[发明专利]一种金属自掺杂污泥炭基催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属自掺杂污泥炭基催化材料及其制备方法和应用，制备方法包括将经干化处理后的污泥研磨过筛，得到第一污泥粉末；将所述第一污泥粉末浸泡于柠檬酸与EDTA的混合淋洗剂中，常温振荡使其充分反应；将产物依次经清洗、脱水干燥和研磨过筛后，得到第二污泥粉末；将所述第二污泥粉末与三聚氰胺混合并在惰性气氛下热解，冷却后得到金属自掺杂污泥炭基催化材料。本发明所得材料环境友好，处理有机废水过程具有优异的催化性能与稳定性，在污水处理与资源化领域极具应用潜力。

技术领域

本发明涉及污水处理与资源化技术领域，具体涉及一种金属自掺杂污泥炭基催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

剩余污泥是污水处理过程的主要副产物之一，蓄积了大量难降解有机物、重金属以及微生物等，其处理不当极易导致不稳定、易挥发和腐烂的物质与有毒元素的产生。目前，主流的污泥处理技术，如填埋、堆肥、焚烧等，都不可避免具有垃圾填埋场土地短缺问题、农用过程污泥成分对环境和健康影响问题、重金属和颗粒物等二次污染缺陷等现状。

利用金属元素丰富的剩余污泥制备金属负载多孔碳材料是一条极富潜力的污泥资源利用途径。已有研究表明，污泥炭已在光催化、臭氧氧化、过氧化氢氧化与过硫酸盐氧化等不同系统中作为催化剂实现了有机污染物去除。然而，污泥成分复杂仍然是污泥生物炭可控制备的主要限制，并且污泥中重金属在热解与应用过程中存在较大释放与迁移风险。因此，开发金属自掺杂污泥炭基催化材料的可控制备方法，可为污泥安全处置与高价值回收以及有机废水高效处理提供一条富有潜力的新路径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种金属自掺杂污泥炭基催化材料及其制备方法和应用。通过本发明制备方法得到的金属自掺杂污泥炭基催化材料，在实际有机废水处理中显示出高催化活性、宽pH响应范围、高稳定性且无重金属溶出风险等特征。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种金属自掺杂污泥炭基催化材料的制备方法，具体如下：

将经干化处理后的污泥研磨过筛，得到第一污泥粉末；将所述第一污泥粉末浸泡于柠檬酸与EDTA的混合淋洗剂中，常温振荡使其充分反应；将产物依次经清洗、脱水干燥和研磨过筛后，得到第二污泥粉末；将所述第二污泥粉末与三聚氰胺混合并在惰性气氛下热解，冷却后得到金属自掺杂污泥炭基催化材料。

作为优选，所述干化处理的温度为60～85℃，时间为15～30h。

作为优选，所述研磨过筛的目数为100～200目。

作为优选，所述混合淋洗剂中柠檬酸与EDTA的摩尔比为(0.5～2)：1，第一污泥粉末与混合淋洗剂的混合固液比为1：(5～20)。

作为优选，所述混合淋洗剂与第一污泥粉末的振荡时间为24～36h，振荡速率为150～300rpm。

作为优选，所述脱水采用离心脱水，离心转速为3000～8000r/min，离心时间为2～10min；干燥的温度为60～85℃，干燥时间为15～30h。

作为优选，所述第二污泥粉末与三聚氰胺的混合质量比为1：(0.5～2)。

作为优选，所述热解温度为800～1000℃，升温速率5～15℃/min，热解时间为2～5h。

第二方面，本发明提供了一种根据第一方面任一所述制备方法制得的金属自掺杂污泥炭基催化材料。

第三方面，本发明提供了一种利用第二方面所述金属自掺杂污泥炭基催化材料在处理有机废水中的应用。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：