污泥基吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种污泥基吸附材料及其制备方法和应用，该污泥基吸附材料的制备方法包括：将印染污泥、豆荚、皮屑以及活化剂的混合物进行微波处理，以完成混合物的炭化和活化；其中，印染污泥、豆荚和皮屑的质量比为1～5：1：0.15～0.5。本发明专利技术还提供了上述污泥基吸附材料在污水处理中的应用。其制备过程操作简单，经济，环保，产品是具有一定比表面积且孔隙分明的污泥基吸附材料，不仅解决了它们对环境的污染，也实现了固体废弃物的减量化、资源化。

【技术实现步骤摘要】
污泥基吸附材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及污泥处理
，具体而言，涉及一种污泥基吸附材料及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，我国染料的年产量位居世界前列，每年约有大量的染料废水排入环境，现有的染料废水处理方法仍然采用传统的生化法处理，由此产生大量的印染污泥。印染污泥具有产量大，成分复杂的特点，其中难降解持久性有机污染物种类多，含量高。这些污泥如果不能及时恰当处理，势必会占用大量的土地资源，对水体、土壤及大气带来二次污染。因此，将其减容无害且资源化利用，引起了大家的广泛关注。而污泥炭化是近年来兴起的一项污泥无害化处置和资源化利用的性技术，现有技术中通常将污泥进行炭化后，再进行活化来制备污泥基吸附材料，而由于印染污泥的成分复杂，含有难降解持久性有机污染种类多，使得直接将印染污泥进行炭化，再活化制备得到的污泥基吸附材料，其比表面积较小，孔隙率差。因此，亟需对印染污泥制备的污泥基吸附材料的质量进行改善，以提高对印染污泥的更有效利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在提供一种污泥基吸附材料及其制备方法和应用，以改善现有的印染污泥污泥基吸附材料制备工艺，获得比表面积大和孔隙结构优异的污泥基吸附材料。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术一种污泥基吸附材料的制备方法，其包括：将印染污泥、豆荚、皮屑以及活化剂的混合物进行微波处理，以完成混合物的炭化和活化；其中，印染污泥、豆荚和皮屑的质量比为1～5：1：0.15～0.5。可选地，豆荚为大豆豆荚，皮屑为制革厂鞣前工段的下脚料，下脚料为皮边、皮渣或皮粉。本专利技术还提供了一种污泥基吸附材料，其由上述污泥基吸附材料的制备方法制备得到。本专利技术还提供了上述污泥基吸附材料在污水处理中的应用。一方面，通过采用微波处理的方法在活性剂存在的情况下对印染污泥、豆荚和皮屑的混合物进行同时炭化和活化，简化操作工艺；另一方面，通过加入适当比例的豆荚对印染污泥的成分进行调整，以使得在印染污泥的成分中加入豆荚中的大量纤维素和碳元素，有利于微孔以及中孔的形成，进而有利于炭化活化获得的污泥基吸附材料的比表面积的增大以及孔隙结构的优化。此外，在原料中加入皮屑，不仅能提高目标产物的吸附性能，而且能防止在微波热解过程中的过度凝聚、结块，有助于保持污泥基吸附剂的蓬松。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1中预处理原料混合物的SEM图；图2为本专利技术实施例1中污泥基吸附材料的SEM图。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施方式的涉及的一种污泥基吸附材料及其制备方法和应用进行具体说明。本专利技术的一些实施方式提供了一种污泥基吸附材料的制备方法，其包括：将印染污泥、豆荚、皮屑以及活化剂的混合物进行微波处理，以完成混合物的炭化和活化；其中，印染污泥、豆荚和皮屑的质量比为1～5：1：0.15～0.5。一些实施方式中，豆荚可以为大豆豆荚，皮屑可以为制革厂鞣前工段的下脚料，下脚料为皮边、皮渣或皮粉。现有的污泥炭化制备污泥基吸附材料，通常是将污泥直接进行炭化再进行活化来得到污泥基吸附材料，但是不同的污泥由于其本身含有的物质组成不同，其制备的污泥基吸附材料品质不一，且大多质量较差。而印染污泥由于其印染工艺的特殊性，因此，按照常规方式直接炭化活化得到污泥基吸附材料的质量更差。专利技术人通过研究发现采用采用微波处理的方法在活性剂存在的情况下对污泥原料进行同时炭化和活化，简化操作工艺的同时，由于炭化和活化的同时进行，进而使得热分解放出挥发分变成炭化产物的过程中，活性剂同时进行作用，热分解的过程也同时完成了成孔的过程，有助于提高污泥基吸附材料的比表面积和孔隙结构；而在研究过程中发现其虽然有助于提高活性碳的比表面积和孔隙结构，但是对于印染污泥来说，其质量还是较差，经过研究发现，印染污泥由于其成分复杂，含有难降解持久性有机污染种类多，含碳量低等造成直接以印染污泥制备得到污泥基吸附材料不能取得较好的污泥基吸附材料，专利技术人经过大量的实验和研究创造性的发现，在原料中加入豆荚，特别是大豆豆荚，其有利于污泥基吸附材料的比表面积、孔隙结构以及吸附性能的提高，其原因可能在于，豆荚由于具有大量的纤维素和碳元素，其可以作为增碳剂和结构增强剂对印染污泥的成分进行调整，进而使得其在微波处理进行炭化和活化的过程中有利于微孔和中孔的形成，达到改善污泥基吸附材料性能的目的。进一步地，专利技术人进一步发现在微波热解过程中，由于是热量快速作用于原料以及印染污泥本身含有的大量有机物，其可能容易造成原料在炭化过程中过渡凝聚、结块而导致污泥基吸附材料的质量降低，因此，专利技术人再次通过大量实验和研究，发现在原料中添加少量皮屑，能够有效防止上述问题的出现。其原因可能在于：皮屑中95％以上都是蛋白质成分，大量的蛋白质使得其不仅能提高目标产物的吸附性能，而且能防止在微波热解过程中的过度凝聚、结块，有助于保持污泥基吸附剂的蓬松。此外，大豆豆荚这种农业废弃物价格低廉，来源广泛。大豆豆荚在农业、生活中一般作为固体废弃物焚烧，数量众多，在带来环境污染的同时焚烧还存在安全问题。皮屑是皮革工艺中鞣前工段诸多工序的下脚料，如组批、削匀、修边、割边等工序产生出大量的皮边、皮渣、皮粉等，这里统称为皮屑。皮屑中95％以上是蛋白质成分，有机碳含量极高。我国是皮革制造大国，每年产生数十万吨的固体废弃物，其中皮屑及铬革屑几乎占一半左右，而大部分的皮屑及铬革屑被填埋或焚烧，造成了严重的资源浪费，也给环境带来污染。因此，专利技术人在解决印染污泥制备污泥基吸附材料的上述问题的基础上进一步将大豆豆荚和皮屑进行利用，是实现废弃物资源化的有效手段。具体地，一些实施方式中，为了使得原料的微波处理效果更好，微波处理的微波功率为500～900W，微波辐射时间为5～20min。例如，微波功率可为900W，微波辐射时间为5min；或微波功率为800W，微波辐射时间为10min；或微波功率为700W，微波辐射时间为15min；或微波功率为600W，微波辐射时间为18min；或微波功率为500W，微波辐射时间为20min。进一步地，避免空气中的氧气在热解过程中对炭化过程造成影响，微波处理是在惰性气体的保护下进行，其中，惰性气体是不与原料在热解过程中发生反应的气体，例如，惰性气体包括但不限于氮气、稀有气体等。为了使得原料能够生成较佳的孔隙结构，一些实施方式中，印染污泥、豆荚和皮屑的总质量和活化剂的质量之比为1～6：1。进一步地，专利技术人发现活化剂的选择对于最终污泥基吸附材料的性能也是具有重要影响的，活化剂采用ZnCl2-CuCl2复合活化剂、KOH-K2CO3复合活化剂、KOH-NaOH复合活化剂和H2SO4-H3PO4复合活化剂中的任意一种，其相对于常规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污泥基吸附材料的制备方法，其特征在于，其包括：将印染污泥、豆荚、皮屑以及活化剂的混合物进行微波处理，以完成所述混合物的炭化和活化；其中，所述印染污泥、所述豆荚和所述皮屑的质量比为1～5：1：0.15～0.5；优选地，所述豆荚为大豆豆荚，所述皮屑为制革厂鞣前工段的下脚料，所述下脚料为皮边、皮渣或皮粉及其混合物。

【技术特征摘要】
1.一种污泥基吸附材料的制备方法，其特征在于，其包括：将印染污泥、豆荚、皮屑以及活化剂的混合物进行微波处理，以完成所述混合物的炭化和活化；其中，所述印染污泥、所述豆荚和所述皮屑的质量比为1～5：1：0.15～0.5；优选地，所述豆荚为大豆豆荚，所述皮屑为制革厂鞣前工段的下脚料，所述下脚料为皮边、皮渣或皮粉及其混合物。2.根据权利要求1所述的污泥基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述微波处理的微波功率为500～900W，微波辐射时间为5～20min；优选地，所述微波处理是在惰性气体的保护下进行，优选惰性气体为氮气。3.根据权利要求1所述的污泥基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述印染污泥、所述豆荚和所述皮屑的总质量和所述活化剂的质量之比为1～6：1；优选地，所述活化剂选自ZnCl2-CuCl2复合活化剂、KOH-K2CO3复合活化剂、KOH-NaOH复合活化剂和H2SO4-H3PO4复合活化剂中的任意一种；优选地，所述ZnCl2-CuCl2复合活化剂中的ZnCl2与CuCl2的质量比为3～7：1，KOH-K2CO3复合活化剂中的KOH与K2CO3的质量比为1：1～3，所述H2SO4-H3PO4复合活化剂中的H2SO4与H3PO4的质量比为1：5～9。4.根据权利要求1～3任意一项所述的污泥基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述混合物的制备方法包括：将所述印染污泥、所述豆荚和所述皮屑混合研磨，优选地，研磨至粒径过100目筛；将经过研磨后的初混物在所述活化剂的溶液中进行超声浸渍，干燥；优选地，所述超声浸渍的超声功率为50～80W，超声频率为25～35kHz，浸渍时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹向禹，田俊阳，郑顺姬，隋智慧，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23