申请日2014.12.09
公开(公告)日2015.04.08
IPC分类号C01B31/12
摘要
本发明涉及一种用于去除污水中染料、酚类、金属离子等污染物的掺杂核桃壳的污泥活性炭的制备方法。其技术方案是：将剩余污泥干燥至含水率为8%～10%，将干污泥与核桃壳分别粉碎至粒径为0.3～0.8mm，按质量比70～90:10～30将二者混匀;再加入硫酸锶粉末制得原料混合物;用氯化锌溶液浸渍24h后烘干;然后在400～500℃下炭化活化45～60min;将产物用盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至pH为6～8;将产品烘干后研磨得到污泥活性炭。本方法以核桃壳作增碳剂，硫酸锶作催化剂，氯化锌为活化剂，采用一步炭化活化法制备污泥活性炭，实现了污泥的无害化处理;所得污泥活性炭孔隙丰富，比表面积高，吸附值大，本产品适用于污水处理。
权利要求书
1.一种掺杂核桃壳的污泥活性炭的制备方法，其特征在于：制备该污泥活 性炭的步骤是，首先将含水率在80～85%的城市污水处理厂剩余污泥送入烘箱中 烘干，至污泥含水率为8～10%，得到干污泥;其次将上步干污泥和原料核桃壳 分别用粉碎机粉碎，过筛制得粒径为0.3～0.8mm的污泥颗粒或核桃壳颗粒，按照 污泥颗粒占质量百分比为70～90%，核桃壳颗粒占质量百分比为10～30%的比例 将二者混合均匀，制得颗粒混合物;将硫酸锶粉末按上述颗粒混合物总质量的 0.2～0.8%的量加入到颗粒混合物中，混合均匀制得原料混合物;再将上步制得原 料混合物加入到氯化锌溶液中，混合均匀后在常温下浸渍24h，再送入烘箱中在 温度为80℃下烘干24h，制得中间产物;然后将上步中间产物放入箱式电阻炉中， 在温度为400～500℃下炭化活化45～60min，加热速率控制在5～15℃/min，制得 活性碳化物;最后将活性碳化物先用盐酸洗涤1～2次，然后用温度为70～80℃的 去离子水洗涤至pH为6～8，再将产品烘干、研磨后得到污泥活性炭。
2.根据权利要求1所述的污泥活性炭的制备方法，其特征是：所述原料混合 物加入到氯化锌溶液中浸渍，所用氯化锌溶液的浓度为2.0～4.0mol/L，浸渍时原 料混合物与氯化锌溶液的浸渍质量比为1:2.5。
3.根据权利要求1所述的污泥活性炭的制备方法，其特征是：所述活性碳化 物用盐酸洗涤，所用盐酸浓度为3mol/L。
说明书
一种掺杂核桃壳的污泥活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于去除水中染料，酚类，金属离子等污染物的掺杂核桃壳 的污泥活性炭的制备方法，它以剩余污泥为原料，掺杂核桃壳增加含碳量，添加 硫酸锶作催化剂，使用氯化锌为活化剂，采用一步炭化活化制备污泥活性炭的新 方法。
技术背景
城市污水处理厂剩余污泥是污水处理厂产生的主要废弃物，污泥因含有重 金属、有机物、病原体等而成为一个潜在污染源。随着中国城市化的推进，城镇 人口不断扩增，产生污水量不断增加，污水处理厂产生的污泥量也不断增加，污 泥的处置正成为一个日益严重的问题。
剩余污泥的常见的处置方式有土地利用、焚烧和填埋。随着环境保护法律法 规的日益严格，传统处置技术的成本将会上升，因此，需要寻找其他更为环境友 好的处置方式。剩余污泥中含有丰富的有机物，经炭化活化处理后，可转化为具 有吸附性的活性炭。将污泥转化为活性炭技术，既回收利用了污泥中的资源，得 到了具有经济价值的产品，又妥善地处理了污泥，具有良好的环境效益和经济效 益。许多研究已经证实，将污泥活性炭用于制作吸附剂显示出巨大的应用前景， 因而污泥活性炭被人们广泛关注。
目前，对污泥活性炭的应用研究集中在水溶液中染料、酚类、金属离子等物 质的去除上。然而，污泥活性炭的应用与产品的性能密切相关，这取决于污泥的 性质与制备的条件。一般说来，制备活性炭的优质原料是固定碳和挥发分含量高 而灰分含量低的含碳材料，如煤、木材、果壳等。然而，剩余污泥含碳较低灰分 较高，制备出的污泥活性炭性能不佳，应用性不强。污泥活性炭相较于商品活性 炭一般存在比表面积较低，孔隙结构中微孔比例小，主要是中孔和大孔，活性炭 吸附值较低等问题。针对污泥原料的缺陷，本发明在污泥中掺杂核桃壳来提高原 料的含碳量降低灰分，改善原料性质，提高污泥活性炭产品的性能。
制备活性炭主要包括炭化和活化两个过程。在活性炭的制备工艺中，炭化 和活化工艺可分为两步法和一步炭化活化法。炭化是指原料的热解过程，炭化后 得到具有一定强度和初始孔隙的炭素前驱体;活化是活化剂与炭素前驱体在一定 条件下相互作用，对炭素前驱体的初始孔隙进行扩孔和发育出新孔道，以产生丰 富的孔隙结构以及形成表面活性基团，得到活性炭。活化过程是制备活性炭最关 键的步骤。活化可分为物理活化、化学活化和催化活化。物理活化通过水蒸气、 二氧化碳等与炭素前驱体反应，使之活化;化学活化是使用化学活化剂对炭素前 驱体进行处理，使其形成丰富的孔隙结构和表面活性基团;催化活化是添加催化 剂对活化过程进行催化，是一种调控活性炭的孔径的有效手段。传统的污泥活性 炭制备常采用化学活化法，使用活化剂有：磷酸、氢氧化钾和氯化锌等。对催化 活化也有少量研究，使用催化剂有：铁、镍、锰的金属氧化物和盐类，以及软锰 矿、钛铁矿等天然矿石。硫酸锶是天然矿石天青石的主要成分，可用作生产陶瓷、 水泥等的添加剂，而将硫酸锶用于活性炭制备尚未见研究报道。本发明针对现有 污泥活性炭的制备提出改进：在污泥中掺杂核桃壳提高原料含碳量，将化学活化 与催化活化相结合，使用氯化锌为化学活化剂，硫酸锶作为催化剂，采用一步炭 化活化制备污泥活性炭。制备的污泥活性炭比表面积大，微孔比例高，吸附值大， 有效提高污泥活性炭的性能，使污泥活性炭实用性更强，应用更广。
发明内容
本发明的目的是，为了实现城市污水厂剩余污泥的稳定化、减量化，对剩余 污泥无害化处理，提高原料含碳量，增大污泥活性炭的微孔数量，提高比表面积， 提高吸附值，特提供一种掺杂核桃壳的污泥活性炭的制备方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：一种掺杂核桃壳的污泥活性炭的制备方 法，以城市污水处理厂剩余污泥为原料，掺杂核桃壳为增碳剂，使用氯化锌为活 化剂，添加硫酸锶作催化剂，采用一步炭化活化制备活性炭。具体步骤如下：
(1)将含水率在80～85%的城市污水处理厂剩余污泥送入烘箱干燥至含水率 为8～10%，得到干污泥;再将干污泥和核桃壳分别粉碎过筛得到粒径为 0.3～0.8mm的污泥颗粒或核桃壳颗粒，按照污泥颗粒质量百分比占70～90%，核 桃壳颗粒质量百分比占10～30%的比例将二者混合均匀，制得颗粒混合物。
(2)将硫酸锶粉末按上述颗粒混合物总量的0.2～0.8%的比例加入到步骤1 得到的颗粒混合物中，混合均匀，制得原料混合物。
(3)再将步骤2制得的原料混合物加入到氯化锌溶液中，混合均匀后在常 温下浸渍24h，送入烘箱中于80℃下烘干24h，制得中间产物;浸渍所用氯化锌 溶液浓度为2.0～4.0mol/L，浸渍时原料混合物与氯化锌溶液的质量比为1:2.5。
(4)然后将步骤3得到的中间产物放入箱式电阻炉中，在400～500℃下炭化 活化45～60min，加热速率控制在5～15℃/min，制得活性碳化物。
(5)最后将步骤4制得的活性碳化物先用浓度为3mol/L的盐酸洗涤1～2次， 再用温度为70～80℃的去离子水洗涤至pH为6～8，将产品烘干、研磨后得到污 泥活性炭。
本发明的有益效果是：本制备方法将化学活化和催化活化复合使用，通过一 步炭化活化制备污泥活性炭，将污泥转化为具经济价值的活性炭，回收利用了城 市污水处理厂剩余污泥，实现了污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化;本方 法具有反应温度较低、时间较短，工艺简单，制得活性炭产品孔隙发达，吸附性 能优良的特点;本方法将核桃壳掺杂到污泥中制备活性炭，提高原料含碳量，改 善了污泥原料含碳量较低，灰分含量较高的缺陷;本方法首次将硫酸锶用作制备 活性炭的催化剂，硫酸锶在污泥的炭化活化过程中催化积炭反应，促进碳微晶的 形成，为新生炭提供更多骨架，促进微孔发育，有效改善了污泥活性炭的孔隙结 构，制得活性炭微孔孔容增大，比表面积增加，吸附值提高，所得产品适用于污 水处理。
