一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法与应用，该制备方法包括以下步骤：（1）将取自污水处理厂的剩余污泥烘干后与磷钼酸溶液混合，经超声处理之后再次烘干，得到改性污泥；（2）将改性污泥置于管式炉中，在惰性气氛下，设置热解温度为200～400℃，对改性污泥进行热解，冷却至室温后取出，超纯水清洗至溶液呈中性，抽滤烘干研磨过筛，得到改性污泥基低温热解生物炭。本发明专利技术制备的磷钼酸改性污泥基低温热解生物炭材料具有很高的吸附性能；并且，材料低廉且容易获得且制备方法简单，可实现绿色环保“以废治废”，故该材料在有机污染物吸附领域具有非常广阔的应用前景。染物吸附领域具有非常广阔的应用前景。染物吸附领域具有非常广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法与应用


[0001]本专利技术属于材料科学与环境化学
，具体涉及了一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]抗生素作为一种广谱性抗菌药物被广泛的应用于各个领域，在地表水和地下水中检测到抗生素这一现象也已经屡见不鲜，对水环境存在着不可忽略的威胁。因此，寻求一种高效的抗生素去除方法迫在眉睫。目前有吸附、膜分离、高级氧化技术、电化学处理及生物降解等技术去除水中抗生素。其中，吸附法由于操作简单、处理效果好被广泛用于污水中抗生素污染处理。常用吸附剂有活性炭、粘土、碳纳米管等多孔材料等，但由于成本高或吸附性能差，制约了上述吸附剂在污水处理中的大规模应用。因此，开发一种经济、高效的吸附剂是推进吸附技术处理抗生素污染废水的关键。
[0003]随着我国污水处理能力的不断提升，产生的污泥量也随之大幅度增加。日益增多的污水处理厂也伴随着大量的剩余污泥，剩余污泥如何处理成为困扰我们的难题。传统的污泥处理方式存在着一定的弊端，而如若污泥处置不当将会给环境带来不可避免的影响，因此寻求一个良好的污泥处理方式成为当下研究工作的重点和突破点。常见污泥的处置方法包括填埋、发酵用作肥料或者用于建筑材料，但是由于会产生二次污染而限制其使用。由于污泥中含有丰富的有机物质，近年来，污泥通过热解制备生污炭已经有了大量的研究。
[0004]生物炭是指在无氧或低氧环境中从各种生物质残留物中热解生物质的富碳材料。研究表明，生物炭可以高效去除水环境中的污染物，且成本较低。污泥中含有大量的有机质，因而以污泥为原料制备生物炭吸附剂是有效安全处理污泥的途径。由于高温热解(＞400℃)可以制备成比较面积和孔径均较大的生物炭，但是制备高温生物炭也存在能耗高、生物炭产量低、官能团数量少导致吸附能力弱及其由于挥发性有机物高温分解而产生二次污染的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足及改进需求，提供了一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法与应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一，将取自污水处理厂的剩余污泥烘干后与磷钼酸溶液混合，经超声处理之后再次烘干，得到改性污泥；
[0009]步骤二，将改性污泥置于管式炉中，在惰性气氛下，设置热解温度为200～400℃，对改性污泥进行热解，冷却至室温后取出，超纯水清洗至溶液呈中性，抽滤烘干研磨过筛，得到改性污泥基低温热解生物炭。
[0010]在本专利技术中，先将剩余污泥和磷钼酸溶剂进行混合改性，然后再进行低温热解(≤
400℃)而得到改性污泥基低温热解生物炭。低温热解相较于大多数生物炭的热解温度(＞400℃)不仅可以降低能耗极大地减少能源消耗和生物炭的制作成本、并且不产生有毒挥发性气体而造成二次污染，而且还可以使大量的表面含氧官能团被保留下来增强其吸附性能。磷钼酸具有较高的氧化活性和酸性，有利于促进生物质的转化从而活化扩孔，并能在生物质炭表面引入含氧官能团；另一方面，含P和Mo基团可以嵌入生物炭中，有助于提高生物炭的吸附，大大提高了生物炭的吸附性能。
[0011]作为本专利技术的进一步说明，在步骤一中，所述磷钼酸溶液的浓度为0.5～10mmol/L；所述剩余污泥与磷钼酸溶液的混合质量比为(5～30):1；所述超声处理的时间为0.5～12h；所述再次烘干的温度为50～100℃、时间为12～48h。
[0012]作为本专利技术的进一步说明，在步骤二中，所述惰性气氛为氮气、氦气或者氩气；所述管式炉的升温速率为2～10℃；所述热解的时间为1～6h；热解后所获得的生物炭样品经超纯水清洗后烘干时间为12～48h，烘干温度为50～80℃，过筛的筛子目数为80目。
[0013]上述制备方法制备获得的改性污泥基低温热解生物炭的应用，应用于吸附水中有机污染物。具体为：在含有四环素类、磺胺类抗生素的有机污染物废水中，加入改性污泥基低温热解生物炭，直至其在有机污染物废水中的浓度为0.1～0.8g/L，然后再进行吸附去除。
[0014]本专利技术的优点：
[0015]1.本专利技术的主要原材料为污水处理厂的剩余污泥，成本低廉同时兼顾“以废治废”的环保节能理念。
[0016]2.本专利技术的制备方法中，先将剩余污泥与磷钼酸溶液进行混合改性，然后再进行低温热解制得生物炭；采用磷钼酸对剩余污泥进行改性，有利于促进生物炭的转化从而活化扩孔，并能在生物质炭表面引入含氧官能团，另外，含P和Mo基团可以嵌入生物炭中，有助于提高生物炭的吸附，大大提高了生物炭的吸附性能；采用低温热解(≤400℃)，可以减低能耗和生产成本，并且不产生有毒挥发性气体而造成二次污染，而且还可以使大量的表面含氧官能团被保留下来增强其吸附性能。
[0017]3.本专利技术的改性污泥基低温热解生物炭可以有效的吸附有机污染物。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的改性污泥基低温热解生物炭的制备方法与应用的流程示意图。
[0019]图2为不同热解温度的原始污泥基生物炭、改性污泥基生物炭材料对四环素的吸附性能图。
[0020]图3为改性污泥基低温热解生物炭的再生性能图。
[0021]图4为改性污泥基低温热解生物炭的红外光谱图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0023]实施例1：
[0024]一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法，包括如下具体步骤：
[0025](1)将取自污水处理厂的剩余污泥烘干后与浓度为1mmol/L的磷钼酸溶液以质量
比为5:1的比例进行混合，经超声处理1h之后，再次经80℃烘干12h，得到改性污泥；
[0026](2)将改性污泥置于管式炉中，在氮气氛围下以5℃/min升温速率，200℃热解4h，冷却至室温后取出，超纯水清洗至溶液呈中性，抽滤后放入恒温鼓风干燥箱中以80℃干燥12h，然后研磨过筛80目，即得到改性污泥基低温热解生物炭。
[0027]实施例2：
[0028]一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法，包括如下具体步骤：
[0029](1)将取自污水处理厂的剩余污泥烘干后与浓度为2mmol/L的磷钼酸溶液以质量比为10:1的比例进行混合，经超声处理2h之后，再次经60℃烘干12h，得到改性污泥；
[0030](2)将改性污泥置于管式炉中，在氦气氛围下以3℃/min升温速率，300℃热解3h，冷却至室温后取出，超纯水清洗至溶液呈中性，抽滤后放入恒温鼓风干燥箱中以60℃干燥18h，然后研磨过筛80目，即得到污泥基低温热解生物炭。
[0031]实施例3：
[0032]一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法，包括如下具体步骤：
[0033](1)将取自污水处理厂的剩余污泥烘干后与浓度为3mmol/L的磷钼酸溶液以质量比为20:1的比例进行混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性污泥基低温热解生物炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，将取自污水处理厂的剩余污泥烘干后与磷钼酸溶液混合，经超声处理之后再次烘干，得到改性污泥；步骤二，将改性污泥置于管式炉中，在惰性气氛下，设置热解温度为200～400℃，对改性污泥进行热解，冷却至室温后取出，超纯水清洗至溶液呈中性，抽滤烘干研磨过筛，得到改性污泥基低温热解生物炭。2. 根据权利要求1所述的改性污泥基低温热解生物炭的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述磷钼酸溶液的浓度为0.5～10 mmol/L；所述剩余污泥与磷钼酸溶液的混合质量比为（5～30）:1；所述超声处理的时间为0.5～12h；所述再次烘干的温度为50～100℃、时间为12～48h。3.根据权利要求1所述的改性污泥基低温热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘细祥，商嘉翔，赵丽阳，潘鸿辉，刘艳，梁丽营，胡远科，李楠，周钲，
申请(专利权)人：华鸿水务集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：