申请日2018.12.22
公开(公告)日2019.03.01
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂及其制备方法，属于吸附剂技术领域。该吸附剂由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥20‑36份、木渣10‑12份、氢氧化钾8‑15份、氯化锌6‑14份和竹炭纤维5‑9份，本发明还公开了上述吸附剂的制备方法。本发明的吸附剂原料来源广泛，价格低廉，降低了污泥活性炭吸附剂的原料成本，在吸附饱和后经再生处理后吸附物与污泥活性炭能够充分分离，并且再生后的污泥活性炭吸附性能良好，因此本发明的污泥活性炭能够重复使用，延长了污泥活性炭的使用寿命，降低了污泥活性炭吸附剂的使用成本。
权利要求书
1.一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，其特征在于，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥20-36份、木渣10-12份、氢氧化钾8-15份、氯化锌6-14份和竹炭纤维5-9份。
2.如权利要求1所述的易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，其特征在于，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥28份、木渣12份、氢氧化钾8份、氯化锌6份和竹炭纤维7份。
3.如权利要求1所述的易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，其特征在于，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥30份、木渣10份、氢氧化钾14份、氯化锌8份和竹炭纤维7份。
4.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，然后粉碎，过100目筛备用;
S3、将氢氧化钾加入去离子水中配制成1mol/L的氢氧化钾水溶液，然后将木渣加入氢氧化钾水溶液中于60-70℃下搅拌20-24h，抽滤后用去离子水冲洗至中性，然后放入烘箱中100-120℃烘干6-8h，得改性木渣;
S4、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥、步骤S3中的改性木渣以及竹炭纤维混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于400-500℃热解炭化1-2h，得炭化混合物;
S5、将氯化锌加入去离子水中配制成3-5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S4的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍1-2h，在100-120℃下干燥2-3h，自然冷却至室温;
S6、将步骤S5的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于500-600℃热解炭化1-2h，得所述的污泥活性炭吸附剂。
5.如权利要求4所述的易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中剩余活性污泥的含水量控制在20-30%。
说明书
一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸附剂技术领域，具体涉及一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂及其制备方法。
背景技术
随着城市污水处理厂剩余污泥产量的不断增加，污泥中含有难降解的重金属、盐类和各种致病性微生物，如果处置不当将会对环境造成严重的二次污染，因此剩余污泥的处理处置问题亟待解决，研究发现，剩余污泥中含炭较多，可通过化学途径将其制成价格低廉的活性炭吸附剂，实现污泥资源化利用，但是现有技术中的污泥活性炭吸附剂的生产成本高，污泥活性炭吸附剂的吸附能力有待提高，并且经再生处理后吸附物与吸附剂难分离，降低了再生后吸附剂的吸附能力。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂及其制备方法。
本发明提供了一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥20-36份、木渣10-12份、氢氧化钾8-15份、氯化锌6-14份和竹炭纤维5-9份。
较佳地，剩余活性污泥28份、木渣12份、氢氧化钾8份、氯化锌6份和竹炭纤维7份。
较佳地，剩余活性污泥30份、木渣10份、氢氧化钾14份、氯化锌8份和竹炭纤维7份。
本发明还提供了一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，然后粉碎，过100目筛备用;
S3、将氢氧化钾加入去离子水中配制成1mol/L的氢氧化钾水溶液，然后将木渣加入氢氧化钾水溶液中与60-70℃下搅拌20-24h，抽滤后用去离子水冲洗至中性，然后放入烘箱中100-120℃烘干6-8h，得改性木渣;
S4、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥、步骤S3中的改性木渣以及竹炭纤维混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于400-500℃热解炭化1-2h，得炭化混合物;
S5、将氯化锌加入去离子水中配制成3-5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S4的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍1-2h，在100-120℃下干燥2-3h，自然冷却至室温;
S6、将步骤S5的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于500-600℃热解炭化1-2h，得污泥活性炭吸附剂。
较佳地，步骤S2中剩余活性污泥的含水量控制在20-30%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的污泥活性炭吸附剂的原料来源广泛，价格低廉，降低了污泥活性炭吸附剂的原料成本，采用本发明的制备方法所制备的污泥活性炭吸附剂的碘吸附值均在850mg/g以上，对重金属铅的吸附效果明显，铅去除率均在80%以上，本发明的污泥活性炭吸附剂在吸附饱和后经再生处理后吸附物与污泥活性炭能够充分分离，并且再生后的污泥活性炭吸附性能良好，因此本发明的污泥活性炭能够多次重复使用，延长了污泥活性炭的使用寿命，降低了污泥活性炭吸附剂的使用成本。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥32份、木渣11份、氢氧化钾13份、氯化锌10份和竹炭纤维8份;
上述污泥活性炭吸附剂的制备方法如下：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，粉碎，过100目筛备用，风干后剩余活性污泥的含水量控制在20-30%;
S3、将氢氧化钾加入去离子水中配制成1mol/L的氢氧化钾水溶液，然后将木渣加入氢氧化钾水溶液中与65℃下搅拌24h，抽滤后用去离子水冲洗至中性，然后放入烘箱中120℃烘干7h，得改性木渣;
S4、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥、步骤S3中的改性木渣以及竹炭纤维混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于450℃热解炭化1h，得炭化混合物;
S5、将氯化锌加入去离子水中配制成5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S4的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍2h，在120℃下干燥2h，自然冷却至室温;
S6、将步骤S5的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于550℃热解炭化1.5h，得污泥活性炭吸附剂。
实施例2
本实施例提供的一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥28份、木渣12份、氢氧化钾8份、氯化锌6份和竹炭纤维7份;
上述污泥活性炭吸附剂的制备方法如下：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，粉碎，过100目筛备用，风干后剩余活性污泥的含水量控制在20-30%;
S3、将氢氧化钾加入去离子水中配制成1mol/L的氢氧化钾水溶液，然后将木渣加入氢氧化钾水溶液中与70℃下搅拌20h，抽滤后用去离子水冲洗至中性，然后放入烘箱中100℃烘干8h，得改性木渣;
S4、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥、步骤S3中的改性木渣以及竹炭纤维混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于400℃热解炭化1h，得炭化混合物;
S5、将氯化锌加入去离子水中配制成3mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S4的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍1h，在120℃下干燥3h，自然冷却至室温;
S6、将步骤S5的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于500℃热解炭化1h，得污泥活性炭吸附剂。
实施例3
本实施例提供的一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥30份、木渣10份、氢氧化钾14份、氯化锌8份和竹炭纤维7份;
上述污泥活性炭吸附剂的制备方法如下：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，粉碎，过100目筛备用，风干后剩余活性污泥的含水量控制在20-30%;
S3、将氢氧化钾加入去离子水中配制成1mol/L的氢氧化钾水溶液，然后将木渣加入氢氧化钾水溶液中与70℃下搅拌24h，抽滤后用去离子水冲洗至中性，然后放入烘箱中115℃烘干7h，得改性木渣;
S4、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥、步骤S3中的改性木渣以及竹炭纤维混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于500℃热解炭化2h，得炭化混合物;
S5、将氯化锌加入去离子水中配制成4.5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S4的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍2h，在110℃下干燥2h，自然冷却至室温;
S6、将步骤S5的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于580℃热解炭化1h，得污泥活性炭吸附剂。
对比例1
本实施例提供的一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥32份、氯化锌10份和竹炭纤维8份;
上述污泥活性炭吸附剂的制备方法如下：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，粉碎，过100目筛备用，风干后剩余活性污泥的含水量控制在20-30%;
S3、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥以及竹炭纤维混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于450℃热解炭化1h，得炭化混合物;
S4、将氯化锌加入去离子水中配制成5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S3的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍2h，在120℃下干燥2h，自然冷却至室温;
S5、将步骤S4的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于550℃热解炭化1.5h，得污泥活性炭吸附剂。
对比例2
本实施例提供的一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥32份、木渣11份、氢氧化钾13份、氯化锌10份;
上述污泥活性炭吸附剂的制备方法如下：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，粉碎，过100目筛备用，风干后剩余活性污泥的含水量控制在20-30%;
S3、将氢氧化钾加入去离子水中配制成1mol/L的氢氧化钾水溶液，然后将木渣加入氢氧化钾水溶液中与65℃下搅拌24h，抽滤后用去离子水冲洗至中性，然后放入烘箱中120℃烘干7h，得改性木渣;
S4、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥和步骤S3中的改性木渣混合得混合物，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于450℃热解炭化1h，得炭化混合物;
S5、将氯化锌加入去离子水中配制成5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S4的炭化混合物置于氯化锌水溶液中，浸渍2h，在120℃下干燥2h，自然冷却至室温;
S6、将步骤S5的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于550℃热解炭化1.5h，得污泥活性炭吸附剂。
对比例3
本实施例提供的一种易清除可重复使用的污泥活性炭吸附剂，由以下重量份的原料组分制成：剩余活性污泥32份和氯化锌10份;
上述污泥活性炭吸附剂的制备方法如下：
S1、按照重量份配比准备各原料组分;
S2、将剩余活性污泥进行晾晒风干，粉碎，过100目筛备用，风干后剩余活性污泥的含水量控制在20-30%;
S3、将步骤S2中粉碎过筛后的污泥，放入管式炉中，再通入氮气，混合物在管式炉中于450℃热解炭化1h，得炭化污泥;
S4、将氯化锌加入去离子水中配制成5mol/L的氯化锌水溶液，将步骤S3的炭化污泥置于氯化锌水溶液中，浸渍2h，在120℃下干燥2h，自然冷却至室温;
S5、将步骤S4的干燥物置于管式炉中，通入氮气，于550℃热解炭化1.5h，得污泥活性炭吸附剂。
为了对上述各实施例以及对比例所制备的吸附剂的性能进行验证，进行如下实验：
1)采用GB/T12496.8-1999标准测定再生前后的各组污泥活性炭的碘吸附值。
2)用Pb(NO3)2配制含Pb(Ⅱ)的重金属的溶液，溶液的浓度为50mg/L.实验过程中，取250mL磨口锥形瓶备用;
将上述实施例制备的污泥活性炭各300mg分别置于锥形瓶中，加入初始浓度为50mg/L含Pb(Ⅱ)的重金属水溶液100mL，在水浴振荡器(HZS-HA)上进行吸附实验，测定再生前污泥活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果;
使用后的污泥活性炭采用以下方法进行再生，先用30%的碱液调节pH至10，升温搅拌0.5h，自然降温后抽滤，所得的污泥活性炭用30%的盐酸浸泡，升温搅拌0.5h，自然降温后抽滤，得到的污泥活性炭烘干至恒重即可;
将再生后的污泥活性炭各300mg置于锥形瓶中，加入初始浓度为50mg/L含Pb(Ⅱ)的重金属水溶液100mL，在水浴振荡器(HZS-HA)上进行吸附实验，测定再生后污泥活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果;
再生前后的污泥活性炭的吸附实验中，吸附时间为1h，控制条件为：25℃恒温水浴，转速为135r/min，溶液初始pH=7。