[发明专利]一种磁性污泥生物炭的制备方法、磁性污泥生物炭及其应用

说明书

本发明公开了一种磁性污泥生物炭的制备方法、磁性污泥生物炭及其应用，属于生物炭制备技术领域。该制备方法是将污水处理厂污泥进行脱水后，然后采用高温管式炉热解，热解后过筛，获得磁性污泥生物炭。该应用指利用该生物炭催化降解难降解有机污染物。本发明以污泥作为生物炭制备原料，降低了制备的成本，更有效解决了如何高效利用污泥的问题，具有良好的环境和经济效益。本发明所得的生物炭材料绿色高效廉价，可应用于过硫酸盐的活化降解有机污染物等领域。

技术领域

本发明涉及一种磁性污泥生物炭及其制备方法与应用，属于生物炭制备技术领域。

背景技术

随着经济发展和社会进步,种类繁多的药物及个人护理品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)、消毒副产物(DBPs)、环境激素、农药等被排入水环境,这类物质通常易于生物富集,在低浓度下影响水生生物的健康,进而影响到人类健康。这类物质大多没有具体的相关环境管理政策法规或排放标准控制,通常被称为新型污染物。目前的主要的处理工艺有混凝土沉淀法、活性炭吸附法、膜工艺以及高级氧化法。

随着我国经济发展，越来越多的废水处理厂正在中国迅速建成，由于其含有大量的水，难以进行运输，处理成本高，大约占总运营成本的50-60％，因此如何高效处理城市污泥成为近年来的研究热点。污泥脱水是一种有效的减少污泥量的策略，从而降低了运输成本和污泥处理成本。常规处理方法包括酸/碱处理，添加絮凝剂，加热，冷冻或高级氧化等。研究表明，过硫酸盐-零价铁系统可以有效的破坏污泥细胞以及胞外聚合物，是一种很有前途的污泥脱水方法。但在污泥脱水后，大量单质铁的剩余以及铁离子的释放对污泥后续处理处置提出了严峻的挑战。

生物炭是生物质材料在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物，是一种来源广泛,制备简单,经济易得的吸附剂,具有丰富的孔隙结构,被视为活性炭等较高成本的吸附剂的替代材料。但未经改性的污泥生物炭由于比表面积较小,所能提供的吸附位点有限,从而对废水中有机物,重金属等污染物质的吸附去除能力较差。而且,由于剩余污泥中含有较多重金属,未经处理的污泥生物炭的直接应用可能会对水体造成二次污染,而且,由于生物炭粒径很小,难于从水体中回收,可能会造成二次污染,在一定程度上限制了它的应用。

发明内容

为解决如何高效处理污泥的问题，本发明的目的在于结合污泥脱水和热解的方法简单快速制备高品质磁性污泥生物炭的方法，实现了污泥资源化利用的目的。

本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种磁性好、比表面积和孔容大、孔隙结构丰富的磁性污泥生物炭,还提供了一种制备方法简单、操作容易、成本低、生产效率高且利于大规模生产的改性磁性污泥生物炭的制备方法,还提供了一种该改性磁性污泥生物炭在去除水体中磺胺类污染物的应用,具有去除效率高、去除效果稳定、易于分离等优点。

采用的技术方案如下：

本发明的目的在于通过脱水-热解快速制备磁性污泥生物炭的方法，包括以下步骤：1)将污泥利用零价铁和过硫酸盐脱水；2)将脱水后的污泥热解；3)过筛，获得磁性污泥生物炭。

优选地，步骤1)所述过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或二种，所述零价铁为单质铁。

优选地，步骤1)具体为：向每克污泥中加入0.1-0.8g的过硫酸盐以及0.5-3g的零价铁，在25℃气浴下混合0.5-2小时。

优选地，步骤2)所述热解在高温管式炉中进行，所述高温管式炉的升温速率为15℃/min；在热解温度下的停留时间为90min；热解温度为600℃-1000℃；热解环境为氮气气氛。

最优地，所述热解温度为1000℃。

优选地，所述过筛是过200目筛。

优选地，所述污泥来源于污水处理厂排放的污泥。

本发明还提供了上述任一方法制得的磁性污泥生物炭。