公布日：2023.12.15
申请日：2023.09.04
分类号：B01J20/30(2006.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;B01J20/34(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本申请涉及一种生物炭-半导体复合吸附剂的制备方法及应用，该方法包括将污泥与改性剂混合后碳化，得到污泥基生物炭，将五水合硝酸铋与硝酸混合后加入交联剂，得到第一混合液，将偏钒酸铵与碱溶液混合后加入交联剂，得到第二混合液，将污泥基生物炭与第一混合液超声混合后，再与第二混合液混合，得到前驱体溶液，当前驱体溶液开始出现沉淀，向前驱体溶液中加入pH调节剂至前驱体溶液为中性，将为中性的前驱体溶液倒入反应釜中，通过水热法制得生物炭-半导体复合吸附剂。本申请制备的生物炭-半导体复合吸附剂充分发挥了生物炭和半导体的性能，提升了吸附容量，简化了废水吸附处理工艺的流程，降低了废水处理成本，提升吸附工艺的市场价值。
权利要求书
1.一种生物炭 半导体复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：将污泥与改性剂混合后碳化，得到污泥基生物炭；将五水合硝酸铋与硝酸混合后加入交联剂，得到第一混合液；将偏钒酸铵与碱溶液混合后加入所述交联剂，得到第二混合液；将所述污泥基生物炭与所述第一混合液超声混合后，再与所述第二混合液混合，得到前驱体溶液；当所述前驱体溶液开始出现沉淀，向所述前驱体溶液中加入pH调节剂至前驱体溶液为中性，将为中性的所述前驱体溶液倒入反应釜中，通过水热法制得生物炭 半导体复合吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将污泥与改性剂混合后碳化，得到污泥基生物炭，包括：将污泥浸渍于0.5mol/L至2mol/L的改性剂中混合搅拌24h至48h后，过滤得到固体混合物；将所述固体混合物置于真空干燥箱中，调整干燥温度为50℃至80℃，干燥时间为6h至12h；将干燥后的所述固体混合物置于马弗炉中，以20℃/min至30℃/min的升温速度升温至500℃至600℃，并保温2h至4h，得到碳化物；将所述碳化物冷却至温度为23℃至26℃后，用超纯水清洗至中性，烘干研磨，得到所述污泥基生物炭。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将为中性的所述前驱体溶液倒入反应釜中，通过水热法制得生物炭 半导体复合吸附剂，包括：将反应釜的温度调整为160℃至240℃，将所述前驱体溶液在反应釜中水热反应14h至24h；当反应釜温度降至25℃至30℃，取出反应釜内胆中的固体颗粒物；将所述固体颗粒物经过超纯水和乙醇清洗后，于50℃至80℃的真空干燥箱中干燥6h至12h，得到生物炭 半导体复合吸附剂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸的浓度为2mol/L至6mol/L；所述碱溶液的浓度为1mol/L至4mol/L；所述碱溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠中的任一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂包括氢氧化钾、氢氧化钠中的任一种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述污泥与所述改性剂的固液比为1:(2～8)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括十二烷基苯磺酸钠。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠中的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一项的制备方法，其特征在于，所述制备方法制得的生物炭 半导体复合吸附剂，半导体的质量占比为0.25％至2％。
10.一种如权利要求1至9任一项所述制备方法制备的生物炭 半导体复合吸附剂在工业废水处理的应用。
发明内容
本申请旨在提供一种生物炭 半导体复合吸附剂的制备方法及应用，以改善现有污水的吸附处理工艺中吸附剂再生性能差、工序复杂、吸附容量不足的问题。
为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的一个技术方案是：
第一方面，本申请实施例提供一种生物炭 半导体复合吸附剂的制备方法，包括：将污泥与改性剂混合后碳化，得到污泥基生物炭；将五水合硝酸铋与硝酸混合后加入交联剂，得到第一混合液；将偏钒酸铵与碱溶液混合后加入所述交联剂，得到第二混合液；将所述污泥基生物炭与所述第一混合液超声混合后，再与所述第二混合液混合，得到前驱体溶液；当所述前驱体溶液开始出现沉淀，向所述前驱体溶液中加入pH调节剂至前驱体溶液为中性，将为中性的所述前驱体溶液倒入反应釜中，通过水热法制得生物炭 半导体复合吸附剂。
在一些实施例中，所述将污泥与改性剂混合后碳化，得到污泥基生物炭，包括：将污泥浸渍于0.5mol/L至2mol/L的改性剂中混合搅拌24h至48h后，过滤得到固体混合物；将所述固体混合物置于真空干燥箱中，调整干燥温度为50℃至80℃，干燥时间为6h至12h；将干燥后的所述固体混合物置于马弗炉中，以20℃/min至30℃/min的升温速度升温至500℃至600℃，并保温2h至4h，得到碳化物；将所述碳化物冷却至温度为23℃至26℃后，用超纯水清洗至中性，烘干研磨，得到所述污泥基生物炭。
在一些实施例中，所述将为中性的所述前驱体溶液倒入反应釜中，通过水热法制得生物炭 半导体复合吸附剂，包括：将反应釜的温度调整为160℃至240℃，将所述前驱体溶液在反应釜中水热反应14h至24h；当反应釜温度降至25℃至30℃，取出反应釜内胆中的固体颗粒物；将所述固体颗粒物经过超纯水和乙醇清洗后，于50℃至80℃的真空干燥箱中干燥6h至12h，得到生物炭 半导体复合吸附剂。
在一些实施例中，所述硝酸的浓度为2mol/L至6mol/L；所述碱溶液的浓度为1mol/L至4mol/L；所述碱溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠中的任一种。
在一些实施例中，所述改性剂包括氢氧化钾、氢氧化钠中的任一种。
在一些实施例中，所述污泥与所述改性剂的固液比为1:(2～8)。
在一些实施例中，所述交联剂包括十二烷基苯磺酸钠。
在一些实施例中，所述pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠中的至少一种。
在一些实施例中，所述制备方法制得的生物炭 半导体复合吸附剂，半导体的质量占比为0.25％至2％。
第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面所述制备方法制备的生物炭 半导体复合吸附剂在工业废水处理的应用。
区别于相关技术的情况，本申请提供的一种生物炭 半导体复合吸附剂的制备方法及应用，该方法中污泥可选用废水处理厂的污泥原料易得，通过碱改性的方法，提升污泥基生物炭表面含氧官能团的数量和种类，第一混合液中五水合硝酸铋表面含有交联剂，第二混合液中偏钒酸铵表面含有交联剂，再将污泥基吸附剂与第一混合液及第二混合液混合后，第一混合液与第二混合液可生成半导体材料，交联剂促进污泥基生物炭与半导体材料复合，通过水热法一步合成生物炭 半导体复合吸附剂。本申请制备的生物炭 半导体复合吸附剂充分发挥了生物炭和半导体的性能，半导体产生的羟基自由基和超氧自由基能够降解吸附于生物炭上的有机污染物，使得该吸附剂在可见光照射下具备原位再生功能，简化了现有污水吸附处理工艺中的流程，具体地省略了回收、再生、吸附剂回流的流程工艺，由此节约了能耗，降低了吸附工艺的运行成本，提升吸附工艺的市场价值。
（发明人：赵双阳;杨超;欧阳清华;肖习羽;宋艳华;肖吉成;李海波）