一種去除城市污泥中重金屬和有機污染物的吸附催化材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于去除城市污泥中重金屬和持久性有機污染物的吸附-可見光催化材料的制備方法，具體地說是以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)、磷酸和TiO2為主要原料，在密閉高溫熱解條件下，磷酸可同時作為生物質(zhì)炭活化劑和TiO2光催化摻雜劑，制備出具有吸附和可見光催化復合功能的生物質(zhì)活性炭負載P-TiO2材料。P-TiO2受光照后會產(chǎn)生電子—空穴對，當有機物或金屬離子吸附到P-TiO2表面時，會分別得到電子或空穴，發(fā)生相應的氧化還原反應，從而達到消除污染物的目的。同時，污泥中的重金屬離子可被生物質(zhì)活性炭吸附固定，其遷移性和生物可利用性有效降低。本發(fā)明制備的吸附-可見光催化復合功能材料，具有廉價、高效、適用范圍廣和使用方便等特點，不存在二次污染風險。
【專利說明】一種去除城市污泥中重金屬和有機污染物的吸附催化材料 的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬固廢處理與資源化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種去除城市污泥中重金屬和持 久性有機污染物的吸附-可見光催化復合功能材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進程的加快和我國對污水處理率的提高，每年產(chǎn)生的污泥量越來越 多，城市污泥的處理處置和資源化問題成為環(huán)境工程研究的熱點。大多數(shù)城市污泥都含有 豐富的有機物、氮、磷等營養(yǎng)元素，具有良好的土地利用價值，但由于污泥中除含有豐富的 養(yǎng)分外，或多或少都含有重金屬和持久性有機污染物，而傳統(tǒng)的堆肥工藝難以實現(xiàn)對上述 污染物的有效去除，使得污泥在土地利用過程中造成"土壤-作物-水體系統(tǒng)"的二次污 染。因此，如何有效去除污泥中的重金屬和持久性有機污染物，是解決污泥處理處置和資源 化利用的關(guān)鍵問題。
[0003] 迄今為止，國內(nèi)外用來去除污泥中重金屬污染的方法基本上可分為化學法、生物 法和植物修復等。其中，常用去除污泥中重金屬的化學方法主要有利用酸化法提取重金屬、 加入改良劑使重金屬穩(wěn)定化和電化學等。化學法去除污泥中重金屬的效果較好，所需時間 較短，但處理中需消耗大量的化學藥劑，處理費用較高，而且操作煩瑣，這些不足在一定程 度上限制了其大規(guī)模應用。生物淋濾法是一種近年來研究較多的污泥重金屬去除方法，它 是利用自然界的微生物直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用，產(chǎn)生氧化、還原、絡(luò)合、吸附或 溶解作用，將污泥中某些不溶成分(重金屬、硫及其它金屬）分離浸提出來，是一種運行成本 低，實用性強的重金屬去除方法，但目前該技術(shù)仍主要停留在實驗室研究階段。
[0004] 污泥中有機污染物的降解技術(shù)主要有電離輻照降解和堆肥微生物降解等，存在處 理費用高或處理周期長等不足。
[0005] 近年來，利用半導體催化劑來光催化氧化去除有機污染物和光催化還原重金屬離 子的應用研究已經(jīng)引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，Ti〇 2光催化技術(shù)具有經(jīng)濟、高效、催化穩(wěn) 定性能好和無明顯選擇性等特點，在土壤污染修復中具有良好的應用潛力。但目前常用的 粉體Ti〇 2催化劑存在可見光利用效率低、易團聚、難回收、可能造成納米污染等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服以上存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種去除城市污泥中重金屬 和持久性有機污染物的吸附-可見光催化復合功能材料的制備方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種去除城市污泥中重金屬和持久性有機污染 物的吸附-可見光催化復合功能材料的制備方法，：所述吸附-可見光催化材料為負載有 p-Ti〇2的生物質(zhì)活性炭材料，具體步驟如下： (1)以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源為原料，將干燥的農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源粉碎成粒徑小于2 mm的顆粒，按照農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源與磷酸質(zhì)量比為1:0. 5~3的比例，將農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì) 資源顆粒在磷酸溶液中浸泡24~48h，過濾得物料A。
[0008] (2)在室溫下將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按體積比1:1混合，攪拌0. 5~2h，得到均 勻透明的黃色溶液B。
[0009] (3)將物料A和黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:1飛的比例混合，陳化24?48h，在隔絕 空氣條件下，升溫至350-800°C熱解2飛h，冷卻至室溫后，研磨成不小于100目，即得負載 有P-Ti0 2的生物質(zhì)活性炭材料。
[0010] 本發(fā)明中，所述農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源包括農(nóng)作物秸桿、花生殼、玉米芯或木屑中的 任一種。
[0011] 本發(fā)明中，在處理城市污泥時，將制備的吸附-可見光催化材料直接均勻投加到 含水率為6(Γ80%的城市污泥中，投加量為污泥重量的1~5%，在太陽光照下，平鋪厚度為 5~20cm充分翻曬，處理時間不低于5天，即可實現(xiàn)對污泥中重金屬和持久性有機污染物的 1?效去除。
[0012] 原理：以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)、磷酸和Ti02為主要原料，在密閉高溫熱解條件下，磷酸 可同時作為生物質(zhì)炭活化劑和Ti〇 2光催化摻雜劑，制備出具有吸附和可見光催化復合功能 的生物質(zhì)活性炭負載P-Ti02材料。P-Ti0 2受光照后會產(chǎn)生電子一空穴對，當有機物或金屬 離子吸附到p-Ti〇2表面時，會分別得到電子或空穴，發(fā)生相應的氧化還原反應，從而達到消 除污染物的目的。同時，污泥中的重金屬離子可被生物質(zhì)活性炭吸附固定，其遷移性和生物 可利用性有效降低。
[0013] 與已有的污泥處理技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點： 1. 本發(fā)明采用磷酸為添加劑，在高溫熱解條件下，同時實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)活性炭的 制備和Ti〇2的P摻雜可見光催化改性，使得制備的復合材料同時具有良好的吸附能力和可 見光催化活性，應用中，生物質(zhì)活性炭對重金屬和有機污染物的吸附，有效促進了光催化作 用過程，從而實現(xiàn)對污泥中重金屬和持久性有機污染物的同時高效去除， 2. 本發(fā)明以廢棄的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源為原料生成生物質(zhì)活性炭，可實現(xiàn)對污泥中的重金 屬離子吸附固定，極大地降低了重金屬離子的遷移性和生物可利用性，為污泥的土地利用 提供了良好的條件。
[0014] 3.本發(fā)明制備的負載P-Ti02生物質(zhì)活性炭材料，具有廉價、高效、適用范圍廣和使 用方便等特點，不存在二次污染風險。

【具體實施方式】
[0015] 以下實施例將對本發(fā)明作進一步說明。
[0016] 實施例1 (1)以玉米芯為原料，粉碎成粒徑小于2 mm的顆粒，按照生物質(zhì)與磷酸質(zhì)量比為1:2的 比例，將玉米芯粉末在磷酸溶液中浸泡24h，過濾得物料A。
[0017] (2)在室溫下將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按體積比1:1混合，攪拌0. 5h，得到均勻 透明的黃色溶液B。
[0018] (3)將物料A和黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:1的比例混合，陳化24h，在隔絕空氣 條件下，升溫至500°C熱解2h，冷卻至室溫后，研磨成不小于100目，即得到負載有P-Ti0 2的 生物質(zhì)活性炭材料。
【權(quán)利要求】
1. 一種去除城市污泥中重金屬和持久性有機污染物的吸附-可見光催化材料的制備 方法，其特征在于所述吸附-可見光催化材料為負載有p-Ti〇 2的生物質(zhì)活性炭材料，具體 步驟如下： (1) 以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源為原料，將干燥的農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)粉碎成粒徑小于2 mm的 顆粒，按照農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)與磷酸質(zhì)量比為1:0. 5~3的比例，將農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)顆粒在磷 酸溶液中浸泡24?48h，過濾得物料A ; (2) 在室溫下將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按體積比1:1混合，攪拌0. 5~2h，得到均勻透 明的黃色溶液B ; (3) 將物料A和黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:1飛的比例混合，陳化24?48h，在隔絕空 氣條件下，升溫至350-800°C熱解2飛h，冷卻至室溫后，研磨成不小于100目，即得負載有 P_Ti02的生物質(zhì)活性炭材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種去除城市污泥中重金屬和持久性有機污染物的吸 附-可見光催化材料的制備方法，其特征在于所述農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源包括農(nóng)作物秸桿、 花生殼、玉米芯或木屑中的任一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種去除城市污泥中重金屬和持久性有機污染物的吸 附-可見光催化材料的制備方法，其特征在于在處理城市污泥時，將制備的吸附-可見光催 化材料直接均勻投加到含水率為6(Γ80%的城市污泥中，投加量為污泥重量的1~5%，在太陽 光照下，平鋪厚度為5~20cm充分翻曬，處理時間不低于5天，即可實現(xiàn)對污泥中重金屬和持 久性有機污染物的高效去除。
【文檔編號】B01J20/20GK104096540SQ201410338934
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】王學江, 陳杰, 馬榮生, 王鑫, 張晶, 黃嘉瑜, 顏湘波, 卜云杰, 馬嵩, 奔特萬, 趙建夫 申請人:同濟大學