專利名稱：利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法
利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法技術領域
本發(fā)明屬于多孔氫氧化鋁的制備方法；具體涉及利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法。
背景技術：
污泥是城市污水處理廠或工廠污水處理站在污水生物處理中不可避免會產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其固體成分非常復雜，含有大量的有機質(主要是微生物代謝產(chǎn)物或死亡的細胞、 胞外聚合物以及吸附的有機物等組成，質量約占60% -85% ；主要成份除了包括多糖、蛋白質、DNA外，還含有一定數(shù)量的脂肪類、纖維素、醇、醛、酚、醚、胺類等)、多種微量元素、重金屬、無機顆粒等。未處理的污泥進入環(huán)境后，直接對水體和大氣帶來污染，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構成嚴重威脅。為了實現(xiàn)污泥的無害化與資源化，充分利用污泥中的含碳有機物，國內外很多學者對污泥進行了炭化制備污泥炭材料的研究。
污泥熱解制取污泥炭材料技術，能夠充分利用污泥中有機物質含量高、易于炭化的特點，是比較好的資源化技術，不僅可以解決污泥的出路問題，也產(chǎn)生了大量的有用物質。污泥制備炭材料的研究重點主要集中在中間過程控制和方法的改進。比如，對于活化藥劑的選取，主要有SiCl2, KOH, H2SO4, H3PO4等，究竟那種化學藥劑的效果更好還沒有完全一致的看法，因此，對于化學藥劑的選擇是一個研究的重點。同時，對于該種污泥熱解采用的方法也存在一定的認識上的不一致，比如有采用一段或兩段熱解工藝的，以及采用微波熱解的。因此，在對該種方法及工藝的探討的過程中，使其研究有了很大的發(fā)展。
以往研究的主要集中在對污泥中有機質進行炭化利用，在制備污泥炭材料的同時會產(chǎn)生其它污染，因此，其局限性所在(1)只是單純利用污泥和相關的物理、化學方法制備含炭材料，旨在進行各種污泥的資源化利用；制備方法較為簡單(只有活化)，對于污泥復雜的成分，難以得到高品質的“多孔活性炭”;( 研究多集中在制備、表征、應用這個層面上，對影響污泥炭材料的面積、孔徑分布、孔體積分布及表面官能團的各種因素的影響并沒有深入開展研究，如清洗過程中如何提高炭的純度和性能，即如何提高炭化污泥的酸清洗的效率；C3)制備污泥吸附劑的過程中會產(chǎn)生大量酸洗液，直接排放會對環(huán)境造成很嚴重的污染，此洗液中含有大量的有用金屬離子，如Al3+ (含量相對較多)、Fe3+、Ca2+和Mg2+ 等，如果能加以回收利用，是提高污泥應用價值的科學途徑之一。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了提供了利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法。
本發(fā)明采用污水廠剩余污泥——這種廢棄物為原料，一方面解決了污泥污染環(huán)境的問題，一方面大大降低了合成多孔非晶態(tài)氫氧化鋁材料的原料成本。采用低能耗的浸出方法對高溫炭化后的污泥炭材料進行鋁提取，高溫炭化既省卻了對含鋁原料的高溫活化過程，又可以得到具有較高面積的炭材料，提高了浸出效率。利用中和的方法實現(xiàn)鋁與其它雜質的分離，避免其它雜質對所獲得鋁酸鈉溶液純度的影響。易于通過改變實驗條件調控產(chǎn)品的產(chǎn)率和結構性質，制備出具有一定孔隙結構的高純的氫氧化鋁。以污泥為可再生資源，制備工藝環(huán)保，實驗設備簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化。
本發(fā)明中多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法是按下述步驟進行的步驟一、將含鋁污泥依次經(jīng)自然干燥、破碎和篩分處理，得到粒徑小于IOOym的干燥污泥；步驟二、取IOg 經(jīng)步驟一處理的污泥，然后以5 20°C /min速率升溫至500 1000°C，并在熱處理氣氛保護下進行炭化熱處理1 12h，熱處理氣氛的氣體流量為30 2000mL/min，得到污泥炭材料(炭化包含污泥中少部分有機質被消耗、逸出，在污泥炭的內部、表面形成孔隙結構的過程；并且包含污泥中無機氧化物被無氧活化的過程，使得其在后續(xù)酸浸反應過程中的活性增加)；步驟三、將步驟二獲得的污泥炭材料放入溫度為50 90°C的酸浸取劑中處理 0. 5 3h(可以和污泥炭材料中的無機氧化物反應，將其溶解形成含各種金屬離子的鹽溶液)，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1 10 50，然后在4°C條件下保存1 7天；步驟四、然后調節(jié)PH值為6 8，加入1 IOmL濃度為lmol/L的BaCl2溶液后反應5 lOmin， 接著加入1 IOmL濃度為lmol/L的Na2CO3溶液攪拌反應5 IOmin (去除過量的BaCl2)， Na2CO3溶液用量超過BaCl2溶液的加入量，然后過濾后向濾液中滴加濃度為1 lOmol/L的 NaOH溶液(去除Al、狗、Ca、Mg等元素)控制pH值在5 7反應IOmin (沉淀生成)，繼續(xù)滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液至pH值為13，過濾，得到溶液A ；步驟五、然后向溶液A中加入質量濃度為 10%聚乙二醇-10000，聚乙二醇-1000用量是溶液A體積的 0. 01% 0. 6%，在25 40°C條件下，邊攪拌邊滴加濃度為0. 5 5mol/LHCl溶液至pH值 5 10，然后真空抽濾，濾餅用去離子水洗至洗滌液電導率不變化為止，再用無水乙醇洗滌 3 5次，最后在90°C下鼓風烘干或者在45°C條件下真空干燥10 M小時；即得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。
本發(fā)明中多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法還可以按下述步驟進行的步驟一、將含鋁污泥依次經(jīng)自然干燥、破碎和篩分處理，得到粒徑小于ΙΟΟμπι的干燥污泥；步驟二、以 5 20°C /min速率升溫至500 1000°C，并在熱處理氣氛保護下對經(jīng)步驟一處理的污泥進行炭化熱處理1 12h，熱處理氣氛的氣體流量為30 2000mL/min，得到污泥炭材料(炭化包含污泥中少部分有機質被消耗、逸出，在污泥炭的內部、表面形成孔隙結構的過程；并且包含污泥中無機氧化物被無氧活化的過程，使得其在后續(xù)酸浸反應過程中的活性增加)； 步驟三、將步驟二獲得的污泥炭材料放入溫度為50 90°C的酸浸取劑中處理0. 5 池(可以和污泥炭材料中的無機氧化物反應，將其溶解形成含各種金屬離子的鹽溶液)，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1 10 50，浸取所得的鹽溶液在4°C條件下保存1 7天；步驟四、然后調節(jié)PH值為6 8，加入lmol/L的BaCl2溶液1 10ml，反應5 lOmin，接著加入lmol/L的Na2CO3溶液1 10ml，溶液攪拌反應5 IOmin (去除過量的BaCl2)，過濾后向濾液中滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液(去除AUe、Ca、Mg等元素)控制pH值在 5 7反應IOmin (沉淀生成)，繼續(xù)滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液至pH值為13，過濾，得到溶液A ；步驟五、然后按體積比0. 01-0. 6%,向溶液A中加入質量濃度為10%聚乙二醇-1000 (PEG-1000)，在25 40°C條件下，邊攪拌邊通入二氧化碳氣體200 1200mL/ min(間隔為200mL/min)，攪拌至pH值5 10停止通氣，繼續(xù)攪拌5分鐘，然后真空抽濾， 濾餅用去離子水洗至洗滌液電導率不變化為止，再用無水乙醇洗滌3 5次，最后在90°C下鼓風烘干或者在45°C條件下真空干燥10 M小時；即得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。
用以上方法制得的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，形貌可控、產(chǎn)率高且無有毒副產(chǎn)物生成，符合污泥利用必須遵守的無害化、資源化和能源化原則。本發(fā)明方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，通過改變反應終點PH、反應物濃度、分散劑用量等反應參數(shù)，可控合成不同結構、形貌、比表面積、粒度分布、分散性較好的產(chǎn)品。本發(fā)明方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，能夠充分利用污泥中鋁含量高的特點，不僅可以解決污泥的出路問題，也產(chǎn)生了大量的有用物質。本發(fā)明方法在制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品同時，可以得到多孔、較高 Sbet面積的污泥炭材料，因此可以作為吸附污水中污染物的凈水材料。本發(fā)明方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，其在吸熱脫水性質可以延緩聚合物的燃燒，使其可以用作阻燃劑； 焙燒后的氧化鋁具有多孔結構和較高Sbet面積，使其可以作為催化劑載體應用在很多氧化和合成催化反應中。


圖1不同炭化溫度下各種離子浸出濃度分布圖(圖中數(shù)值為浸出液濃度的 10% )；圖2終點PH對溶液中剩余鋁離子濃度的影響圖；圖3pH值為6時非晶態(tài)氫氧化鋁的N2吸附/脫附圖，圖4pH值為6時非晶態(tài)氫氧化鋁BJH孔徑分布圖；圖5pH值為7時非晶態(tài)氫氧化鋁的N2吸附/脫附圖；圖6pH值為7時非晶態(tài)氫氧化鋁BJH孔徑分布圖；圖7pH 值為8時非晶態(tài)氫氧化鋁的N2吸附/脫附圖；圖SpH值為8時非晶態(tài)氫氧化鋁BJH孔徑分布圖；圖9pH值為9時非晶態(tài)氫氧化鋁的N2吸附/脫附圖；圖IOpH值為9時非晶態(tài)氫氧化鋁BJH孔徑分布圖；圖11不同pH下非晶態(tài)氫氧化鋁的紅外光譜圖，圖11中1表示pH值為9，2表示pH值為8，3表示pH值為7，4表示pH值為6 ；圖12聚乙二醇劑量為0. 01 %時非晶態(tài)氫氧化鋁的掃描電子顯微鏡照片；圖13聚乙二醇劑量為0. 05%時非晶態(tài)氫氧化鋁的掃描電子顯微鏡照片；圖14聚乙二醇劑量為0. 時非晶態(tài)氫氧化鋁的掃描電子顯微鏡照片；圖15聚乙二醇劑量為0.2%時非晶態(tài)氫氧化鋁的掃描電子顯微鏡照片；圖16聚乙二醇劑量為0.4%時非晶態(tài)氫氧化鋁的掃描電子顯微鏡照片；圖17聚乙二醇劑量為0.6% 時非晶態(tài)氫氧化鋁的掃描電子顯微鏡照片；圖18利用本發(fā)明的氫氧化鋁產(chǎn)品500°C燒制的 Y-Al2O3掃描電子顯微鏡照片；圖19利用本發(fā)明的氫氧化鋁產(chǎn)品600°C燒制的Y-Al2O3掃描電子顯微鏡照片；圖20利用本發(fā)明的氫氧化鋁產(chǎn)品700°C燒制的Y-Al2O3掃描電子顯微鏡照片；圖21利用本發(fā)明的氫氧化鋁產(chǎn)品800°C燒制的Y-Al2O3掃描電子顯微鏡照片。
具體實施方式
本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法是按下述步驟進行的
步驟一、將含鋁污泥依次經(jīng)自然干燥、破碎和篩分處理，得到粒徑小于ΙΟΟμπι的干燥污泥；
步驟二、取IOg經(jīng)步驟一處理的污泥，然后以5 20°C /min速率升溫至500 1000°C，并在熱處理氣氛保護下進行炭化熱處理1 12h，熱處理氣氛的氣體流量為30 2000mL/min，得到污泥炭材料(炭化包含污泥中少部分有機質被消耗、逸出，在污泥炭的內部、表面形成孔隙結構的過程；并且包含污泥中無機氧化物被無氧活化的過程，使得其在后續(xù)酸浸反應過程中的活性增加)；
步驟三、將步驟二獲得的污泥炭材料放入溫度為50 90°C的酸浸取劑中處理 0. 5 3h(可以和污泥炭材料中的無機氧化物反應，將其溶解形成含各種金屬離子的鹽溶液)，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1 10 50，然后在4°C條件下保存1 7天；
步驟四、然后調節(jié)pH值為6 8，加入1 IOmL濃度為lmol/L的BaCl2溶液后反應5 lOmin，接著加入1 IOmL濃度為lmol/L的Na2CO3溶液攪拌反應5 IOmin (去除過量的BaCl2)，Na2CO3溶液用量超過BaCl2溶液的加入量，然后過濾后向濾液中滴加濃度為 1 10mol/L的NaOH溶液(去除Al、Fe、Ca、Mg等元素)控制pH值在5 7反應IOmin (沉淀生成)，繼續(xù)滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液至pH值為13，過濾，得到溶液A ；
步驟五、然后向溶液A中加入質量濃度為 10%聚乙二醇-10000，聚乙二醇-1000用量是溶液A體積的0. 01% 0. 6%，在25 40°C條件下，邊攪拌邊滴加濃度為 0. 5 5mol/LHCl溶液至pH值5 10，然后真空抽濾，濾餅用去離子水洗至洗滌液電導率不變化為止，再用無水乙醇洗滌3 5次，最后在90°C下鼓風烘干或者在45°C條件下真空干燥10 M小時；即得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。
用本實施方式方法制得的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，形貌可控、產(chǎn)率高且無有毒副產(chǎn)物生成，符合污泥利用必須遵守的無害化、資源化和能源化原則。本實施方式方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，通過改變反應終點PH、反應物濃度、分散劑用量等反應參數(shù)， 可控合成不同結構、形貌、比表面積、粒度分布、分散性較好的產(chǎn)品。本實施方式方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，能夠充分利用污泥中鋁含量高的特點，不僅可以解決污泥的出路問題，也產(chǎn)生了大量的有用物質。本實施方式方法在制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品同時， 可以得到多孔、較高面積的污泥炭材料，因此可以作為吸附污水中污染物的凈水材料。 本實施方式方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，其在吸熱脫水性質可以延緩聚合物的燃燒，使其可以用作阻燃劑；焙燒后的氧化鋁具有多孔結構和較高面積，使其可以作為催化劑載體應用在很多氧化和合成催化反應中。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述的含鋁污泥為城市污水廠脫水剩余污泥，濃縮污泥、造紙污泥、消化污泥、消化污泥與初沉污泥的混合物、剩余污泥與初沉污泥的混合物、生物膜污泥中的一種或其中幾種的混合(按任意比混合)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二所述的熱處理氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氫氣及水蒸氣中的一種或其中幾種氣體的混合(按任意比混合)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三所述的酸浸取劑為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或其中幾種的混合(按任意比混合)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式中多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法是按下述步驟進行的
步驟一、將含鋁污泥依次經(jīng)自然干燥、破碎和篩分處理，得到粒徑小于100 μ m的干燥污泥；
步驟二、以5 20°C /min速率升溫至500 1000°C，并在熱處理氣氛保護下對經(jīng)步驟一處理的污泥進行炭化熱處理1 12h，熱處理氣氛的氣體流量為30 2000mL/min， 得到污泥炭材料(炭化包含污泥中少部分有機質被消耗、逸出，在污泥炭的內部、表面形成孔隙結構的過程；并且包含污泥中無機氧化物被無氧活化的過程，使得其在后續(xù)酸浸反應過程中的活性增加)；
步驟三、將步驟二獲得的污泥炭材料放入溫度為50 90°C的酸浸取劑中處理 0. 5 3h(可以和污泥炭材料中的無機氧化物反應，將其溶解形成含各種金屬離子的鹽溶液)，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1 10 50，浸取所得的鹽溶液在4°C條件下保存 1 7天；
步驟四、然后調節(jié)pH值為6 8，加入lmol/L的BaCl2溶液1 10ml，反應5 lOmin，接著加入lmol/L的Na2CO3溶液1 10ml，溶液攪拌反應5 IOmin (去除過量的 BaCl2)，過濾后向濾液中滴加濃度為1 10mol/L的NaOH溶液(去除Al、Fe、Ca、Mg等元素)控制PH值在5 7反應IOmin (沉淀生成)，繼續(xù)滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液至PH值為13，過濾，得到溶液A ；
步驟五、然后按體積比0.01-0.6%，向溶液A中加入質量濃度為10%聚乙二醇-1000 (PEG-1000)，在25 40°C條件下，邊攪拌邊通入二氧化碳氣體200 1200mL/ min(間隔為200mL/min)，攪拌至pH值5 10停止通氣，繼續(xù)攪拌5分鐘，然后真空抽濾， 濾餅用去離子水洗至洗滌液電導率不變化為止，再用無水乙醇洗滌3 5次，最后在90°C下鼓風烘干或者在45°C條件下真空干燥10 M小時；即得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。
用本實施方式方法制得的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，形貌可控、產(chǎn)率高且無有毒副產(chǎn)物生成，符合污泥利用必須遵守的無害化、資源化和能源化原則。本實施方式方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，通過改變反應終點PH、反應物濃度、分散劑用量等反應參數(shù)， 可控合成不同結構、形貌、比表面積、粒度分布、分散性較好的產(chǎn)品。本實施方式方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，能夠充分利用污泥中鋁含量高的特點，不僅可以解決污泥的出路問題，也產(chǎn)生了大量的有用物質。本實施方式方法在制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品同時， 可以得到多孔、較高面積的污泥炭材料，因此可以作為吸附污水中污染物的凈水材料。 本實施方式方法制備的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品，其在吸熱脫水性質可以延緩聚合物的燃燒，使其可以用作阻燃劑；焙燒后的氧化鋁具有多孔結構和較高面積，使其可以作為催化劑載體應用在很多氧化和合成催化反應中。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟一所述的含鋁污泥為城市污水廠脫水剩余污泥，濃縮污泥、造紙污泥、消化污泥、消化污泥與初沉污泥的混合物、剩余污泥與初沉污泥的混合物、生物膜污泥中的一種或其中幾種的混合(按任意比混合)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五或六不同的是步驟二所述的熱處理氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氫氣及水蒸氣中的一種或其中幾種氣體的混合(按任意比混合)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
五或六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟三所述的酸浸取劑為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或其中幾種的混合(按任意比混合)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
七相同。
采用下述試驗驗證發(fā)明效果
試驗一
取適量污泥(污水廠剩余污泥)，經(jīng)過自然干燥處理，再把原料進行機械破碎、篩分，得到粒徑小于100 μ m的干燥污泥。稱取IOg污泥，在為氮氣氣氛、氣體流量為200mL/min 的條件下，對污泥進行炭化熱處理，炭化溫度為500 1000°C，升溫速率為5°C /min,炭化時間為1 12h ；將污泥炭材料在溫度為50 90°C的鹽酸中處理0. 5 3h，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1/20 ；所得鹽溶液的pH調此為6 8，加BaCl2溶液反應5-lOmin，接著加Na2CO3溶液攪拌反應5-lOmin，將所得沉淀過濾，保留濾后溶液；在濾液中滴加2mol/L的 NaOH溶液，通過控制pH值到5-7之間得到沉淀，在此pH范圍內鋁、鎂、鐵、鈣等均以氫氧化物沉淀形式存在，接著將沉淀物用過量NaOH溶液滴定到pH值為13，過濾除去氫氧化物雜質得到相對純凈的鋁酸鈉溶液；量取IOOmL已知濃度的鋁酸鈉溶液，按體積比0. 5%加入濃度為10%的聚乙二醇-1000 (PEG-1000)，開啟攪拌并加熱。加熱至預定溫度(25 40°C ) 后，將一定量的某濃度(0.5 5mol/L)HCl溶液緩慢加入反應體系。滴加完后，攪拌反應一定時間，使體系達到預定的PH(5 10)，然后將所得氫氧化鋁溶膠真空抽濾、去離子水反復洗滌，再用適量無水乙醇洗滌三次，以去除濾餅中大部分水分，減少干燥過程中造成的硬團聚；最后將濾餅在90°C下鼓風烘干IO-M小時左右，得到氫氧化鋁產(chǎn)品。不同炭化溫度下各種離子浸出濃度分布圖如圖1所示，從圖中可以看出，隨著炭化溫度升高，污泥炭材料中鋁離子的浸出量是逐漸增加的。產(chǎn)品制備的終點PH對溶液中剩余鋁離子濃度的影響如圖2所示，從圖中可以明顯的看出，反應終點PH為6時樣品的產(chǎn)率是最大的。此產(chǎn)品的隊吸附/ 脫附和BJH孔徑分布圖如圖3 11所示，從圖中可以明顯的看出，反應終點pH為9時的產(chǎn)品的孔徑分布較窄，以中孔為主。圖11為該產(chǎn)品的紅外光譜圖，從圖中我們可以看出，吸收帶的寬化可歸因于超細顆?；驘o定形結構中鍵長的連續(xù)分布，這表明樣品結構是非晶態(tài)的特征；該產(chǎn)品在570cm—1出現(xiàn)了寬的AlO4四面體中Al-O鍵的偽晶格伸縮振動峰，在852cm—1 處出現(xiàn)了 [AlO2]-離子的特征伸縮振動峰，說明產(chǎn)品具有較好的純度。
試驗二
操作方法同試驗一，不同之處在于按體積比0. 01% 0. 6%在所得鋁酸鈉溶液中加入濃度為10%的PEG-1000，固定反應終點PH為9，最后同樣得到純度較高的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡照片如圖12 17所示，結果顯示產(chǎn)品為具有多孔(以中孔、大孔為主)結構的氫氧化鋁。
試驗三
操作方法同試驗一，不同之處在于炭化溫度固定為800°C，升溫速率為10 200C /min，炭化時間為池；最后得到鋁酸鈉溶液及多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。電感耦合等離子體發(fā)射光譜結果表明鋁酸鈉溶液中鋁離子濃度與實施例1所得基本一致；產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡說明制得的產(chǎn)品為多孔的氫氧化鋁。利用本發(fā)明的氫氧化鋁產(chǎn)品制備的Y-Al2O3掃描電子顯微鏡照片如圖18 21所示，結果顯示制備的Y-Al2O3隨著焙燒溫度升高結晶化度提高，晶粒長大。
試驗四
操作方法同試驗一，不同之處在于將從鋁酸鈉溶液中沉淀分離的濾餅在45°C下真空干燥10 M小時，最后得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡顯示，在干燥過程中，只有當濕凝膠孔隙結構不塌陷時的液體蒸發(fā)或凝膠體不發(fā)生收縮或收縮很小時，才能夠獲得多孔結構的氫氧化鋁。
試驗五
取適量污泥(污水廠剩余污泥)，經(jīng)過自然干燥處理，再把原料進行機械破碎、篩分，得到粒徑小于100 μ m的干燥污泥。稱取IOg污泥，在為氮氣氣氛、氣體流量為200mL/ min的條件下，對污泥進行炭化熱處理，炭化溫度為500 1000°C，升溫速率為5°C /min，炭化時間為1 12h ；將污泥炭材料在溫度為50 90°C的鹽酸中處理0. 5 3h，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1/20 ；所得鹽溶液的pH調此為6 8，加BaCl2溶液反應5-lOmin， 接著加Na2CO3溶液攪拌反應5-lOmin，將所得沉淀過濾，保留濾后溶液；在濾液中滴加2mol/ L的NaOH溶液，通過控制pH值到5_7之間得到沉淀，在此pH范圍內鋁、鎂、鐵、鈣等均以氫氧化物沉淀形式存在，接著將沉淀物用過量NaOH溶液滴定到pH值為13，過濾除去氫氧化物雜質得到相對純凈的鋁酸鈉溶液；
量取IOOmL已知濃度的鋁酸鈉溶液，按體積比0. 5%加入濃度為10%的聚乙二醇-1000 (PEG-1000)，開啟攪拌并水浴加熱。加熱至預定溫度05 40°C )后，以400mL/ min的體積流量通入(X)2氣體，通氣時間由反應體系的終點pH(6 10)來控制。停止通氣后，繼續(xù)攪拌反應5min，測定反應體系的pH，然后將所得氫氧化鋁溶膠真空抽濾。濾餅用去離子水反復洗滌，直至洗滌液的電導率不再變化為止；再用無水乙醇洗滌三次，以去除濾餅中大部分水分，減少干燥過程中的硬團聚；將濾餅在90°C下鼓風烘干或45°C下真空干燥 10 M小時，得到氫氧化鋁產(chǎn)品。產(chǎn)品的紅外光譜圖和X-射線衍射譜圖說明氫氧化鋁產(chǎn)品結構具有非晶態(tài)的特征及具有較好的純度。
試驗六
操作方法同試驗五，不同之處在于固定碳分反應終點PH為7，避免去離子水洗滌過程中的PH改變，按體積比0. 01% 0. 6%在所得鋁酸鈉溶液中加入濃度為10%的 PEG-1000，最后同樣得到純度較高的多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。掃描電子顯微鏡照片顯示產(chǎn)品為具有多孔結構、粒度分布較為均一的氫氧化鋁。
試驗七
操作方法同試驗五，不同之處在于炭化溫度固定為800°C，升溫速率為10 200C /min，炭化時間為池；最后應用碳分法得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡說明制得的產(chǎn)品為多孔的氫氧化鋁。
試驗八
操作方法同試驗五，不同之處在于通過控制反應過程CO2氣體流量為200 1200mL/min(間隔為200mL/min)，固定碳分反應終點pH為7，最后得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。產(chǎn)品的紅外光譜圖、掃描電子顯微鏡和χ-射線衍射譜圖說明氫氧化鋁產(chǎn)品具有非晶態(tài)的多孔結構特征及具有較好的純度。
權利要求
1.利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法是按下述步驟進行的步驟一、將含鋁污泥依次經(jīng)自然干燥、破碎和篩分處理，得到粒徑小于ΙΟΟμπι的干燥污泥；步驟二、取IOg經(jīng)步驟一處理的污泥，然后以5 20°C /min速率升溫至500 1000°C， 并在熱處理氣氛保護下進行炭化熱處理1 12h，熱處理氣氛的氣體流量為30 2000mL/ min，得到污泥炭材料；步驟三、將步驟二獲得的污泥炭材料放入溫度為50 90°C的酸浸取劑中處理0. 5 3h，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1 10 50，然后在4°C條件下保存1 7天；步驟四、然后調節(jié)PH值為6 8，加入1 IOmL濃度為lmol/L的BaCl2溶液后反應 5 IOmin,接著加入1 IOmL濃度為lmol/L的Na2CO3溶液攪拌反應5 IOmin, Na2CO3 溶液用量超過BaCl2溶液的加入量，然后過濾后向濾液中滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH 溶液控制pH值在5 7反應lOmin，繼續(xù)滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液至pH值為 13，過濾，得到溶液A ；步驟五、然后向溶液A中加入質量濃度為 10%聚乙二醇-10000，聚乙二醇-1000 用量是溶液A體積的0. 01 % 0. 6 %，在25 40°C條件下，邊攪拌邊滴加濃度為0. 5 5mol/LHCl溶液至pH值5 10，然后真空抽濾，濾餅用去離子水洗至洗滌液電導率不變化為止，再用無水乙醇洗滌3 5次，最后在90°C下鼓風烘干或者在45°C條件下真空干燥 10 M小時；即得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于步驟一所述的含鋁污泥為城市污水廠脫水剩余污泥，濃縮污泥、造紙污泥、消化污泥、消化污泥與初沉污泥的混合物、剩余污泥與初沉污泥的混合物、生物膜污泥中的一種或其中幾種的混合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法， 其特征在于步驟二所述的熱處理氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氫氣及水蒸氣中的一種或其中幾種氣體的混合。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于步驟三所述的酸浸取劑為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或其中幾種的混合。
5.利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法是按下述步驟進行的步驟一、將含鋁污泥依次經(jīng)自然干燥、破碎和篩分處理，得到粒徑小于ΙΟΟμπι的干燥污泥；步驟二、取IOg經(jīng)步驟一處理的污泥，然后以5 20°C /min速率升溫至500 1000°C， 并在熱處理氣氛保護下進行炭化熱處理1 12h，熱處理氣氛的氣體流量為30 2000mL/ min，得到污泥炭材料；步驟三、將步驟二獲得的污泥炭材料放入溫度為50 90°C的酸浸取劑中處理0. 5 3h，污泥炭材料與酸浸取劑的質量比為1 10 50，然后在4°C條件下保存1 7天；步驟四、然后調節(jié)PH值為6 8，加入1 IOmL濃度為lmol/L的BaCl2溶液后反應 5 IOmin,接著加入1 IOmL濃度為lmol/L的Na2CO3溶液攪拌反應5 lOmin, Na2CO3加入量，然后過濾后向濾液中滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH 溶液控制pH值在5 7反應lOmin，繼續(xù)滴加濃度為1 lOmol/L的NaOH溶液至pH值為 13，過濾，得到溶液A ；步驟五、、然后向溶液A中加入質量濃度為 10%聚乙二醇-10000，聚乙二醇-1000用量是溶液A體積的0. 01% 0. 6%，在25 40°C條件下，邊攪拌邊通入二氧化碳氣體至pH值5 10停止通氣，二氧化碳氣體的流量為200 1200mL/min，繼續(xù)攪拌5分鐘，然后真空抽濾，濾餅用去離子水洗至洗滌液電導率不變化為止，再用無水乙醇洗滌3 5次，最后在90°C下鼓風烘干或者在45°C條件下真空干燥10 M小時；即得到多孔非晶態(tài)氫氧化鋁。
6.根據(jù)權利要求5所述的利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于步驟一所述的含鋁污泥為城市污水廠脫水剩余污泥，濃縮污泥、造紙污泥、消化污泥、消化污泥與初沉污泥的混合物、剩余污泥與初沉污泥的混合物、生物膜污泥中的一種或其中幾種的混合。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法， 其特征在于步驟二所述的熱處理氣氛為氮氣、氬氣、氦氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氫氣及水蒸氣中的一種或其中幾種氣體的混合。
8.根據(jù)權利要求7所述的利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于步驟三所述的酸浸取劑為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或其中幾種的混合。
全文摘要
利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的方法，它屬于多孔氫氧化鋁的制備方法。本發(fā)明的目的是為了提供了利用炭化污泥為鋁源制備多孔非晶態(tài)氫氧化鋁的制備方法。方法污泥經(jīng)過自然干燥、破碎、篩分等處理后，在無氧氣氛下，通過熱處理得到污泥的炭化材料；將結合在污泥炭中的無機氧化物用無機強酸溶解，得到含有鋁、鐵等元素的鹽溶液，并通過兩次除雜反應得到鋁酸鈉溶液，之后應用中和法、碳分法等方法得到沉淀，最后應用低溫真空或鼓風干燥得到產(chǎn)品；對于上述炭化-酸浸-除雜-沉淀-干燥，得到氫氧化鋁。本發(fā)明實現(xiàn)對多孔非晶態(tài)氫氧化鋁產(chǎn)品的性質及結構的調控；為污泥的處置與處理找到一條變廢為寶的科學出路。
文檔編號C01F7/02GK102531010SQ201110326008
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2011年10月24日
發(fā)明者付宏剛, 周衛(wèi), 潘凱, 王蕾, 田國輝, 田春貴, 鄒金龍 申請人:黑龍江大學