一种固废型生物炭的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种固废型生物炭的制备方法及其应用，造纸污泥干燥并研磨至60

【技术实现步骤摘要】
一种固废型生物炭的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及造纸污泥的资源化利用领域，具体涉及一种由造纸污泥多孔生物炭的制备方法及其用于去除铜和四环素的复合污染物后再继续制备复合型催化剂在降解四环素中的应用。

技术介绍

[0002]随着造纸工业的迅猛发展，造纸污泥也随之剧增，在制浆和造纸全过程(包括原料制备、机械或化学制浆、洗涤、漂白、抄纸等)中均会产生大量废水，这些废水最终通过物理、化学及生物的手段进行有效处理后排放，然而废水处理中会产生大量造纸污泥，造纸污泥中含大量有机物(即纤维素、半纤维素和木质素)，其含量高达60％以上，除有机物外，造纸污泥中还存在大量的碳酸钙(～30％wt，用作造纸填料)。传统处置造纸污泥的方法有直接填埋、堆肥及焚烧等手段，但大多易造成二次污染，焚烧释放的有害气体(如NOx、SOx、芳烃、二噁英)会对大气和人类健康造成严重损害；卫生填埋不仅占用大量土地，而且会对周围环境造成二次污染，尤其是对土壤和水；因此，为满足造纸污泥减量化和资源化利用的要求，迫切需要开发一种合理、实用的造纸污泥处理技术。
[0003]抗生素的滥用导致环境水体中抗生素含量快速增加，对人类健康构成了巨大的威胁。因此，寻找一种节能、高效的污水处理技术去除水体中的抗生素污染物是十分必要的。为了解决大量使用四环素类抗生素对环境造成不良影响的问题，研究人员采用了多种方法对其进行去除。目前，针对于水体中抗生素的去除主要包括生物降解、物理或者化学吸附、水解和光催化降解等。吸附法是成本最低，效果最明显的一种方法，但是现有吸附剂吸附效果并不理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种固废型生物炭的制备方法及其应用，以富含铁、钙、铝、硅等金属活性组分以及有机物的造纸污泥为代表性固废作为研究对象，利用造纸污泥中金属活性物种，充分发挥以废治废的绿色环保理念，通过常规的热解方式制备成造纸污泥炭吸附剂，用于复合污染物(铜和四环素)的去除，然后经过再次热解制备成复合型固废催化剂用于四环素的光催化降解，通过简单的操作就能制备得到上述催化剂并二次用于四环素的降解。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种固废型生物炭的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007](1)对工业固废干燥并研磨至60
‑
80目的均匀粉末；
[0008](2)步骤(1)干燥后的工业固废粉末在氮气气氛下，升温至700
‑
800℃进行炭化，得到多孔固废型生物炭(PSC)。
[0009]步骤(1)工业固废为造纸污泥。
[0010]步骤(2)升温速率为4
‑
6℃/min，炭化时间为2h。
[0011]本专利技术还提供所述多孔固废型生物炭的应用，将多孔固废型生物炭(PSC)作为吸
附剂，对废水中的铜和四环素(TC)进行吸附，废水pH值为3
‑
11。
[0012]本专利技术多孔固废型生物炭(PSC)作为吸附剂对废水中的铜和四环素进行24h吸附后，将吸附铜和四环素后的多孔固废型生物炭过滤、干燥，然后在充氮气管管式炉中，以5℃/min升温速率升温至700
‑
800℃煅烧1h后，得到生物炭为载体的钙铜催化剂(Cu/Ca
‑
PSC)，应用于光催化降解四环素，在降解试验中，10mg生物炭为载体的钙铜催化剂(Cu/Ca
‑
PSC)分散在含有反应底物的水溶液中，光催化反应在100mL石英反应器中进行，光源是一个500W的氙气灯，辐照前，悬浮液在黑暗中磁搅拌，以建立吸附
‑
解吸平衡，间歇性地从反应器中抽出等量悬浮液，使用0.22μm的有机系针头过滤器去除固体杂质，用高效液相色谱法(HPLC，Waters 2695系列)对残留的四环素TC浓度进行测定分析，其特征吸收峰为266nm处。
[0013]本专利技术相对于现有技术，具有如下优点及效果：
[0014]本专利技术提出了一种简单、清洁的热处理方法用于制备造纸污泥多孔生物炭，可对Cu(II)和TC同时吸附，然后吸附后的吸附剂可继续用来制备催化剂用于光催化降解四环素。
[0015]本专利技术首次采用造纸污泥固有的活性金属制备复合型缺陷光催化剂，通过清洁煅烧废吸附剂制备的复合型缺陷光催化剂，具有高的比表面积和均匀的介孔结构，粗糙的表面，宽的吸光范围，窄的禁带宽度，能够有效抑制光生电子和空穴的复合，且具有高的光电流和小的阻抗等优异光学性质，同时具有高的光催化活性，能够有效降解有机污染物。
[0016]本专利技术方法可实现对有机污染物的有效去除，具有工艺简单、操作方便、成本低廉、易回收重复利用、处理效率高、降解率高等优点，能够实现对有机污染物的有效快速降解，在有机污染物(如四环素)废水的实际处理中具有很好的应用前景。
[0017]本专利技术实现了“以废制废”，工艺操作简单，原理切实可行，过程绿色环保，且同时实现了复合废水的治理和四环素的高效降解。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1制备得到的Cu/Ca
‑
PSC催化剂的SEM图；
[0019]图2为本专利技术实施例1制备得到的Cu/Ca
‑
PSC催化剂和PSC的的XRD图；
[0020]图3为本专利技术实施例1制备得到的Cu/Ca
‑
PSC催化剂对光催化降解TC的影响图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0022]实施例中使用到的模拟废水均是CuNO3.3H2O和盐酸四环素(98％)溶于水制备得到，其pH值采用稀盐酸和氢氧化钠进行调节。
[0023]实施例1
[0024]一种固废型生物炭的制备方法，具体步骤如下：
[0025]将20g造纸污泥干燥并研磨至60
‑
80目的均匀粉末，干燥造纸污泥粉末装入不锈钢罐中，在N2条件下热解，以5℃/min的速率升温至750℃保持2小时进行热解，冷却后取出研磨，分别得到产品多孔固废型生物炭PSC。
[0026]称取本实施例制备得到的多孔固废型生物炭0.01g，加入到50mL的pH＝6的模拟废水中，模拟废水中铜和四环素的浓度均为60mg/L，进行吸附实验，24h后，对铜和四环素的吸
附量高达123.46mg/g和186.76mg/g。
[0027]将吸附铜和四环素24h后的多孔固废型生物炭过滤、干燥，然后在充氮气管管式炉中以5℃/min升温速率在750℃煅烧1h后，得到生物炭为载体的钙铜催化剂(Cu/Ca
‑
PSC)，然后分别称取10mg的钙铜催化剂(Cu/Ca
‑
PSC)分散在含有反应底物的水溶液中(即20mg/L的TC溶液)和去离子水中，光催化反应在100mL石英反应器中进行，实验分三组，分别标记为1号、2号、3号，1号是催化剂分散在20mg/L的TC溶液中，用光照，光源是一个500W的氙气灯，辐照前，悬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固废型生物炭的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将工业固废干燥、研磨至60
‑
80目的均匀粉末；(2)工业固废粉末在氮气气氛下升温至700
‑
800℃进行炭化，得到多孔固废型生物炭。2.根据权利要求1所述固废型生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)工业固废为造纸污泥。3.根据权利要求1所述固废型生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)升温速率为4
‑
6℃/min，炭化时间为2h。4.权利要求1所述固废型生物炭的应用，其特征在于，将多孔固废型生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：何亮，朱一鑫，周华晶，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：