一种新型醌介体材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种新型醌介体材料的制备方法及其应用。本发明专利技术以污水厂剩余污泥基生物炭为载体，将蒽醌化合物以化学键结合的方式连接到其表面上，负载后的蒽醌化合物不易从生物炭表面脱落，稳定性高，可循环利用。将该负载后的材料应用在厌氧生物反应器中可以催化污染物的厌氧生物转化，提高处理效率。本发明专利技术所提出的制备方法工艺简单，适应性强，可规模化生产，可以实现剩余污泥的资源化利用，对印染废水具有高效处理效率。水具有高效处理效率。水具有高效处理效率。

【技术实现步骤摘要】
一种新型醌介体材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于污水处理及污水处理材料领域，具体涉及一种新型醌介体材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，印染工业在世界经济和日常生活中都占有非常重要的地位。但与此同时，它产生了大量有颜色的印染废水，而印染废水的排放对水环境造成了巨大的威胁。偶氮染料是染料的一种，由于分子中含有偶氮基
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N＝N
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发色基团，称之为偶氮染料，其色谱宽、品种齐、产量大、用途广而位居各类染料之首，若含活性偶氮染料的废水得以有效处理则意味着绝大多数染料废水处理的问题将迎刃而解。
[0003]生物法是目前应用最为广泛的处理印染废水的方法，尤其厌氧+好氧相结合的工艺是处理这类废水的最有效的方法，染料分子较低的氧化还原电位、复杂的结构和空间阻碍使得还原断键反应成为偶氮染料整个矿化过程的限速步骤。因此，还原供体从最初电子供体(共代谢物)到最终电子受体的传递偶氮染料通常是偶氮染料厌氧还原的控制步骤。
[0004]某些含有醌基的化合物能够有效的加速偶氮染料的生物还原转化过程。而含醌基的氧化还原介体由于其水溶性强，直接加入到反应体系内易随水排除，带来二次污染以及成本高的缺点。

技术实现思路

[0005]针对以上现状，本专利技术提供一种新型醌介体材料的制备方法及其应用，目的是将溶解性的醌介体负载于非溶解性载体材料中，制备出一种新的醌介体材料，非溶解性的载体材料为剩余污泥制备的生物炭，此方法可以将剩余污泥的资源化利用提供一种新的途径，并将其用于含偶氮染料废水的处理技术中，提高偶氮染料厌氧生物处理效果，既能避免醌介体流失又可以反复利用。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种醌介体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]将经过预处理的污泥基生物炭浸渍在含有氯化锌的盐酸溶液中进行改性，静置反应后取出，清洗至中性，烘干，得到改性污泥基生物炭；
[0009]将改性污泥基生物炭加入到蒽醌化合物溶液中进行反应，清洗改性污泥基生物炭表面后烘干，得到醌介体材料。
[0010]进一步地，所述污泥基生物炭是将经重力浓缩后的剩余污泥烘干后，隔绝空气条件下高温热解，冷却，研磨，过筛。
[0011]进一步地，所述剩余污泥是在4℃条件下重力浓缩，在40
‑
60℃条件下烘干。
[0012]进一步地，所述高温热解条件为：将污泥基生物炭放入管式炉中，在二氧化碳、氮气气体氛围下，在温度为350
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950℃条件下热解60
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180min。
[0013]进一步地，将冷却后的污泥基生物炭研磨至过1
‑
2mm筛。
[0014]进一步地，所述预处理为使用去离子水将污泥基生物炭表面清洗至中性后烘干。
[0015]进一步地，所述盐酸溶液中氯化锌的含量为250g/L，所述盐酸的质量分数为37％。
[0016]进一步地，所述改性条件为：温度25
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35℃，时间36
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48h。
[0017]进一步地，所述蒽醌化合物为蒽醌2磺酸钠(AQS)，其溶液浓度为1000mg/L。所述蒽醌化合物还可以为含有磺酸根基团的苯醌、蒽醌和萘醌化合物。
[0018]反应在摇床中进行，温度25
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35℃，转速80
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120rpm，时间48h。烘干温度为40
‑
60℃。
[0019]本专利技术还公开一种利用上述制备方法得到的醌介体材料在染料废水处理技术中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0021]本专利技术提供了一种新型醌介体材料的制备方法，采用以剩余污泥为基底制备污泥生物炭，并对其表面进行改性，使其具有更高的表面负载性能，更为发达的空隙结构，更多的表面官能团，为处理偶氮染料类污染的生物处理提供一种有效的材料。对于污水处理设施来说，剩余污泥的处置费用约占其运行费用的20
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30％，因此，将其制备成生物炭材料来提高污水厂的运行处理效果是一种理想的能量内循环的理想处置方式。
[0022]本专利技术采用含有氯化锌的盐酸溶液的预处理方式提升污泥基生物炭负载蒽醌化合物的效率，从而实现其强的生物催化效能，主要作用机理为氯原子取代生物炭表面的羟基官能团(
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OH)，形成氯取代基，之后蒽醌2磺酸钠中磺酸基与氯取代基结合，形成共价结构，具有较高的稳定性。蒽醌2磺酸钠固定在生物炭之后可以有效的避免二次污染，又可循环利用，具有优良的经济性和环境友好性，并且具有优良的机械性能，可作为填料放置在生物反应器中，可以强化偶氮染料的厌氧生物处理效力。
[0023]本专利技术所提出的制备方法工艺简单，适应性强，可规模化生产，可以实现剩余污泥的资源化利用，对印染废水具有高效处理效率。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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的附图。
[0025]图1为实施例1制备的改性污泥基生物炭和醌介体材料傅里叶变换红外光谱图；
[0026]图2为实施例1制备的改性污泥基生物炭和醌介体材料表面扫描电镜图；
[0027]图3为实施例1制备的改性污泥基生物炭和醌介体材料的X射线衍射图；
[0028]图4为实施例1制备的改性污泥基生物炭和醌介体材料的电子转移能力测定图；
[0029]图5为实施例1制备的醌介体材料在生物反应器(AnSBR)中对活性红2进行厌氧生物处理的应用；
[0030]图6为实施例1制备的醌介体材料在上升流固定床生物膜反应器(UAFB)中对活性红2染料进行厌氧生物处理的应用。
具体实施方式
[0031]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限
制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0032]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0033]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种醌介体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将经过预处理的污泥基生物炭浸渍在含有氯化锌的盐酸溶液中进行改性，清洗至中性，烘干，得到改性污泥基生物炭；将改性污泥基生物炭加入到蒽醌化合物溶液中进行反应，清洗，烘干，得到醌介体材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述污泥基生物炭是将经重力浓缩后的剩余污泥烘干后，隔绝空气条件下高温热解，冷却，研磨，过筛。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述剩余污泥是在4℃条件下重力浓缩，在40
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60℃条件下烘干。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高温热解条件为：二氧化碳气体氛围，温度300
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950℃，时间60
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180min。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珊珊，丁杰，谢国俊，王光远，孙汉钧，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：