一种利用给水污泥制备磁性填料的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种利用给水污泥制备磁性填料的方法及其应用，包括以下步骤：将给水污泥碳基前体材料纯化后得到富含Fe元素的磁性材料前驱体和富含Al元素的磁性材料前驱体。以前驱体为中间体，完成负载铁铝碳基磁性材料S9的制备和磁性塑料基体S

【技术实现步骤摘要】
一种利用给水污泥制备磁性填料的方法及其应用


[0001]本专利技术属于污泥处理处置
，具体涉及到一种利用给水污泥制备磁性填料的方法及其应用。

技术介绍

[0002]自来水厂每天会产生大量的给水污泥，随着用水量的增加，污泥的产量也越来越大。如何处理大量的给水污泥成为亟待解决的问题。
[0003]给水污泥作为待处理处置的固体废弃物，其因富含少量有机物和大量SiO2、铁盐和铝盐(铁和铝主要以无定型氢氧化物的形式存在)等无机盐类限制了直接填埋或资源回收利用，具有一定的硬度，脱水后具有一定的孔隙率和较大的比表面积。
[0004]多孔材料负载磁性催化剂具有较好的催化性能，磁选因其简单、易于分离和操作而被认为是一种高效的技术。
[0005]基于上述存在的问题，探索更多充分利用给水污泥回收再利用的技术方法是必要的，利用其富含的铁盐、铝盐制备磁性填料是一种值得开发的技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是采用富含铁盐和铝盐的固体废弃物给水污泥为原料，对其进行改性制备具有磁性和高效催化性能的材料。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案来实现：
[0008]一种利用给水污泥制备磁性填料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]A.给水污泥碳基前体材料纯化
[0010]将给水污泥脱水后的固体物料烘干，高温煅烧得到给水污泥碳基前体材料S；
[0011]碳基前体材料S中加入酸浸剂进行酸浸，酸浸后经固液分离得到酸浸碳基前体材料S1和富含铁、铝金属离子酸浸液W；
[0012]用碱调节酸浸液W的pH，当pH＝5.5～6.5时，提取富含Al(OH)3的固体沉淀物S2，溶于H2SO4后冷却结晶得到富含Al2(SO4)3的固体混合物作为磁性材料前驱体S3；当pH＝12.5～13.5时，提取富含Fe(OH)2/Fe(OH)3的固体沉淀物S4，溶于HCl后冷却结晶得到富含FeCl2/FeCl3的固体混合物作为磁性材料前驱体S5；
[0013]B.磁性材料基体的制备
[0014](1)将磁性材料前驱体S5和酸浸碳基前体材料S1、NaAc、PEG按比例混合，再与乙二醇混合搅拌得到混合物S6；
[0015](2)将混合物S6置于反应釜中，经高温高压反应完成水热合成；
[0016](3)反应结束后冷却、固液分离，洗涤固相物S7，干燥后得到负载铁的磁性污泥碳基材料S8；
[0017](4)按重量份计，将每份负载铁的磁性污泥碳基材料S8添加1/3～2/3份磁性材料前驱体S3投入pH＝5.5～6.5的水溶液中，混合后置于60～80℃的环境中处理4～6小时，之
后固液分离、干燥，得到负载铁铝的酸浸碳化给水污泥磁性材料S9；
[0018]C.磁性塑料基体的制备
[0019]将磁性材料前驱体S5、NaAc和乙二醇按比例混合均匀，经高温高压反应釜反应得到混合液；将混合液与塑料基体以及加工助剂混合，通过塑练，成型，充磁得到磁性塑料基体S
10
；
[0020]D.磁性填料的制备
[0021]将负载铁铝的酸浸碳化磁性材料S9填充至磁性塑料基体S
10
中得到磁性填料。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，给水污泥机械脱水后得到含水率为50～80％、铝元素质量分数10～20％、铁元素质量分数7％～15％的固体物料。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，所述烘干优选置于25～80℃条件下烘干至含水率为30％以下。
[0024]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，烘干后进行研磨后筛分，所述筛分优选经40～80目筛网。
[0025]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，所述煅烧优选在280～420℃条件下煅烧2h～4h。
[0026]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，所述酸浸剂为2～5mol/L盐酸；其中，每克碳基前体材料S加入5～10mL酸浸剂。
[0027]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，所述酸浸时采用超声将混合物充分酸浸，优选的，超声功率为60W～100W，时间为1h～2h。
[0028]在本专利技术的一种实施方式中，步骤A中，所述用碱调节酸浸液W的pH中的碱优选NaOH或氨水。
[0029]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(1)中，混合过程优选在室温下进行，所述室温优选10～40℃，可以是10℃、20℃、30℃、40℃。
[0030]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(1)中，S5与S1、NaAc、PEG的重量份为S55
‑
10份、S130～50份、NaAc 20～50份、PEG 5～10份。
[0031]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(1)中，乙二醇的用量为S1重量份的3～5倍。
[0032]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(2)中，混合物S6置于反应釜优选经过超声处理，超声处理时间优选为10～20分钟。
[0033]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(2)中，所述高温高压反应的温度为160～260℃，反应时间为10～15小时。
[0034]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(3)中，所述固液分离可以是利用抽滤、离心等任意可以将固相物分离的方法；所述洗涤优选采用乙醇和水交替洗涤，优选分别洗涤5～10次。
[0035]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(3)中，所述干燥优选在45～60℃条件下持续6～10小时完成干燥过程，优选在真空干燥箱中进行干燥。
[0036]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(4)中，混合后超声10分钟，所述置于60～80℃的环境中处理4～6小时优选在恒温摇床中进行。
[0037]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(4)中，所述固液分离优选利用磁性进行分离；所述干燥优选在真空干燥箱45～60℃条件下干燥。
[0038]在本专利技术的一种实施方式中，步骤B(4)中，所述酸浸碳化给水污泥磁性材料S9包括以重量百分比计的以下组分：活化组分Fe3O4、Fe2O3、Al2O3和Fe2Al2(SiO4)3，其中：Fe3O4:10～15％；Fe2O3:9～11％；Al2O3:7～9％；Fe2Al2(SiO4)3:4～5％，余量为酸浸碳化给水污泥基载体。
[0039]在本专利技术的一种实施方式中，步骤C中，S5与NaAc、乙二醇的混合比例分别为1:2:(3～5)；
[0040]在本专利技术的一种实施方式中，步骤C中，所述高温高压反应1～2小时，温度控制范围为120～210℃；
[0041]在本专利技术的一种实施方式中，步骤C中，为了废物综合利用，所述塑料基体可选废旧塑料基体，其中，所述废旧塑料基体优选为富含聚丙烯(PP)、氯化聚乙烯(CPE)、聚苯乙烯(PS)、聚乙二醇、尼龙(PA)的废旧塑料中的一种或任意组合。
[0042]在本专利技术的一种实施方式中，步骤C中，加工助剂为有机硅烷或有机钛酸酯。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用给水污泥制备磁性填料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A.给水污泥碳基前体材料纯化将给水污泥脱水后的固体物料烘干，高温煅烧得到给水污泥碳基前体材料S；碳基前体材料S中加入酸浸剂进行酸浸，酸浸后经固液分离得到酸浸碳基前体材料S1和富含铁、铝金属离子酸浸液W；用碱调节酸浸液W的pH，当pH＝5.5～6.5时，提取富含Al(OH)3的固体沉淀物S2，溶于H2SO4后冷却结晶得到富含Al2(SO4)3的固体混合物作为磁性材料前驱体S3；当pH＝12.5～13.5时，提取富含Fe(OH)2/Fe(OH)3的固体沉淀物S4，溶于HCl后冷却结晶得到富含FeCl2/FeCl3的固体混合物作为磁性材料前驱体S5；B.磁性材料基体的制备(1)将磁性材料前驱体S5和酸浸碳基前体材料S1、NaAc、PEG按比例混合，再与乙二醇混合搅拌得到混合物S6；(2)将混合物S6置于反应釜中，经高温高压反应完成水热合成；(3)反应结束后冷却、固液分离，洗涤固相物S7，干燥后得到负载铁的磁性污泥碳基材料S8；(4)按重量份计，将每份负载铁的磁性污泥碳基材料S8添加1/3～2/3份磁性材料前驱体S3投入pH＝5.5～6.5的水溶液中，混合后置于60～80℃的环境中处理4～6小时，之后固液分离、干燥，得到负载铁铝的酸浸碳化给水污泥磁性材料S9；C.磁性塑料基体的制备将磁性材料前驱体S5、NaAc和乙二醇按比例混合均匀，经高温高压反应釜反应得到混合液；将混合液与塑料基体以及加工助剂混合，通过塑练，成型，充磁得到磁性塑料基体S
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；D.磁性填料的制备将负载铁铝的酸浸碳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：董滨，肖婷婷，沈丹妮，徐祖信，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：