污泥基成型磁性活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，以污泥為原料，并加入活化劑對(duì)其進(jìn)行炭化活化處理；以納米級(jí)的Fe3O4為磁源，對(duì)污泥活性炭加以磁化；再用羧甲基纖維素鈉和鋁鹽復(fù)合成有機(jī)-無機(jī)粘結(jié)劑和發(fā)泡劑對(duì)甲苯磺酰肼將粉末狀磁性活性炭均勻粘結(jié)成具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的成型磁性活性炭前驅(qū)體，最后將成型磁性活性炭前驅(qū)體進(jìn)行一定的熱處理，即可得到污泥基成型磁性活性炭。本發(fā)明方法以污泥為主要原料實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，且回收方便，可重復(fù)利用，且該污泥基成型磁性活性炭具有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)而擁有良好的磁穩(wěn)定性，可廣泛用于污水處理和土壤污染治理等領(lǐng)域。
【專利說明】污泥基成型磁性活性炭的制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域的一種制備方法，尤其涉及一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]活性炭是一種具有較大比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、強(qiáng)吸附能力的一種多孔性材料，其對(duì)氣體、溶液中的重金屬、有機(jī)物、無機(jī)物以及膠體顆粒具有很強(qiáng)的吸附能力，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此在環(huán)境治理、國防工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]商品活性炭多是以煤、木材和果殼等為主要原料，但是由于資源有限、技術(shù)限制，造成活性炭的生產(chǎn)及應(yīng)用成本較高，如中國專利02160182.8，其制造成本太高。隨著工業(yè)化水平的提高，活性炭的需求量逐漸增大，人們的生產(chǎn)活性炭的同時(shí)也在尋求高性能低成本的活性炭制備技術(shù)。污水處理廠脫水污泥的含碳有機(jī)物含量約60%~70%，是制造活性炭所需的原料成分，將污泥作為原料制備污泥活性炭，不僅節(jié)約了煤、木材等珍貴資源，還解決了污泥處理處置這一環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化，變廢為寶，達(dá)到以廢治廢的目的。
[0004]由污泥制備的活性炭主要為粉末炭，粉末炭具有價(jià)格低廉、吸附速度快等優(yōu)點(diǎn)，但其在實(shí)際應(yīng)用中存在回收困難、使用壽命短、有粉塵污染的缺點(diǎn)，這些使得粉末炭在環(huán)境治理領(lǐng)域及其他方面的應(yīng)用受到極大的限制。而磁性活性炭作為一種新型功能材料，是以活性炭為基體，負(fù)載某種磁性材料而得到的。其具有良好的吸附性能，又能通過磁選回收，解決了采用傳統(tǒng)的過濾分離法容易引起濾網(wǎng)堵塞或活性炭的流失等問題，但是現(xiàn)有磁性活性炭的制備方法也存在著缺陷，例如:申請(qǐng)?zhí)朇NZL201010525821.9的中國專利“一種煤基磁性活性炭的制備方法及其煤基磁性活性炭”揭露了一種煤基磁性活性炭的制備方法，其是以煤為基料，以氫氧化鐵為磁性添加劑來制備磁性活性炭，該方法的最終產(chǎn)物是Fe3C，需要高溫環(huán)境，反應(yīng)條件較為嚴(yán)格，且Fe3C的磁性能穩(wěn)定性較差，應(yīng)用受到限制；中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110279333.9、名稱為“一種處理船舶艙底含油污水及制備其除污用磁性活性炭的方法”，及申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010623955.4、名稱為:“一種復(fù)合磁性吸附材料及其制備方法和應(yīng)用”，此兩專利中所揭露的磁性活性炭制備方法不僅反應(yīng)條件要求苛刻，而且直接以Fe3O4為磁源，由于磁粒子粒徑較大，通過簡單的研磨、混合難以深入活性炭的孔道，從而導(dǎo)致磁分子分布不均勻，且磁源容易脫落，進(jìn)而影響磁性炭的磁性能穩(wěn)定。
[0005]成型活性炭的種類頗多，常見的成型炭主要有蜂窩狀、氈狀、纖維狀、柱狀、球狀等。成型炭與粉末炭相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):強(qiáng)度高、尺寸均勻、形狀固定、表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)大，有利于運(yùn)輸儲(chǔ)存，且無粉塵污染，可以滿足相關(guān)行業(yè)的多種用途，擴(kuò)大了污泥活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域。用于活性炭成型的粘結(jié)劑主要有無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑兩大類。常見的無機(jī)粘結(jié)劑主要有陶瓷、皂土、水玻璃、蠟等，此類粘結(jié)劑表面一般具有極性，而且其制得成型活性炭機(jī)械強(qiáng)度較高，對(duì)某些氣體比原碳具有更強(qiáng)的吸附能力，且耐高溫、成本低廉、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，但是無機(jī)粘結(jié)劑對(duì)比表面積的影響較大，易堵塞活性炭的孔隙，影響吸附效果，因此不適于制備需要高比表面積的成型碳。常見的有機(jī)粘結(jié)劑主要有腐植酸及其鈉鹽、黏結(jié)性木質(zhì)素、煤焦油、聚乙烯醇及其衍生物、酚醛樹脂等，此類粘結(jié)劑制得的成型活性炭具有較高的比表面積，但是其機(jī)械強(qiáng)度不是很好，而且有機(jī)粘結(jié)劑可以通過后續(xù)的熱處理，得以部分的分解，以提高吸附性能，但是大多數(shù)有機(jī)粘結(jié)劑成本較高，毒性較大容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行合理的選擇，使其既能滿足使用要求又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
[0006]綜上可知，目前關(guān)于成型活性炭與磁性活性炭各自的相關(guān)文獻(xiàn)及報(bào)道較為常見，但將磁化與成型技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行制備成型磁性活性炭的制備技術(shù)少有報(bào)道，尤其是制備成本較低強(qiáng)度較高、磁性能良好的成型磁性活性炭的技術(shù)更是稀缺。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，所得污泥基成型磁性活性炭具有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)、良好的磁性能和耐水性、及豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，且便于回收再利用。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的:一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其具體包括如下操作步驟:
[0009](I)污泥炭化活化處理:將污泥風(fēng)干、破碎碾磨，過100~200目篩得干污泥；稱取100重量份干污泥并與濃度為I~3mol/L的活化劑按照I~3:1液固比混合均勻，之后置于65~95°C的水浴條件下加熱I~3h，且在加熱過程中進(jìn)行攪拌，接著置于85~105°C的烘箱內(nèi)烘16~24h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐中熱解活化0.5~2.5h，冷卻后取出，用濃度為2~5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3~5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至pH為6~7，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75~95°C條件下干燥直至恒重，最后過100~200目篩得粉末狀的污泥活性炭；其中管式電阻爐以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣、初始溫度為550~750°C，且其升溫速率為20~40°C /min ；
[0010](2)污泥活性炭磁化處理:分別稱取15~35重量份的FeSO4.7H20和35~65重量份FeCl3.6H20，且Fe3+與Fe2+的摩爾比為I~2:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶解，再加入10~25重量份表面活性劑，之后置于80~95°C的恒溫水浴中機(jī)械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液；往該鐵離子混合溶液中加入100重量份步驟(1)所得污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的NH3.H2O作為共沉淀劑至溶液pH為9~11，快速攪拌使其混合均勻；之后將三口瓶置于65~85°C水浴中恒溫熟化30~50min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級(jí)的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭；用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2~5次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105°C的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭；
[0011](3)制備成型磁性活性炭前驅(qū)體:稱取25~35重量份羧甲基纖維素鈉，并加入3~8重量份25%的氨水 ，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2~3，之后室溫下攪拌30~60min以制得所需溶膠；取100重量份步驟(2)所得磁性活性炭、5~20重量份對(duì)甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌I~3h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5~15%，再用模具壓制成型，并于55~105°C下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體；[0012](4)制備污泥基成型磁性活性炭:將步驟(3)所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于450~650°C下炭化處理30~90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
[0013]進(jìn)一步地，所述步聚(I)中的污泥為城市污水處理廠脫水房所產(chǎn)生的污泥。
[0014]進(jìn)一步地,所述步聚(I)中的活化劑選用KOH或ZnCl2中的一種。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中的表面活性劑為月桂酸、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、或十二烷基氨基丙酸中的任一種。
[0016]進(jìn)一步地，所述步聚(3)中的羧甲基纖維素鈉為粉末狀。
[0017]本發(fā)明污泥基成型磁性活性炭的制備方法的有益效果在于:該制備方法采用來源廣泛，廉價(jià)易得的原料制備污泥基成型磁性活性炭，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，且回收方便，可重復(fù)利用；而且制得的污泥基成型磁性活性炭尺寸均勻、形狀固定，不僅具有較為抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好的特點(diǎn)，此外，其比飽和磁化強(qiáng)度高且穩(wěn)，可防止活性炭碎末的掉落及滿足磁選的要求，因此，本發(fā)明制備所得的污泥基成型活性炭在污水處理和土壤重金屬污染治理等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
【【具體實(shí)施方式】】
[0018]本發(fā)明一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其具體包括如下操作步驟:
[0019]( I)污泥炭化活化處理:將污泥風(fēng)干、破碎碾磨，過100~200目篩得干污泥；稱取100重量份干污泥并與濃度為I~3mol/L的活化劑按照I~3:1液固比混合均勻，之后置于65~95°C的水浴條件下加熱I~3h，且在加熱過程中進(jìn)行攪拌，接著置于85~105°C的烘箱內(nèi)烘16~24h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐中熱解活化0.5~2.5h，冷卻后取出，用濃度為2~5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3~5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗`滌至PH為6，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75~95°C條件下干燥直至恒重，最后過100~200目篩得粉末狀的污泥活性炭；其中管式電阻爐以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣、初始溫度為550~750°C，且其升溫速率為20~40°C /min ；
[0020](2)污泥活性炭磁化處理:分別稱取15~35重量份的FeSO4.7H20和35~65重量份FeCl3.6H20，且Fe3+與Fe2+的摩爾比為I~2:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶解，再加入10~25重量份表面活性劑，之后置于80~95°C的恒溫水浴中機(jī)械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液；往該鐵離子混合溶液中加入100重量份步驟(1)所得污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的NH3.H2O作為共沉淀劑至溶液pH為9~11，攪拌使其混合均勻；之后將三口瓶置于65~85°C水浴中恒溫熟化30~50min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級(jí)的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭；用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2~5次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105°C的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭；
[0021](3)制備成型磁性活性炭前驅(qū)體:稱取25~35重量份羧甲基纖維素鈉，并加入3~8重量份質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2~3，之后室溫下攪拌30~60min以制得所需溶膠；取100重量份步驟(2)所得磁性活性炭、5~20重量份對(duì)甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌I~3h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5?15%，再用模具壓制成型，并于55?105°C下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體；
[0022](4)制備污泥基成型磁性活性炭:將步驟(3)所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于450?650°C下炭化處理30?90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
[0023]其中，步聚(I)中的污泥為城市污水處理廠脫水房所產(chǎn)生的污泥；步聚(I)中的活化劑選用KOH或ZnCl2中的一種；步驟(2 )中的表面活性劑為月桂酸、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、或十二烷基氨基丙酸中的任一種；步聚(3)中的羧甲基纖維素鈉為粉末狀。
[0024]需要說明的是，本發(fā)明在磁性活性炭制備過程即污泥活性炭磁化處理步驟(2)中，生成的納米級(jí)Fe3O4附著于活性炭孔道且表面結(jié)晶成核，解決了炭/磁復(fù)合材料吸附性能下降、及磁源易脫落的問題，即磁性能穩(wěn)定，利于回收再利用。在成型磁性活性炭前驅(qū)體的制備階段，采用有機(jī)-無機(jī)相結(jié)合的復(fù)合粘結(jié)劑，其中羧甲基纖維素鈉作為有機(jī)粘結(jié)劑，具有無毒無臭、可生物降解、成本低等特點(diǎn)，在熱處理過程中部分分解，提供了一定的孔隙結(jié)構(gòu)，而加入氯化鋁，Al3+可與羧甲基纖維素鈉的-C00_發(fā)生配位鍵交聯(lián)，提高耐水性，而且其在堿性條件下，生成納米級(jí)的Al (OH) 3,經(jīng)高溫煅燒產(chǎn)生的Al2O3不溶于水，具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)，二者協(xié)同作用使得產(chǎn)品吸附性能好，抗壓強(qiáng)度高，耐水性、耐磨性好，可防止活性炭碎末的掉落，具有一定的濕強(qiáng)度；且選用對(duì)甲苯磺酰肼可以起到發(fā)泡孔化作用，促進(jìn)成型磁性活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。
[0025]為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明即污泥基成型磁性活性炭的制備方法的具體操作過程， 申請(qǐng)人:例舉了如下幾個(gè)實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例一
[0027]污泥炭化活化處理:將污泥風(fēng)干、破碎，過100目篩得干污泥；稱取20g的干污泥與濃度為lmol/L的ZnCl2溶液按照1:1液固比混合均勻，之后置于65°C的水浴條件下加熱lh，且在加熱過程中進(jìn)行攪拌，接著置于85°C的烘箱內(nèi)烘24h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐(以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣、初始溫度為550°C，且其升溫速率為20°C /min)中熱解活化2.5h，冷卻后取出，用濃度為2mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3次，接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至PH為6，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75°C條件下干燥直至恒重，最后過100目篩得粉末狀的污泥活性炭11.44g ；
[0028]污泥活性炭磁化處理:分別稱取2.99g的FeSO4.7H20和2.90g的FeCl3.6H20,即Fe3+與Fe2+的摩爾比為1: 1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶解，再加入Ig月桂酸，之后置于80°C的恒溫水浴中機(jī)械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液；往該鐵離子混合溶液中加入IOg所得的污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的氨水至溶液pH為9，快速攪拌使其混合均勻；攪拌片刻之后將三口瓶置于65°C水浴中恒溫熟化50min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級(jí)的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭；用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105°C的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭，稱其質(zhì)量為11.06g ；
[0029]制備污泥基成型磁性活性炭前驅(qū)體:稱取2.5g羧甲基纖維素鈉，并加入0.3g的質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2，之后室溫下下攪拌30min以制得所需溶膠；取IOg所得磁性活性炭、0.5g對(duì)甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌lh，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5%，再用模具壓制成型，并于55°C下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體；
[0030]制備成型磁性活性炭:將所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于450°C下炭化處理90min,即得污泥基成型磁性活性炭。
[0031]通過觀察檢測(cè)可知，本實(shí)施例所得的污泥基成型磁性活性炭為直徑約3_的近球形顆粒，具有較高的抗壓強(qiáng)度、耐磨性好、形狀固定、尺寸均勻的特點(diǎn)；其比飽和磁化強(qiáng)度達(dá)
8.6778emu/g、抗壓強(qiáng)度達(dá)5.17Mpa、比表面積為246m2/g。
[0032]實(shí)施例二
[0033]污泥炭化活化處理:將污泥風(fēng)干、破碎，過100目篩得干污泥；稱取20g的干污泥與濃度為3mol/L的KOH溶液按照3:1液固比混合均勻，之后置于95°C的水浴條件下加熱3h，且在加熱過程中進(jìn)行攪拌，接著置于105°C的烘箱內(nèi)烘16h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐(以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣、初始溫度為750°C，且其升溫速率為40°C /min)中熱解活化0.5h，冷卻后取出，用濃度為5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至pH為7，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于85°C條件下干燥直至恒重，最后過200目篩得粉末狀的污泥活性炭10.36g ；
[0034]污泥活性炭磁化處理:分別稱取3g的FeSO4.7Η20和5.8g的FeCl3.6Η20，即Fe3+與Fe2+的摩爾比為2:1,置于三口瓶內(nèi)并加入蒸懼水溶解,再加入2.5g十二燒基磺酸鈉,之后置于95°C的恒溫水浴中機(jī)械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液；往該鐵離子混合溶液中加入IOg所得的污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的氨水至溶液pH為11，快速攪拌使其混合均勻；攪拌片刻之后將三口瓶置于85°C水浴中恒溫熟化30min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級(jí)的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭；用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌5次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105°C的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭，稱其質(zhì)量為11.56g ；
[0035]制備成型磁性活性炭前驅(qū)體:稱取3.5g羧甲基纖維素鈉，并加入0.8g的質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:3，之后室溫下攪拌60min以制得所需溶膠；取IOg所得磁性活性炭、2g對(duì)甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌lh，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為15%，再用模具壓制成型，并于105°C下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體；
[0036]制備污泥基成型磁性活性炭:將所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于650°C下炭化處理30min，即得污泥基成型磁性活性炭。
[0037]通過觀察檢測(cè)可知，本實(shí)施例所得的污泥基成型磁性活性炭為直徑約3.5mm的近球形顆粒，且具有較高的抗壓強(qiáng)度、耐磨性好、形狀固定、尺寸均勻的特點(diǎn)；其比飽和磁化強(qiáng)度達(dá)13.9012emu/g、抗壓強(qiáng)度達(dá)5.78Mpa、比表面積為261m2/g。
[0038]實(shí)施例三
[0039]污泥炭化活化處理:將污泥風(fēng)干、破碎，過100目篩得干污泥；稱取20g的干污泥與濃度為2mol/L的ZnCl2按照2:1液固比混合均勻，之后置于85°C的水浴條件下加熱2h，且在加熱過程中進(jìn)行攪拌，接著置于95°C的烘箱內(nèi)烘20h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐(以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣、初始溫度為650°C，且其升溫速率為30°C /min)中熱解活化1.5h，冷卻后取出，用濃度為3mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物4次，接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至PH為6，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物進(jìn)行置于95 °C條件下干燥直至恒重，最后過150目篩得粉末狀的污泥活性炭10.29g ；
[0040]污泥活性炭磁化處理:分別稱取2.99g的FeSO4.7H20和4.34g的FeCl3.6H20,即Fe3+與Fe2+的摩爾比為1.5: 1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶解，再加入1.5g十二烷基氨基丙酸，之后置于90°C的恒溫水浴中機(jī)械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液；往該鐵離子混合溶液中加入IOg所得的污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的氨水至溶液PH為10，快速攪拌使其混合均勻；攪拌片刻之后將三口瓶置于70°C水浴中恒溫熟化40min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級(jí)的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭；用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌3次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105°C的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭，稱其質(zhì)量為12.0lg ；
[0041]制備成型磁性活性炭前驅(qū)體:稱取3g羧甲基纖維素鈉，并加入0.5g的質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2.5，之后室溫下攪拌45min以制得所需溶膠；取IOg所得磁性活性炭、1.5g對(duì)甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌2h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為10%，再用模具壓制成型，并于85°C下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體；
[0042]制備污泥基成型磁性活性炭:將所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于550°C下炭化處理60min，即得污泥基成型磁性活性炭。
[0043]通過觀察檢測(cè)可知，本實(shí)施例所得的污泥基成型磁性活性炭為直徑約4.0mm的近球形顆粒，且具有較高的抗壓強(qiáng)度、耐磨性好、形狀固定、尺寸均勻的特點(diǎn)；其比飽和磁化強(qiáng)度達(dá)11.2007emu/g、抗壓強(qiáng)度達(dá)4.99Mpa、比表面積為274m2/g。
[0044]綜上所述，本發(fā)明所述污泥基成型活性炭是采用來源廣泛，廉價(jià)易得的原料制備而成的，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，且回收方便，可重復(fù)利用；而且制得的污泥基成型磁性活性炭尺寸均勻、形狀固定，不僅具有較為抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好的特點(diǎn)，此外，其比飽和磁化強(qiáng)度高且穩(wěn)，可防止活性炭碎末的掉落及滿足磁選的要求，因此，本發(fā)明制備所得的污泥基成型活性炭在污水處理和土壤重金屬污染治理等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于:其具體包括如下操作步驟: (1)污泥炭化活化處理:將污泥風(fēng)干、破碎碾磨，過100?200目篩得干污泥；稱取100重量份干污泥并與濃度為I?3mol/L的活化劑按照I?3:1液固比混合均勻，之后置于65?95°C的水浴條件下加熱I?3h，且在加熱過程中進(jìn)行攪拌，接著置于85?105°C的烘箱內(nèi)烘16?24h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐中熱解活化0.5?2.5h，冷卻后取出，用濃度為2?5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3?5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至上清液的pH為6?7，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75?95°C條件下干燥直至恒重，最后過100?200目篩得粉末狀的污泥活性炭；其中管式電阻爐以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣、初始溫度為550?750°C，且其升溫速率為20?40°C /min ； (2)污泥活性炭磁化處理:分別稱取15?35重量份的FeSO4.7Η20和35?65重量份FeCl3.6Η20,且Fe3+與Fe2+的摩爾比為I?2:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶解，再加入10?25重量份表面活性劑，之后置于80?95°C的恒溫水浴中機(jī)械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液；往該鐵離子混合溶液中加入100重量份步驟(I)所得污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的NH3.H2O作為共沉淀劑至溶液pH為9?11，攪拌使其混合均勻；之后將三口瓶置于65?85°C水浴中恒溫熟化30?50min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級(jí)的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭；用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2?5次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105°C的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭； (3)制備成型磁性活性炭前驅(qū)體:稱取25?35重量份羧甲基纖維素鈉，并加入3?8重量份質(zhì)量濃度25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2?3，之后室溫下攪拌30?60min以制得所需溶膠；取100重量份步驟(2)所得磁性活性炭、5?20重量份對(duì)甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌I?3h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5?15%，再用模具壓制成型，并于55?105°C下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體； (4)制備污泥基成型磁性活性炭:將步驟(3)所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于450?650°C下炭化處理30?90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
2.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于:所述步聚(I)中的污泥為城市污水處理廠脫水房所產(chǎn)生的污泥。
3.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于:所述步聚(I)中的活化劑選用KOH或ZnCl2中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中的表面活性劑為月桂酸、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、或十二烷基氨基丙酸中的任一種。
5.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于:所述步聚(3)中的羧甲基纖維素鈉為粉末狀。
【文檔編號(hào)】B01J20/28GK103521180SQ201310454943
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】劉心中, 劉惠萍 申請(qǐng)人:福建工程學(xué)院