[發明專利]堿土金屬法催化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料

在審

• 申請號: 201610009438.5
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105688805A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 辛旺;宋永會;彭劍峰;劉瑞霞
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30
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技術領域

本發明涉及一種污泥的處理技術，具體地涉及一種將污水處理廠的污泥催化制備成污泥基介孔碳材料 的方法。

背景技術

城市污水處理廠的污泥中含有大量寄生蟲(卵)、病原菌、鉻、銅、鋅、汞等重金屬、鹽類以及多氯 聯苯、二噁英、放射性核素等難降解的有毒有害物。這些物質對環境和人類健康可能造成較大危害。另外 污泥中還含有其他有毒有機化合物。其毒性主要來自于游離氰基，如含氰的電鍍廢水。城市污水處理廠污 泥中的有機物污染主要有氰化物、氟化物、揮發酚以及多環芳烴、苯等。如氰化物是含有-CN基的一類 化合物總稱，為有毒化合物。這些有機化合物會通過食物鏈進入人體并在體內富集，具有持久危害性，會 對人體的免疫系統造成損害。傳統的處理方法有：衛生填埋，污泥堆肥及農用，污泥焚燒，海洋傾倒。然 而這些處理方式往往存在著大量占地、污染空氣及地下水的弊端，并不能夠達到合理安全處置的效果，隨 著環保標準的逐步提高和人們環保意識的增強，這些傳統的處置方式已漸漸受到環保法規和資源的限制。 通過焙燒將污泥制備成吸附碳材料，用于環境修復，成為污泥近來年資源化的熱點問題，受到研究者和環 保領域的關注。

污泥中含有較多的碳，經炭化活化后可制成活性炭吸附劑，可作有機廢水處理劑，同時污泥中的重金 屬得到一定程度的固化。利用污泥制備活性炭有著巨大的潛力，極大的優越性，泥質活性炭代替商品活性 炭可以節省木材，煤炭等原料，同時降低了活性炭的生產成本。而且可解決日益突出的污水處理廠污泥的 污染問題，同時泥質活性炭用于水處理，以廢治廢，符合國內外固體廢物的資源化、無害化、減量化處置 原則。所生產的碳吸附材料具有高度發達的孔隙結構和極大的比表面積，經過不同工藝調節孔徑后能適合 處理分子直徑不一的污染物。據報道，在碳材料的各種孔結構(微孔、介孔、大孔)當中，介孔在液相吸 附方面發揮了重要作用，尤其對類似于染料這類大分子污染物的去除，更為突出，以介孔為主的多孔碳材 料往往比傳統的微孔吸附材料表現出更強大的吸附性能。

自1971年第一條關于污泥制備碳吸附材料的專利報道以來，大批的研究者展開了相關研究，主要包 含以下兩種合成途徑：直接碳化法和活化碳化法，前者經過高溫碳化直接得到碳吸附材料，但往往得到的 材料比表面積較小，多以微孔為主；后者在催化劑的活化下，比表面積、孔容得到擴大，內部出現了部分 介孔，但往往仍已微孔為主，要得到介孔為主的碳材料需要投加大量的活化劑，常用的活化劑包括ZnCl₂、 KOH、H₃PO₄等，其中ZnCl₂是研究者們廣為使用的活化劑，在使用過程中往往需要稀鹽酸進行活化劑的 回收，增加了工藝流程和成本。

發明內容

有鑒于此，為彌補傳統活性炭材料吸附能力的不足，發揮介孔在液相吸附方面的重要作用，減少化學 活化劑的使用，本發明采用堿土金屬催化法，利用市政污水處理廠污泥為碳源前軀體，廉價的白云石石灰 (白云石高溫煅燒后的產物，主要含有氧化鈣、氧化鎂)作為催化劑來合成介孔碳材料，無疑是傳統碳吸 附材料最有效的替代品。本發明的目的是提供一種清潔環保，安全綠色的處置方式，將城市污水處理廠污 泥進行減量化、安全化和資源化處理，制備出具有豐富的介孔，吸附能力強，吸附速率快的利用堿土金屬 催化法處理城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法及相應的污泥基介孔碳材料。

本發明提供了一種利用堿土金屬催化法處理城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法，包括如下步 驟：

(1)按照重量份比例在1-10重量份的水處理廠的污泥(按照含水率20％計)中加入0.19-0.96重 量份(按堿土金屬元素含量計)的堿土金屬化合物的水溶液，攪拌成均勻狀態，形成污泥混合 液；

(2)將步驟(1)得到的污泥混合液放入烘干裝置內進行干化處理，干化處理后得到黑色固體；

(3)將步驟(2)得到的黑色固體放入碳化爐，在惰性氣體的保護下進行焙燒，得到黑色固體，研 磨分篩后形成粉末狀，得到污泥基介孔碳材料。