污泥活性炭的制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種污泥活性炭的制備方法，包括以下步驟：將取自污水處理廠的剩余污泥干燥、粉碎并過篩后，通過熱解處理、氧化處理、氨化處理及甲基化處理得污泥活性炭；本發(fā)明還涉及按上述方法制得的污泥活性炭處理低濃度高氯酸鹽廢水的應(yīng)用。本發(fā)明制備方法簡單易行，成本低廉，制備的污泥活性炭吸附容量高，可重復(fù)利用，能有效處理低濃度高氯酸鹽溶液，吸附過程不會造成二次污染。
【專利說明】污泥活性炭的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種污泥活性炭的制備方法和處理低濃度高氯酸鹽廢水的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來，高氯酸鹽被廣泛應(yīng)用于火箭推進(jìn)劑、煙火制造、軍火工業(yè)、汽車氣袋、高速公路安全閃光板等領(lǐng)域、也作為添加劑較多的被用于潤滑油、織物固定劑、電鍍液、皮革鞣齊U、橡膠制品、燃料涂料、冶煉鋁和鎂電池等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的以智利硝石為原料的化肥中也含有一定濃度的高氯酸鹽，物質(zhì)的大量使用，使得大量的高氯酸鹽進(jìn)入到自然水體中，以至污染飲用水。由于高氯酸鹽是一種新型的持久性污染物質(zhì)，擴(kuò)散速度快、穩(wěn)定性高、難降解，當(dāng)高氯酸鹽進(jìn)入自然水體后，它可以通過飲用水和動植物進(jìn)入人體并最終作用于人體的甲狀腺，干擾其正常功能。高氯酸鹽進(jìn)入人體后將在甲狀腺中與碘結(jié)合，阻礙甲狀腺對碘的吸收，造成甲狀腺激素合成量的減少，影響人體特別是大腦組織的發(fā)育。此外，人體內(nèi)過量的高氯酸鹽會造成甲狀腺激素分泌不足，從而影響血紅蛋白的生成，心肺功能和骨骼的發(fā)育，免疫力的維持，聽覺器官的正常功能等。
[0003]美國科學(xué)院研究表明，當(dāng)高氯酸鹽在人體內(nèi)含量超過0.0007mg/kg人體體重時，飲用水中高氯酸鹽濃度為24.5 u g/L時就會對人體健康造成影響。因此美國環(huán)保署(EPA)公布了高氯酸鹽在飲用水中的安全標(biāo)準(zhǔn)為18 y g/L，并對一些污染比較嚴(yán)重的地區(qū)制定了更低的安全標(biāo)準(zhǔn)值。
[0004]由于高氯酸鹽的非揮發(fā)性、高溶解性、在水溶液中呈現(xiàn)化學(xué)動力學(xué)惰性的特點，當(dāng)濃度〈10% (w/w)時，與大多數(shù)還原性離子不發(fā)生反應(yīng)，特別是對20 u g/L?200 u g/L的低濃度高氯酸鹽的去除更加困難，因此，開發(fā)處理技術(shù)存在很大的難度。而常規(guī)的處理技術(shù)如混凝、過濾、加還原劑離子等均不能有效地去除高氯酸根離子(C104_)?，F(xiàn)階段，研究與應(yīng)用較多的污染控制技術(shù)主要包括離子交換、生物降解與修復(fù)、化學(xué)/電化學(xué)還原、電滲析和反滲透。離子交換法原理簡單，但是大多數(shù)離子交換樹脂選擇性不強，再生很困難，成本較高，因此很難獲得大規(guī)模應(yīng)用。膜過濾包括反滲析和納孔膜過濾，該方法存在半透膜容易損壞、濃縮液后續(xù)處理難度大的問題；電滲析法對ClCV的去除率很低，運行費用很高，濃縮液的后續(xù)處理非常困難；電化學(xué)還原是直接在陰極上施加一個高電位將高氯酸根離子還原為氯離子，該方法目前存在的主要問題是電極腐蝕、電極鈍化和電極表面污染，而且化學(xué)還原和電化學(xué)還原法的特點決定了其成本可能較高。活性炭吸附法作為常見的水中溶解性污染物的吸附方法，具有應(yīng)用廣泛、效果明顯、操作簡單的特點，但是普通的活性炭對高氯酸鹽的吸附效果一般，特別是對低濃度的高氯酸鹽不能進(jìn)行有效的吸附。通過選用陽離子表面活性劑等物質(zhì)對活性炭進(jìn)行改性可以提高對高氯酸鹽的吸附能力，但是這樣大大的增加了活性炭的制備成本，因此很難得到廣泛的應(yīng)用。利用污水處理廠剩余污泥制備的污泥活性炭應(yīng)用效果與商業(yè)活性炭接近甚至在有些方面有著更好的應(yīng)用效果，受到了人們越來越多的關(guān)注，對其制備過程的研究也越來越深入。目前關(guān)于污泥活性炭吸附水中高氯酸鹽的研 究還處于探索階段，還沒有找到能夠有效的吸附水中高氯酸鹽的污泥活性炭制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備簡單易行，成本低廉，能有效處理低濃度高氯酸鹽廢水，不會造成二次污染的污泥活性炭的制備方法和應(yīng)用。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種污泥活性炭的制備方法，包括以下步驟:
(1)熱解處理:將污泥干燥后粉碎過篩，于氨氣氣氛中進(jìn)行熱解反應(yīng)，洗滌后干燥，得污泥活性炭炭粉原料；
(2)氧化處理:將污泥活性炭炭粉原料加入至雙氧水溶液中，振蕩氧化反應(yīng)后，洗滌干燥，得污泥活性炭氧化炭粉原料；
(3)氨化處理:將污泥活性炭氧化炭粉原料至于加熱裝置中，通入氮氣排凈加熱裝置中的空氣，再向加熱裝置中通入氨化氣體進(jìn)行氨化反應(yīng)，最后再向加熱裝置中通入氮氣冷卻至室溫，經(jīng)洗滌、真空干燥后，得污泥活性炭氨化炭粉原料；
(4)甲基化處理:將污泥活性炭氨化炭粉原料浸沒于甲基化試劑，密閉靜置進(jìn)行甲基化反應(yīng)，甲基化反應(yīng)后用氯化鈉溶液清洗，再用去離子水洗滌后真空干燥，得污泥活性炭。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，
所述步驟(I)中污泥為污水處理廠的剩余污泥，污泥干燥的溫度為105°C?110°C，干燥時間為24h?48h，過篩的尺寸為200目?300目；所述步驟(I)中氨氣的流速為50mL/min?100mL/min ;所述步驟(I)中熱解反應(yīng)的步驟為,先以20°C /min?30°C /min的速率升溫至110°C，停留5min，再以10°C /min?30°C /min的速率升溫至最終反應(yīng)溫度400°C?600°C，停留60min?120min ;所述步驟(I)中洗滌后干燥的溫度為105°C?110°C，時間為12h ?24h。
[0008]所述步驟(2)中雙氧水溶液的質(zhì)量濃度為5%?20%，污泥活性炭炭粉原料的質(zhì)量與雙氧水溶液的體積比為1: 5g/ml?1: 20g/ml ;所述步驟(2)中振蕩氧化反應(yīng)的溫度為40°C?70°C，轉(zhuǎn)速為120r/min?150r/min，時間為5h?IOh ;所述步驟(2)中干燥的溫度為105°C?110°C，時間為5h?10h。
[0009]所述步驟(3)中排凈加熱裝置中的空氣的步驟為，以lOOmL/min的流速通入氮氣IOmin ;所述步驟(3)中氨化反應(yīng)的步驟為，以20°C /min速率升溫至400°C時停止通入所述氮氣，以10mL/min?30mL/min的流速通入氨化氣體，以20°C /min?30°C /min的速率升溫至氨化反應(yīng)溫度650°C?850°C,并停留60min?120min ;所述步驟(3)中真空干燥的溫度為105°C?110°C，時間為8h?15h。
[0010]所述步驟(4)中甲基化試劑為甲基碘；所述步驟(4)中污泥活性炭氨化炭粉原料與甲基化試劑的質(zhì)量比為1.5?2: 10?20;所述步驟(4)中靜置的時間為48h?120h;所述步驟(4)中氯化鈉溶液的摩爾濃度為2mol/L?4mol/L ;所述步驟(4)中真空干燥的溫度為50°C?120°C，時間為12h?24h。
[0011]所述氨化氣體為氨氣，或氨氣-ニ氧化碳混合氣體，所述氨氣-ニ氧化碳混合氣體中氨氣與ニ氧化碳的體積比為10?30: I?20。[0012]作為ー個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了ー種上述污泥活性炭處理低濃度高氯酸鹽廢水的應(yīng)用，包括以下步驟:將污泥活性炭裝入吸附系統(tǒng)中，將20 ii g/L~200ii g/L的低濃度高氯酸鹽廢水送入所述吸附系統(tǒng)進(jìn)行吸附反應(yīng)，所述污泥活性炭的質(zhì)量和高氯酸鹽廢水的體積比為1: 7.48g/ L~1: 15.04g/し
[0013]所述的高氯酸鹽廢水為高氯酸鈉水溶液或高氯酸鉀水溶液。
[0014]所述吸附系統(tǒng)包括一根吸附柱，吸附柱兩端分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管上接有蠕動泵，并且進(jìn)水管遠(yuǎn)離吸附柱的一端通入原液池中。
[0015]此外，處理過高氯酸鹽廢水的污泥活性炭可通過微波再生，再次處理高氯酸鹽廢水。微波再生包括以下步驟:將處理過高氯酸鹽廢水的污泥活性炭于105°C~110°C干燥24h~48h后，置于微波爐中，在水蒸氣和二氧化碳存在的條件下于800°C~1000°C加熱30min~120min，得再生污泥活性炭。再生污泥活性炭可與污泥活性炭處理高氯酸鹽廢水相同的條件下處理低濃度高氯酸鹽廢水。
[0016]污泥活性炭炭粉原料是污泥經(jīng)過熱解處理后得到的物質(zhì)，污泥活性炭氧化炭粉原料是污泥活性炭炭粉原料通過氧化處理后得到的物質(zhì)，污泥活性炭氨化炭粉原料是污泥活性炭氧化炭粉原料通過氨化處理后得到的物質(zhì)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明的制備方法簡單易行，成本低廉，采用雙氧水處理可增加表面含氧官能團(tuán)，再利用氨化氣體進(jìn)行氨化處理，最后利用甲基化試劑進(jìn)行甲基化處理可形成烷基化吡啶，制備出具有季銨鹽和吡啶結(jié)構(gòu)的強親高氯酸鹽吸附材料。
[0018]2、本發(fā)明制備的污泥活性炭是以污水處理廠的剰余污泥為原料制備的，通過將剩余污泥進(jìn)行一系列處理后，得到了污泥活性炭，實現(xiàn)對污泥的資源化利用。
[0019]3、本發(fā)明的污泥活性炭表面存在大量的季銨鹽和吡啶結(jié)構(gòu)，此外還包括胺類物質(zhì)、氮氧化合物和吡咯等結(jié)構(gòu)，季銨鹽和吡啶結(jié)構(gòu)能夠結(jié)合水中的ClO4-,有效吸附低濃度高氯酸鹽廢水，特別是濃度為20i! g/L~200 i! g/L的低濃度高氯酸鹽廢水。本發(fā)明處理高氯酸鹽廢水的應(yīng)用不會造成二次污染，處理過高氯酸鹽廢水的污泥活性炭還可通過微波再生，再次處理低濃度高氯酸鹽廢水，避免了使用后的污泥活性炭成為固體垃圾造成污染，可降低處理成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實施例1中XPS對活性炭表面各元素分析結(jié)果圖。
[0021 ] 圖2為本實施例1中XPS分析中N的峰譜圖。
[0022]圖3為本實施例1中污泥活性炭表面含氮物質(zhì)的XPS峰譜擬合圖。
[0023]圖4為本實施例2中吸附系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為不同吸附劑吸附高氯酸鹽廢水的穿透曲線圖。
[0025]圖中:1-出水管，2-吸附柱，3-玻璃棉，4-填充柱，5-進(jìn)水管，6-蠕動泵，7-原液池。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027]實施例1
本實施例的污泥活性炭的制備方法，包括以下步驟:
(1)將取自污水處理廠的剰余污泥于105°C干燥48h后，粉碎并先后過200目和300目篩，取IOg過篩后的污泥放入管式電阻爐中，以80mL/min的流速通入氨氣，以25°C /min速率升溫至110°C停留5min，再以25°C /min速率升溫至最終反應(yīng)溫度500°C，停留90min，冷卻至室溫，再用去離子水沖洗至pH=6.8，最后于105°C溫度下恒溫干燥24h，得污泥活性炭炭粉原料；
(2)將IOg污泥活性炭炭粉原料加入至200mL質(zhì)量濃度為10%的雙氧水溶液中，再于60°C,150r/min條件下水浴振蕩10h，反應(yīng)完后用去離子水沖洗至pH=7.2，最后于105°C下干燥10h，得污泥活性炭氧化炭粉原料；
(3)將4g污泥活性炭氧化炭粉原料放置于管式電阻爐中，以lOOmL/min的流速通入氮氣IOmin以排除管內(nèi)的空氣，再以20°C /min速率升溫至400°C時停止通入氮氣，以20mL/min的流速通入氨氣，并以20°C /min的速率升溫至750°C并停留90min，停止通入氨氣，然后以50mL/min的速率通入氮氣,冷卻至室溫,反應(yīng)完成后用去離子水沖洗至pH=7.0,最后于105°C下真空干燥15h，得污泥活性炭氨化炭粉原料；
(4)將2g污泥活性炭氨化炭粉原料加入磨ロ棕色錐形瓶中，加入20g的CH3I使其浸沒，塞緊瓶塞靜置72h，反應(yīng)后用2mol/L的氯化鈉溶液清洗，再用去離子水沖洗至pH=6.9，最后于80°C下真空干燥24h，即得污泥活性炭。
[0028]用X光電子能譜(XPS)對污泥活性炭的表面物質(zhì)進(jìn)行表征，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，污泥活性炭表面氮含量為4.17%。通過對400eV附近的峰進(jìn)行高倍分析得到了關(guān)于N的分譜，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以得到N的峰譜圖不是單純的一種含氮物質(zhì)的峰譜，而是由多種含氮物質(zhì)的峰譜混合組成。
[0029]由于卩比唳結(jié)構(gòu)(N-6)、卩比咯結(jié)構(gòu)(N-5)、胺類物質(zhì)(Amines)、氮氧化合物(N-Ox)和季銨鹽結(jié)構(gòu)(N-Q)的結(jié)合能分別為:398.7±0.3eV、400.3±0.3eV、399.4eV、402 eV ?405eV和401.4eV,并且吡啶結(jié)構(gòu)和季銨鹽能夠和水溶液中的C104_結(jié)合。對氮元素的峰譜進(jìn)行上述含氮物質(zhì)的擬合，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，本發(fā)明所制備的污泥活性炭表面的含氮物質(zhì)主要有:吡啶結(jié)構(gòu)、吡咯結(jié)構(gòu)、季銨鹽結(jié)構(gòu)、胺類物質(zhì)和氮氧化合物，并且本發(fā)明的污泥活性炭能夠吸附水中的高氯酸鹽。
[0030]實施例2
本實施例的污泥活性炭處理低濃度高氯酸鹽水溶液的應(yīng)用，包括以下步驟:
本實施例所采用的吸附系統(tǒng)，如圖4所示。所述吸附系統(tǒng)包括一根吸附柱2，吸附柱2兩端分別連接有進(jìn)水管5和出水管I,進(jìn)水管5上接有螺動泵6,并且進(jìn)水管5遠(yuǎn)離吸附柱2的一端通入原液池7中。
[0031]具體實施如下:將ー根長度為IOcm,直徑為6cm的有機玻璃柱作為吸附柱2,沿長度方向開設(shè)ー個直徑為3mm的貫穿的填充柱4,在填充柱4兩端各擴(kuò)寬ー個長度為8mm,直徑為6_的螺紋孔，各裝上ー個內(nèi)徑為3_的金屬套管，將兩根內(nèi)徑為3.0mm,外徑為5.0mm的乳膠管連接在金屬套管上，作為出水管I和進(jìn)水管5。
[0032]將填充柱4中填滿污泥活性炭，污泥活性炭質(zhì)量為0.35g，體積約為0.7cm3,定為1BV，填充完污泥活性炭后用玻璃棉3封閉，以防污泥活性炭隨水流流出并阻塞管道。通過蠕動泵6以400 ii L/min速率將原液池7中初始濃度為80 u g/L的高氯酸鈉水溶液送入填充柱4，進(jìn)行吸附處理。在出水管I處每30min取一次樣，用離子色譜儀檢測高氯酸根離子的濃度，直到污泥活性炭完全穿透，即出水濃度達(dá)到或接近原液池7中高氯酸鈉水溶液的初始濃度。采用未處理的污泥作為對照樣在同樣條件下進(jìn)行吸附。
[0033]結(jié)果表明，當(dāng)對照樣被完全穿透時處理的水樣體積為626BV，而使用污泥活性炭時，通過吸附柱的水樣體積小于2362BV時均未檢測出高氯酸根離子，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為4870BV。通過計算得到上述污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為
0.52mg/g。
[0034]實施例3
本實施例的污泥活性炭的再生及其應(yīng)用，包括以下步驟:
將完全穿透后的污泥活性炭于105°C下干燥24h，然后在氮氣保護(hù)下于微波爐中加熱到500°C，恒溫lOmin，最后在水蒸氣和CO2的環(huán)境下加熱至800°C處理60min，得到再生污泥活性炭；將再生污泥活性炭繼續(xù)放回填充柱4中，在與實施例2相同的吸附條件下對濃度為80 y g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0035]結(jié)果表明，處理水量為2000BV時未檢出高氯酸根離子，再生污泥活性炭完全穿透時通過水樣體積為4020BV。經(jīng)過計算再生污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.44mg/g。經(jīng)過微波再生使得污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量得到很大的恢復(fù)，恢復(fù)率為84.6%。
[0036]實施例4
本實施例的污泥活性炭的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟:
制備步驟與實施例1基本一致，不同之處為:步驟(I)中，熱解反應(yīng)的步驟中，最終反應(yīng)溫度為550°C，停留60min ;步驟(2)中，雙氧水的質(zhì)量濃度為15% ;步驟(3)中，氨化反應(yīng)的溫度為650°C;步驟(4)中，2g污泥活性炭氨化炭粉原料浸沒于15g甲基碘中。將得到的污泥活性炭按照與實施例2相同的條件下對濃度為80 u g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0037]結(jié)果表明，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為6680BV，污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.68mg/g。
[0038]實施例5
本實施例的污泥活性炭的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟:
制備步驟與實施例1基本一致，不同之處為:步驟(I)中，氨氣流速為50mL/min,熱解反應(yīng)的步驟中，最終反應(yīng)溫度為550°C ;步驟(2)中，IOg污泥活性炭氨化炭粉原料加入至150mL雙氧水溶液中，振蕩氧化反應(yīng)的時間為5h ;步驟(3)中，氨化反應(yīng)的溫度為850°C ;步驟(4)中，2g污泥活性炭氨化炭粉原料浸沒于12g甲基碘中，靜置時間為96h。將得到的污泥活性炭按照與實施例2相同的條件下對濃度為80 u g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0039]結(jié)果表明，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為3845BV，污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.45mg/g。
[0040]實施例6
本實施例的污泥活性炭的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟:
制備步驟與實施例1基本一致，不同之處為:步驟(I)中，熱解反應(yīng)的步驟中，最終反應(yīng)溫度為600°C，停留時間為60min ;步驟(2)中，雙氧水的質(zhì)量濃度為15%，IOg污泥活性炭炭粉原料加入至120mL雙氧水溶液中；步驟(3)中，氨化反應(yīng)的溫度為750°C，時間為120min，氨化氣體為氨氣-ニ氧化碳混合氣體，混合氣體中氨氣流量為30mL/min，ニ氧化碳?xì)怏w流量為20 mL/min ;步驟(4)中，2g污泥活性炭氨化炭粉原料浸沒于IOg甲基碘中，靜置時間為120h。將得到的污泥活性炭按照與實施例2相同的條件下對濃度為80 u g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0041]結(jié)果表明，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為4920BV，污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.54mg/g。
[0042]實施例7
本實施例的污泥活性炭的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟:
制備步驟與實施例1基本一致，不同之處為:步驟(I)中，熱解反應(yīng)的步驟中，先升溫至110°C后，再以20°C /min速率升溫至最終反應(yīng)溫度550°C ;步驟(2)中，雙氧水的質(zhì)量濃度為18%，體積為IOOmL,振蕩氧化反應(yīng)的溫度為55°C，時間為8h ;步驟(3)中，氨化反應(yīng)的溫度為750°C，時間為120min，氨化氣體為氨氣-ニ氧化碳的混合氣體，混合氣體中氨氣流量為30mL/min, ニ氧化碳?xì)怏w流量為10 mL/min ;步驟(4)中，2g污泥活性炭浸沒于16g甲基碘中，靜置時間為60h。將得到的污泥活性炭按照與實施例2相同的條件下對濃度為80 u g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0043]結(jié)果表明，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為5740BV，污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.59mg/g。
[0044]不同吸附劑對高氯酸鈉水溶液的穿透曲線如圖5所示，吸附劑分別為污泥活性炭炭粉原料，實施例2、4、5、6、7中所制備的污泥活性炭和實施例3所得的再生污泥活性炭。根據(jù)圖5可知，污泥活性炭相比污泥活性炭炭粉原料對低濃度的高氯酸鈉水溶液具有更強的吸附能力，經(jīng)過再生處理后污泥活性炭對低濃度的高氯酸鈉水溶液的吸附能力得到良好的恢復(fù)。
[0045]實施例8
本實施例的污泥活性炭的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟:
制備步驟與實施例1基本一致，不同之處為:步驟(I)中，熱解反應(yīng)的步驟中，溫度先達(dá)到110°C，再以20°C /min的速率升溫至最終反應(yīng)溫度500°C ;步驟(2)中，雙氧水的質(zhì)量濃度為15%，體積為150mL，振蕩氧化反應(yīng)的溫度為55°C，時間為8h ;步驟(3)中，氨化反應(yīng)的溫度為750°C，時間為120min，氨化氣體為氨氣-ニ氧化碳的混合氣體，混合氣體中氨氣流量為30mL/min, ニ氧化碳?xì)怏w流量為10mL/min ;步驟(4)中，2g污泥活性炭氨化碳粉原料浸沒于16g甲基碘中，靜置時間為50h。將得到的污泥活性炭按照與實施例2相同的條件下對濃度為20 u g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0046]結(jié)果表明，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為7520BV，污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.28mg/g。
[0047]實施例9
本實施例的污泥活性炭的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟:
制備步驟與實施例1基本一致，不同之處為:步驟(I)中，熱解反應(yīng)的步驟中，溫度先達(dá)到110°C后，再以25°C /min的速率升溫至最終反應(yīng)溫度500°C ;步驟(2)中，雙氧水的質(zhì)量濃度為18%，體積為50mL，振蕩氧化反應(yīng)的溫度為55°C，時間為IOh ;步驟(3)中，氨化反應(yīng)的溫度為750°C，時間為90min，氨化氣體為氨氣-ニ氧化碳的混合氣體，混合氣體中氨氣流量為20mL/min, ニ氧化碳?xì)怏w流量為10mL/min ;步驟(4)中，2g污泥活性炭氨化炭粉原料浸沒于12g甲基碘中，靜置時間為60h。將得到的污泥活性炭按照與實施例2相同的條件下對濃度為200 u g/L高氯酸鈉水溶液進(jìn)行吸附。
[0048]結(jié)果表明，污泥活性炭完全穿透時通過的水樣體積為3740BV，污泥活性炭對高氯酸鈉的吸附容量為0.71mg/g。
[0049]以上實施例中，IBV=0.7ml,由實施例結(jié)果可知，污泥活性炭的質(zhì)量和高氯酸鹽廢水的體積比為1: 7.48g/ L?1: 15.04g/し
[0050]除以上實施例中所給出的高氯酸鈉水溶液外，污泥活性炭還可處理低濃度高氯酸鉀水溶液。
[0051 ] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種污泥活性炭的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)熱解處理:將污泥干燥后粉碎過篩，于氨氣氣氛中進(jìn)行熱解反應(yīng)，洗滌后干燥，得污泥活性炭炭粉原料； (2)氧化處理:將污泥活性炭炭粉原料加入至雙氧水溶液中，振蕩氧化反應(yīng)后，洗滌干燥，得污泥活性炭氧化炭粉原料； (3 )氨化處理:將污泥活性炭氧化炭粉原料至于加熱裝置中，通入氮氣排凈加熱裝置中的空氣，再向加熱裝置中通入氨化氣體進(jìn)行氨化反應(yīng)，最后再向加熱裝置中通入氮氣冷卻至室溫，經(jīng)洗滌、真空干燥后，得污泥活性炭氨化炭粉原料； (4)甲基化處理:將污泥活性炭氨化炭粉原料浸沒于甲基化試劑，密閉靜置進(jìn)行甲基化反應(yīng)，甲基化反應(yīng)后用氯化鈉溶液清洗，再用去離子水洗滌后真空干燥，得污泥活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥活性炭的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中污泥為污水處理廠的剩余污泥，污泥干燥的溫度為105°C~110°C，干燥時間為24h~48h，過篩的尺寸為200目~300目；所述步驟(1)中氨氣的流速為50mL/min~100mL/min ;所述步驟(I)中熱解反應(yīng)的步驟為，先以20°C/min~30°C/min的速率升溫至110°C，停留5min，再以IO0C /min~30°C /min的速率升溫至最終反應(yīng)溫度400°C~600°C，停留60min~120min ；所述步驟(1)中洗滌后干燥的溫度為105°C~110°C，時間為12h~24h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污泥活性炭的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中雙氧水溶液的質(zhì)量濃度為5%~20%，污泥活性炭炭粉原料的質(zhì)量與雙氧水溶液的體積比為1: 5g/ml~1: 20g/ml ;所述步驟(2`)中振蕩氧化反應(yīng)的溫度為40°C~70°C，轉(zhuǎn)速為120r/min~150r/min，時間為5h~IOh ;所述步驟(2)中干燥的溫度為105°C~110°C，時間為5h~IOh。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥活性炭的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中排凈加熱裝置中的空氣的步驟為，以100mL/min的流速通入氮氣IOmin ;所述步驟(3)中氨化反應(yīng)的步驟為，以20°C/min速率升溫至400°C時停止通入所述氮氣，以10mL/min~30mL/min的流速通入氨化氣體，以20°C /min~30°C /min的速率升溫至氨化反應(yīng)溫度650°C~850°C，并停留60min~120min ;所述步驟(3)中真空干燥的溫度為105°C~110°C，時間為8h~15h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污泥活性炭的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中甲基化試劑為甲基碘；所述步驟(4)中污泥活性炭氨化炭粉原料與甲基化試劑的質(zhì)量比為1.5~2: 10~20 ;所述步驟(4)中靜置的時間為48h~120h ;所述步驟(4)中氯化鈉溶液的摩爾濃度為2mol/L~4mol/L ;所述步驟(4)中真空干燥的溫度為50°C~120°C，時間為12h~24h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項所述的污泥活性炭的制備方法，其特征在于:所述氨化氣體為氨氣，或氨氣-二氧化碳混合氣體，所述氨氣-二氧化碳混合氣體中氨氣與二氧化碳的體積比為10~30:1~20。
7.—種如權(quán)利要求1~6任一所述方法制備的污泥活性炭應(yīng)用于處理低濃度高氯酸鹽廢水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的污泥活性炭的應(yīng)用，其特征在于包括以下步驟:將污泥活性炭裝入吸附系統(tǒng)中，將201^/L~2001^/L的低濃度高氯酸鹽廢水送入所述吸附系統(tǒng)進(jìn)行吸附反應(yīng)，所述污泥活性炭的質(zhì)量和高氯酸鹽廢水的體積比為1: 7.48g/L~1: 15.04g/L0
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污泥活性炭的應(yīng)用，其特征在于:所述高氯酸鹽廢水為高氯酸鈉水溶液或高氯酸鉀水溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的污泥活性炭的應(yīng)用，其特征在于:所述吸附系統(tǒng)包括一根吸附柱(2)，吸附 柱(2)兩端分別連接有進(jìn)水管(5)和出水管(1)，進(jìn)水管(5)上接有蠕動泵(6)，并且進(jìn)水管(5)遠(yuǎn)離 吸附柱(2)的一端通入原液池(7)中。
【文檔編號】C02F101/12GK103495399SQ201310499480
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】翟云波, 龐道雄, 陳紅梅 申請人:湖南大學(xué)