本发明专利技术公开了一种磁性污泥生物炭的制备方法、磁性污泥生物炭及其应用，属于生物炭制备技术领域。该制备方法是将污水处理厂污泥进行脱水后，然后采用高温管式炉热解，热解后过筛，获得磁性污泥生物炭。该应用指利用该生物炭催化降解难降解有机污染物。本发明专利技术以污泥作为生物炭制备原料，降低了制备的成本，更有效解决了如何高效利用污泥的问题，具有良好的环境和经济效益。本发明专利技术所得的生物炭材料绿色高效廉价，可应用于过硫酸盐的活化降解有机污染物等领域。
A preparation method of magnetic sludge biochar, magnetic sludge biochar and its application
The invention discloses a preparation method of magnetic sludge biochar, magnetic sludge biochar and its application, belonging to the technical field of biochar preparation. The preparation method is that the sludge of sewage treatment plant is dewatered, then pyrolyzed in a high temperature tubular furnace and sifted after pyrolysis to obtain magnetic sludge biochar. This application refers to the use of the biochar to catalyze the degradation of refractory organic pollutants. The sludge is used as raw material for preparing biochar, which reduces the cost of preparation, solves the problem of how to use sludge efficiently, and has good environmental and economic benefits. The biochar material obtained by the invention is green, efficient and cheap, and can be applied in the fields of persulfate activation and degradation of organic pollutants.
【技术实现步骤摘要】
一种磁性污泥生物炭的制备方法、磁性污泥生物炭及其应用
本专利技术涉及一种磁性污泥生物炭及其制备方法与应用，属于生物炭制备
技术介绍
随着经济发展和社会进步,种类繁多的药物及个人护理品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)、消毒副产物(DBPs)、环境激素、农药等被排入水环境,这类物质通常易于生物富集,在低浓度下影响水生生物的健康,进而影响到人类健康。这类物质大多没有具体的相关环境管理政策法规或排放标准控制,通常被称为新型污染物。目前的主要的处理工艺有混凝土沉淀法、活性炭吸附法、膜工艺以及高级氧化法。随着我国经济发展，越来越多的废水处理厂正在中国迅速建成，由于其含有大量的水，难以进行运输，处理成本高，大约占总运营成本的50-60％，因此如何高效处理城市污泥成为近年来的研究热点。污泥脱水是一种有效的减少污泥量的策略，从而降低了运输成本和污泥处理成本。常规处理方法包括酸/碱处理，添加絮凝剂，加热，冷冻或高级氧化等。研究表明，过硫酸盐-零价铁系统可以有效的破坏污泥细胞以及胞外聚合物，是一种很有前途的污泥脱水方法。但在污泥脱水后，大量单质铁的剩余以及铁离子的释放对污泥后续处理处置提出了严峻的挑战。生物炭是生物质材料在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物，是一种来源广泛,制备简单,经济易得的吸附剂,具有丰富的孔隙结构,被视为活性炭等较高成本的吸附剂的替代材料。但未经改性的污泥生物炭由于比表面积较小,所能提供的吸附位点有限,从而对废水中有机物,重金属等污染物质的吸附去除能力较差。而且,由于剩余污泥中含有较多重金属,未经处理的污泥生物炭的直接应用可能会对水体造成二次污染,而且,由于生物炭粒径很小,难于从水体中回收,可能会造成二次污染,在一定程度上限制了它的应用。
技术实现思路
为解决如何高效处理污泥的问题，本专利技术的目的在于结合污泥脱水和热解的方法简单快速制备高品质磁性污泥生物炭的方法，实现了污泥资源化利用的目的。本专利技术需要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种磁性好、比表面积和孔容大、孔隙结构丰富的磁性污泥生物炭,还提供了一种制备方法简单、操作容易、成本低、生产效率高且利于大规模生产的改性磁性污泥生物炭的制备方法,还提供了一种该改性磁性污泥生物炭在去除水体中磺胺类污染物的应用,具有去除效率高、去除效果稳定、易于分离等优点。采用的技术方案如下：本专利技术的目的在于通过脱水-热解快速制备磁性污泥生物炭的方法，包括以下步骤：1)将污泥利用零价铁和过硫酸盐脱水；2)将脱水后的污泥热解；3)过筛，获得磁性污泥生物炭。优选地，步骤1)所述过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或二种，所述零价铁为单质铁。优选地，步骤1)具体为：向每克污泥中加入0.1-0.8g的过硫酸盐以及0.5-3g的零价铁，在25℃气浴下混合0.5-2小时。优选地，步骤2)所述热解在高温管式炉中进行，所述高温管式炉的升温速率为15℃/min；在热解温度下的停留时间为90min；热解温度为600℃-1000℃；热解环境为氮气气氛。最优地，所述热解温度为1000℃。优选地，所述过筛是过200目筛。优选地，所述污泥来源于污水处理厂排放的污泥。本专利技术还提供了上述任一方法制得的磁性污泥生物炭。本专利技术还提供了一种上述磁性污泥生物炭在催化降解磺胺类有机污染物中的应用。优选地，所述应用是利用上述任一磁性污泥生物炭催化过硫酸盐降解磺胺类有机污染物。优选地，所述磁性污泥生物炭在反应体系中的添加量为0.05g/L反应体系-0.3g/L反应体系。优选地，所述过硫酸盐在反应体系中的浓度为4mmol/L-8mmol/L。有益效果：本专利技术提供了一种改性磁性污泥生物炭的制备方法,以剩余污泥为原料经碳化后制备得到改性磁性污泥生物炭。本专利技术中以城市污水处理厂中的剩余污泥为原料不仅解决了城市污水处理厂难以解决的污泥的处理与处置问题,同时还实现了剩余污泥的资源化利用,达到了保护环境的目的。本专利技术的碳化过程中无需添加磁源材料,仅通过利用污水处理厂在絮凝脱水过程中投加的零价铁和过硫酸盐即可赋予污泥生物炭磁性,从而获得具有磁性的污泥生物炭,这不仅降低了制备成本,同时有利于材料的回收与再生。本专利技术的制备方法具有制备简单、操作容易、成本低、生产效率高且利于大规模生产等优点本专利技术方法在600-1000℃下煅烧获得的磁性污泥生物炭对于过硫酸盐或单过硫酸盐降解有机污染物都具有很强的催化作用，可以活化过硫酸盐或单过硫酸盐，进而应用于活化过硫酸盐或单过硫酸盐降解磺胺类以及酚类有机污染物中(磁性污泥生物炭作为催化剂)，本专利技术方法中将脱水污泥在600-1000℃下煅烧获得了不同表面性质的磁性污泥生物炭，并且在不同温度下获得的磁性污泥生物炭对过硫酸盐或单过硫酸盐具有不同的催化效果，其中600℃磁性污泥生物炭主要为四氧化三铁，而800℃下煅烧获得的磁性污泥生物炭是四氧化三铁混合氧化亚铁，在1000℃下煅烧获得的磁性污泥生物炭主要为氧化亚铁，由于氧化亚铁活性更强其催化降解速率显著优于600℃和800℃下的磁性污泥生物炭，即：1000℃下煅烧获得的磁性污泥生物炭的氧化亚铁相比于600℃和800℃下获得的铁的形态产生了实质性的变化，且1000℃下煅烧获得的磁性污泥生物炭的催化降解效果也获得了预料不到的技术效果。本专利技术以脱水作为生物炭制备原料，降低了制备的成本，更有效解决了如何高效利用污泥的问题，具有良好的环境和经济效益。本专利技术的制备方法简单易操作，具有环境友好和可持续发展的技术优势。本专利技术所得的生物炭材料绿色高效廉价，可应用于过硫酸盐的活化降解有机污染物等领域。本专利技术制备的磁性污泥生物炭可应用于过硫酸盐、单过硫酸盐体系中作为高效绿色的催化剂对有机污染物进行降解。以实现污泥二次利用，变废为宝，充分利用污泥剩余价值，既实现了资源的回收利用，又开发了新型深度氧化体系，实现水中新型污染物的快速氧化降解。附图说明图1为实施例1-3制得的生物炭材料SEM图：Fe-ADSBC600代表使用实施例3制得的磁性污泥生物炭，Fe-ADSBC800代表使用实施例2制得的磁性污泥生物炭，Fe-ADSBC1000代表使用实施例1制得的磁性污泥生物炭；图2为实施例1-3制得的生物炭材料XRD图：Fe-ADSBC600代表使用实施例3制得的磁性污泥生物炭，Fe-ADSBC800代表使用实施例2制得的磁性污泥生物炭，Fe-ADSBC1000代表使用实施例1制得的磁性污泥生物炭；图3为实施例1-3制得的生物炭材料XPS图：Fe-ADSBC600代表使用实施例3制得的磁性污泥生物炭，Fe-ADSBC800代表使用实施例2制得的磁性污泥生物炭，Fe-ADSBC1000代表使用实施例1制得的磁性污泥生物炭；图4是本专利技术制备的磁性污泥生物炭催化降解有机污染物SMT的效果与时间的关系图：Fe-ADSBC600代表使用实施例3制得的磁性污泥生物炭催化降解有机污染物SMT的性能对照组，Fe-ADSBC800代表使用实施例2制得的磁性污泥生物炭催化降解有机污染物SMT的性能对照组，Fe-ADSBC1000代表使用实施例1制得的磁性污泥生物炭催化降解有机污染物SMT的性能对照组，Fe-ADSBC600+PS代表使用实施例3制得的磁性污泥生物炭催化降解有机污本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁性污泥生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将污泥利用零价铁和过硫酸盐脱水；2)将脱水后的污泥热解；3)过筛，获得磁性污泥生物炭。
【技术特征摘要】
1.一种磁性污泥生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将污泥利用零价铁和过硫酸盐脱水；2)将脱水后的污泥热解；3)过筛，获得磁性污泥生物炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或二种，所述零价铁为单质铁。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：向每克污泥中加入0.1-0.8g的过硫酸盐以及0.5-3g的零价铁，在25℃气浴下混合0.5-2小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述热解在高温管式炉中进行，所述高温管式炉的升温速率为15℃/min；在热解温度下的停留时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺诗欣，陈以頔，李瑞祥，张嘉修，任南琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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