一种基于污泥富铁生物炭的复合铁碳填料及制备与应用制造技术

本发明专利技术公开一种基于污泥富铁生物炭的复合铁碳填料及制备与应用，属于污染物降解技术领域。本发明专利技术将污泥脱水得到泥饼，然后添加铁源，热解得到铁负载碳骨架的生物炭；再加入粘结剂，形成颗粒状的复合铁碳填料中间产物；进行焙烧后得到含有孔隙的复合铁碳填料。该制备过程使具有反应活性的铁相均匀分布在污泥生物碳骨架上，碳骨架能够起到电子传输通道的作用且具备一定的氧化还原特性，相较于传统的铁碳复合材料，对垃圾渗滤液中的污染物降解效果更好。更好。更好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于污泥富铁生物炭的复合铁碳填料及制备与应用


[0001]本专利技术涉及污染物降解
，更具体地，涉及一种基于污泥富铁生物炭的复合铁碳填料及制备与应用，尤其涉及一种以铁均匀负载碳骨架的污泥富铁生物炭为原料制备微电解复合铁碳填料，并用于垃圾渗滤液或工业废水处理。

技术介绍

[0002]铁碳微电解技术，又称为内电解法，是预处理高浓度难降解有机工业废水，如染料废水、石油化工废水、制药废水、垃圾渗滤液、焦化废水的有效手段之一。其原理是铁碳在不通电的情况下自发形成微观原电池，其中铁构成阳极，碳构成阴极，通过电极反应生成Fe
2+
、Fe
3+
以及
·
OH，可以与多种污染物发生反应引起污染物的降解，如吸附反应、原电池反应、氧化还原反应和铁离子的混凝作用等。微电解技术优点是不消耗电力资源、成本低、操作维护方便。
[0003]针对传统微电解材料，如铁碳混合物(简称ICM，iron
‑
carbon mixture)运行时间长后容易板结、硬化堵塞，产生窜流和漂流导致处理效率降低的缺点；以及铁碳分离的特点导致回收困难、易沉底、难固定、比表面积小；后期需要反冲洗手段再对ICM进行活化才能恢复处理效果等等问题，目前的研究已经处在开发一种铁碳一体的复合材料来解决上述问题的阶段。
[0004]现阶段的铁碳填料已经基本克服了阴阳极分离的问题，但仍存在铁碳结构不紧密、孔隙率不高的问题。公开号为CN104724794B的专利技术专利公开了一种以铁粉(55/>‑
70wt％)、活性炭(30
‑
40wt％)和粘结剂(1
‑
2wt％)为原料，在成球机中造粒后在250～300℃烘干成型得到铁碳填料，该专利技术的铁碳仅简单组合，对于铁碳结构的结合没有创新，因此得到的填料反应活性不高；公开号为CN202201741U的技术专利公开了一种不规则块状微电解铁碳填料，填料周围布满不规则凹槽和凸起的弧度，增大了与水的接触面积。但仅通过改变填料的形状和结构增加填料的外表面积是不够的，只有提高填料的孔隙率和铁碳结构结合紧密度、增加比表面积，才能从根本上提高填料的废水处理效率；公开号为CN103274670B的专利技术专利公开了一种轻质多孔低毒的化工污泥基填料的制备方法，以化工污泥焚烧灰渣作为原料，掺加造孔剂、稳定剂和辅料，高温(最高温1050～1150℃)有氧焙烧制备出堆积密度小，孔隙发达的填料，堆积密度为610.8～792.9kg/m3，比表面积为4.02～5.15m2/g。该专利技术存在的缺陷是有氧焙烧使得大部分炭变成CO2挥发掉，剩余炭含量较少，造成铁碳结构处理效率下降。还有尝试其他材料制备铁碳填料的，如公开号为CN108543517B的专利技术专利公开了一种赤泥和碳源的混合料高温(500～1000℃)隔氧煅烧得到赤泥基铁碳填料，此填料仅经过球磨得到粉末状混合物，难以从废水中回收。现研究中有用纳米零价铁或含铁化合物负载在碳骨架上的方法，但是制备过程比较复杂且工艺要求高，铁碳结合形态不明确。
[0005]基于以上问题，本专利技术拟提出一种直接利用含铁污泥进行热解得到污泥富铁生物炭制备填料，使具有反应活性的铁相均匀分布在污泥生物碳骨架上的新型铁碳结构，该结
构优点是方法简单、成本低、反应活性高、孔隙率高、铁相负载均匀。
[0006]考虑到以生物炭作为铁碳填料的原料，市政污泥是污水处理厂的副产物，铁盐是污泥调理脱水的常用药剂，污泥调理过程中外加铁元素会残留在泥饼中，如果能够调配污泥热解后的产物，即污泥热解生物炭中的Fe与C达到合适的比例，即可模拟市面上常用的铁屑/活性炭组合。同时实现了对污泥的资源化利用，达到了以废治废的目的。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决了现有技术中铁碳填料反应活性不高的技术问题，提供了一种直接利用含铁污泥进行热解得到污泥富铁生物炭制备复合铁碳填料的制备方法及应用，使具有反应活性的铁相均匀分布在污泥生物碳骨架上，得到反应活性高、孔隙率高、铁相负载均匀的新型铁碳结构。
[0008]根据本专利技术第一方面，提供了一种复合铁碳填料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将污泥脱水得到泥饼，再添加铁源，然后在无氧保护性气氛条件下进行热解，得到铁负载碳骨架的生物炭；
[0010](2)向步骤(1)得到的生物炭中加入粘结剂，形成颗粒状的复合铁碳填料中间产物；
[0011](3)将步骤(2)得到的颗粒状的复合铁碳填料中间产物在无氧保护性气氛条件下进行焙烧，即得到含有孔隙的复合铁碳填料。
[0012]优选地，步骤(1)中，所述铁源为铁单质、四氧化三铁、三氧化二铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁或硫化亚铁。
[0013]优选地，步骤(2)中，所述粘结剂为硅酸钠、腐植酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、氯化钙、粘土、聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸酯中的至少一种；
[0014]优选地，所述粘结剂为硅酸钠和腐植酸钠的混合物。
[0015]优选地，步骤(1)中，将所述泥饼干燥后研磨成粉末，再添加铁源，以得到铁均匀负载碳骨架的生物炭。
[0016]优选地，铁负载碳骨架的生物炭中铁元素质量占比为5～25％。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述热解的温度600℃～900℃，时间为0.5h～2h；
[0018]步骤(3)中，所述焙烧的温度为600℃～900℃，时间为0.5h～3h。
[0019]根据本专利技术另一方面，提供了任一所述方法制备得到的复合铁碳填料，所述复合铁碳填料为纤维骨架结构。
[0020]根据本专利技术另一方面，提供所述的复合铁碳填料在有机物降解中的应用。
[0021]优选地，所述有机物为垃圾渗滤液中的有机物或工业废水中的有机物；
[0022]优选地，所述工业废水为染料废水、石油化工废水、制药废水或焦化废水。
[0023]优选地，所述垃圾渗滤液或工业废水的pH为2.0～5.0，复合铁碳填料的投加量为0.7～9.29g/100mL，反应时间为12～48h。
[0024]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，主要具备以下的技术优点：
[0025](1)本专利技术创新性地使具有反应活性的铁相均匀分布在碳骨架上，纤维碳骨架达到了微米级别，能够起到电子传输通道的作用且具备一定的氧化还原特性，相较于其他传
统铁碳材料，增加了反应的活性位点数量，提高了废水处理效率。相较于在碳骨架上额外负载铁基材料的方法，直接利用含铁污泥进行热解得到污泥富铁生物炭制备填料的优点是方法简单、成本低、反应活性高、孔隙率高、铁相负载均匀。同时实现了对污泥的资源化利用，达到了以废治废的目的，具有巨大的环保意义。
[0026](2)本专利技术将污泥通过无氧保护性气体条件下热解工艺制备富铁生物炭，富铁生物炭中铁元素含量优选地为19.11％。污泥富铁生物炭与一定量硅酸钠、腐植酸钠混合，加水搅拌，形成颗粒状的复合铁碳填料；干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合铁碳填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将污泥脱水得到泥饼，再添加铁源，然后在无氧保护性气氛条件下进行热解，得到铁负载碳骨架的生物炭；(2)向步骤(1)得到的生物炭中加入粘结剂，形成颗粒状的复合铁碳填料中间产物；(3)将步骤(2)得到的颗粒状的复合铁碳填料中间产物在无氧保护性气氛条件下进行焙烧，即得到含有孔隙的复合铁碳填料。2.如权利要求1所述的复合铁碳填料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁源为铁单质、四氧化三铁、三氧化二铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁或硫化亚铁。3.如权利要求1或2所述的复合铁碳填料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粘结剂为硅酸钠、腐植酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、氯化钙、粘土、聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸酯中的至少一种；优选地，所述粘结剂为硅酸钠和腐植酸钠的混合物。4.如权利要求1或2所述的复合铁碳填料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将所述泥饼干燥后研磨成粉末，再添加铁源，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家宽，陈新月，虞文波，陶爽奕，祝雨薇，卞士杰，侯慧杰，梁莎，袁书珊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：