的可以进行表面吸附和离子交换的表面电荷，因此可吸附重金属、有机物等，掺杂有机质可以增加无机胶体在水中的迁移以及对污染物的吸附能力，生活污泥是有机絮状体，黏土胶体与生活污泥混合之后，其有机成分结合在无机黏土胶体表面，从而增加了黏土胶体对水体中重金属有机物的吸附作用及土壤修复的效果;
(4)本发明所得到的复合物比表面积大，具有良好的孔隙结构，表面含有丰富的有机官能团，吸附性能优于污泥生物炭和累托石，可同时用于吸附多种重金属和有机物，并可用作土壤改良剂固定土壤中的重金属和有机污染物，并可提高土壤中的养分，是一种新型多功能复合材料。