一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及应用制造技术

本发明专利技术属于污染土壤治理技术领域，更具体地，涉及一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及其应用。高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少2小时，冷却后得到污泥生物炭；(2)将污泥生物炭与浓度为3～6g/L的含有有机官能团的高分子聚合物溶液在混合，40℃～60℃的条件下搅拌，向其中逐滴加入交联剂，发生交联反应后获得流体状复合物；(3)流体状复合物逐滴加入酸溶液，直至胶体完全析出，分离后将胶体干燥得到高分子材料改性的污泥生物炭催化剂。将该催化剂应用于降解土壤中的有机污染物，污染物降解效率高。

The preparation and application of a polymer modified bio carbon catalyst for sludge

The invention belongs to the technical field of contaminated soil treatment, and more specifically relates to a sludge biochar catalyst modified by macromolecule material, and its preparation and application. Preparation method of biological sludge carbon catalyst modified polymer material, which comprises the following steps: (1) the dried sludge in isolated oxygen environment under 400~600 DEG C in the pyrolysis process of at least 2 hours after cooling to obtain biological carbon sludge; (2) the sludge biochar with concentration of 3 to the polymer containing organic functional groups 6G /L in the mixed solution of polymer, 40 to 60 DEG C under the condition of stirring, to which the dropwise addition of crosslinking agent, crosslinking reaction after fluid compound; (3) fluid compound added dropwise acid solution until the colloidal precipitate completely, after separating colloid drying sludge biological carbon catalyst the modification of polymer materials. The catalyst is applied to the organic pollutants in the degradation soil, and the degradation efficiency of the pollutants is high.

【技术实现步骤摘要】
一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及应用
本专利技术属于污染土壤治理
，更具体地，涉及一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及其降解土壤中有机污染物的方法。
技术介绍
随着城市现代化进展的加快，土壤的污染问题越来越严重，已经严重影响人们的生产生活。污染土壤中以有机物污染最为严重，由于多数有机污染物具有难降解、强致癌的性质，目前土壤修复已经引起国内外的密切关注。现有土壤修复技术中，目前使用最广泛的修复手段是化学修复法。因为化学修复具有修复周期短、修复效果显著、土壤二次利用率高等优点。在化学修复中，高级氧化法是使用最广泛的方法，主要有双氧水、高锰酸盐、臭氧等高级氧化技术。首先双氧水为液体、运输较为困难，且对土壤质地有很高的要求，及其氧化半径较小等明显的缺点；其次，高锰酸盐对pH有较高的选择性，且生成的二氧化锰为沉淀，影响土壤的孔径，对土壤中的微生物生存有较大的影响；另外，臭氧基于其传质等因素，一般不作为大面积场地修复的手段。过硫酸盐基于其易运输、对土壤自身性质选择性较小、以及其氧化半径较大、自由基持续周期长等优点，目前在高级氧化技术中得到了大量的研究。基于过硫酸盐的高级氧化技术中，一方面，催化剂的量以及形态的使用有很大限制，少量或过量、溶液或者固体都会影响其氧化效果。例如过硫酸盐催化剂中主要为含铁的催化剂，自由铁离子活性最强，但是使用过程铁离子过量会抑制其降解效果；对于铁矿石等系列催化剂，由于其为固体催化剂，多相反应导致反应时间及降解效率较低。另一方面，有机污染物易附着在土壤有机质上，甚至进入其内部，导致其不易降解，且在多相反应中降解效果会受极大影响。此外，对于含铁化合物催化过硫酸盐过程中对pH也有较高要求，故本文专利技术一种新型高分子材料，其制作工艺简单，操作简便，中性条件可高效降解土壤中的污染物。其一方面利用了废弃的污泥，另一方面在污染治理上作为催化剂，达到以废治废的目的。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备方法及应用，其目的在于通过将热解处理的污泥生物炭与含有大量有机官能团如-NH2、-COOH、-OH的高分子聚合物在交联剂作用下发生交联接枝反应，然后通过酸析出胶体并干燥获得该催化剂，将其应用于降解土壤中的有机污染物，污染物降解效率高，由此解决现有技术基于过硫酸盐的高级氧化技术的催化剂效率低、工艺控制条件复杂等技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少2小时，冷却后得到污泥生物炭；(2)将步骤(1)所述的污泥生物炭与浓度为3～6g/L的含有有机官能团的高分子聚合物溶液混合，在40℃～60℃的搅拌条件下向其中逐滴加入交联剂，发生交联反应后获得流体状复合物；其中所述污泥生物炭、所述高分子聚合物与所述交联剂的质量比为1:0.5～3:0.25～2；(3)向步骤(2)获得的流体状复合物逐滴加入酸溶液，直至胶体完全析出，分离后将胶体干燥得到高分子材料改性的污泥生物炭催化剂。优选地，步骤(1)获得的所述污泥生物炭还经过研磨处理，过筛，获得粒径范围为0.30～0.45mm的污泥生物炭。优选地，步骤(2)所述含有有机官能团的高分子聚合物为纤维素或壳聚糖。优选地，步骤(2)所述含有有机官能团的高分子聚合物为羧甲基壳聚糖。优选地，步骤(2)所述交联剂为戊二醛、琥珀酸或三聚磷酸盐中的一种或多种的水溶液。优选地，所述交联剂为质量分数不大于2％的戊二醛的水溶液。优选地，步骤(2)所述交联反应时间为1～2小时。优选地，步骤(3)所述酸溶液为弱酸溶液。优选地，所述酸溶液为醋酸溶液。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂，按照所述的制备方法制备得到。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的应用，应用于降解土壤中的有机污染物。优选地，所述的应用，包括如下步骤：(1)将含有有机污染物的土壤、所述的催化剂与水混合，使得固液比为1:2～1:10，其中每1000克所述含有有机污染物的土壤中加入5～35克所述催化剂，充分混合1～2h小时得到混合物；(2)向步骤(1)所述的混合物中加入过硫酸盐，使得混合物中过硫酸盐的浓度0.02～0.5mol/L，调节pH为5～8，反应2～24小时。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。(1)本专利技术提供了一种采用高分子聚合物改性污泥生物炭制备用于催化降解土壤中有机污染物的催化剂的方法，其通过首先将热解处理的污泥生物炭与含有大量有机官能团如-NH2、-COOH、-OH的高分子聚合物在交联剂作用下发生交联接枝反应，然后通过酸析出胶体并干燥获得本专利技术的高分子聚合物改性的污泥生物炭催化剂，制备方法步骤简单易行。(2)本专利技术高分子材料改性的污泥生物炭催化剂制备过程只有对关键子步骤包括污泥生物炭热解条件、污泥生物炭与高分子聚合物交联过程以及最终催化剂CMC-SSBC的胶体析出过程等进行严格的控制，才能得到本专利技术具有良好污染物降解效果的改性污泥生物炭催化剂。(3)本专利技术利用交联技术连接高分子聚合物来改性污泥生物炭，由于高分子聚合物如羧甲基壳聚糖含有大量的官能团如-NH2、-COOH、-OH等导致最终制备得到的CMC-SSBC表明具有大量丰富的官能团。在土壤有机物降解过程中，CMC-SSBC表面聚合体的交联结构和丰富的官能团使其具有类似“抓手”的这种性质，通过与有机污染物的氢键等相互作用力，加速污染物在CMC-SSBC催化剂表面的富集，增加污染物与其接触的程度，具备更多的活性位点，增加了污染物被氧化降解的速度。(4)利用本专利技术制备得到的高分子改性的污泥生物炭催化剂降解土壤中的有机物时，严格控制催化剂用量，并结合催化剂本身的特点，首先确保污染土壤与催化剂充分接触后，再加入一定量的过硫酸盐，使得本专利技术制备得到的催化剂在过硫酸盐氧化剂的存在条件下，能够高效的催化氧化降解土壤中的有机污染物，有效解决目前土壤治理的一大难问题。(5)本专利技术通过直接利用污泥(市政污泥、生活污水厂的污泥等)来改性污泥生物炭，制备简单，可以环保的处置和再次利用污泥，一方面减少污泥的处理问题，为污泥的环保处置和再利用提供了有效的无害化处理途径，另一方面其作为行之有效的廉价高效催化剂，达到以废治废的目的。附图说明图1是本专利技术的高分子材料改性的污泥生物炭催化剂催化降解土壤中有机污染物的机理示意图；图2是本专利技术实施例1高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备流程图；图3是实施例1制备的产物的扫描电镜图；图4是实施例1制备的产物的XRD图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少2小时，冷却后得到污泥生物炭；(2)将步骤(1)所述的污泥生物炭与浓度为3～6g/L的含有有机官能团的高分子聚合物溶液混合，在40℃～60℃的搅拌条件下向其中逐滴加入交联剂，发生交联反应后获得流体状复合物；其中所述污泥生物炭、所述高分子聚合物与所述交联剂的质量比为1:0.5～3:0.25～2；(3)向步骤(2)获得的流体状复合物逐滴加入酸溶液，直至胶体完全析出，分离后将胶体干燥得到高分子材料改性的污泥生物炭催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少2小时，冷却后得到污泥生物炭；(2)将步骤(1)所述的污泥生物炭与浓度为3～6g/L的含有有机官能团的高分子聚合物溶液混合，在40℃～60℃的搅拌条件下向其中逐滴加入交联剂，发生交联反应后获得流体状复合物；其中所述污泥生物炭、所述高分子聚合物与所述交联剂的质量比为1:0.5～3:0.25～2；(3)向步骤(2)获得的流体状复合物逐滴加入酸溶液，直至胶体完全析出，分离后将胶体干燥得到高分子材料改性的污泥生物炭催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)获得的所述污泥生物炭还经过研磨处理，过筛，获得粒径范围为0.30～0.45mm的污泥生物炭。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含有有机官能团的高分子聚合物为纤维素或壳聚糖。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含有有机官能团的高分子聚合物为羧甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朱琦，王婷，郎洁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42