[发明专利]一种去除城市污泥中重金属和有机污染物的吸附催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属固废处理与资源化技术领域，具体涉及一种去除城市污泥中重金属和持久性有机污染物的吸附-可见光催化复合功能材料的制备方法。

背景技术

随着城市化进程的加快和我国对污水处理率的提高，每年产生的污泥量越来越多，城市污泥的处理处置和资源化问题成为环境工程研究的热点。大多数城市污泥都含有丰富的有机物、氮、磷等营养元素，具有良好的土地利用价值，但由于污泥中除含有丰富的养分外，或多或少都含有重金属和持久性有机污染物，而传统的堆肥工艺难以实现对上述污染物的有效去除，使得污泥在土地利用过程中造成“土壤-作物-水体系统”的二次污染。因此，如何有效去除污泥中的重金属和持久性有机污染物，是解决污泥处理处置和资源化利用的关键问题。

迄今为止，国内外用来去除污泥中重金属污染的方法基本上可分为化学法、生物法和植物修复等。其中，常用去除污泥中重金属的化学方法主要有利用酸化法提取重金属、加入改良剂使重金属稳定化和电化学等。化学法去除污泥中重金属的效果较好，所需时间较短，但处理中需消耗大量的化学药剂，处理费用较高，而且操作烦琐，这些不足在一定程度上限制了其大规模应用。生物淋滤法是一种近年来研究较多的污泥重金属去除方法，它是利用自然界的微生物直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将污泥中某些不溶成分（重金属、硫及其它金属）分离浸提出来，是一种运行成本低，实用性强的重金属去除方法，但目前该技术仍主要停留在实验室研究阶段。

污泥中有机污染物的降解技术主要有电离辐照降解和堆肥微生物降解等，存在处理费用高或处理周期长等不足。

近年来，利用半导体催化剂来光催化氧化去除有机污染物和光催化还原重金属离子的应用研究已经引起了国内外学者的广泛关注，TiO₂光催化技术具有经济、高效、催化稳定性能好和无明显选择性等特点，在土壤污染修复中具有良好的应用潜力。但目前常用的粉体TiO₂催化剂存在可见光利用效率低、易团聚、难回收、可能造成纳米污染等缺陷。

发明内容

为克服以上存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种去除城市污泥中重金属和持久性有机污染物的吸附-可见光催化复合功能材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提出的一种去除城市污泥中重金属和持久性有机污染物的吸附-可见光催化复合功能材料的制备方法，：所述吸附-可见光催化材料为负载有P-TiO₂的生物质活性炭材料，具体步骤如下：

（1）以农业废弃生物质资源为原料，将干燥的农业废弃生物质资源粉碎成粒径小于2 mm的颗粒，按照农业废弃生物质资源与磷酸质量比为1:0.5~3的比例，将农业废弃生物质资源颗粒在磷酸溶液中浸泡24~48h，过滤得物料A。

（2）在室温下将钛酸四正丁酯与无水乙醇按体积比1:1混合，搅拌0.5~2h，得到均匀透明的黄色溶液B。

（3）将物料A和黄色溶液B按质量体积比1:1~5的比例混合，陈化24~48h，在隔绝空气条件下，升温至350-800℃热解2~6 h，冷却至室温后，研磨成不小于100目，即得负载有P-TiO₂的生物质活性炭材料。

本发明中，所述农业废弃生物质资源包括农作物秸秆、花生壳、玉米芯或木屑中的任一种。

本发明中，在处理城市污泥时，将制备的吸附-可见光催化材料直接均匀投加到含水率为60~80%的城市污泥中，投加量为污泥重量的1~5%，在太阳光照下，平铺厚度为5~20cm充分翻晒，处理时间不低于5天，即可实现对污泥中重金属和持久性有机污染物的高效去除。

原理：以农业废弃生物质、磷酸和TiO₂为主要原料，在密闭高温热解条件下，磷酸可同时作为生物质炭活化剂和TiO₂光催化掺杂剂，制备出具有吸附和可见光催化复合功能的生物质活性炭负载P-TiO₂材料。P-TiO₂受光照后会产生电子—空穴对，当有机物或金属离子吸附到P-TiO₂表面时，会分别得到电子或空穴，发生相应的氧化还原反应，从而达到消除污染物的目的。同时，污泥中的重金属离子可被生物质活性炭吸附固定，其迁移性和生物可利用性有效降低。

与已有的污泥处理技术相比，本发明具有以下优点：