[發明專利]一種核@殼結構的磁性污泥碳生物填料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201510383999.7
• 申請日: 2015-07-03
• 公開（公告）號: CN104961228B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 熊亞;伍志趼;田雙紅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C02F3/10
• 分類號: C02F3/10;C02F3/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

?本發明屬于污水處理技術領域，更具體地，涉及一種核@殼結構的磁性污泥碳生物填料及其制備方法和應用。

背景技術

磁場可引起生物體內的一系列生物化學反應，產生生物磁效應，這種磁效應可提高水中微生物的生物活性，加快生化反應，從而增加其污水處理效率。例如，有研究表明以磁性粉末為載體的生物膜比無磁性載體的生物膜致密性強，其廢水處理效率提高了26%。但是，磁粉在水中存在不易分離、再生困難及成本高等問題；而且磁性顆粒則普遍存在比表面小或者吸附容量小的問題，另外，以鐵氧體作為磁基體的磁性微球，會因微生物的腐蝕作用或酸溶解作用而喪失磁性，從而限制了其在環境領域中的應用。

典型的核@殼結構材料是一類具有雙層或多層結構的球形顆粒，一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成。這類核@殼材料不僅具有兩種復合材料的功能，還可以根據特定的設計，實現功能材料的結構化和官能化，得到優勢互補的特殊功能材料。例如，可以使原本不穩定或不太穩定的核穩定化，可獲得核和殼材料本身不具備的功能和特性。

目前，未見有以磁性材料為核、污泥碳為殼材料制備核殼結構的磁性污泥碳生物填料的相關研究和報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有污水處理效率低以及生物填料的技術不足，提供一種用Fe₃O₄和污泥制備具有核@殼結構的污泥碳生物填料的方法，具體涉及以磁化Fe₃O₄為核，以污泥碳為殼材料制備核@殼結構磁性污泥碳生物填料的方法。

本發明的目的是提供一種核@殼結構的磁性污泥碳生物填料。

本發明的另一目的是提供上述核@殼結構的磁性污泥碳生物填料的制備方法。

本發明的再一目的是提供上述核@殼結構的磁性污泥碳生物填料的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種核@殼結構的磁性污泥碳生物填料，是以Fe₃O₄磁性微球為磁性核，以含鐵污泥為中間層原料，以普通污泥或含鋅污泥為殼原料，采用反復浸漬-烘干方法，將中間層原料和殼原料依次包覆在Fe₃O₄磁性微球上，形成具有核@殼結構的前驅物（記為Fe₃O₄@污泥碳），再經500～800℃熱解和后處理制得。

優選地，上述制備工藝中，所述Fe₃O₄磁性微球是以羧甲基纖維素作為粘接劑粘接球形Fe₃O₄后熱解得到。

所述后處理是指依次經酸洗、水洗和烘干。更進一步，所述后處理是先依次經酸洗、水洗和烘干后，再置于磁場中磁化30～50?min，制得強化的磁性Fe3O4@污泥碳，即為核@殼結構的磁性污泥碳生物填料。

本發明以含鐵污泥（鐵-碳材料）包覆在干燥的Fe₃O₄磁性微球和含鋅污泥之間，熱解形成鐵-碳中間層，作為Fe₃O₄核和外層污泥碳的中間層，起到鏈接兩者的作用。核@殼結構的磁性污泥碳生物填料制備成功后，將它們作為生物填料置于上流式生物濾床中，可以對生活污水廠的尾水進行有效的深度處理。在此過程中，中間鐵-碳層作為純Fe₃O₄核和殼層污泥碳之間的過渡層，起到連接的作用。由于Fe₃O₄@污泥碳有許多方向不同微小的磁疇，磁化可使磁性材料中磁疇的磁矩方向變得一致，增強其磁性。

另外，作為一種可實施的優選方案，所述Fe₃O₄磁性微球的制備方法如下：按1：1.5～2的質量比，將Fe₃O₄磁粉添加到1～2g/L的羧甲基纖維素溶液中，攪拌均勻后加入球形模型中擠壓成直徑2.5～3.5mm的球形Fe₃O₄，這些Fe₃O₄球80～100℃恒溫干燥1h，再于400～500℃加熱1h，形成直徑1.5～2.5mm的Fe₃O₄磁性微球。

優選地，所述含鐵污泥的制備方法：按1：1的鐵泥比（以干泥計算），將脫水污泥與含鐵4?mol/L的無機鐵鹽進行混合，充分攪拌后烘干，制得含水率90～110%的含鐵污泥。