【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业固体废弃物的资源化处置，尤其涉及一种氮掺杂化工污泥基活性炭及其制备方法与应用。
技术介绍
1、化工污泥是污水处理厂用无机混凝剂(絮凝剂)进行化学废水处理后沉淀出来的物质。统计显示，每年有4000万吨化工污泥在化工厂和化学废水处理厂排放，且排放增长率超过10％。虽然污泥占化工废水量的比例不到1％，但统计显示，每年用于污水污泥解毒和处理的费用至少有几十亿。由于化工企业排放的污水中含有的成分复杂，净化难度大，污水中约70％以上的重金属元素仍然被排放转移到化工污泥中，化工污泥的资源化和无害化处理日益得到重视。目前，化工污泥处置利用方式主要有以下几种：
2、(1)卫生填埋，污泥的卫生填埋法是最常见的，因为它简单且处理成本低。然而，如果垃圾填埋场建造或操作不当，会带来交叉污染的风险，含有污染物的液体和气体会在填埋过程中从污泥中逸出，液体会渗入地下水层，污染地下水；气体如甲烷会进入到空气中，如遇明火会造成爆炸和火灾等危险灾害，对人类造成巨大的伤害。
3、(2)高温焚烧，此技术是处理化工污泥的最完整和有效的方法之一，含水率较低的化工污泥可直接进行焚烧；含水率较高的化工污泥需经过干燥后再送进焚烧炉焚烧。使用高温焚烧法处理污泥，能够消灭原始化工污泥中的有害细菌并大大减少化工污泥的处理量，同时，燃烧污泥产生的热量可用于供暖或发电，从而回收热能。但是，在采用焚烧法处理污泥时，需要使用相关器械将化工污泥中的水分甩干，同时需要占用很大的场地来晾干污泥中残留的水分，因此其运行成本较高，操作费用高。另外，污泥的燃烧会产
4、(3)土地利用，由于化工污泥富含氮、磷、钾等营养元素和微量元素，同时还包括重金属和病原微生物，这些营养物质不仅为植物生长提供了必要的养分，还可以改善土壤结构，提高土壤肥力。此外，污泥本身粘性和吸收性较强，还可以增加土壤的持水能力，防止土壤侵蚀。然而污泥中含有大量害虫卵和有害微生物，以及高浓度的重金属，如果不进行无害化处置而直接进行土地利用，将会导致对水体和土壤的污染。
5、(4)其他资源化利用主要包括化工污泥堆肥、化工污泥烧制建材、化工污泥制吸附剂、化工污泥热解制油、化工污泥厌氧消化制沼气、化工污泥合成燃料等，但往往均存在利用过程复杂的缺点，难以大规模推广。
6、随着人类工农业活动的发展和化石燃料的大量使用，每年二氧化碳的排放量已经超标，并且仍在逐年增加，对于二氧化碳的吸附处理主要有膜分离法、吸附法，吸附法因其具有无腐蚀、低能耗、操作简单、自动化程度高等特点，为实现对混合气中二氧化碳的高效吸附分离提供了一条新途径。用于吸附法的活性炭通常采用物理活化或化学活化法进行制备，生产活性炭的物理活化过程是一个简单、环保和燃料消耗少的生产过程，但由于它依赖于碳原子的消耗来形成孔隙结构，活化需要更长的时间，并且单位时间所制得的活性炭产量少，耗费成本高；化学活化由于会用到强酸、强碱等化学试剂，在反应过程中可能会对相关设备造成破坏，同时反应过程中排放的废水需要经过繁琐的处理工艺以达到污水排放标准，否则将会对环境造成很大的污染。
7、为解决化工污泥资源化处理难、化石燃料燃烧产生的co2超标的问题，本专利技术提出了一种新型化工污泥基活性炭及其制备方法，并将其进一步用于二氧化碳的吸附中。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种氮掺杂化工污泥基活性炭及其制备方法与应用，以化工污泥为主要原料，开发具有发达中、微孔结构，高效吸附co2的污泥基活性炭。将化工污泥与一定的生物质碳源材料进行复合，为化工污泥的无害化处置提供一种新的解决方案，减轻有害固体废弃物污泥引起的环境污染，又可以利用活性炭高效吸附化石燃料排放的大量co2，减缓地球温室效应。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术的技术方案之一：一种氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，包括以下步骤：
4、将污泥干燥、研磨后预炭化处理，将预炭化处理后的污泥用硝酸、去离子水洗涤，烘干后得到预处理化工污泥，将所述预处理化工污泥与生物质原料混合，用氢氧化钾溶液浸渍，浸渍结束后炭化活化，水洗、干燥得到化工污泥基活性炭，将所述化工污泥基活性炭与有机胺溶液混合，加热回流后干燥，得到所述氮掺杂化工污泥基活性炭。
5、更具的步骤：将脱水污泥在105℃下干燥，研磨过200目筛，之后放入马弗炉中预炭化处理，将预炭化处理后的污泥用硝酸、去离子水洗涤至中性，烘干后得到预处理化工污泥，将所述预处理化工污泥与生物质原料混合，磁力搅拌器搅拌并用氢氧化钾溶液浸渍，浸渍结束后用去离子水洗涤至溶液为中性，装入坩埚放烘箱中105℃干燥24h，之后放入马弗炉中炭化活化，炭化活化结束后用去离子水洗涤至溶液为中性，放入烘箱105℃温度下干燥12h，冷却后置于粉碎机中粉碎至过200目筛，得到化工污泥基活性炭，将所述化工污泥基活性炭与有机胺溶液混合，置于水浴锅中加热回流后至乙醇完全挥发，之后放入干燥箱中105℃干燥2h，得到所述氮掺杂化工污泥基活性炭。
6、进一步地，预炭化处理过程中通氮气，氮气流量为210ml/min，升温速率为5℃/min，升温至300℃。
7、进一步地，所述预处理化工污泥与生物质原料的质量比为4∶1。原始化工污泥中的c含量较少，而生物质原料花生壳中有机成分含量较高，灰分含量较少，且其本身的孔隙结构也比较发达，将其掺杂进化工污泥中共同炭化，可极大地提高活性炭中有机组分的含量，同时增加其孔隙结构和比表面积，从而提高活性炭的吸附性能。
8、进一步地，用硝酸洗涤可以除去活性炭表面残留的杂质，进一步提高化工污泥基活性炭的吸附能力。若不用硝酸洗涤或洗涤次数太少，会导致k元素不能被清洗干净，氢氧化钾继续发挥扩孔作用，破坏活性炭原有的结构特征，同时灰分等无机物杂质附着在化工污泥基活性炭的表面，抑制孔隙吸附。另外，经表面酸处理后的活性炭表面引入了-cooh，-oh活性官能团，有利于进一步拓宽孔道，增大比表面积，提高吸附性能。
9、进一步地，所述生物质原料为花生壳，需将花生壳研磨过筛。
10、进一步地，所述氢氧化钾溶液的浓度为1m-3m，浸渍时间为24h，氢氧化钾溶液的用量无限制，只需没过预处理化工污泥与生物质原料混合料即可。但浸渍时间不宜过长，以免活性炭孔道发生坍塌和颗粒破碎的现象。
11、进一步地，所述炭化活化的温度为600℃-700℃，升温速率为5℃/min，保温时间为1-3h。
12、进一步地，所述有机胺溶液与化工污泥基活性炭的料液比为50ml∶1g。
13、进一步地，所述有机胺溶液的质量浓度为10％-30％，所述有机胺溶液包括乙二胺溶液(eda)、二乙烯三胺溶液(deta)、三聚氰胺溶液、n,n-二甲基双丙烯酰胺溶液中的一种或多种。有机胺可以调控化工污泥基活性炭孔道结构，有效提高其孔道表面负载的氨基量，改善对c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，预炭化处理过程中通氮气，氮气流量为210mL/min，升温速率为5℃/min，升温至300℃。
3.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述预处理化工污泥与生物质原料的质量比为4∶1。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的浓度为1M-3M，浸渍时间为24h。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述炭化活化的温度为600℃-700℃，升温速率为5℃/min，保温时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述有机胺溶液与化工污泥基活性炭的料液比为50mL∶1g。
7.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述有机胺溶液的质量浓度为10％-30％，所述有机胺溶液包括乙二胺溶液、二乙烯三胺溶
8.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，加热回流的温度为80℃，时间为3h。
9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的氮掺杂化工污泥基活性炭。
10.权利要求9所述氮掺杂化工污泥基活性炭在吸附CO2中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，预炭化处理过程中通氮气，氮气流量为210ml/min，升温速率为5℃/min，升温至300℃。
3.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述预处理化工污泥与生物质原料的质量比为4∶1。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的浓度为1m-3m，浸渍时间为24h。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂化工污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述炭化活化的温度为600℃-700℃，升温速率为5℃/min，保温时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴飞跃，李婷，杨杰，刘锦帅，吴欣妍，韩辉，杜信如，丁瑞，李乐怡，姜航，包雨轩，张星星，朱凤霞，褚效中，李梅生，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：
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