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一種提高城市污泥活性炭性能的新方法

文檔序號(hào):3458953閱讀:150來源:國(guó)知局
專利名稱:一種提高城市污泥活性炭性能的新方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種以城市污水處理廠剩余污泥為原料,添加鈦鐵礦作為造孔劑,使用氯化鋅為活化劑生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品的新方法。
背景技術(shù)
活性炭廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物技術(shù)、食品、醫(yī)藥、國(guó)防、環(huán)境保護(hù)、能源等幾乎所有的科學(xué)研究和國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門以及人們的日常生活中,且應(yīng)用面越來越寬,需求量逐年穩(wěn)步增長(zhǎng)。制備活性炭的原料有木材、焦炭、石油焦、果殼、農(nóng)作物秸桿、合成纖維、煤和塑料等。為了保護(hù)人類的生存環(huán)境,傳統(tǒng)的活性炭生產(chǎn)原料受到越來越多的限制,如何擴(kuò)大生產(chǎn)活性炭的原料來源,提高活性炭產(chǎn)品的性能,而且盡量利用影響環(huán)境的固體廢棄物來生產(chǎn)活性炭,降低原料成本,已成為增強(qiáng)活性炭產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力需要解決的基本問題。目前,已公開的 用于生產(chǎn)活性炭的各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物包括城市污水處理廠污泥制備活性炭的方法(申請(qǐng)?zhí)?00410093931.7 ;公開號(hào)CN1644495)、廢電路板塑料(申請(qǐng)?zhí)?CN201010504085. 9 ;公開號(hào):CN101948110A)、佛手渣(申請(qǐng)?zhí)?CN201010183831. 9 ;公開號(hào):CN101844764A)、麻桿(申請(qǐng)?zhí)?201110210898. I ;公開號(hào):CN102381703A)、化學(xué)制漿與造紙廠廢水污泥(申請(qǐng)?zhí)朇N201110093962. 2 ;公開號(hào)CN102344136A)、城市固體生活垃圾微波裂解固殘物(申請(qǐng)?zhí)朇N201110203745.4 ;公開號(hào)CN102275913A)、畜角(申請(qǐng)?zhí)?CN201110132205. I ;公開號(hào):CN102249224A)、喜旱蓮子草(申請(qǐng)?zhí)?CN201110193512. 0 ;公開號(hào)CN102267696A)、松塔(申請(qǐng)?zhí)?CN201110158695. 2 ;公開號(hào)CN102249228A)、剩余污泥(申請(qǐng)?zhí)朇N201110285895. 4 ;公開號(hào)CN102432007A)、棉短絨(申請(qǐng)?zhí)朇N201110103034. X ;公開號(hào):CN102220665A)、文冠果子殼(申請(qǐng)?zhí)?CN201110084462. 2 ;公開號(hào):CN102211767A)、廢棄羊毛(申請(qǐng)?zhí)?CN201110106698. I ;公開號(hào):CN102161485A)、農(nóng)藥化工行業(yè)污水處理剩余污泥(申請(qǐng)?zhí)朇N201110052021. 4 ;公開號(hào)CN102134072A)、化工污泥(申請(qǐng)?zhí)朇N201110052038. X ;公開號(hào)CN102120575A)、化工污泥添加果殼(申請(qǐng)?zhí)朇N201110052074. 6 ;公開號(hào):CN102107872A)、。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,人們生活水平提高,城市用水量逐漸增大,城市污水集中處理已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外污水處理的發(fā)展趨勢(shì)?!丁笆濉比珖?guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》要求,到2015年,全國(guó)所有城市和縣城具有污水集中處理能力,城市污水處理率提高到85%。如果這些城市污水得不到處理,每年將會(huì)產(chǎn)生污泥(干重)約840萬噸,約占我國(guó)固體廢棄物總量的3. 2%。目前,即使在我國(guó)城市化水平較高的幾個(gè)城市與地區(qū),污泥處置問題也已十分突出。污水處理廠產(chǎn)生的污泥主要為含水量在70% — 97%不等的固體或流體狀的粘稠絮狀物,其中固體成分主要是由細(xì)菌類、真菌類、原生動(dòng)物以及無機(jī)、有機(jī)顆粒、膠體等。另外還包含著豐富的氮(N)、磷(P)、鉀(K)以及各種對(duì)農(nóng)業(yè)有潛在利用價(jià)值的有機(jī)質(zhì)和微量元素等。由于污泥主要來源于各類污水,所以污泥中不可避免的含有各類有毒有害物質(zhì),如含有大量的寄生蟲卵、病原微生物、銅、鋅、鉻、汞等重金屬以及鹽類、多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的物質(zhì)。這些有機(jī)物和有害物質(zhì)的性質(zhì)不穩(wěn)定、易腐化,如果處理不當(dāng),將會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。以污水處理廠剩余污泥作為原料制備活性炭既可以降低活性炭的生產(chǎn)成本又能減少污泥的排放,避免了二次污染的產(chǎn)生,而且實(shí)現(xiàn)了其資源化利用,以廢治廢,變廢為寶,具有很好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?,F(xiàn)有活性炭生產(chǎn)方法有直接碳化法、物理活化法和化學(xué)活化法等。本發(fā)明所用的方法是化學(xué)法,即將活化劑與原料混合,在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熱分解的方法。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)以氯化鋅為活化劑、剩余污泥為原料制備活性炭時(shí),存在生產(chǎn)的活性炭的吸附量小、工業(yè)化應(yīng)用困難的現(xiàn)狀進(jìn)行了改進(jìn),在污泥原料中加入少量的鈦鐵礦作為造孔劑,并且將炭化和活化過程合而為一(即一步炭化)生產(chǎn)活性炭,有效的改善了活性炭產(chǎn)品的孔隙結(jié)構(gòu),大幅增加了活性炭產(chǎn)品的比表面積和碘吸附值,提高了活性炭產(chǎn)品的吸附性能。且添加的造孔劑——鈦鐵礦,它是一種含有多種金屬化合物的天然礦物,廣泛分布于我國(guó)西南地 區(qū),較為易得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以污水處理廠剩余污泥為原料,添加鈦鐵礦為造孔齊U,利用化學(xué)法生產(chǎn)高效活性炭產(chǎn)品的新方法。該方法工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低,得到的活性炭產(chǎn)品性能比傳統(tǒng)的化學(xué)法性能好,便于實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),具有重大的社會(huì)效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的以污水處理廠剩余污泥為原料,氯化鋅為活化劑,鈦鐵礦作為造孔劑,用一步炭化法生產(chǎn)活性炭。具體包括以下步驟
(I)原料預(yù)處理
將原料(城市污水處理廠剩余污泥)干燥至含水率10%以下,并進(jìn)行機(jī)械粉碎,過120目篩。(2)加入造孔劑鈦鐵礦
將鈦鐵礦粉碎,過200目篩,以I. 5%-2%的比例加入到原料(污泥)中,混合均勻。(3)氯化鋅溶液浸潰
使用濃度為3mol/L的氯化鋅溶液將預(yù)處理后的原料(污泥)常溫浸潰24h后于80°C下烘干24h,浸潰固液比(污泥質(zhì)量氯化鋅溶液體積)為1:2。(4) 一步炭化(同時(shí)炭化和活化)
將烘干后的原料(污泥)放入管式爐中(加熱速率為10°c /min ;N2作為保護(hù)氣,流量為30 L/h),升溫至525-550°C,進(jìn)行一步炭化,炭化時(shí)間為40-60分鐘。(5)酸洗、漂洗
將活化炭化物冷卻至室溫后,經(jīng)3mol/l的鹽酸溶液洗滌后,用70°C -80°C的水漂洗至中性。 (6)干燥、研磨
將第5步所得的產(chǎn)物烘干、研磨后可得活性炭成品。按照本發(fā)明方法制備的活性炭用于處理含Cr (VI)廢水,吸附率可達(dá)99. 17%,吸附量為12. 4 mg/g。該活性碳對(duì)其他重金屬離子的廢水以及染料廢水也有較好的處理效果。相對(duì)于以前公開的利用城市剩余污泥制備活性炭的技術(shù),本發(fā)明具有以下突出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。I、在活性炭的生產(chǎn)過程中加入了造孔劑鈦鐵礦,改善了活性炭產(chǎn)品的孔隙結(jié)構(gòu),大幅增加了活性炭產(chǎn)品的比表面積和吸附碘值,具體實(shí)例見下表
權(quán)利要求
1.一種以城市污水處理廠剩余污泥為原料,使用鈦鐵礦作為造孔劑、氯化鋅為活化劑生產(chǎn)活性炭的方法 根據(jù)權(quán)利要求I所述的添加鈦鐵礦制備改性污泥活性炭,其特征在于包括以下步驟(I)原料預(yù)處理;(2)加入鈦鐵礦作為造孔劑(3)氯化鋅溶液浸潰并烘干;(4) 一步炭化(同時(shí)炭化和活化);(5)酸洗、漂洗;(6)干燥、研磨。
2.根據(jù)權(quán)利要求I和權(quán)利要求2所述的添加鈦鐵礦制備改性污泥活性炭的工藝和步驟,其特征在于生產(chǎn)工藝條件如下(I)原料預(yù)處理將原料(城市污水處理廠剩余污泥)干燥至含水率10%以下,并進(jìn)行機(jī)械粉碎,過120目篩。
3.(2)加入造孔劑鈦鐵礦將鈦鐵礦粉碎,過200目篩,以I. 5%-2%的比例加入到原料(污泥)中,混合均勻。
4.(3)氯化鋅溶液浸潰使用濃度為3mol/L的氯化鋅溶液將預(yù)處理后的原料(污泥) 常溫浸潰24h后于80°C下烘干24h,浸潰固液比(污泥質(zhì)量氯化鋅溶液體積)為1:2。
5.(4) 一步炭化(同時(shí)炭化和活化)將烘干后的原料(污泥)放入管式爐中(加熱速率為10°C /min ;N2作為保護(hù)氣,流量為30 L/h),升溫至525_550°C,進(jìn)行一步炭化,炭化時(shí)間為40-60分鐘。
6.(5)酸洗、漂洗將活化炭化物冷卻至室溫后,經(jīng)3mol/l的鹽酸溶液洗滌后,用700C -80°C的水漂洗至中性。
7.(6)干燥、研磨將第5步所得的產(chǎn)物烘干、研磨后可得活性炭成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市污水處理廠剩余污泥和天然鈦鐵礦為原料,使用氯化鋅為活化劑生產(chǎn)活性炭的方法。具體工藝如下首先將原料污泥干燥至含水率10%以下,并進(jìn)行機(jī)械粉碎,過120目篩;將鈦鐵礦粉碎,過200目篩,以1.5%-2%的比例加入到原料(污泥)中,混合均勻;然后使用濃度為3mol/L的氯化鋅溶液將預(yù)處理后的原料(污泥)常溫浸漬24h后于80℃下烘干24h,固液比(污泥質(zhì)量氯化鋅溶液體積)為1:2;再將烘干后的污泥放入管式爐中(加熱速率為10℃/min;N2作為保護(hù)氣,流量為30L/h),升溫至525-550℃,進(jìn)行一步碳化(同時(shí)碳化和活化),時(shí)間為40-60分鐘;將活化炭化物冷卻至室溫,經(jīng)3mol/l的鹽酸溶液洗滌后,用70℃-80℃的水漂洗至中性;將漂洗后的產(chǎn)物烘干、研磨后可得活性炭成品。
文檔編號(hào)C01B31/12GK102745687SQ201210179379
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者廖姣姣, 羊依金, 譚顯東 申請(qǐng)人:成都信息工程學(xué)院
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