專利名稱：一種處理染料廢水的污泥活性炭的表面改性方法
技術領域：
本發明涉及一種以剩余污泥為主要原材料的污泥活性炭的表面改性方法，適用于染料廢水的去除以及污水中有色物質的去除，屬于污泥活性炭技術領域。
背景技術：
近年來，隨著城市化進程的加快和對城市環境質量要求的提高，我國城市污水處理事業發展十分迅速。城市污水處理廠的數量逐年増加，城市污泥的產量也隨之增加，污泥中除含有大量水分外，還含有難降解的有機物、重金屬和鹽類以及各種致病性微生物。如果處置不當，將會造成嚴重的二次污染，但其中含有的有機物和腐殖質等是可利用的資源，污泥的穩定化、減量化、無害化和資源化已引起人們的廣泛關注。傳統的處理處置方式如衛生填埋、焚燒、投海等對環境容易產生二次污染，因此探討新的污泥處理處置方法和資源化綜 合利用的新途徑，對解決污水處理廠的污泥處置具有重要意義。活性炭是ー種具有特殊結構的微晶質碳，具有豐富的孔隙結構和較大的比表面積，具有很強的選擇吸附能力。但由于制備活性炭的原材料如煤和木材等含碳物質的成本較高，制造價格低廉的活性炭的探索也已越來越受重視。活性污泥里含有較高的有機碳，以污泥作為活性炭原料已受到學者的廣泛關注。但由于污泥本身性能的限制，制備出的污泥活性炭比表面積較小，吸附性能較差，因此，需要對其進行表面改性處理，調節污泥活性炭的表面酸堿官能團，增強吸附性能。這對促進污泥活性炭的應用十分必要。
發明內容
本發明的目的是提供ー種適用于染料廢水的去除以及污水中有色物質的去除的以剩余污泥為主要原材料的污泥活性炭的表面改性方法，通過改變污泥活性炭表面的酸堿基團來改變其吸附性能。本發明所提供的ー種改變污泥活性炭表面官能團的方法，制備出吸附性能好的污泥活性炭。該方法以ニ沉池剰余污泥為原料，添加一定量的農作物秸桿作為副料，經過污泥浸潰活化，高溫碳化，研磨過篩，再經活化改性四個步驟，對污泥活性炭表面官能團進行改性，從而使污泥活性炭的吸附性能有了較大的提高。本發明所提供的一種污泥活性炭的表面改性方法，其特征在于，包括以下步驟I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為40-100目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿干燥，按照污泥的質量百分含量為60-90%，農作物秸桿的質量百分含量為10-40%的比例將二者混合，再將此二者混合物與活化劑溶液按固液比為Ig:(1-4) ml混合，于常溫下浸潰12-24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以6-20°C /min的升溫速率升溫至450-650°C保溫30-90min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；
4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取200目以下的污泥活性炭加入改性溶液，污泥活性炭與改性溶液的固液用量比為(1-4) g: (10-40)ml,用攪拌器均勻攪拌4-6小時后靜置至少4小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。步驟2)中的活化劑為ZnCl2、K0H或H2SO4，其濃度為3_5mol/L，優選ZnCl2。步驟4)中的改性溶液為ΗΝ03、Η202或氨水，其濃度為l-7mol/L。本發明的優點在于利用污水處理場的剩余污泥，進行表面結構改性，能優化污泥活性炭的孔徑分布，改變表面酸堿基團含量，尤其改性后的污泥活性炭獲得了富含酸性的表面官能團，吸附性能也大大提高，對印染廢水具有很好的吸附效果，對次甲基藍去除率高達92%的改性污泥活性炭。
具體實施方式
以下結合具體實施方式
對本發明作進ー步說明。實施例II)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為Ig :2ml混合，于常溫下浸潰24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取10g200目以下的污泥活性炭，加入lmol/L的HNO3溶液100ml，用攪拌器均勻攪拌24小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。對該改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團I. 2453mmol/g,竣基 O. 8026mmol/g,酌·輕基 O. 1205mmol/g,內酷基 O. 0984mmol/g,總喊性基團 O.1543mmol/g0對改性后污泥活性碳的吸附性能進行檢測準確稱取上述改性后的污泥活性炭O. Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min，靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為
90.27%,吸附量為 88. 79%ο實施例2I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為Ig :2ml混合，于常溫下浸潰24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；
4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取10g200目以下的污泥活性炭，加入3mol/L的HNO3溶液100ml，用攪拌器均勻攪拌24小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。對該改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團I. 4583mmol/g,竣基 O. 9652mmol/g,酌·輕基 O. 1125mmol/g,內酷基 O. 0855mmol/g,總喊性基團 O.1485mmol/g0對改性后污泥活性碳的吸附性能進行檢測準確稱取上述改性后的污泥活性炭O. Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min，靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為
91.07%,吸附量為 90. 57%。 實施例3I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為Ig :2ml混合，于常溫下浸潰24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取10g200目以下的污泥活性炭，加入5mol/L的HNO3溶液100ml，用攪拌器均勻攪拌24小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。對該改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團I. 5689mmol/g,竣基 I. 0258mmol/g,酌·輕基 O. 1259mmol/g,內酷基 O. 08721mmol/g,總喊性基團 O. 1511 mmoI /g。對改性后污泥活性碳的吸附性能進行檢測準確稱取上述改性后的污泥活性炭
O.Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min,靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為92%，吸附量為91. 12%。實施例4I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為Ig :2ml混合，于常溫下浸潰24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取10g200目以下的污泥活性炭，加入質量分數為5%的H2O2溶液100ml，用攪拌器均勻攪拌24小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。
對該改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團I. 2457mmol/g,竣基 O. 8456mmol/g,酌·輕基 O. 0983mmol/g,內酷基 O. 0652mmol/g,總喊性基團 O.1641mmol/g0對改性后污泥活性碳的吸附性能進行檢測準確稱取上述改性后的污泥活性炭O. Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min，靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為86. 79%,吸附量為 85. 12%。實施例5I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為Ig :2ml混合，于常溫下浸潰24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒； 3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取10g200目以下的污泥活性炭，加入質量分數為10%的H2O2溶液100ml，用攪拌器均勻攪拌24小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。對該改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團I. 1986mmol/g,竣基 O. 8826mmol/g,酌·輕基 O. 10OSmmol /g,內酷基 0. 06194mmol/g,總喊性基團 0. 1621mmol/g0對改性后污泥活性碳的吸附性能進行檢測準確稱取上述改性后的污泥活性炭0. Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min，靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為85. 23%,吸附量為 84. 96%ο實施例6I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為Ig :2ml混合，于常溫下浸潰24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭；4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取10g200目以下的污泥活性炭，加入質量分數為20%的H2O2溶液100ml，用攪拌器均勻攪拌24小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。對該改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團
I.171mmol/g,竣基 0. 8014mmol/g,酌·輕基 0. 07965mmol/g,內酷基 0. 0961mmol/g,總喊性基團 0.1593mmol/g0
對改性后污泥活性碳的吸附性能進行檢測準確稱取上述改性后的污泥活性炭O. Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min，靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為85. 12%,吸附量為 84. 48%ο對比例I)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為20-60目的污泥顆粒；2)將農作物秸桿(可選玉米秸桿)干燥，按照污泥與農作物秸桿質量比為9:1混合，再將此污泥顆粒與4mol/L的ZnCl2溶液按固液比為I :2混合，于常溫下浸潰24 h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒；
3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以10°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫60min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭。對該未改性污泥活性炭表面官能團用Boehm滴定法定量分析總酸性基團O. 5864mmol/g,竣基 O. 5012mmol/g,酌·輕基 O. 0258mmol/g,內酷基 O. 0095mmol/g,總喊性基團 O.1403mmol/go對沒進行改性的污泥活性碳作吸附性能檢測準確稱取此污泥活性炭O. Ig,放入250ml的錐形瓶中，加入IOOml濃度為100mg/L的次甲基藍溶液，常溫下攪拌30min，靜置后取上清液，用紫外可見分光光度法測定次甲基藍濃度。測得去除率為75. 12%，吸附量為72. 58%ο由以上實例可知，改性后的污泥活性炭酸性官能團的含量都有較明顯的増加，吸附性能也都明顯優于未改性的污泥活性炭，且由實施例I一3知，在一定范圍內，隨著HNO3溶液濃度的増大，吸附效果越好，由實施例4一6知，在一定范圍內，隨著H2O2溶液質量分數減小，吸附效果越好。
權利要求
1.一種處理染料廢水的污泥活性炭的表面改性方法，其特征在于，包括以下步驟 .1)將污泥干燥，研磨、過篩，保留粒徑范圍為40-100目的污泥顆粒； .2)將農作物秸桿干燥，按照污泥的質量百分含量為60-90%，農作物秸桿的質量百分含量為10-40%的比例將二者混合，再將此二者混合物與活化劑溶液按固液比為lg: (l-4)ml混合，于常溫下浸潰12-24h，之后干燥至恒重，得到活化污泥顆粒； .3)以氮氣作為保護氣，將活化污泥顆粒放入馬弗爐中以6-20°C/min的升溫速率升溫至450-650°C保溫30-90min后，冷卻至常溫，后用鹽酸洗去雜質，再用70_80°C的蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，即得到污泥活性炭； .4)將步驟3)中得到的污泥活性炭進ー步研磨、過篩，取200目以下的污泥活性炭加入改性溶液，污泥活性炭與改性溶液的固液用量比為(1-4) g: (10-40)ml，用攪拌器均勻攪拌.4-6小時后靜置至少4小時，然后用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，制得改性后的污泥活性炭。
2.按照權利要求I的方法，其特征在于，步驟2)中的活化劑為ZnCl2、KOH或H2SO4，其濃度為3_5mol/L。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，活化劑為ZnCl2。
4.按照權利要求I的方法，其特征在于，步驟4)中的改性溶液為ΗΝ03、Η202或氨水，其濃度為l-7mol/L。
全文摘要
一種處理染料廢水的污泥活性炭的表面改性方法，屬于污泥活性炭技術領域。該方法以二沉池剩余污泥為原料，添加一定量的農作物秸稈作為副料，經過污泥浸漬活化，高溫碳化，研磨過篩，再經活化改性四個步驟，通過控制碳化溫度和時間，改性溶液的濃度等條件，對污泥活性炭表面官能團進行改性，從而使污泥活性炭的吸附性能有了較大的提高。本發明具有制備簡單，成本低，能優化污泥活性炭的孔徑分布，改變表面酸堿基團含量，對印染廢水具有很好的吸附效果。
文檔編號B01J20/20GK102698712SQ201210149049
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者尹晶, 李依麗, 李利平 申請人:北京工業大學