[發(fā)明專利]一種利用城市污泥制備磁性活性炭的方法

有效

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• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN103991871A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 谷麟;張道方;朱南文;袁海平;許智華;袁時玨;李亞如
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術領域

本發(fā)明屬于固體廢物資源化處理領域，具體涉及一種利用城市污泥制備磁性活性炭的方法。

背景技術

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化速度的加快，城市污水處理率的提高，污泥的產(chǎn)量急劇增加。研究表明，污泥具有污染性與資源性的雙重性質。首先，污泥若不經(jīng)處理無序排放，將會污染地表水、地下水、土壤及大氣環(huán)境；此外，污泥中含有大量有機質，如蛋白、多糖和纖維素等，又可以作為二次資源加以利用。目前，可行的污泥資源化利用技術包括污泥堆肥和土地利用、污泥厭氧產(chǎn)氣、污泥作建材以及污泥熱解產(chǎn)油或制備活性炭。

污泥熱解制備活性炭是上世紀80年代發(fā)展起來的一種污泥利用技術，其方法主要以活化聯(lián)合熱解的兩段式工藝為主，其中，活化是污泥炭化成孔的重要手段，包括物理活化和化學活化法兩種。然而，以物理活化法制備所得活性炭比表面積較低而采用化學活化法制得活性炭雖然品質較高，但活化試劑用量高、所得活性炭以比表面積為主要評價依據(jù)，產(chǎn)品性能單一。

磁性活性炭由于具備磁響應性、更易于分離和使用，因而擁有更廣的應用前景。目前，磁性活性炭的制備主要利用鐵鹽或亞鐵鹽溶液與活性炭共混再燒結的方法，不足的是該方法由于需要采用活化、熱解加共混再燒結的兩段式制備工藝，因此存在制備過程繁瑣、成本高等缺點。同時，共混過程中亞鐵鹽不穩(wěn)定，容易被氧化，其鐵氧化物粒子生長在活性炭的外表面，容易堵塞活性炭孔道，使得復合材料比表面積降低，不利于實際應用。

電化學法在污水處理領域應用較廣，但在污泥活化制備磁性活性炭方面，目前還未見報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的為了解決上述的磁性活性炭制備過程繁瑣、活化試劑成本高，所得活性炭磁性粒子在載體中分布不均、易團聚等技術問題而提供一種利用城市污泥為原料制備磁性活性炭的方法。

本發(fā)明的技術方案

一種利用城市污泥制備磁性活性炭的方法，具體包括以下步驟：

（1）、將初沉池或二沉池的城市污泥置于一個具有陰、陽兩極的電解槽中，加入硫酸鈉，然后進行電解處理20～60min；

硫酸鈉的加入量，按每升城市污泥中加入1～10g硫酸鈉，優(yōu)選加入5g硫酸鈉的比例計算；

所述的電解處理是用電動攪拌機攪拌控制轉速為60～80rpm或曝氣攪動，電解電壓為20～50V，電流為1.0～2.0A條件下進行電解；

所述的曝氣攪動是采用空氣泵通氣攪拌，通氣流量1.0～1.5L/min；

所述的具有陰陽兩極的電解槽，陰、陽極板間距為2～5cm；?

所述的陰、陽極板，陰極板為鈦板、陽極板為鐵板；

所述的初沉池或二沉池的城市污泥，其含水率為99.0%～99.5%；

（2）、將電解處理后的城市污泥控制轉速為3000～4000rpm進行離心分離，所得濾餅控制溫度為105℃,干燥12～14h后得到城市污泥前軀體；

（3）、將所得城市污泥前軀體在高純氮氣保護環(huán)境下，于管式爐中，控制升溫速率10～15℃/min升溫至600-650℃進行炭化2～2.5h；待炭化結束后自然冷卻至室溫，取出炭化樣品依次用濃度為0.5moL/L的稀硫酸水溶液和去離子水反復洗滌，直至流出液pH恒定在6.1～6.7為止；

（4）、將經(jīng)洗滌后的炭化樣品進行控制溫度65℃進行真空干燥12～24h即得磁性活性炭。

上述所得的磁性活性炭，其比表面積可達289-339m²/g、飽和磁化強度可達15.9-20.9?emu/g，總孔容可達0.381-0.435cm³/g，平均孔徑可達12.2-14.9?nm。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明的一種利用城市污泥制備磁性活性炭的方法，由于制備過程中僅以城市污泥為原料，因此其生產(chǎn)成本較低，另外，與以往的城市污泥電化學活化技術相比，本發(fā)明中城市污泥電解活化過程中，可犧牲性陽極有序向城市污泥中釋放活性鐵離子，使用電壓和電流較小，電解時間較短，因此耗電量不高；即避免使用價格高昂的化學活化試劑，從而進一步的降低了生產(chǎn)成本。

進一步，本發(fā)明的一種利用城市污泥制備磁性活性炭的方法所得的磁性活性炭，其比表面積較高、孔徑發(fā)達、磁性粒子在碳載體中分布均勻，具有較好的磁響應性，可以利用磁分離方法在使用過程中進行固液分離、回收，其有效回收率達到96.8%-99.1%。

附圖說明

圖1、本發(fā)明各實施例中所用的具有陰陽兩極的電解槽，其中，1為初沉池或二沉池，2為電解槽，3為陽極，4為陰極，5為機械攪拌器，6為電流調控裝置；