公布日：2023.03.10
申請日：2022.10.13
分類(lèi)號：B01J20/02(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供了一種基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法及應用，所述方法包括：芬頓污泥粉進(jìn)行一次熱解得到一級吸附材料，所述一級吸附材料吸附鎂離子后，進(jìn)行二次熱解得到二級吸附材料。本發(fā)明提供的基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法，僅以芬頓污泥作為原材料即可得到兩級吸附材料，其中，一級吸附材料對金屬鎂具有良好的吸附活性，二級吸附材料對磷具有良好的吸附活性，達到了以芬頓污泥制備吸附材料的兩級吸附效果，提升了芬頓污泥的資源化利用程度，從而本發(fā)明實(shí)現了對芬頓污泥、含鎂廢水和含磷廢水的高效綜合處理的技術(shù)效果。
權利要求書(shū)
1.一種基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法，其特征在于，所述方法包括：芬頓污泥粉進(jìn)行一次熱解得到一級吸附材料，所述一級吸附材料吸附鎂離子后，進(jìn)行二次熱解得到二級吸附材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述芬頓污泥粉的制備過(guò)程包括：對芬頓污泥依次進(jìn)行壓濾、烘干、研磨和過(guò)篩，得到所述芬頓污泥粉；優(yōu)選地，所述一級吸附材料的制備過(guò)程包括：所述芬頓污泥粉進(jìn)行所述一次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到一次熱解產(chǎn)物，將所述一次熱解產(chǎn)物依次進(jìn)行清洗、分離和干燥，得到所述一級吸附材料。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一次熱解的升溫速率為8～12℃/min；優(yōu)選地，所述一次熱解的溫度為600～900℃；優(yōu)選地，所述一次熱解的時(shí)間為2～3h；優(yōu)選地，所述一次熱解在保護性氣體氣氛下進(jìn)行；優(yōu)選地，所述保護性氣體包括氮氣或氬氣。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述清洗所采用的清洗劑包括去離子水；優(yōu)選地，所述清洗的過(guò)程中產(chǎn)生清洗液，所述清洗的終點(diǎn)為所述清洗液的pH為6～7.5；優(yōu)選地，所述分離包括磁選分離；優(yōu)選地，所述干燥的溫度為60～80℃；優(yōu)選地，所述一級吸附材料的目數為100～150目。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述一級吸附材料與含鎂溶液混合，進(jìn)行所述一級吸附材料吸附鎂離子的過(guò)程；優(yōu)選地，所述含鎂溶液中鎂離子的濃度為100～150mg/L；優(yōu)選地，所述一級吸附材料和所述含鎂溶液的料液比為(0.5g～1.0g):(50mL～100mL)；優(yōu)選地，所述一級吸附材料和所述含鎂溶液在15～35℃的溫度下混合；優(yōu)選地，所述一級吸附材料和所述含鎂溶液在振蕩的條件下混合；優(yōu)選地，所述振蕩的時(shí)間為12～24h。
6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述一級吸附材料吸附所述鎂離子后，依次進(jìn)行分離處理和干燥處理得到中間體材料；優(yōu)選地，所述分離處理包括磁選分離；優(yōu)選地，所述干燥處理的溫度為50～80℃。
7.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述二級熱解的溫度為600～900℃；優(yōu)選地，所述二次熱解的時(shí)間為2～3h；優(yōu)選地，所述二次熱解的升溫速率為8～12℃/min；優(yōu)選地，所述二次熱解在保護性氣體氣氛下進(jìn)行；優(yōu)選地，所述保護性氣體包括氮氣或氬氣；優(yōu)選地，所述中間體材料進(jìn)行所述二次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到所述二級吸附材料；優(yōu)選地，所述二級吸附材料的目數為130～170目。
8.根據權利要求1-7任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括：S1：對芬頓污泥依次進(jìn)行壓濾、烘干、研磨和過(guò)篩，得到芬頓污泥粉，在保護性氣體氣氛中，以8～12℃/min的升溫速率將溫度升高至600～900℃，對所述芬頓污泥粉進(jìn)行2～3h的一次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到一次熱解產(chǎn)物；S2：對所述一次熱解產(chǎn)物進(jìn)行清洗，直至清洗過(guò)程中產(chǎn)生的清洗液的pH為6～7.5，分離后在60～80℃的溫度下進(jìn)行干燥，得到100～150目的一級吸附材料；S3：在15～35℃的溫度下，將所述一級吸附材料與濃度為100～150mg/L的含鎂溶液按(0.5g～1.0g):(50mL～100mL)的料液比振蕩混合12～24h，分離處理后在50～80℃下進(jìn)行干燥處理得到中間體材料；S4：在保護性氣氛中，以8～12℃/min的升溫速率將溫度升高至600～900℃，對所述中間體材料進(jìn)行2～3h的二次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到130～170目的二級吸附材料。
9.一種采用權利要求1-8任一項所述的方法制備得到的一級吸附材料的用途，其特征在于，所述一級吸附材料用于吸附鎂。
10.一種采用權利要求1-8任一項所述的方法制備得到的二級吸附材料的用途，其特征在于，所述二級吸附材料用于吸附磷。
發(fā)明內容
針對現有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法及應用，僅以芬頓污泥作為原材料即可得到兩級吸附材料，果。
為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
第一方面，本發(fā)明提供了一種基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法，所述方法包括：
芬頓污泥粉進(jìn)行一次熱解得到一級吸附材料，所述一級吸附材料吸附鎂離子后，進(jìn)行二次熱解得到二級吸附材料。
本發(fā)明中芬頓污泥粉經(jīng)一次熱解后得到一級吸附材料，即富鐵吸附劑，其對水體中的鎂離子具有優(yōu)異的吸附效果，從而可用于對含鎂廢水進(jìn)行處理；而對吸附有鎂的一級吸附材料進(jìn)行二次熱解，得到對磷具有優(yōu)異吸附效果的二級吸附材料，即富鎂吸附劑，這是由于含鎂活性官能團的引入，能夠顯著(zhù)提高對磷的吸附能力，從而可進(jìn)一步用于對含磷廢水進(jìn)行處理；由此，本發(fā)明實(shí)現以芬頓污泥為原料，通過(guò)兩步熱解并結合鎂吸附即可制備兩級吸附劑，實(shí)現兩級吸附的技術(shù)效果。
本發(fā)明提供的基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法，僅以芬頓污泥作為原材料即可得到兩級吸附材料，其中，一級吸附材料對金屬鎂具有良好的吸附活性，二級吸附材料對磷具有良好的吸附活性，達到了以芬頓污泥制備吸附材料的兩級吸附效果，提升了芬頓污泥的資源化利用程度，解決了現有技術(shù)中由芬頓污泥制備得到的吸附劑僅能夠有效吸附重金屬離子，無(wú)法兼顧水體中其他污染物，且無(wú)法實(shí)現吸附劑的多級利用的問(wèn)題，從而本發(fā)明實(shí)現了對芬頓污泥、含鎂廢水和含磷廢水的高效綜合處理的技術(shù)效果。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述芬頓污泥粉的制備過(guò)程包括：對芬頓污泥依次進(jìn)行壓濾、烘干、研磨和過(guò)篩，得到所述芬頓污泥粉。
優(yōu)選地，所述一級吸附材料的制備過(guò)程包括：所述芬頓污泥粉進(jìn)行所述一次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到一次熱解產(chǎn)物，將所述一次熱解產(chǎn)物依次進(jìn)行清洗、分離和干燥，得到所述一級吸附材料。
本發(fā)明以芬頓工藝產(chǎn)生的芬頓污泥為原料，通過(guò)壓濾脫水、烘干、研磨、過(guò)篩合熱解即可獲得一級吸附材料(富鐵吸附劑)，成本低廉且性能優(yōu)異，簡(jiǎn)化了制備過(guò)程，易于推廣。
本發(fā)明中將芬頓污泥粉放置于管式爐中進(jìn)行一次熱解；此外，本發(fā)明在獲得一級吸附材料的同時(shí)，又將含量較少的其他重金屬進(jìn)行了富集，節省了穩定化處理和填埋的處置成本。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述一次熱解的升溫速率為8～12℃/min，例如可以是8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min、10.5℃/min、11℃/min、11.5℃/min或12℃/min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用；優(yōu)選為10℃/min。
優(yōu)選地，所述一次熱解的溫度為600～900℃，例如可以是600℃、620℃、650℃、680℃、700℃、730℃、750℃、780℃、800℃、820℃、850℃、870℃或900℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發(fā)明限定了一次熱解的溫度為600～900℃，當溫度低于600℃時(shí)，會(huì )導致芬頓污泥的磁化效果弱，可能還會(huì )殘留部分有機物，這是由于溫度較低，芬頓污泥中FeOOH和Fe(OH)3脫氫效果差，無(wú)法大量轉化成Fe3O4，進(jìn)而影響磁選分離效果；當溫度高于900℃時(shí)，會(huì )導致芬頓污泥的磁性減弱，這是由于在高溫的條件下，已形成的Fe3O4進(jìn)一步脫氧轉化成無(wú)磁性的Fe2O3或FeO，從而降低芬頓污泥的磁性，不利于磁選分離。
優(yōu)選地，所述一次熱解的時(shí)間為2～3h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優(yōu)選地，所述一次熱解在保護性氣體氣氛下進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述保護性氣體包括氮氣或氬氣。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述清洗所采用的清洗劑包括去離子水。
優(yōu)選地，所述清洗的過(guò)程中產(chǎn)生清洗液，所述清洗的終點(diǎn)為所述清洗液的pH為6～7.5，例如可以是6、6.2、6.4、6.6、6.8、7、7.2、7.4或7.5，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發(fā)明中對一次熱解產(chǎn)物進(jìn)行清洗，直至清洗液的pH為6～7.5，得到的一級吸附材料表面和內部也均接近中性，從而避免pH對一級吸附材料吸附鎂離子過(guò)程的影響；其中，若pH過(guò)高，堿性環(huán)境會(huì )導致鎂離子沉淀，而非以吸附態(tài)吸附于一級吸附材料的表面；若pH過(guò)低，酸性環(huán)境會(huì )導致鎂離子無(wú)法有效被一級吸附材料吸附。
優(yōu)選地，所述分離包括磁選分離。本發(fā)明制備得到的一級吸附材料為富鐵吸附劑，其具有較高磁性，即一次熱解產(chǎn)物也具有較高磁性，采用磁選分離即可將其高效快速分離出來(lái)。
優(yōu)選地，所述干燥的溫度為60～80℃，例如可以是60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃或80℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。本發(fā)明中干燥在烘箱中進(jìn)行即可。
優(yōu)選地，所述一級吸附材料的目數為100～150目，例如可以是100目、105目、110目、115目、120目、125目、130目、135目、140目、145目或150目，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述一級吸附材料與含鎂溶液混合，進(jìn)行所述一級吸附材料吸附鎂離子的過(guò)程。
本發(fā)明中在將一級吸附材料與含鎂溶液混合前，先采用質(zhì)量分數為10wt％的稀鹽酸和/或質(zhì)量分數為5wt％的氫氧化鈉溶液將含鎂溶液的pH調至6～7，進(jìn)一步避免含鎂溶液的pH過(guò)高或過(guò)低，對一級吸附材料吸附鎂離子過(guò)程的影響。此外，本發(fā)明中的含鎂溶液包括含鎂廢水。
優(yōu)選地，所述含鎂溶液中鎂離子的濃度為100～150mg/L，例如可以是100mg/L、105mg/L、110mg/L、115mg/L、120mg/L、125mg/L、130mg/L、135mg/L、140mg/L、145mg/L或150mg/L，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優(yōu)選地，所述一級吸附材料和所述含鎂溶液的料液比為(0.5g～1.0g):(50mL～100mL)，例如可以是0.5g:50mL、0.5g:60mL、0.5g:70mL、0.5g:80mL、0.5g:90mL、0.5g:100mL、0.8g:50mL、0.8g:60mL、0.8g:70mL、0.8g:80mL、0.8g:90mL、0.8g:100mL、1g:50mL、1g:60mL、1g:70mL、1g:80mL、1g:90mL或1g:100mL，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發(fā)明限定了含鎂溶液的濃度為100～150mg/L，一級吸附材料和含鎂溶液的料液比為(0.5g～1.0g):(50mL～100mL)，這是由于在上述條件下，一級吸附材料能夠達到鎂吸附飽和，從而有利于提升二級吸附材料的對磷的吸附性能。若一級吸附材料和含鎂溶液的料液比過(guò)高，二級吸附材料中含鎂活性官能團量過(guò)少，導致其對磷的吸附性能降低；若一級吸附材料和含鎂溶液的料液比過(guò)低，由于一級吸附材料對鎂的吸附量達到飽和后，即使增加鎂離子含量，其吸附量也不會(huì )增大，因此，二級吸附材料的性能并不會(huì )得到明顯提升。
優(yōu)選地，所述一級吸附材料和所述含鎂溶液在15～35℃的溫度下混合，例如可以是15℃、18℃、20℃、23℃、25℃、28℃、30℃、32℃或35℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優(yōu)選地，所述一級吸附材料和所述含鎂溶液在振蕩的條件下混合。
優(yōu)選地，所述振蕩的時(shí)間為12～24h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述一級吸附材料吸附所述鎂離子后，依次進(jìn)行分離處理和干燥處理得到中間體材料。
優(yōu)選地，所述分離處理包括磁選分離。
優(yōu)選地，所述干燥處理的溫度為50～80℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二級熱解的溫度為600～900℃，例如可以是600℃、620℃、650℃、680℃、700℃、730℃、750℃、780℃、800℃、820℃、850℃、870℃或900℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發(fā)明限定了二次熱解的溫度為600～900℃，當溫度低于600℃時(shí)，會(huì )導致材料的碳化程度降低，負載鎂的穩定性差，這是由于溫度過(guò)低，二級吸附材料脫氫效果減弱，材料中的氫元素占比較高，吸附效果減弱；當溫度高于900℃時(shí)，會(huì )導致二級吸附材料的表面極性和磁性均減弱，這是由于溫度過(guò)高，氧元素占比下降，材料表面的親水性降低，不利于二級吸附材料對磷的吸附。
優(yōu)選地，所述二次熱解的時(shí)間為2～3h，例如可以是2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h或3h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優(yōu)選地，所述二次熱解的升溫速率為8～12℃/min，例如可以是8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min、10.5℃/min、11℃/min、11.5℃/min或12℃/min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用；優(yōu)選為10℃/min。
優(yōu)選地，所述二次熱解在保護性氣體氣氛下進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述保護性氣體包括氮氣或氬氣。
優(yōu)選地，所述中間體材料進(jìn)行所述二次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到所述二級吸附材料。
優(yōu)選地，所述二級吸附材料的目數為130～170目，例如可以是130目、135目、140目、145目、150目、155目、160目、165目或170目，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述方法包括：
S1：對芬頓污泥依次進(jìn)行壓濾、烘干、研磨和過(guò)篩，得到芬頓污泥粉，在保護性氣體氣氛中，以8～12℃/min的升溫速率將溫度升高至600～900℃，對所述芬頓污泥粉進(jìn)行2～3h的一次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到一次熱解產(chǎn)物；
S2：對所述一次熱解產(chǎn)物進(jìn)行清洗，直至清洗過(guò)程中產(chǎn)生的清洗液的pH為6～7.5，分離后在60～80℃的溫度下進(jìn)行干燥，得到100～150目的一級吸附材料；
S3：在15～35℃的溫度下，將所述一級吸附材料與濃度為100～150mg/L的含鎂溶液按(0.5g～1.0g):(50mL～100mL)的料液比振蕩混合12～24h，分離處理后在50～80℃下進(jìn)行干燥處理得到中間體材料；
S4：在保護性氣氛中，以8～12℃/min的升溫速率將溫度升高至600～900℃，對所述中間體材料進(jìn)行2～3h的二次熱解后，依次進(jìn)行研磨和過(guò)篩，得到130～170目的二級吸附材料。
本發(fā)明在對芬頓污泥資源化利用制備兩級吸附材料過(guò)程中不使用強酸、強堿、有毒、易揮發(fā)溶劑等物質(zhì)，也不產(chǎn)生對環(huán)境有害的排泄物，能達到綠色環(huán)保、原子利用率高的要求。此外，本發(fā)明提供的基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法，使用的設備、試劑常規易得，無(wú)需昂貴的設備投入，成本低廉，處理效果明顯，易于推廣。
第二方面，本發(fā)明提供了一種第一方面所述的方法制備得到的一級吸附材料，所述一級吸附材料用于吸附鎂。
第三方面，本發(fā)明提供了一種采第一方面所述的方法制備得到的二級吸附材料，所述二級吸附材料用于吸附磷。
與現有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明提供的基于芬頓污泥制備兩級吸附材料的方法，僅以芬頓污泥作為原材料即可得到兩級吸附材料，其中，一級吸附材料對金屬鎂具有良好的吸附活性，二級吸附材料對磷具有良好的吸附活性，達到了以芬頓污泥制備吸附材料的兩級吸附效果，提升了芬頓污泥的資源化利用程度，解決了現有技術(shù)中由芬頓污泥制備得到的吸附劑僅能夠有效吸附重金屬離子，無(wú)法兼顧水體中其他污染物，且無(wú)法實(shí)現吸附劑的多級利用的問(wèn)題，從而本發(fā)明實(shí)現了對芬頓污泥、含鎂廢水和含磷廢水的高效綜合處理的技術(shù)效果。
（發(fā)明人：鄧斌;仇雅麗;劉勇奇;李成剛;鞏勤學(xué);李長(cháng)東）
