一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)環(huán)境吸附材料處理污水技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，農(nóng)業(yè)固廢的資源化利用備受關(guān)注。作為一種主要的經(jīng)濟(jì)作物，花生在我國(guó)廣泛種植，而隨之產(chǎn)生的大量花生殼作為農(nóng)業(yè)固廢被大量堆置或焚燒。這不僅造成資源浪費(fèi)，同時(shí)產(chǎn)生大量煙霧和C0、C02等物質(zhì)，危害生態(tài)環(huán)境。當(dāng)前，有機(jī)農(nóng)業(yè)固廢炭化技術(shù)因其投入低、效益高、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)而受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。有機(jī)農(nóng)業(yè)固廢炭化后的產(chǎn)物一一炭粒經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加工可以生產(chǎn)出民用炭和活性炭；其還可作為土壤改良劑施用于農(nóng)田，提高農(nóng)田土壤質(zhì)量。此外，有學(xué)者研究表明，有機(jī)生物質(zhì)經(jīng)過(guò)炭化處理后制成的生物炭對(duì)大氣、土壤及水體中污染物具有良好的吸附性能。
[0003]對(duì)生物質(zhì)材料進(jìn)行表面改性，就是通過(guò)物理化學(xué)等方法來(lái)改變生物質(zhì)材料的表面性質(zhì)，改變其孔隙結(jié)構(gòu)，改變其表面酸堿性，或者在其表面引入或去除某些官能團(tuán)使生物質(zhì)具有特殊的吸附性能和催化特性。通常，通過(guò)表面改性后制備的生物炭，具有更佳的吸附性會(huì)K。
[0004]給水污泥是給水廠混凝沉淀過(guò)程中的副產(chǎn)物，其來(lái)源穩(wěn)定、產(chǎn)量大，其主要成分包括腐殖質(zhì)、硅酸鹽、有機(jī)質(zhì)以及一些金屬氫氧化物等。目前，給水廠最常用的混凝劑是聚合氯化鋁，當(dāng)采用聚合氯化鋁作為混凝劑進(jìn)行混凝處理時(shí)，因產(chǎn)生的給水污泥中含有大量的聚合氯化鋁，故稱(chēng)為聚合氯化鋁污泥。當(dāng)含有鋁鹽等混凝劑的聚合氯化鋁污泥排入水體中后，大量鋁鹽的沉積作用會(huì)對(duì)水生生物和底棲生物構(gòu)成危害；而且污泥中所含的重金屬也可能會(huì)對(duì)地下水造成污染。為了降低甚至根除給水廠污泥對(duì)環(huán)境造成的破壞，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)聚合氯化鋁污泥的回收再利用進(jìn)行了大量的研究，如以含鋁污泥作為吸附劑研究其對(duì)廢水中磷的去除以及污泥的改良再利用等。
[0005]檢索相關(guān)文獻(xiàn)表明，在本專(zhuān)利申請(qǐng)日前未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明類(lèi)似的用有機(jī)農(nóng)業(yè)固廢為原料制備改性生物炭，并結(jié)合給水廠污泥聯(lián)合制備復(fù)合吸附材料，并用于吸附水中有機(jī)物和磷的文獻(xiàn)。本發(fā)明不僅使花生殼得到了資源化利用，而且可達(dá)到以廢治廢的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料，該復(fù)合吸附材料具有改性生物炭的對(duì)水中有機(jī)物的高效吸附性能，還兼具改性聚合氯化鋁污泥對(duì)水中磷的高效吸附的特征，可以廣泛運(yùn)用于水中有機(jī)污染物及磷的去除，達(dá)到以廢治廢的目的。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料，是由農(nóng)業(yè)固廢花生殼和給水廠聚合氯化鋁污泥結(jié)合制得。
[0008]進(jìn)一步地，所述的一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料是按下述工藝制備而成:
[0009](I)花生殼改性:花生殼經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成粗粉，研磨機(jī)研磨成細(xì)粉，加入相對(duì)于花生殼總重量5?17%的活化劑攪拌均勻，壓制成團(tuán)塊狀，置于蒸鍋上用蒸汽加熱蒸制2?3h，冷卻至常溫后用自來(lái)水漂洗，過(guò)濾，干燥至水分含量為25?45% ；
[0010](2)花生殼無(wú)氧熱解:將步驟(I)處理后的花生殼在0)2與CO比例為3?4:1的混合氣體內(nèi)無(wú)氧熱解，熱解分為三個(gè)階段，第一階段溫度為380?520°C，時(shí)間持續(xù)20至45分鐘，第二階段溫度為580?720 V，時(shí)間持續(xù)20至30分鐘；第三階段溫度為750?880°C，時(shí)間持續(xù)15至35分鐘，得到花生殼生物炭和副產(chǎn)物，所述副產(chǎn)物包括有機(jī)酸、生物油以及揮發(fā)性氣體，留花生殼生物炭和有機(jī)酸待用；
[0011](3)花生殼生物炭補(bǔ)氧:補(bǔ)氧分為兩個(gè)階段，第一階段是將花生殼生物炭中加入相對(duì)于花生殼生物炭總重量1.5?2.0 %的補(bǔ)氧化合物，在200?340°C的溫度條件下加熱，所述補(bǔ)氧化合物為次氯酸鈉和雙氧水，二者之間的摩爾比為1:1，第二階段補(bǔ)氧是將經(jīng)過(guò)第一階段補(bǔ)氧的花生殼生物炭在12?35°C的條件下進(jìn)行低溫等離子體處理，所述低溫等離子體為氧氣，給花生殼生物炭局部充氧；
[0012](4)花生殼生物炭真空酸處理:將經(jīng)過(guò)兩階段補(bǔ)氧的花生殼生物炭在真空條件下用步驟(2)熱解過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物有機(jī)酸浸漬，浸漬前將所述有機(jī)酸用水調(diào)節(jié)至濃度為12?30%，控制PH在6.0?7.0，浸漬時(shí)間為24?48h，之后繼續(xù)在真空條件下過(guò)濾，干燥，即得到改性花生殼生物炭；
[0013](5)聚合氯化鋁污泥改性:將從給水廠聚合氯化鋁污泥晾干，粉碎過(guò)20目篩，放入熱解反應(yīng)器中300?500°C下有氧處理I?3h，再以2?3°C /min的速度降溫，同時(shí)進(jìn)行絕氧處理，直至溫度降至150?200°C，停止降溫，繼續(xù)恒溫處理0.5?lh，然后在隔絕氧氣的條件下冷卻至常溫，即制得改性微孔聚合氯化鋁污泥；
[0014](6)接合磁性氧化鎂:將改性微孔聚合氯化鋁污泥中摻入0.002?0.015%的磁性微粒氧化鎂，混勻，放入高溫加熱設(shè)備中以50?100°C /min的升溫速率升溫加熱，待溫度升至700?850°C時(shí)，隔絕空氣繼續(xù)處理5?8h ;
[0015](7)制備粘合劑:稱(chēng)取5%羧甲基纖維素納置于燒杯中，等比例加入蒸餾水，在不斷攪拌下加熱糊化，冷卻至室溫制得粘合劑；
[0016](8)配制復(fù)合吸附材料:將制得的改性花生殼生物炭、改性微孔聚合氯化鋁污泥、粘合劑、外加劑按3:2: (0.05?0.06): (0.01?0.012)的配比混合均勻，用成型機(jī)成型，并在高溫加熱設(shè)備中100?200°C加熱I?4h，冷卻至常溫，制得復(fù)合吸附材料。
[0017]進(jìn)一步地，所述活化劑為40%氯化鋅，活化劑可以改變花生殼表面活性。
[0018]進(jìn)一步地，所述外加劑為改性聚丙烯腈系纖維，其規(guī)格為:長(zhǎng)是I?15mm，直徑是I ?50 μ m0
[0019]進(jìn)一步地，所述制得的復(fù)合吸附材料其型體為顆粒狀、柱狀或球狀。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:
[0021](I)本發(fā)明所述的復(fù)合吸附材料，既有改性生物炭的吸附作用，又具有聚合氯化鋁污泥的除磷能力，特別是對(duì)含染料廢水及污水深度除磷有良好的去除效果；
[0022](2)本發(fā)明以有機(jī)農(nóng)業(yè)固廢花生殼和給水廠污泥作為原料，制備出兼具高效吸附水中有機(jī)污染物和磷的新型復(fù)合吸附材料，用于水處理，達(dá)到了以廢治廢的目的，不僅可有效控制環(huán)境污染，而且開(kāi)拓了花生殼和給水污泥資源化利用的新途徑；
[0023](3)本發(fā)明所述的復(fù)合吸附材料，原料來(lái)源廣泛，制備成本低廉，使用方便，高效、環(huán)保、低成本，適用性強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
[0025]—種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料，是由農(nóng)業(yè)固廢花生殼和給水廠聚合氯化鋁污泥結(jié)合制得。所述的一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料是按下述工藝制備而成:
[0026](I)花生殼改性:花生殼經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成粗粉，研磨機(jī)研磨成細(xì)粉，加入相對(duì)于花生殼總重量5%的活化劑攪拌均勻，所述活化劑為40%氯化鋅，活化劑可以改變花生殼表面活性，壓制成團(tuán)塊狀，置于蒸鍋上用蒸汽加熱蒸制2h，冷卻至常溫后用自來(lái)水漂洗，過(guò)濾，干燥至水分含量為25% ；
[0027](2)花生殼無(wú)氧熱解:將步驟⑴處理后的花生殼在0)2與CO比例為3:1的混合氣體內(nèi)無(wú)氧熱解，熱解分為三個(gè)階段，第一階段溫度為380°C，時(shí)間持續(xù)20分鐘，第二階段溫度為580°C，時(shí)間持續(xù)20分鐘；第三階段溫度為750°C，時(shí)間持續(xù)15分鐘，得到花生殼生物炭和副產(chǎn)物，所述副產(chǎn)物包括有機(jī)酸、生物油以及揮發(fā)性氣體，留花生殼生物炭和有機(jī)酸待用；
[0028](3)花生殼生物炭補(bǔ)氧:補(bǔ)氧分為兩個(gè)階段，第一階段是將花生殼生物炭中加入相對(duì)于花生殼生物炭總重量1.5%的補(bǔ)氧化合物，在200°C的溫度條件下加熱，所述補(bǔ)氧化合物為次氯酸鈉和雙氧水，二者之間的摩爾比為1:1，第二階段補(bǔ)氧是將經(jīng)過(guò)第一階段補(bǔ)氧的花生殼生物炭在12°C的條件下進(jìn)行低溫等離子體處理，所述低溫等離子體為氧氣，給花生殼生物炭局部充氧；
[0029](4)花生殼生物炭真空酸處理:將經(jīng)過(guò)兩階段補(bǔ)氧的花生殼生物炭在真空條件下用步驟(2)熱解過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物有機(jī)酸浸漬，浸漬前將所述有機(jī)酸用水調(diào)節(jié)至濃度為12%，控制PH在6.0，浸漬時(shí)間為24h，之后繼續(xù)在真空條件下過(guò)濾，干燥，即得到改性花生殼生物炭；
[0030](5)聚合氯化鋁污泥改性:將從給水廠聚合氯化鋁污泥晾干，粉碎過(guò)20目篩，放入熱解反應(yīng)器中300°C下有氧處理lh，再以2°C /min的速度降溫，同時(shí)進(jìn)行絕氧處理，直至溫度降至150°C，停止降溫，繼續(xù)恒溫處理0.5h，然后在隔絕氧氣的條件下冷卻至常溫，即制得改性微孔聚合氯化鋁污泥；
[0031 ] (6)接合磁性氧化鎂:將改性微孔聚合氯化鋁污泥中摻入0.002 %的磁性微粒氧化鎂，混勻，放入高溫加熱設(shè)備中以50°C /min的升溫速率升溫加熱，待溫度升至700°C時(shí)，隔絕空氣繼續(xù)處理5h ；
[0032](7)制備粘合劑:稱(chēng)取5%羧甲基纖維素納置于燒杯中，等比例加入蒸餾水，在不斷攪拌下加熱糊化，冷卻至室溫制得粘合劑；
[0033](8)配制復(fù)合吸附材料:將制得的改性花生殼生物炭、改性微孔聚合氯化鋁污泥、粘合劑、外加劑按3:2:0.05:0.01的配比混合均勻，所述外加劑為改性聚丙烯腈系纖維，其規(guī)格為:長(zhǎng)是1_，直徑是I μ m，用成型機(jī)成型，并在高溫加熱設(shè)備中100°C加熱lh，冷卻至常溫，制得復(fù)合吸附材料，所述制得的復(fù)合吸附材料其型體為顆粒狀、柱狀或球狀。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]—種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料，是由農(nóng)業(yè)固廢花生殼和給水廠聚合氯化鋁污泥結(jié)合制得。所述的一種改性花生殼生物炭/聚合氯化鋁污泥復(fù)合吸附材料是按下述工藝制備而成:
[0036](I)花生殼改性:花生殼經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成粗粉，研磨機(jī)研磨成細(xì)粉，加入相對(duì)于花生殼總重量11%的活化劑攪拌均勻，所述活化劑為40%氯化鋅，活化劑可以改變花生殼表面活性，壓制成團(tuán)塊狀，置于蒸鍋上用蒸汽加熱蒸制2.5h，冷卻至常溫后用自來(lái)水漂洗，過(guò)濾，干燥至水分含量為35% ；
[0037](2)花生殼無(wú)氧熱解:將步驟⑴處理后的花生殼在0)2與CO比例為3.5:1的混合氣體內(nèi)無(wú)氧熱解，熱解分為三個(gè)階段，第一階段溫度為450°C，時(shí)間持續(xù)32.5分鐘，第二階段溫度為650°C，時(shí)間持續(xù)25分鐘；第三階段溫度為815°C，時(shí)間持續(xù)25分鐘，得到花生殼生物炭和副產(chǎn)物，所述副產(chǎn)物包括有機(jī)酸、生物油以及揮發(fā)性氣體，留花生殼生物炭和有機(jī)酸待用；
[0038](3)花生殼生物炭補(bǔ)氧:補(bǔ)氧分為