[发明专利]一步法制备污泥基成型磁性活性炭

说明书

【技术领域】

本发明涉及环保领域的一种制备方法，尤其涉及一种一步法制备污泥基成型磁性活性炭。

【背景技术】

活性炭是一种具有较大比表面积、发达的孔隙结构、强吸附能力的一种多孔性材料，其对气体、溶液中的重金属、有机物、无机物以及胶体颗粒具有很强的吸附能力，而且化学性质稳定，因此在环境治理、国防工业、化学工业、食品工业等行业具有广泛的应用。

商品活性炭多是以煤、木材和果壳等为主要原料，但是由于资源有限、技术限制，造成活性炭的生产及应用成本较高，如中国专利02160182.8，其制造成本太高。随着工业化水平的提高，活性炭的需求量逐渐增大，人们的生产活性炭的同时也在寻求高性能低成本的活性炭制备技术。污水处理厂脱水污泥的含碳有机物含量约60%～70%，是制造活性炭所需的原料成分，将污泥作为原料制备污泥活性炭，不仅节约了煤、木材等珍贵资源，还解决了污泥处理处置这一环境问题，实现了污泥的资源化，变废为宝，达到以废治废的目的。

由污泥制备的活性炭主要为粉末炭，粉末炭具有价格低廉、吸附速度快等优点，但其在实际应用中存在回收困难、使用寿命短、有粉尘污染的缺点，这些使得粉末炭在环境治理领域及其他方面的应用受到极大的限制。而磁性活性炭作为一种新型功能材料，是以活性炭为基体，负载某种磁性材料而得到的。其具有良好的吸附性能，又能通过磁选回收，解决了采用传统的过滤分离法容易引起滤网堵塞或活性炭的流失等问题，但是现有磁性活性炭的制备方法也存在着缺陷，例如：申请号CNZL201010525821.9的中国专利“一种煤基磁性活性炭的制备方法及其煤基磁性活性炭”揭露了一种煤基磁性活性炭的制备方法，其是以煤为基料，以氢氧化铁为磁性添加剂来制备磁性活性炭，该方法的最终产物是Fe₃C，需要高温环境，反应条件较为严格，且Fe₃C的磁性能稳定性较差，应用受到限制；中国专利申请号为CN201110279333.9、名称为“一种处理船舶舱底含油污水及制备其除污用磁性活性炭的方法”，及申请号为CN201010623955.4、名称为：“一种复合磁性吸附材料及其制备方法和应用”，此两专利中所揭露的磁性活性炭制备方法不仅反应条件要求苛刻，而且直接以Fe₃O₄为磁源，由于磁粒子粒径较大，通过简单的研磨、混合难以深入活性炭的孔道，从而导致磁分子分布不均匀，且磁源容易脱落，进而影响磁性炭的磁性能稳定。

成型活性炭的种类颇多，常见的成型炭主要有蜂窝状、毡状、纤维状、柱状、球状等。成型炭与粉末炭相比，具有以下优点：强度高、尺寸均匀、形状固定、表观密度和导热系数大，有利于运输储存，且无粉尘污染，可以满足相关行业的多种用途，扩大了污泥活性炭的应用领域。用于活性炭成型的粘结剂主要有无机粘结剂和有机粘结剂两大类。常见的无机粘结剂主要有陶瓷、皂土、水玻璃、蜡等，此类粘结剂表面一般具有极性，而且其制得成型活性炭机械强度较高，对某些气体比原碳具有更强的吸附能力，且耐高温、成本低廉、不会对环境造成二次污染，但是无机粘结剂对比表面积的影响较大，易堵塞活性炭的孔隙，影响吸附效果，因此不适于制备需要高比表面积的成型碳。常见的有机粘结剂主要有腐植酸及其钠盐、黏结性木质素、煤焦油、聚乙烯醇及其衍生物、酚醛树脂等，此类粘结剂制得的成型活性炭具有较高的比表面积，但是其机械强度不是很好，而且有机粘结剂可以通过后续的热处理，得以部分的分解，以提高吸附性能，但是大多数有机粘结剂成本较高，毒性较大容易对环境造成二次污染。因此，应根据实际需求对粘结剂进行合理的选择，使其既能满足使用要求又不会对环境造成二次污染。

综上可知，目前关于成型活性炭与磁性活性炭各自的相关文献及报道较为常见，但将磁化与成型技术相结合来进行制备成型磁性活性炭的制备技术少有报道，尤其是制备成本较低强度较高、磁性能良好的成型磁性活性炭的技术更是稀缺。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种一步法制备污泥基成型磁性活性炭，所得污泥基成型磁性活性炭具有稳固的结构、良好的磁性能和耐水性、及丰富的孔隙结构，且便于回收再利用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种一步法制备污泥基成型磁性活性炭，其具体包括如下操作步骤：