一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂方法和应用与流程

本发明涉及活化剂及废水处理技术领域，具体涉及一种造纸污泥碳质吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

活性炭是一种具有特殊结构的微晶质炭，具有大量的孔隙和很大的比表面积，具有很强的选择性吸附能力。近年来因活性炭需求量剧增，且成本也较高，故利用农林废物纸浆废液有机废弃物等含碳物质，制造价格低廉的活性炭的探索也已越来越受重视。自20世纪70年代以来，国内外出现了用活性污泥作为活性炭原料的报道和研究。目前，国内外污泥碳质吸附剂的制备方法主要分为四种：碳化法、物理活化法、化学活化法、物理化学活化法。碳化法制备工艺虽然简便快捷，但是制成的碳化产品因没有经过活化这一步，孔隙不均匀，吸附效果不理想，品质较差；物理活化法要求的温度高，能耗大，原料中碳量损耗大，制备的活性炭吸附性能较差；物理化学活化法虽然制备的活性炭吸附性能好，但其对生产设备要求严格，不易操作。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服上述存在的问题，选择一种化学制备的方法，效果相对较好，但其最大的优点是活化剂与活化工艺条件较易控制，且制备工艺较为成熟。为污泥的资源化利用多元化探索出了一条新途径，在一定程度上促成解决污泥的出路问题，从而实现污泥资源化的持续利用，对城市环境的可持续改善具有重要意义。

为实现本发明目的所采用的技术方案为：一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，制备方法包括如下步骤：

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒；

(2)将活化剂中加入到造纸污泥颗粒，浸渍0.5-3h，浸渍温度为10-35℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，炭化热解；

(4)将炭化热解后的污泥颗粒进行酸洗或碱洗，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

上述的一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，步骤2)中，所述的活化剂为koh、zncl2的混合物。

上述的一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，步骤2)中，按质量比，所述的koh/zncl2＝1/1。

上述的一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，步骤2)中，按固液比，污泥：活化剂＝1g：4ml，所述的活化剂的浓度为5mol/l-10mol/l。

上述的一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，按质量比，步骤3)中，炭化热解的温度为450-700℃，炭化热解的时间为50min。

上述的一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，步骤3)中，所述的热解温度为550℃。

上述的一种化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂，步骤4)中，所述的洗涤温度为20-90℃，酸洗或碱洗的时间为10min。

上述任一项所述的化学活化法制备造纸污泥碳质吸附剂在处理造纸废水的污泥碳质上的应用。

上述的应用，方法如下：于品红溶液中加入上述任一项所述的造纸污泥碳质吸附剂，静置吸附，吸附时间为30min。

上述的应用，品红溶液浓度为5％。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的化学法制备的污泥碳质吸附剂中的吸附能力强，造纸厂污泥活化制备的活性炭微孔所占比例较大，以微孔结构为主，比表面积相对较大，比表面积为476m³/g，平均孔径较小，液相吸附时扩散时间较短，有利于吸附有机物，性能优于普通颗粒活性炭；

(2)本发明的化学法制备的污泥碳质吸附剂适宜吸附大分子有机物，能够更好的处理造纸污泥废水；

(3)本发明的化学法制备的污泥碳质吸附剂能力优于商品活性炭；

附图说明

图1是实施例中浸渍温度对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

图2是实施例中浸渍时间对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

图3是实施例中固液比对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

图4是实施例中活化剂复配比对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

图5是实施例中活化温度对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

图6是实施例中洗涤温度对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

图7是实施例中洗涤方式对产物收率以及品红吸附值的影响效果。

具体实施方式

实施例1造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将2份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和2份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于80℃水浴加热反应10min，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

实施例2浸渍温度对产物收率和泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同浸渍温度得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将2份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和2份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度分别为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于80℃水浴加热反应10min，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

2.浸渍温度对泥质吸附剂吸附效果的影响

计算产物收率，结果如图1。产物收率等于m/m0*100％

其中m0：原污泥颗粒重量；m：泥质吸附剂重量。

分别取不同浸渍温度的1g造纸污泥碳质吸附剂置于100ml5％的品红溶液中，吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。结果如图1。

品红吸附值＝(m-m0)/m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

活化时间1.0h，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，zncl2/koh＝1/1，吸附30min，浸渍温度的影响见图1。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，最佳浸渍温度为20℃。

实施例3浸渍时间对泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同浸渍时间得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将2份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和2份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒浸泡，浸泡时间分别为0.5h、1h、1.5h、2h、3h，浸泡温度分别为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于80℃水浴加热反应10min，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

2.浸渍时间对泥质吸附剂吸附效果的影响

计算产物收率，结果如图2。产物收率等于m/m0*100％

其中m0：原污泥颗粒重量；m：泥质吸附剂重量。

吸附方法如下，量取100ml浓度为5％的品红溶液分别加入1g不同浸渍时间的泥质吸附剂，静置吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。

品红吸附值＝(m-m0)/m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

固液比为1g/4ml，浸渍温度20℃，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，zncl2/koh＝1/1，吸附30min的条件下，浸渍时间的影响如图2。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，最佳浸渍时间为1h。

实施例4污泥活化剂固液比对泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同污泥活化剂固液比得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将1份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和1份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后分别加入2份、1份、0.8份、0.5份、0.4份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于80℃水浴加热反应10min，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

2.不同污泥活化剂的固液比对泥质吸附剂吸附效果的影响

计算产物收率，结果如图3。产物收率等于m/m0*100％

其中m0：原污泥颗粒重量；m：泥质吸附剂重量。

吸附方法如下，量取100ml浓度为5％的品红溶液加入不同固液比的1g泥质吸附剂，静置吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。

品红吸附值＝(m-m0)m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

在浸渍温度20℃活化时间1.0h，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，zncl2/koh＝3/1，吸附30min的条件下，污泥活化剂固液比的影响如图3。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，最佳固液比为1g/4ml(0.25g/ml)。

实施例5活化剂复配比对泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同活化剂复配比得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合比例分别为3/1、2/1、1/1、1/2、1/3，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于80℃水浴加热反应10min，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

2.不同活化剂复配比对泥质吸附剂吸附效果的影响

计算产物收率，结果如图4。产物收率等于m/m0*100％

其中m0：原污泥颗粒重量；m：泥质吸附剂重量。

吸附方法如下，量取100ml浓度为5％的品红溶液加入不同复配比的1g泥质吸附剂，静置吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。

品红吸附值＝(m-m0)/m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

固液比为1/4，浸渍温度20℃，活化时间1.0h，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，吸附30min的条件下，活化剂复配比的影响如图4。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，最佳复配比为zncl2/koh＝1/1。

实施例6活化温度对泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同活化温度得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将2份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和2份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，分别升温至450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于80℃水浴加热反应10min，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

2.不同活化温度对泥质吸附剂吸附效果的影响

计算产物收率，结果如图5。产物收率等于m/m0*100％

其中m0：原污泥颗粒重量；m：泥质吸附剂重量。

吸附方法如下，量取100ml浓度为5％的品红溶液分别加入不同活化温度的1g泥质吸附剂，静置吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。

品红吸附值＝(m-m0)/m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

固液比为1/4，浸渍温度20℃，浸渍时间1.0h，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，zncl2/koh＝1/1的条件下，活化温度的影响如图5。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，最佳活化温度为550℃。

实施例7洗涤温度对泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同洗涤温度得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将2份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和2份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将含有产物的浓度为2mol/l的koh溶液于进行水浴加热，水浴温度分别为20℃、40℃、60℃、80℃、90℃，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。

2.不同洗涤温度对泥质吸附剂吸附效果的影响

计算产物收率，结果如图6。产物收率等于m/m0*100％

其中m0：原污泥颗粒重量；m：泥质吸附剂重量。

吸附方法如下，量取100ml浓度为5％的品红溶液加入1g泥质吸附剂，静置吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。

品红吸附值＝(m-m0)/m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

固液比为1/4，活化温度20℃，活化时间1.0h，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，zncl2/koh为1/1，热解温度为550℃的条件下，洗涤温度的影响如图6。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，最佳洗涤温度为80℃。

实施例8洗涤方式对泥质吸附剂品红吸附值的影响

1.不同洗涤方式得到的造纸污泥碳质吸附剂

(1)将造纸污泥浓缩、压榨、干燥至含水率为5％，研磨过200目筛，得到污泥颗粒。

(2)按固液比，将2份质量浓度为5mol/l的zncl2溶液和2份质量浓度为5mol/l的koh溶液混合，混合均匀后加入1份造纸污泥颗粒，浸泡1h，浸泡温度为20℃，干燥；

(3)将处理后的污泥颗粒放入马弗炉中，升温至550℃，炭化热解50min；

(4)将炭化热解后的污泥颗粒进行酸洗(5mol/l的hcl溶液)或碱洗(5mol/l的koh溶液)，洗涤温度为20-90℃，水洗至中性，干燥，粉碎研磨，过200目筛，得到造纸污泥碳质吸附剂。。

2.不同洗涤方式对泥质吸附剂吸附效果的影响

产物收率等于m/m0*100％

吸附方法如下，量取100ml浓度为5％的品红溶液加入1g不同洗涤方式的泥质吸附剂，静置吸附30min，过滤，烘干后称重，计算品红吸附值。

品红吸附值＝(m-m0)/m0

其中m0：原泥质吸附剂重量；m：现泥质吸附剂重量。

固液比为1/4，活化温度20℃，活化时间1.0h，zncl2浓度为5mol/l，koh浓度为5mol/l，zncl2/koh为1/1，热解温度为550℃，80℃洗涤的条件下，洗涤方式的影响如图7。综合产物收率和泥质吸附剂的吸附效果，碱洗方式最佳。