專利名稱：一種污泥甘蔗渣活性炭及其制備方法
技術領域：
本發明屬于固體廢物資源化處理技術領域，涉及兩種固體廢物的資源化利用，具體涉及一種污泥甘蔗渣活性炭及其制備方法。
背景技術：
污水處理污泥是城市污水處理的必然產物，隨著城市污水廠數量和污水排放標準的提高，污泥的產量也急劇增加。目前，我國每年污泥產量約為2200萬噸，據估計，到2015年末，我國脫水污泥年產量將 超過2600萬噸，污泥處理處置特別是資源化利用仍然是一個亟待解決的問題。污泥中含有大量有機物，其中含有60-70%的粗蛋白質，25%左右的碳水化合物，具有作為活性炭制備原料的客觀條件，因此，利用污泥制備活性炭成為了污泥資源化利用的一個新途徑。但是，研究發現污泥基活性炭的性能參數較之商品活性炭仍具有較大的差距，阻礙其進入商業化應用階段。對此，研究人員展開了大量的研究。近年來，如何提高污泥的含碳量以提升制得的污泥基活性炭的吸附性能是污泥制備活性炭技術研究熱點之一，添加物包括花生殼、玉米秸桿、玉米芯、小麥秸桿和果殼等。與此同時，污泥中含有多種重金屬的特性也制約著污泥基活性炭的應用，所以在污泥進行資源化利用之前，有必要采用一定的技術手段對其進行無害化處理，以提高污泥基活性炭的使用安全性。甘蔗渣是甘蔗糖業生產的副產品，我國華南地區是主要的蔗糖產區，每年榨糖后留下的甘蔗渣可達數千萬噸，這些甘蔗渣大部分都只是作為廉價的燃料，甚至直接廢棄。而事實上甘蔗渣含有豐富的纖維素和木質素，將其添加至污泥中可以顯著提高污泥的含碳量，使制備的污泥基活性炭的吸附性能得到提升，同時實現甘蔗渣的資源化利用，變廢為寶，產生可觀的經濟效益。
發明內容
本發明的目的在于:克服污泥基活性炭吸附性能較差和使用安全性問題，同時更好利用制糖工業的甘蔗渣資源，對污泥和甘蔗渣兩種固體廢物進行資源化利用，提供一種污泥甘蔗渣活性炭及其制備方法。本發明的技術方案為:
一種污泥甘蔗渣活性炭，主要由污水處理產生的污泥和制糖工業廢棄的甘蔗渣為原料混合制成，原料質量份數為:污泥5-9份，甘蔗渣1-5份。以上所述的污泥甘蔗渣活性炭，原料質量份數為:污泥5份，甘蔗渣5份。一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，包括重金屬脫除、干燥、粉碎、混合、浸潰、熱解和清洗工序，得到基于污水處理污泥和甘蔗渣制備的活性炭，具體步驟如下:
(I)脫除重金屬:利用本申請人發明的CN201210374893.7利用鼠李糖脂電動修復重金屬As污染土壤的方法和CN201210374993.X 一種重金屬Cd污染土壤的處理技術，對污泥進行復重金屬脫除處理；(2)干燥A:將污泥和甘蔗渣分別置于干燥房中干燥，控制含水量< 12% ；
(3)粉碎:將經過干燥A處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機粉碎，過篩，保留粒徑20-60目的顆粒；
(4)混合:按原料比例分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣，投入混合機中混合均勻；
(5)浸潰:將混合料浸潰槽中，加入活化液，邊浸潰邊攪拌；
(6)干燥B:將浸潰混合料按常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)熱解:將經過干燥B處理得到的物料投入熱解爐中，在氮氣保護下熱解，而后冷卻； (8)清洗:先用HCl水溶液，再用70°C去離子水清洗，過濾后干燥，粉碎至粒徑為200目以下，即得到污泥甘蔗渣活性炭產品。以上所述的利用鼠李糖脂電動修復重金屬As污染土壤的方法是:稱取質量含量90%的鼠李糖脂10公斤加入溶解器中，再加入適量的去離子水加熱攪拌溶解，再加入pH調節劑鹽酸或/和氫氧化鉀調節PH為9，配制成濃度0.5-4 g/L，冷卻得到鼠李糖脂水溶液備用。采用煤灰陶粒和細沙按重量比例為3-5:10混合均勻，細沙的作用是延長重金屬As滲透反應墻中的停留時間，裝入布袋的封口袋中制成可滲透反應墻備用。在需要處理的As污染土壤中長為8平方米地帶的四個角分別設置用陶瓷材料制作的陰極電解池池體，四個陰極電解池池體的長:寬:高比例為8:8:1，長為0.48米、寬為0.48米、高為0.06米，向需要處理的As污染土壤接近陽電解池處設置，過水口，過水口設置可滲透反應墻，分別在處理的As污染土壤與陰、陽兩個電解池之間設置過濾布隔離土壤和電解池溶液，四個陰極電解池內分別加入鼠李糖脂水溶液；在需要處理的As污染土壤中心點設置采用聚氯乙烯制作的陽極電解池，陽極電解池內加入去離子水，電解池內設置直徑為0.03-0.05米、長為0.06米的石墨電極，各個石墨電極按常規與一個120 V電壓穩壓直流電源以及萬用表連接，土壤的含水率保持在30%，接通電源對As污染土壤進行電動修復。電動修復運行過程中每3小時進行電流監測一次。通電后在由于電滲流由陽極流向陰極，導致陽極電解池的溶液不斷減少，因而每隔12 h向陽極電解池補充去離子水，以保證陽極電解池維持一定溶液量，并定期排出陰極的電滲液，儲存待測。電動修復結束后，將土柱從陽極電解池至陰極電解池分為五部分，并從電動修復土壤不同點進行取樣，烘干，混勻，進行PH值以及重金屬含量的分析。以上所述的一種重金屬Cd污染土壤的處理方法技術是:稱取一定質量的鼠李糖脂濃縮物放入溶解釜中，再加入適量的去離子水加熱攪拌溶解，再加入pH調節調節pH為5-10，控制濃度為0.5-2.0 g/L，冷卻得到鼠李糖脂水溶液備用。采用煤灰陶粒和細沙按重量比例為3-5:10混合均勻，細沙的作用是延長重金屬Cd在滲透反應墻中的停留時間，裝入封口袋制成可滲透反應墻備用。在需要處理的Cd污染土壤中為5米地帶的兩端分別設置電解池池體，電解池池體長:寬:高比例為8:8:1，池體的長為0.4米、寬為0.4米、高為0.05米，兩個電解池設置直徑為0.05米，長為0.06米的兩個石墨電極，兩個石墨電極連接一個120 V電壓穩壓直流電源以及萬用表；在需處理的Cd污染土壤與陰、陽兩個電解池之間設置過濾布隔離土壤和電解池溶液，并在距陽極S3 (5/8)處設置裝有上述制備的可滲透反應墻，陰電解池加入上述制備的鼠李糖脂水溶液，陽電解池加入適量的去離子水，接通電源對Cd污染土壤進行電動修復。在90-120 V電壓下運行7 d，運行過程中2小時進行電流監測一次。通電后在由于試驗中的電滲流由陽極流向陰極，導致陽極電解池的溶液不斷減少，因而每隔12 h向陽極電解池補充去離子水，以保證陽極電解池維持一定溶液量，并定期排出陰極的電滲液，儲存后待測。電動修復結束后將土柱從陽極至陰極分為五部分，并從電動修復土壤不同點進行取樣，烘干，混勻，進行PH值以及重金屬含量的分析。以上所述的干燥A和干燥B控制溫度彡105 °C。以上所述的浸潰控制溫度為20-60 °C，浸潰時間為12-24 h。以上所述的活化液為ZnCl2溶液，溶液濃度為2-6 mol/L，浸潰固液比為1:2_4。以上所述的熱解控制時間為30-90 min，溫度為400-600 °C。以上所述的熱解升溫速率為5-15 °C/min。以上所述的HCl水溶液體積濃度為5-10%。本發明的優點和有益效果在于:
(1)本發明通過向污泥中添加甘蔗渣提高其碳含量，從而使得制備的活性炭的吸附性能較之傳統污泥基活性炭更優，為解決污泥基活性炭吸附性能較差的缺陷提供了一條新的途徑；
(2)本發明通過一定的技術手段脫除污泥中的重金屬，對污泥進行無害化處理，提高了污泥基活性炭使用的安全性；
(3)本發明同時實現污水處理污泥和甘蔗渣兩種工業固體廢物的資源化利用，為工業固體廢物的資源化利用提供了新的途徑。
具體實施例方式
實施例1
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；
(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥分別置于烘房中，在105°C下干燥，控制含水量(12% ；
(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)污泥和甘蔗渣按質量比9:1分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣投入混合機中，混合均勻；
(5)將混合料置于浸潰槽中，按固液比1:3加入濃度為3mol/L的ZnCl2溶液中活化，邊浸潰邊攪拌，保持溫度40 °C浸潰24 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)將經活化脫水的混合料置于熱解爐中，在氮氣保護下以15°C/min的升溫速率升溫至450 °C熱解45 min，在氮氣中冷卻，而后依次用5 %鹽酸和70 °C去離子水清洗，干燥，研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。本例的污泥甘蔗渣活性炭的碘吸附值為387 mg/g,比表面積為269.99 m2/g。實施例2
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；
(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥，置于烘房中在105°C下干燥，控制含水量<
11.5% ；(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)污泥和甘蔗渣按質量比7:3分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣投入混合機中，混合均勻；
(5)將混合料置于浸潰槽中，按固液比1:3加入濃度為3mol/L的ZnCl2溶液中活化，邊浸潰邊攪拌，保持溫度40 °C浸潰16 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)將活化樣品置于熱解爐中，在氮氣保護下以15°C/min的升溫速率升溫至500 0C熱解75 min,在氮氣中冷卻，而后依次用5 %鹽酸和70 ° C去離子水清洗,干燥,研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。本例的污泥甘蔗渣活性炭的碘吸附值為453 mg/g,比表面積為399.75 m2/g。實施例3
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；
(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥，置于烘房中在105°C下干燥，控制含水量<
10% ；
(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)污泥和甘蔗渣 按質量比5:5分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣投入混合機中，混合均勻；
(5)將混合料置于浸潰槽中，按固液比1:3加入濃度為3mol/L的活化液(ZnCl2溶液)，邊浸潰便攪拌，保持溫度40 °C浸潰24 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)將活化樣品置于熱解爐中，在氮氣保護下以15°C/min的升溫速率升溫至600 0C熱解60 min,在氮氣中冷卻,而后依次用5 %鹽酸和70 ° C去離子水清洗,干燥,研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。本例的污泥甘蔗渣活性炭的碘吸附值為568 mg/g,比表面積為585.95 m2/g。實施例4
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；
(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥，置于烘房中在110°C下干燥，控制含水量<
12% ；
(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)污泥和甘蔗渣按質量比9:1分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣投入混合機中，混合均勻；
(5)將混合料置于浸潰槽中，按固液比1:4加入濃度為2mol/L的活化液(ZnCl2溶液)，邊浸潰便攪拌，保持溫度20 °C浸潰24 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；(7)將活化樣品置于熱解爐中，在氮氣保護下以5 °C/min的升溫速率升溫至500 °(:熱解30 min，在氮氣中冷卻，而后依次用8 %鹽酸和70 ° C去離子水清洗，干燥，研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。本例的污泥甘蔗渣活性炭的碘吸附值為360 mg/g,比表面積為254.49 m2/g。實施例5
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；
(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥，置于烘房中在105°C下干燥，控制含水量<
10% ；
(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)污泥和甘蔗渣按質量比5:5分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣投入混合機中，混合均勻；
(5)將混合料置于浸潰槽中，按固液比1:2.5加入濃度為6 mol/L的活化液(ZnCl2溶液)，邊浸潰便攪拌，保持溫度20 °C浸潰12 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)將活化樣品置于熱解爐中，在氮氣保護下以15°C/min的升溫速率升溫至550 0C熱解40 min,在氮氣中冷卻，而后依次用10 %鹽酸和70 ° C去離子水清洗,干燥,研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。本例的污泥甘蔗渣活性炭的碘吸附值為478 mg/g,比表面積為427.67 m2/g。實施例6
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；
(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥，置于烘房中在120°C下干燥，控制含水量<
9.5% ；
(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)污泥和甘蔗渣按質量比6:4分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣投入混合機中，混合均勻；
(5)將混合料置于浸 潰槽中，按固液比1:4加入濃度為6mol/L的活化液(ZnCl2溶液)，邊浸潰便攪拌，保持溫度60 °C浸潰24 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)將活化樣品置于熱解爐中，在氮氣保護下以5°C/min的升溫速率升溫至600 °(:熱解60 min，在氮氣中冷卻，而后依次用8 %鹽酸和70 ° C去離子水清洗，干燥，研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。本例的污泥甘蔗渣活性炭的碘吸附值為496 mg/g,比表面積為460.85 m2/g。對比例
(1)利用本申請人發明的0吧01210374893.7和CN201210374993.X的技術，對污泥進行
重金屬脫除處理；(2)取甘蔗渣和經過重金屬脫除的污泥，置于烘房中在105°C下干燥，控制含水量<
12% ；
(3)將經過干燥處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機破碎，過篩，保留粒徑范圍為20-60目的部分；
(4)取一定質量經過粉碎的污泥置于浸潰槽中，按固液比1:3加入濃度為3mol/L的活化液(ZnCl2溶液)，邊浸潰便攪拌，保持溫度40 ° C浸潰24 h ;
(6)經浸潰后的混合料常規方法脫水，干燥至恒重；
(7)將活化樣品置于熱解爐中，在氮氣保護下以15°C/min的升溫速率升溫至450 0C熱解60 min,在氮氣中冷卻,而后依次用5 %鹽酸和70 ° C去離子水清洗,干燥,研磨至200目以下，即得到污泥基活性炭。污泥基活性炭的碘吸附值為308 mg/g,比表面積為204.17 m2/g。從以上實例可以看出，添加甘蔗渣制備的污泥基活性炭的碘吸附值和比表面積高于未添加甘蔗渣的污泥基活性炭，說明此方法能夠有效提高污泥基活性炭的吸附性能。此夕卜，經過污泥脫除重金屬工藝，所制備的污泥基活性炭的浸出液中未能檢測出重金屬含量(依據GB5085.3-2007危險廢 物鑒別標準浸出毒性鑒別)，說明其具有很高的使用安全性。
權利要求
1.一種污泥甘蔗渣活性炭，其特征在于:主要由污水處理的污泥和制糖工業的甘蔗渣為原料混合制成，原料質量份數為:污泥5-9份，甘蔗渣1-5份。
2.根據權利要求1所述的一種污泥甘蔗渣活性炭，其特征在于:原料質量份數為:污泥5份，甘蔗渣5份。
3.一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:包括重金屬脫除、干燥、粉碎、混合、浸潰、熱解和清洗工序，得到基于污水處理污泥和甘蔗渣制備的活性炭，具體步驟如下: (1)脫除重金屬:利用本申請人發明的CN201210374893.7利用鼠李糖脂電動修復重金屬As污染土壤的方法和CN201210374993.X 一種重金屬Cd污染土壤的處理技術，對污泥進行復重金屬脫除處理； (2)干燥A:將污泥和甘蔗渣分別置于干燥房中干燥，控制含水量< 12% ； (3)粉碎:將經過干燥A處理的污泥和甘蔗渣分別用粉碎機粉碎，過篩，保留粒徑20-60目的顆粒； (4)混合:按原料比例分別稱取經過粉碎的污泥和甘蔗渣，投入混合機中混合均勻； (5)浸潰:將混合料浸潰槽中，加入活化液，邊浸潰邊攪拌； (6)干燥B:將浸潰混合料按常規方法脫 水，干燥至恒重； (7)熱解:將經過干燥B處理得到的物料投入熱解爐中，在氮氣保護下熱解，而后冷卻； (8)清洗:先用HCl水溶液，再用70°C去離子水清洗，過濾后干燥，粉碎至粒徑為200目以下，即得到污泥甘蔗渣活性炭產品。
4.根據權利要求3所述的一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:所述的干燥A和干燥B控制溫度彡105 °C。
5.根據權利要求3所述的一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:所述的浸潰控制溫度為20-60 °C，浸潰時間為12-24 h。
6.根據權利要求3所述的一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:所述的活化液為ZnCl2溶液，溶液濃度為2-6 mol/L，浸潰固液比為1:2-4。
7.根據權利要求3所述的一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:所述的熱解控制時間為30-90 min，溫度為400-600 °C。
8.根據權利要求3所述的一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:所述的熱解升溫速率為5-15 °C/min。
9.根據權利要求3所述的一種污泥甘蔗渣活性炭的制備方法，其特征在于:所述的HCl水溶液體積濃度為5-10%。
全文摘要
本發明涉及一種污泥甘蔗渣活性炭及其制備方法，利用污水處理污泥和制糖工業廢棄物甘蔗渣制備污泥甘蔗渣活性炭。污泥中添加甘蔗渣，提高污泥的含碳量，提升污泥基活性炭的吸附性能，解決了污泥基活性炭吸附性能較差的問題；通過將污泥進行重金屬脫除，提高污泥基活性炭的使用安全性。工藝包括采用一定的技術手段對污泥進行重金屬脫除，將污泥和甘蔗渣烘干后以一定的比例混合均勻，加入一定濃度的活化劑ZnCl2溶液進行浸漬活化，而后在惰性氣體保護下熱解，洗滌干燥后即得活性炭。本發明利用污泥和甘蔗渣制備活性炭，不僅制備出吸附性能較好的活性炭，還同時對兩種工業固體廢棄物進行資源化利用，具有良好的經濟效益、社會效益和生態效益。
文檔編號C01B31/08GK103241737SQ20131020471
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月29日 優先權日2013年5月29日
發明者喻澤斌, 項國梁, 楊甌蒙, 胡曉 申請人:廣西大學