镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法技术

一种镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法，属于废弃物资源化利用技术领域。本发明专利技术的目的是以污泥炭渣和粉煤灰为基本原料制备陶粒用于废水中磷去除的镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法。本发明专利技术选用给水厂剩余污泥热解之后的热解污泥碳渣，以及粉煤灰为基本材料，进行陶粒的烧制，再用氯化镧溶液进行浸泡法改性。本发明专利技术加快生产工艺与设备升级改造；积极采用节能技术，降低陶粒烧成能耗；加强对资源化利用和节能减排的重视；对废弃陶粒填料进行回收可用于建筑等其他多方面领域。追求生产高效率高强度高质量的陶粒，以满足资源化利用和材料的市场需求。

Application and preparation of lanthanum modified ecological packing adsorbent

【技术实现步骤摘要】
镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法
本专利技术属于废弃物资源化利用

技术介绍
热解污泥炭渣和粉煤灰都属于废弃材料，实现了废物资源化利用，镧属于稀土元素，本身对磷具有较强吸附性，极少量对陶粒改性，可大幅度提高其吸附率。同时陶粒用于含磷污废水吸附处理，处理含磷废水可有效缓解水体富营养化的问题，可用于环境保护及水处理等多方面领域。水体富营养化现象日益严重，其中有效除磷是解决这一问题的关键所在。常见的除磷方法包括化学沉淀法、生物法和吸附法。其中吸附法操作简单，高效低耗，用途较广。而物理吸附法常见的吸附剂材料包括黏土、活性炭、污泥、沸石等等。随着我国污水处理厂数量、规模的日益增加，大量剩余污泥的处置成为关键问题，如果污泥处理不当，不但占用大量的有限耕地面积，还会对地表环境和地下水资源造成严重的危害。常见的传统处置方法包括焚烧、填埋、堆肥、热解等，但效果一般，而现代化的生物处理方式投入成本高，难以得到大规模的使用和推广。据统计，发达国家如美国的污泥处理利用率达60%，而现阶段我国的处理利用率还不足10%，因此，污泥碳化技术日益重要。所谓污泥碳化，就是通过一定的手段，将污泥进行无氧或微氧的条件下的“干溜”，使污泥中的水分蒸发出来，同时又最大限度地保留了污泥中的碳值过程。污泥中的有机物被碳化，碳化后的污泥性质类似于活性炭，可以广泛用于吸附除臭脱水等用途。而且碳化后的污泥体积小，污泥中无有毒气体等，不会造成二次污染。所以污泥碳化是一种既不会损坏环境又能资源回用的经济型处理技术。污泥碳化技术不仅能有效处理污泥，还能将其制成具有高附加值的活性炭，真正实现了废弃物的资源化处置。与此同时，粉煤灰的资源化利用也是世界各国国民经济发展中的一个重要研究课题。我国是一个产煤大国，以煤炭为电力生产基本原料，电力工业的飞速发展，导致了粉煤灰排放量的急剧增加，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均资源储存量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策。粉煤灰的传统利用途径一般包括路基、填方、混凝土、土壤改造等方面，而目前已发展用于水泥材料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、混凝土泵送、高级填料等多方面，广泛用于环保建设、农业、建工等领域。在建筑材料方面，由于其比表面积大、表面能高，且且内部存在着铝、硅氧化物等活性点，具有良好的吸附性能，可作为一种廉价的吸附剂处理生活污废水、含磷废水、含铬废水等。
技术实现思路
本专利技术的目的是以污泥炭渣和粉煤灰为基本原料制备陶粒用于废水中磷去除的镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法。本专利技术选用给水厂剩余污泥热解之后的热解污泥碳渣，以及粉煤灰为基本材料，进行陶粒的烧制，再用氯化镧溶液进行浸泡法改性；具体步骤如下：①污泥：粉煤灰的质量比为2：8，掺加水，水的使用量按照每10g混合材料使用5mL水，手工进行捏制粒径约为3-5mm的球型陶粒；②将捏制成球型的陶粒在自然条件下风干24小时，放入马弗炉中进行烧制；烧制时的升温速率为9℃/min，设置在烧制温度为200℃、500℃、800℃的时候保温时间为20min，烧制到1100℃的时候保温时间为30min；烧制过程12小时，烧制完成冷却后，得到非常坚硬的砖红色陶粒；③配置质量浓度为1%的氯化镧溶液，即1g氯化镧粉末溶于100mL蒸馏水中；取烧结后陶粒5g置于100mL氯化镧溶液中，在摇床中设置120r/min，摇晃24h，使氯化镧充分附在陶粒的孔隙中；之后取出置于烘箱中200℃烘干6h。本专利技术加快生产工艺与设备升级改造；积极采用节能技术，降低陶粒烧成能耗；加强对资源化利用和节能减排的重视；对废弃陶粒填料进行回收可用于建筑等其他多方面领域。追求生产高效率高强度高质量的陶粒，以满足资源化利用和材料的市场需求。附图说明图1是烧结温度、不同配比、保温时间和镧溶液浓度对于填料吸附率的影响；图2是不同时间条件下填料不改性和1%镧改性的吸附率；图3是不同投加量条件下填料不改性和1%镧改性的吸附率；图4是不同pH值条件下填料不改性和1%镧改性的吸附率；图5是不同初始磷浓度条件下，填料不改性和1%镧改性的吸附。具体实施方式本专利技术选用给水厂剩余污泥热解之后的热解污泥碳渣，以及粉煤灰为基本材料，进行陶粒的烧制，再用氯化镧溶液进行浸泡法改性。具体步骤如下：①污泥：粉煤灰的质量比为2：8，掺加水，水的使用量按照每10g混合材料使用5mL水，手工进行捏制粒径约为3-5mm的球型陶粒；②将捏制成球型的陶粒在自然条件下风干24小时，放入马弗炉中进行烧制；烧制时的升温速率为9℃/min，设置在烧制温度为200℃、500℃、800℃的时候保温时间为20min，烧制到1100℃的时候保温时间为30min；烧制过程12小时，烧制完成冷却后，得到非常坚硬的砖红色陶粒；③配置质量浓度为1%的氯化镧溶液，即1g氯化镧粉末溶于100mL蒸馏水中；取烧结后陶粒5g置于100mL氯化镧溶液中，在摇床中设置120r/min，摇晃24h，使氯化镧充分附在陶粒的孔隙中；之后取出置于烘箱中200℃烘干6h。以下对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术采用给水厂废弃污泥热解炭渣和粉煤灰为原料，制备新型陶粒用于废水中磷的去除。5.1镧改性吸附填料的制备方法选用热解后的污泥炭渣和粉煤灰为基本原料，按一定比例混合后，研磨棒混合充分均匀，无需其他添加剂，加以少量水，手工搓制成粒径约4mm的圆形陶粒。静置风干24h后，放入马弗炉中烧制，烧制成功后利用质量浓度1%氯化镧溶液浸泡法改性24h后风干，还需考察原料配比、温度、保温时间对填料性能的影响。5.2工艺条件的确定采用的正交试验方案，优选原料最佳配比及烧制条件，从而确定最佳工艺参数。具体步骤如下：（1）确定影响试验因素个数及内容，本试验的影响因素个数为4，分别为：烧制温度A；原料配比B；保温时间C；镧改性浓度D。（2）确定每个因素水平数，本试验为等水平正交设计，各影响因素水平数为3。（3）试验中各因素水平规定见下表表1正交试验因素水平表。试验顺序按如下表2进行，为防止交互作用的影响，可交叉进行表2正交试验顺序表。（4）以磷的吸附率为试验的标准，测定方法：钼锑抗分光光度法。通过正交实验，确定各因素对改性完生态填料性能的影响顺序，并通过单因素分析确定最佳的改性条件。（5）正交实验结果：表3正交试验结果通过正交试验结果，对考核指标进行极差分析如下图4所示，可以看出生态填料的烧制温度和原料配比是影响实验的主要因素，保温时间和镧改性液浓度是次要因素。但在烧制过程中发现在1100℃以下烧制的生态填料，机械强度在不同程度上都不满足作为滤料的条件，在磷溶液中浸泡时易碎且表面易脱落。序号1-6可能由于脱落过多原料颗粒而导致吸附率偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法，其特征在于：选用给水厂剩余污泥热解之后的热解污泥碳渣，以及粉煤灰为基本材料，进行陶粒的烧制，再用氯化镧溶液进行浸泡法改性；/n具体步骤如下：/n①污泥：粉煤灰的质量比为2：8，掺加水，水的使用量按照每10g混合材料使用5mL水，手工进行捏制粒径约为3-5mm的球型陶粒；/n②将捏制成球型的陶粒在自然条件下风干24小时，放入马弗炉中进行烧制；烧制时的升温速率为9℃/min，设置在烧制温度为200℃、500℃、800℃的时候保温时间为20min，烧制到1100℃的时候保温时间为30min；烧制过程12小时，烧制完成冷却后，得到非常坚硬的砖红色陶粒；/n③配置质量浓度为1%的氯化镧溶液，即1g氯化镧粉末溶于100mL蒸馏水中；取烧结后陶粒5g置于100mL氯化镧溶液中，在摇床中设置120r/min，摇晃24h，使氯化镧充分附在陶粒的孔隙中；之后取出置于烘箱中200℃烘干6h。/n

【技术特征摘要】
1.一种镧改性生态填料吸附剂应用及制备的方法，其特征在于：选用给水厂剩余污泥热解之后的热解污泥碳渣，以及粉煤灰为基本材料，进行陶粒的烧制，再用氯化镧溶液进行浸泡法改性；
具体步骤如下：
①污泥：粉煤灰的质量比为2：8，掺加水，水的使用量按照每10g混合材料使用5mL水，手工进行捏制粒径约为3-5mm的球型陶粒；
②将捏制成球型的陶粒在自然条件下风干24小时，放入马弗炉中进行烧制；烧制时的升温速率为9...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明伟，王春泽，郭静波，王伟卓，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22