一种污泥基活性炭及其制备方法与其在污水处理中的应用

本发明属于工业固体废弃物的资源化处置，尤其涉及一种污泥基活性炭及其制备方法与其在污水处理中的应用。

背景技术：

1、污泥主要是工业产品加工或水处理过程中产生的副产品。根据其来源，污泥主要包括市政污泥、造纸厂污泥、冶金污泥、纺织污泥、织物染色厂污泥以及油田和炼油厂产生的含油污泥，污泥中往往含有大量的有机物、重金属盐和病原菌等难以降解的有害物质，容易给环境造成严重危害，从而成为土壤、水源和空气的严重污染源。因此，需要采取合理的处理和处置策略来减少环境污染。

2、目前污泥常用的污泥处理方式和技术有焚烧、卫生填埋、能源干化、机械脱水、厌氧消化、固化制砖等。但对于有机物、微生物和重金属含量等有害物质含量高的化工污泥，由此会存在处理效果不彻底、易产生二次污染、投入资金高、资源化困难、产品附加值低等相关问题。其中，石油化工企业产生的含油污泥因其产量大，且污泥中沥青质和胶质含量高等使得含油污泥处理更为困难，其成熟的无害化、资源化综合利用方式较少。因此，对于污泥的合理处置仍是需要进一步研究探索的。

3、近年来，随着社会对生态环境的重视，水环境治理技术也成为科研工作者关注的焦点问题之一。活性炭因具有优异的吸附性能，可将水体中的悬浮颗粒物、重金属等物质去除，同时除臭、除味，已成为污水净化领域中的重要吸附净化材料。但是现有的活性炭由于本身所具备的特性仍然无法满足现代工艺的要求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种污泥基活性炭及其制备方法与其在污水处理中的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：一种污泥基活性炭的制备方法，包括以下步骤：将污泥烘干后粉碎，并与花生壳混合均匀得到混合物，将所述混合物预炭化处理，将预炭化处理的混合物置于koh溶液中浸渍，经浸渍后的混合物洗涤，炭化处理，得到炭化化工污泥，将所述炭化化工污泥用硝酸浸渍，并用水洗涤，过滤、烘干、研磨，得到所述污泥基活性炭。

4、进一步的，更具体的步骤如下：将污泥晴天晾晒48h，之后放入烘箱120℃条件下烘2h，再将其置于粉碎机中粉碎，过40目筛；花生壳研磨，并过80目筛，将污泥与花生壳混合均匀得到混合物，将所述混合物置于马弗炉中预炭化处理，同时氮气气氛保护，将预炭化处理的混合物置于koh溶液中浸渍，经浸渍后的混合物用去离子水洗涤至弱碱性(ph＝7-9)，置于坩埚中在氮气气氛下炭化处理，自然冷却得到炭化化工污泥，将所述炭化化工污泥用硝酸浸渍，并用水洗涤至中性，过滤，120℃烘干，研磨过80目筛，得到所述污泥基活性炭。

5、进一步地，所述污泥与花生壳的质量比为3∶1。

6、进一步地，所述预炭化处理的温度为200℃，恒温2h，升温速率为5℃/min。

7、进一步地，在较高的氢氧化钾浓度下，会造成活性炭孔隙的坍塌，且较高的钾离子会在吸附过程中解离，造成对水体的二次污染，因此所述koh溶液的浓度为1-3mol/l，在koh溶液中浸渍的时间为24h。更优选的，所述koh溶液的浓度为1mol/l。本发明对koh溶液的用量无限制，只需没过污泥与花生壳混合均匀得到混合物即可。

8、进一步地，所述炭化处理的温度为600℃-700℃，恒温2h，升温速率为5℃/min。更优选的，炭化处理的温度为650℃。较低的温度没有办法很好地形成良好的孔隙结构，而较高的温度则可能使得孔道坍塌，其比表面积降低，进而活性炭吸附性能下降。

9、进一步地，所述硝酸的浓度为1mol/l，加入硝酸浸渍的时间为12h。本发明对硝酸的用量无限制，只需要没过炭化化工污泥即可。

10、本发明的技术方案之二：一种所述制备方法制备得到的污泥基活性炭。

11、本发明的技术方案之三：所述的污泥基活性炭在污水处理中的应用。

12、进一步地，所述污泥基活性炭用于吸附污水中的cr(ⅵ)、甲基橙和cod。

13、进一步地，当用污泥基活性炭用于吸附污水中的cr(ⅵ)时，污水的最优ph为4，最佳投料比为0.15g/ml污水，污水中最优cr(ⅵ)起始浓度为130mg/l。

14、进一步地，当用污泥基活性炭用于吸附污水中的甲基橙时，最佳投料比为1.2g/l污水，污水中最优甲基橙起始浓度为25mg/l，吸附处理时间控制在20min。

15、进一步地，当用污泥基活性炭用于吸附污水中的cod时，吸附处理时间控制在50min，最佳投料比为0.08g/ml污水，

16、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

17、(1)本发明以污泥作为活性炭原料，因为其含有大量的有机质，固定碳含量高，为其制备活性炭提供了客观条件，污泥中的矿物质在热解中不易去除，可以在过程中形成碳骨架，同时还具有高碳含量和高沥青质含量的特点，是制备活性炭的合适原料。本发明将污泥经过碱浸渍、碳化处理以及酸改性步骤得到的污泥基活性炭比表面积达到比表面积410.38m2/g，表面含氧官能团增多，更有利于提高活性炭对污水中的cr(ⅵ)、甲基橙和cod的吸附性能。

18、(2)本发明不仅解决了污泥引起的环境污染，同时将其用于废水处理中，实现废物利用，具有推广用于价值。

技术特征：

1.一种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所述的污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述污泥与花生壳的质量比为3∶1。

3.根据权利要求1所述的污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述预炭化处理的温度为200℃，恒温2h，升温速率为5℃/min。

4.根据权利要求1所述的污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述koh溶液的浓度为1-3mol/l，在koh溶液中浸渍的时间为24h。

5.根据权利要求1所述的污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述炭化处理的温度为600℃-700℃，恒温2h，升温速率为5℃/min。

6.根据权利要求1所述的污泥基活性炭的制备方法，其特征在于，所述硝酸的浓度为1mol/l，加入硝酸浸渍的时间为12h。

7.一种权利要求1-6任一项所述制备方法制备得到的污泥基活性炭。

8.权利要求7所述的污泥基活性炭在污水处理中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述污泥基活性炭用于吸附污水中的cr(ⅵ)、甲基橙和cod。

技术总结
本发明提出了一种污泥基活性炭及其制备方法与其在污水处理中的应用，属于工业固体废弃物的资源化处置技术领域。本发明将污泥烘干后粉碎，并与花生壳混合均匀得到混合物，将所述混合物预炭化处理，将预炭化处理的混合物置于KOH溶液中浸渍，经浸渍后的混合物洗涤，炭化处理，得到炭化化工污泥，将所述炭化化工污泥用硝酸浸渍，并用水洗涤，过滤、烘干、研磨，得到所述污泥基活性炭。制备得到的污泥基活性炭对污水中的Cr(Ⅵ)、甲基橙和COD具有优异的吸附性能。本发明不仅解决了污泥引起的环境污染，同时将其用于废水处理中，实现废物利用。

技术研发人员：吴飞跃,刘锦帅,李婷,杨杰,杜信如,吴欣妍,韩辉,丁瑞,李乐怡,姜航,包雨轩,张星星,朱凤霞,褚效中,李梅生
受保护的技术使用者：淮阴师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15