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
一种醋酸活化污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，包括如下工艺步骤：取适量污泥，制成泥浆，置于捣碎匀浆机内，将冰醋酸加入泥浆中，捣碎匀浆30-60min，超声波振荡处理20-60min，密闭，在50℃-60℃条件下保温浸渍12-24h，得到均质醋酸活化污泥浆，在持续搅拌条件下，将钛酸四丁酯缓慢滴加入醋酸活化污泥浆中，继续搅拌20-30min，得到含钛污泥胶，取碱土金属化合物加入含钛污泥胶中，搅拌均匀，加热至85-95℃保温搅拌反应、蒸发，最后于105℃条件下烘干，制成钛-碱土金属-污泥干凝胶，将钛-碱土金属-污泥干凝胶于650-950℃条件下，空气氛围中煅烧5-6h，即得。本发明直接利用污泥，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。
摘要附图
权利要求书
1.一种醋酸活化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)、取适量污泥，调整污泥的含水率为85-92%，制成泥浆，置于捣碎匀 浆机内，按泥浆与冰醋酸质量比为1:0.4-0.8取冰醋酸，将冰醋酸加入泥浆中， 置于捣碎匀浆机中，捣碎匀浆30-60min，超声波振荡处理20-60min，密闭，在 50℃-60℃条件下保温浸渍12-24h，得到均质醋酸活化污泥浆，备用;
(2)、按醋酸活化污泥浆与钛酸四丁酯质量比为1:0.8–1.5取钛酸四丁酯， 在持续搅拌条件下，将钛酸四丁酯缓慢滴加入步骤(1)中得到的醋酸活化污泥 浆中，滴完后，继续搅拌20-30min，得到含钛污泥胶，备用;
(3)、按碱土金属和钛的摩尔比为1:1称取碱土金属化合物，加入到步骤 (2)中制得的含钛污泥胶中，搅拌均匀，加热至85-95℃保温搅拌反应、蒸发， 最后于105℃条件下烘干，制成钛-碱土金属-污泥干凝胶，备用;
(4)、将步骤(3)中制备的钛-碱土金属-污泥干凝胶于650-950℃条件下， 空气氛围中煅烧5-6h，即得。
2.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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)中的捣碎搅拌速度≥5000r/min。
3.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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)中超声波振荡处理时超声波频率40KHz，超 声功率100W-500W。
4.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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)中的碱土金属化合物为碳酸钙、碳酸镁、碳酸 钡、碳酸锶和白云石、石灰石中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种醋酸活化污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方 法，其特征在于：所述的碱土金属化合物的粒径≤25微米。
6.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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1000g污泥，调整含水率为85%，置于捣碎匀浆机内，加入800g冰醋 酸，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，取出，置于180W的40KHz超 声波振荡器内振荡60min，密闭，在50℃条件下保温浸渍24h，得到均质醋酸 活化污泥浆;称取1000g醋酸活化污泥浆，在持续搅拌条件下，逐滴加入800g 钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌30min，再加入238g石灰石粉，搅拌均匀， 加热至90℃保温搅拌反应30min，蒸干水分后于105℃条件下干燥，制成钛-钙 -污泥干凝胶，置于箱式电炉中，于750℃条件下，空气氛围中煅烧6h，得到多 孔钛酸钙1;
上述石灰石粉含碳酸钙99%，粒径25微米。
7.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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1000g新排放的剩余污泥，加入400mL水，调整含水率为89.3%，置于 捣碎匀浆机内，加入600g冰醋酸，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min， 取出，置于300W的40KHz超声波振荡器内振荡30min，密闭，在55℃条件下 保温浸渍20h，得到均质醋酸活化污泥浆;称取1000g醋酸活化污泥浆，在持 续搅拌条件下，逐滴加入1000g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌30min，再 加入298g石灰石粉，搅拌均匀，加热至90℃保温搅拌反应30min，蒸干水分 后于105℃条件下干燥，制成钛-钙-污泥干凝胶，置于箱式电炉中，于750℃条 件下，空气氛围中煅烧6h，得到多孔钛酸钙3;
上述石灰石粉含碳酸钙99%，粒径25微米。
8.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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1000g新排放的剩余污泥，加入700mL水，调整含水率为91.18%，置 于捣碎匀浆机内，加入800g冰醋酸，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min， 取出，置于300W的40KHz超声波振荡器内振荡50min，密闭，在60℃条件下 保温浸渍15h，得到均质醋酸活化污泥浆;称取1000g醋酸活化污泥浆，在持 续搅拌条件下，逐滴加入1000g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌30min，再 加入295g碳酸钙粉，搅拌均匀，加热至90℃保温搅拌反应30min，蒸干水分 后于105℃条件下干燥，制成钛-钙-污泥干凝胶，置于箱式电炉中，于750℃条 件下，空气氛围中煅烧6h，得到多孔钛酸钙5。
9.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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1000g新排放的剩余污泥，加入875mL水，调整含水率为92%，置于捣 碎匀浆机内，加入500g冰醋酸，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，取 出，置于500W的40KHz超声波振荡器内振荡20min，密闭，在60℃条件下保 温浸渍12h，得到均质醋酸活化污泥浆;称取1000g醋酸活化污泥浆，在持续 搅拌条件下，逐滴加入1500g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌30min，再加 入410g白云石粉，搅拌均匀，加热至90℃保温搅拌反应30min，蒸干水分后 于105℃条件下干燥，制成钛-钙/镁-污泥干凝胶，置于箱式电炉中，于850℃条 件下，空气氛围中煅烧6h，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25微米。
10.根据权利要求1所述的一种醋酸活化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1000g新排放的剩余污泥，加入875mL水，调整含水率为92%，置于捣 碎匀浆机内，加入400g冰醋酸，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，取 出，置于100W的40KHz超声波振荡器内振荡20min，密闭，在50℃条件下保 温浸渍12h，得到均质醋酸活化污泥浆;称取1000g醋酸活化污泥浆，在持续 搅拌条件下，逐滴加入1500g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌30min，再加 入874g碳酸钡粉，搅拌均匀，加热至90℃保温搅拌反应30min、蒸干水分后 于105℃条件下干燥，制成钛-钡-污泥干凝胶，置于箱式电炉中，于950℃条件 下，空气氛围中煅烧6h，得到多孔钛酸钡;
上述碳酸钡为工业级，含量99.5%，粒径23微米。
说明书
一种醋酸活化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，特别涉及一种醋酸活化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。污泥中含有寄生虫卵、 病原微生物等致病生物和重金属，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、醋酸和醇类试剂为络合剂和分散剂，以醇类试剂为分散剂， 再加入致孔剂或模板材料，通过溶胶-凝胶技术得到钛酸盐凝胶前驱体，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 多孔钛酸盐成本很高，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，是提供一种醋酸活化污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法， 本方法生产工艺简单，成本低，同时解决了污泥的污染问题。
采用的技术方案是：
一种醋酸活化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)、取适量污泥，调整污泥的含水率为85-92%，制成泥浆，置于捣碎匀 浆机内，按泥浆与冰醋酸质量比为1:0.4-0.8取冰醋酸，将冰醋酸加入泥浆中， 置于捣碎匀浆机中，捣碎匀浆30-60min，超声波振荡处理20-60min，密闭，在 50℃-60℃条件下保温浸渍12-24h，得到均质醋酸活化污泥浆，备用;
(2)、按醋酸活化污泥浆与钛酸四丁酯质量比为1:0.8–1.5取钛酸四丁酯， 在持续搅拌条件下，将钛酸四丁酯缓慢滴加入步骤(1)中得到的醋酸活化污泥 浆中，滴完后，继续搅拌20-30min，得到含钛污泥胶，备用;
(3)、按碱土金属和钛的摩尔比为1:1称取碱土金属化合物，加入到步骤 (2)中制得的含钛污泥胶中，搅拌均匀，加热至85-95℃保温搅拌反应、蒸发， 最后于105℃条件下烘干，制成钛-碱土金属-污泥干凝胶，备用;
(4)、将步骤(3)中制备的钛-碱土金属-污泥干凝胶于650-950℃条件下， 空气氛围中煅烧5-6h，即得。
上述步骤(1)中的捣碎搅拌速度≥5000r/min。
上述步骤(1)中超声波振荡处理时超声波频率40KHz，超声功率 100W-500W。
上述步骤(3)中的碱土金属化合物为碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锶和 白云石、石灰石中的一种或几种。
上述的碱土金属化合物的粒径≤25微米。
为了处理和利用污泥，同时降低多孔钛酸盐吸附剂的合成成本，以机械捣 碎、超声振荡和醋酸对污泥中的生物残体的细胞破壁、对蛋白质、纤维素等有 机成分进行改性活化、得到醋酸改性污泥，并用于多孔钛酸盐吸附剂的制备。
本发明的优点在于：
本发明直接利用污泥，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，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。
