一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種污泥的處理技術(shù)，具體地設(shè)及一種污水重金屬離子吸附劑的介孔 碳材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 河道中的污泥中含有大量寄生蟲（卵）、病原菌、銘、銅、鋒、隸等重金屬、鹽類W及 多氯聯(lián)苯、二嗯英、放射性核素等難降解的有毒有害物。運(yùn)些物質(zhì)對環(huán)境和人類健康可能造 成較大危害。另外污泥中還含有其他有毒有機(jī)化合物。其毒性主要來自于游離氯基，如含氯 的電鍛廢水。河道中的有機(jī)物污染主要有氯化物、氣化物、揮發(fā)酪W及多環(huán)芳控、苯等。如氯 化物是含有-CN基的一類化合物總稱，為有毒化合物，運(yùn)些有機(jī)化合物會通過食物鏈進(jìn)入人 體并在體內(nèi)富集，具有持久危害性，會對人體的免疫系統(tǒng)造成損害。傳統(tǒng)的處理方法有:衛(wèi) 生填埋，污泥堆肥及農(nóng)用，污泥焚燒，海洋傾倒。然而運(yùn)些處理方式往往存在著大量占地、污 染空氣及地下水的弊端，并不能夠達(dá)到合理安全處置的效果，隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高和 人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，運(yùn)些傳統(tǒng)的處置方式已漸漸受到環(huán)保法規(guī)和資源的限制。通過賠燒 將污泥制備成吸附碳材料，用于環(huán)境修復(fù)，成為污泥近來年資源化的熱點(diǎn)問題，受到研究者 和環(huán)保領(lǐng)域的關(guān)注。
[0003] 污泥中含有較多的碳，經(jīng)炭化活化后可制成活性炭吸附劑，可作有機(jī)廢水處理劑， 同時污泥中的重金屬得到一定程度的固化。利用污泥制備活性炭有著巨大的潛力，極大的 優(yōu)越性，泥質(zhì)活性炭代替商品活性炭可W節(jié)省木材，煤炭等原料，同時降低了活性炭的生產(chǎn) 成本。而且可解決日益突出的河道污泥的污染問題，同時泥質(zhì)活性炭用于水處理，W廢治 廢，符合國內(nèi)外固體廢物的資源化、無害化、減量化處置原則。所生產(chǎn)的碳吸附材料具有高 度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和極大的比表面積，經(jīng)過不同工藝調(diào)節(jié)孔徑后能適合處理分子直徑不一 的污染物。據(jù)報道，在碳材料的各種孔結(jié)構(gòu)(微孔、介孔、大孔)當(dāng)中，介孔在液相吸附方面發(fā) 揮了重要作用，尤其對類似于染料運(yùn)類大分子污染物的去除，更為突出，W介孔為主的多孔 碳材料往往比傳統(tǒng)的微孔吸附材料表現(xiàn)出更強(qiáng)大的吸附性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，為彌補(bǔ)傳統(tǒng)活性炭材料吸附能力的不足，發(fā)揮介孔在液相吸附方面的 重要作用，減少活化劑的使用，本發(fā)明采用類模板法，在不使用任何化學(xué)活化劑的條件下， 利用河道污泥為碳源前軀體，常用的絮凝劑作為模板劑來合成介孔碳材料，無疑是傳統(tǒng)碳 吸附材料最有效的替代品。本發(fā)明的目的是提供一種清潔環(huán)保，安全綠色的處置方式，將河 道污泥進(jìn)行減量化、安全化和資源化處理，制備出具有豐富的介孔，吸附能力強(qiáng)，吸附速率 快的一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明提供了一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料，技術(shù)方案是： 一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料，由W下成分W重量份制備而成:娃酸鋼10- 15份、脫乙酷甲殼素1-3份、聚丙締酷胺2-4份、硫酸儀0.5-1份、雙聚氯胺0.5-1份、氯化鋒 0.1-0.2份、氯酸鐘1-3份、木質(zhì)素0.2-0.6份、Ξ氯異氯尿酸鋼0.2-0.4份、十二烷基二甲基 芐基氯化錠0.3-0.5份、濃硫酸0.4-0.6份、石墨締納米層/Μη02復(fù)合物5-10份、殼聚糖-石墨 締復(fù)合材料6-12份、干河道污泥20-30份、水40-50份。
[0006] 優(yōu)化的，一種如權(quán)利要求1所述的污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料，是由W下 成分W重量份制備而成:娃酸鋼12份、脫乙酷甲殼素2份、聚丙締酷胺3份、硫酸儀0.7份、雙 聚氯胺0.8份、氯化鋒0.1份、氯酸鐘2份、木質(zhì)素0.3份、Ξ氯異氯尿酸鋼0.3份、十二烷基二 甲基芐基氯化錠0.4份、濃硫酸0.5份、石墨締納米層/Μη02復(fù)合物8份、殼聚糖-石墨締復(fù)合 材料9份、干河道污泥25份、水45份。
[0007] 優(yōu)選的，還包括娃藻±6-12重量份。
[000引優(yōu)選的，還包括膨潤±6-12重量份。
[0009] 本發(fā)明還提供一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料的制備方法，具體包括W 下步驟： 步驟1:將娃酸鋼和10-15份水在室溫下混合攬拌15min，在攬拌后的溶液中加入濃硫酸 與4-5份水的混合液，繼續(xù)攬拌20min，得混合液A; 步驟2:在混合液A中加入硫酸儀、Ξ氯異氯尿酸鋼和脫乙酷甲殼素，升溫至70°C攬拌 40min后降至室溫靜置lOh得混合溶液B; 步驟3:將聚丙締酷胺、硫酸儀、木質(zhì)素、雙聚氯胺、氯化鋒、氯酸鐘、十二烷基二甲基節(jié) 基氯化錠和4-8份水混合，攬拌15min后加入混合溶液B中繼續(xù)攬拌化，得混合溶液C; 步驟4:將步驟3得到的混合溶液C與石墨締納米層/Mn02復(fù)合物、殼聚糖-石墨締復(fù)合材 料和干河道污泥混合，并加入剩余的水?dāng)埌杈鶆虻没旌弦篋; 步驟5:將步驟4得到的混合液D放入烘干裝置中在80°C-16(rC下進(jìn)行干化處理； 步驟6:將步驟5干化處理過的固體物，放入碳化爐中在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行碳化處理，碳化 過程為，在15°C/min的升溫速率下升溫至600°C-900°C，碳化時間控制在2-化； 步驟7:將步驟6得到的固體研磨粉碎，過篩至400目得介孔碳材料。
[0010] 優(yōu)選的步驟4具體為:將步驟3得到的混合溶液C與、石墨締納米層/Mn02復(fù)合物、殼 聚糖-石墨締復(fù)合材料、娃藻±和干河道污泥混合，并加入剩余的水?dāng)埌杈鶆虻没旌弦篋。
[0011] 優(yōu)選的步驟4具體為:將步驟3得到的混合溶液C與、石墨締納米層/Mn02復(fù)合物、殼 聚糖-石墨締復(fù)合材料、膨潤±和干河道污泥混合，并加入剩余的水?dāng)埌杈鶆虻没旌弦篋。
[0012] 石墨締納米層(GNS)/Mn02復(fù)合物(GNS/Mn02)在去除污水中的重金屬離子效果好， 去除廢水中Ni化、Pb化和Cu化Ξ種重金屬離子的效果更佳，GNS作為載體，增大了吸附劑的 比表面積，Mn02起主要的吸附作用，5次重復(fù)使用之后，GNS/Mn02的吸附能力還能恢復(fù)到 91%，有很好的再生能力。
[0013] 殼聚糖-石墨締復(fù)合材料具有較大的比表面積和獨(dú)特的介孔結(jié)構(gòu)，殼聚糖-石墨締 復(fù)合材料的雙倍螺旋結(jié)構(gòu)、殼聚糖和石墨締之間的靜電作用、氨鍵作用和范德華力都增強(qiáng) 了對金屬離子的去除能力。
[0014] 交聯(lián)累托石是利用累托石粘±的陽離子交換性能，選擇交聯(lián)劑如聚合徑基金屬陽 離子或者氧化物等，使累托石粘±可膨脹間層被交聯(lián)劑柱撐開而獲得更大的層間距，改善 天然累托石的性能。交聯(lián)累托石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不發(fā)生膨脹，具有較大的比表面積、離子交換容 量和微孔孔徑而且具有熱穩(wěn)定性好、表面酸性強(qiáng)等特點(diǎn)，吸附能力增大70% W上，具有較大 的層厚度，是一種性能優(yōu)異的催化劑和吸附劑。
[0015] 膨潤 ±(bentonite)是一種 W 蒙脫石(111〇]11：1]1〇1'；[110]1；[16)為主要成分的粘±礦物。 其化學(xué)成分為侶娃酸鹽，化學(xué)式為A1203 · 4Si02 · 3H20。微觀結(jié)構(gòu)的單位晶胞由兩個Si20 四面體晶片和它們之間夾著的一個A120或A120H八面體晶片組成，膨潤±具有較強(qiáng)的吸附 性和離子交換性。
[0016] 本發(fā)明首次采用的合成污泥基介孔碳材料，可實(shí)現(xiàn)對材料孔道結(jié)構(gòu)的方便調(diào)控， 工藝簡單，具有工業(yè)應(yīng)用化前景。合成出的污泥基介孔碳材料孔徑分布比傳統(tǒng)的污泥基碳 吸附材料更窄，運(yùn)樣更有利于吸附過程中孔隙間的傳質(zhì)效應(yīng)，提高吸附速率。本發(fā)明合成 出的介孔碳材料具有良好的吸附性能，吸附能力優(yōu)于市面的活性炭產(chǎn)品，可用于污水處置 及水中毒害物的去除，由于其出色的孔道分布及強(qiáng)大的孔容，也可W適用于載體材料。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。凡采用等同替換或等效變換的 方式所獲得的替代方案，均處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
[001引實(shí)施例1: 一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料，由W下成分W重量份制備而成:娃酸鋼10 份、脫乙酷甲殼素1份、聚丙締酷胺2份、硫酸儀0.5份、雙聚氯胺0.5份、氯化鋒0.1份、氯酸鐘 1份、木質(zhì)素0.2份、Ξ氯異氯尿酸鋼0.2份、十二烷基二甲基芐基氯化錠0.3份、濃硫酸0.4 份、石墨締納米層/Mn02復(fù)合物5份、殼聚糖-石墨締復(fù)合材料6份、干河道污泥20份、水40份。
[0019] 上述碳材料的制備方法，具體包括W下步驟： 步驟1:將娃酸鋼和10-15份水在室溫下混合攬拌15min，在攬拌后的溶液中加入濃硫酸 與4-5份水的混合液，繼續(xù)攬拌20min，得混合液A; 步驟2:在混合液A中加入硫酸儀、Ξ氯異氯尿酸鋼和脫乙酷甲殼素，升溫至70°C攬拌 40min后降至室溫靜置lOh得混合溶液B; 步驟3:將聚丙締酷胺、硫酸儀、木質(zhì)素、雙聚氯胺、氯化鋒、氯酸鐘、十二烷基二甲基節(jié) 基氯化錠和4-8份水混合，攬拌15min后加入混合溶液B中繼續(xù)攬拌化，得混合溶液C; 步驟4:將步驟3得到的混合溶液C與石墨締納米層/Mn02復(fù)合物、殼聚糖-石墨締復(fù)合材 料和干河道污泥混合，并加入剩余的水?dāng)埌杈鶆虻没旌弦篋; 步驟5:將步驟4得到的混合液D放入烘干裝置中在80°C-16(rC下進(jìn)行干化處理； 步驟6:將步驟5干化處理過的固體物，放入碳化爐中在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行碳化處理，碳化 過程為，在15°C/min的升溫速率下升溫至600°C-900°C，碳化時間控制在2-化； 步驟7:將步驟6得到的固體研磨粉碎，過篩至400目得介孔碳材料。
[0020] 實(shí)施例2: 一種污水重金屬離子吸附劑的介孔碳材料，由W下成分W重量份制備而成:娃酸鋼15 份、脫乙酷甲殼素3份、聚丙締酷胺4份、硫酸儀1份、雙聚氯胺1份、氯化鋒0.2份、氯酸鐘3份、 木質(zhì)素0.6份、Ξ氯異氯尿酸鋼0.4份、十二烷基二甲基芐基氯化錠0.5份、濃硫酸0.6份、石 墨締納米層/Mn02復(fù)合物10份、殼聚糖-石墨締復(fù)合材料12份、干河道污泥30份、水50份。 [0021 ]上述碳材料的制備方法，具體包括W下步驟： 步驟1:將娃酸鋼和10-15份水在室溫下混合攬拌15min，在攬拌后的溶液中加入濃硫酸 與4-5份水的混合液，繼續(xù)攬拌20min，得混合液A; 步驟2:在混合液A中加入硫酸儀、Ξ氯異氯尿酸鋼和脫乙酷甲殼素，升溫至70°C攬拌 40min后降至室溫靜置lOh得混合溶液B; 步驟3:將聚丙締酷胺、硫酸儀、木質(zhì)素、雙聚氯胺