一种超高温市政污泥基生物炭材料及其制备方法和应用

本发明涉及市政污泥处理，尤其涉及一种超高温市政污泥基生物炭材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，较为成熟的市政污泥碳化系统为中低温、中高温碳化系统。设备组成主要包括进料系统、干化系统、热解碳化炉、冷却系统、气体处理系统和控制体统。具体地，进料系统：用于将市政污泥送入碳化设备。进料系统通常包括市政污泥储存罐、进料泵和输送管道。干化系统：市政污泥在进入碳化炉之前需要经过干化处理，以降低其水分含量。干化系统可能包括热交换器、干燥室等。热解碳化炉：这是市政污泥碳化设备的核心部分。在碳化炉中，市政污泥在无氧或缺氧条件下加热至高温，分解成气体、液体和固体产物。冷却系统：用于将热解碳化产生的固体产物(生物炭)冷却到安全温度。气体处理系统：包括气体净化装置，用于处理和净化热解过程中产生的气体，如去除有害成分。控制系统：用于监控和调节整个碳化过程，确保设备稳定运行。物料通常通过进料系统进入到干化系统中，经干化脱水后通过传送带进入到热解碳化炉中。得到的碳化产物经传送带转移至冷却系统，在冷却至一定温度后从装置中输出。现有技术采用的碳化温度为低中温碳化，且活化系统与市政污泥碳化系统相对独立，因此所得产品的比表面积较小，一般用作土壤改良剂使用，从而导致产品的资源化路径狭窄，应用领域受限。因此，改善现有的市政污泥处理工艺，提高市政污泥的应用领域成为了市政污泥资源化利用的主要研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种超高温市政污泥基生物炭材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，包含下列步骤：

4、(1)将市政污泥、碳源和水混合得到前驱体；

5、(2)将前驱体碳化后通入水蒸汽进行活化，即得所述超高温市政污泥基生物炭材料。

6、作为优选，步骤(1)中市政污泥的粒径≥40目。

7、作为优选，步骤(1)中市政污泥、碳源和水的质量体积比为40～60g：15～30g：80～120ml；

8、碳源为农业废弃物、畜牧业类废弃物、城市有机废弃物和入侵植物中的一种或几种。

9、作为优选，步骤(1)中混合的温度为60～100℃，时间为20～30h。

10、作为优选，步骤(2)中碳化的升温速率为3～10℃/min，氮气流速为80～150ml/min。

11、作为优选，步骤(2)中碳化的目标温度为1100～1200℃，保温时间为0.5～2h。

12、作为优选，步骤(2)中水蒸汽的流速为80～500ml/min，活化的时间为30～90min。

13、本发明还提供了所述超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法制备得到的超高温市政污泥基生物炭材料。

14、本发明还提供了所述的超高温市政污泥基生物炭材料在污染物吸附中的应用。

15、本发明提供了一种超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，包含下列步骤：将市政污泥、碳源和水混合得到前驱体；将前驱体碳化后通入水蒸汽进行活化，即得所述超高温市政污泥基生物炭材料。本发明提供的超高温市政污泥基生物炭材料，经过超高温碳化，显著的提高了材料的机械性能，便于后续的处理；并且在碳化结束后通入水蒸汽，在材料表面有效的形成蒸汽孔的同时保持了结构和形貌的完整，极大的提高了材料的比表面积，使得材料的性能得到了提升。

16、本发明提供的方法简单高效，原料来源广泛，成本低廉；工艺要求低，无须对现有系统做出大幅度的改变，只需要加入水蒸汽发生器即可实现材料的生产；提升市政污泥处理处置效果，实现市政污泥处理处置产物资源化应用路径的广泛化。

技术特征：

1.一种超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：

2.如权利要求1所述的超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中市政污泥的粒径≥40目。

3.如权利要求1或2所述的超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中市政污泥、碳源和水的质量体积比为40～60g：15～30g：80～120ml；

4.如权利要求3所述的超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合的温度为60～100℃，时间为20～30h。

5.如权利要求1、2或4所述的超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中碳化的升温速率为3～10℃/min，氮气流速为80～150ml/min。

6.如权利要求5所述的超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中碳化的目标温度为1100～1200℃，保温时间为0.5～2h。

7.如权利要求1或6所述的超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中水蒸汽的流速为80～500ml/min，活化的时间为30～90min。

8.权利要求1～7任意一项所述超高温市政污泥基生物炭材料的制备方法制备得到的超高温市政污泥基生物炭材料。

9.权利要求8所述的超高温市政污泥基生物炭材料在污染物吸附中的应用。

技术总结
本发明属于市政污泥处理技术领域，提供了一种超高温市政污泥基生物炭材料及其制备方法和应用，解决了市政污泥利用价值低的问题。该方法包含下列步骤：将市政污泥、碳源和水混合得到前驱体；将前驱体碳化后通入水蒸汽进行活化，即得所述超高温市政污泥基生物炭材料。本发明提供的炭材料，经过超高温碳化，显著的提高了材料的机械性能；并且在碳化结束后通入水蒸汽，在材料表面有效的形成蒸汽孔的同时保持了结构和形貌的完整，极大的提高了材料的比表面积，使得材料的性能得到了提升。本发明提供的方法简单高效，原料来源广泛，成本低廉；工艺要求低，提升市政污泥处理处置效果，实现市政污泥处理处置产物资源化应用路径的广泛化。

技术研发人员：王陈程,刘志刚,吴智仁,徐畅,曹琦,泽井正和
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27