申请日2020.10.26
公开（公告）日2021.02.12
IPC分类号B01J20/20; B01J20/28; B01J23/745; C02F1/28; C02F1/72; B01J20/30
摘要
一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法及其应用，属于污泥资源化利用技术领域。本发明的目的在于充分利用污水污泥、赤铁矿、铁锈、拜耳法赤泥、高含铁量粉煤灰和酸洗废水等市政与工业废物，以固体废弃物铁源制备磁性污泥基生物炭：含水率低于15％的干化污泥、固态铁源通过机械粉碎并混合均匀；连续式热解，热解温度400?800℃，固体物料在装置中停留时间20?120min，精细球磨粉碎至100μm以下即可；本发明制备纳米Fe3O4/磁性污泥基生物炭核壳材料中，材料内核与壳体均具有磁性，可实现高效回收利用。
权利要求书
1.一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法，其特征在于：所述方法具体如下：
步骤一：磁性污泥基生物炭制备的前处理过程，具体有如下两种形式：
方式一：以固体废弃物铁源制备磁性污泥基生物炭：含水率低于15％的干化污泥、固态铁源通过机械粉碎并混合均匀；
方式二：以廉价液态废弃物铁源制备磁性污泥基生物炭核：脱水/干化污泥、液态铁源搅拌并混合均匀后，热干化至含水率低于15％并粉碎；
步骤二：磁性污泥基生物炭材料热解制备过程，具体有如下两种形式：
方式一：连续式热解，热解温度400-800℃，固体物料在装置中停留时间20-120min，精细球磨粉碎至100μm以下即可；
方式二：间歇式热解，热解温度400-800℃，升温速率10-100℃/min，热解温度停留时间20-120min，装置内通入保护气氛，精细球磨粉碎至100μm以下即可。
2.根据权利要求1所述的一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法，其特征在于：步骤一中，所述固态铁源为赤铁矿、铁锈、拜耳法赤泥或高含铁量粉煤灰中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法，其特征在于：步骤一中，所述液态铁源为酸洗废水。
4.根据权利要求1所述的一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法，其特征在于：步骤一中，所述造孔剂为氢氧化钾、磷酸或氯化锌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法，其特征在于：步骤一中，所述机械粉碎为球磨混合。
6.一种权利要求1～5任一项制备的磁性污泥基生物炭材料的应用，其特征在于：在催化臭氧氧化、芬顿氧化、过硫酸盐氧化中用作高级氧化催化剂，失效后催化剂可通过磁场进行回收；在污水强化一级处理、出水强化除磷、强化抗生素去除中用作吸附剂，通过磁场进行回收；在磁混凝工艺中用作磁性混凝助剂，通过磁场进行回收。
7.一种权利要求1～5任一项制备的磁性污泥基生物炭材料的应用，其特征在于：用于制备纳米Fe3O4/磁性污泥基生物炭核壳材料，具体为：惰性气氛中加入铁基包覆溶液，pH缓冲溶液，无水乙醇与脱氧蒸馏水，连续搅拌30-120min后过滤，脱氧蒸馏水冲洗干净，在70-105℃条件下干燥，即制备出纳米Fe3O4/磁性污泥基生物炭核壳材料。
8.根据权利要求7所述的一种磁性污泥基生物炭材料的应用，其特征在于：所述铁基包覆溶液中Fe3+/Fe2+摩尔比为1～2：1。
9.根据权利要求7所述的一种磁性污泥基生物炭材料的应用，其特征在于：制备的纳米Fe3O4/磁性污泥基生物炭核壳材料具体在催化臭氧氧化、芬顿氧化、过硫酸盐氧化中用作高级氧化催化剂，失效后催化剂可通过磁场进行回收；在污水强化一级处理、出水强化除磷、强化抗生素去除中用作吸附剂，通过磁场进行回收；在磁混凝工艺中用作磁性混凝助剂，通过磁场进行回收。
说明书
一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法及其应用
技术领域
本发明属于污泥资源化利用技术领域，具体涉及一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法及其应用。
背景技术
随着我国污水处理规模的高速增长，污水污泥产量已超过3000万吨/年，亟需开发污泥安全处理处置与资源化利用技术。目前，污水污泥材料化利用主要包括制备吸附材料、催化材料与土壤改良材料等。目前污泥制备的吸附材料与催化材料普遍存在制备成本高、材料性能低、材料附加值低、适应性差等问题，难以实现规模化应用。纳米磁性核壳材料具有较高的比表面积、良好的吸附性能与催化性能。目前，纳米磁性核壳材料主要由成本较高的工业级化学品制备，成本较高。若能充分利用污水污泥、赤铁矿、铁锈、拜耳法赤泥、高含铁量粉煤灰和酸洗废水等市政与工业废物制备出高性能纳米磁性核壳材料，不但可以实现废物无资源化利用，而且可以制备出可应用于水处理的高性能材料。
发明内容
本发明的目的在于充分利用污水污泥、赤铁矿、铁锈、拜耳法赤泥、高含铁量粉煤灰和酸洗废水等市政与工业废物，提供一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法及其应用，实现了废物无资源化利用，应用于水处理。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种污泥制备磁性污泥基生物炭材料的方法，所述方法具体如下：
步骤一：磁性污泥基生物炭制备的前处理过程，具体有如下两种形式：
方式一：以固体废弃物铁源制备磁性污泥基生物炭：含水率低于15％的干化污泥、固态铁源通过机械粉碎并混合均匀；
方式二：以廉价液态废弃物铁源制备磁性污泥基生物炭核：脱水/干化污泥、液态铁源搅拌并混合均匀后，热干化至含水率低于15％并粉碎；
步骤二：磁性污泥基生物炭材料热解制备过程，具体有如下两种形式：
方式一：连续式热解，热解温度400-800℃，固体物料在装置中停留时间20-120min，精细球磨粉碎至100μm以下即可；
方式二：间歇式热解，热解温度400-800℃，升温速率10-100℃/min，热解温度停留时间20-120mi，装置内通入保护气氛，精细球磨粉碎至100μm以下即可。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
1、本发明提供了一种新型的高附加值污泥基材料制备技术，与污水污泥直接热解制备的污泥基吸附剂相比，比表面积可提升2～10倍以上；吸附去除水中磷酸盐、抗生素、COD等，去除率提升50％以上；磁性提升5～10倍以上，可通过永磁与电磁两种方式实现磁性吸附材料与水快速分离。
2、传统磁性材料制备铁源为铁盐等化工药剂，价格较高。本发明铁源为赤铁矿、铁锈、拜耳法赤泥、高含铁量粉煤灰和酸洗废水等，铁源几乎零成本甚至有收益，大大降低了磁性材料制备成本。
3、与传统污泥基磁性材料制备工艺均采用铁盐溶液不同，当铁源为固态时，本发明中采用球磨等机械化学方式进行混合，减少传统铁源混合后干化过程，大幅降低污泥基磁性材料制备工艺成本。
4、本发明制备纳米Fe3O4/磁性污泥基生物炭核壳材料中，材料内核与壳体均具有磁性，可有效避免在磁性核壳材料催化氧化应用中，因磁性外壳被氧化导致材料丧失磁性而无法实现催化回收。
（发明人：许国仁;张曌）
