申請日2013.09.29
公開(公告)日2015.06.17
IPC分類號B01J20/20; B01J20/30; B01J20/28
摘要
本發(fā)明提供一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，以污泥為原料，并加入活化劑對其進行炭化活化處理;以納米級的Fe3O4為磁源，對污泥活性炭加以磁化;再用羧甲基纖維素鈉和鋁鹽復(fù)合成有機-無機粘結(jié)劑和發(fā)泡劑對甲苯磺酰肼將粉末狀磁性活性炭均勻粘結(jié)成具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的成型磁性活性炭前驅(qū)體，最后將成型磁性活性炭前驅(qū)體進行一定的熱處理，即可得到污泥基成型磁性活性炭。本發(fā)明方法以污泥為主要原料實現(xiàn)了污泥的資源化利用，且回收方便，可重復(fù)利用，且該污泥基成型磁性活性炭具有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)而擁有良好的磁穩(wěn)定性，可廣泛用于污水處理和土壤污染治理等領(lǐng)域。
權(quán)利要求書
1.一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于：其具體包括如下操作步驟：
(1)污泥炭化活化處理：將污泥風(fēng)干、破碎碾磨，過100～200目篩得干污泥;稱取100重量份干污泥并與濃度為1～3mol/L的活化劑按照1～3:1液固比混合均勻，之后置于65～95℃的水浴條件下加熱1～3h，且在加熱過程中進行攪拌，接著置于85～105℃的烘箱內(nèi)烘16～24h，然后將烘干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐中熱解活化0.5～2.5h，冷卻后取出，用濃度為2～5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3～5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至上清液的pH為6～7，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75～95℃條件下干燥直至恒重，最后過100～200目篩得粉末狀的污泥活性炭;其中管式電阻爐以氮氣作為保護氣、初始溫度為550～750℃，且其升溫速率為20～40℃/min;
(2)污泥活性炭磁化處理：分別稱取15～35重量份的FeSO4·7H2O和35～65重量份FeCl3·6H2O，且Fe3+與Fe2+的摩爾比為1～2:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶解，再加入10～25重量份表面活性劑，之后置于80～95℃的恒溫水浴中機械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液;往該鐵離子混合溶液中加入100重量份步驟(1)所得污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的NH3·H2O作為共沉淀劑至溶液pH為9～11，攪拌使其混合均勻;之后將三口瓶置于65～85℃水浴中恒溫熟化30～50min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭;用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2～5次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105℃的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭;
(3)制備成型磁性活性炭前驅(qū)體：稱取25～35重量份羧甲基纖維素鈉，并加入3～8重量份質(zhì)量濃度25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2～3，之后室溫下攪拌30～60min以制得所需溶膠;取100重量份步驟(2)所得磁性活性炭、5～20重量份對甲苯磺酰肼混合均 勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌1～3h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5～15%，再用模具壓制成型，并于55～105℃下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體;
(4)制備污泥基成型磁性活性炭：將步驟(3)所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于450～650℃下炭化處理30～90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
2.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于：所述步聚(1)中的污泥為城市污水處理廠脫水房所產(chǎn)生的污泥。
3.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于：所述步聚(1)中的活化劑選用KOH或ZnCl2中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的表面活性劑為月桂酸、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、或十二烷基氨基丙酸中的任一種。
5.如權(quán)利要求1所述的污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其特征在于：所述步聚(3)中的羧甲基纖維素鈉為粉末狀。
說明書
污泥基成型磁性活性炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域的一種制備方法，尤其涉及一種污泥基成型磁性活 性炭的制備方法。
【背景技術(shù)】
活性炭是一種具有較大比表面積、發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、強吸附能力的一種 多孔性材料，其對氣體、溶液中的重金屬、有機物、無機物以及膠體顆粒具 有很強的吸附能力，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此在環(huán)境治理、國防工業(yè)、化學(xué) 工業(yè)、食品工業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。
商品活性炭多是以煤、木材和果殼等為主要原料，但是由于資源有限、 技術(shù)限制，造成活性炭的生產(chǎn)及應(yīng)用成本較高，如中國專利02160182.8，其 制造成本太高。隨著工業(yè)化水平的提高，活性炭的需求量逐漸增大，人們的 生產(chǎn)活性炭的同時也在尋求高性能低成本的活性炭制備技術(shù)。污水處理廠脫 水污泥的含碳有機物含量約60%～70%，是制造活性炭所需的原料成分，將 污泥作為原料制備污泥活性炭，不僅節(jié)約了煤、木材等珍貴資源，還解決了 污泥處理處置這一環(huán)境問題，實現(xiàn)了污泥的資源化，變廢為寶，達到以廢治 廢的目的。
由污泥制備的活性炭主要為粉末炭，粉末炭具有價格低廉、吸附速度快 等優(yōu)點，但其在實際應(yīng)用中存在回收困難、使用壽命短、有粉塵污染的缺點， 這些使得粉末炭在環(huán)境治理領(lǐng)域及其他方面的應(yīng)用受到極大的限制。而磁性 活性炭作為一種新型功能材料，是以活性炭為基體，負載某種磁性材料而得 到的。其具有良好的吸附性能，又能通過磁選回收，解決了采用傳統(tǒng)的過濾 分離法容易引起濾網(wǎng)堵塞或活性炭的流失等問題，但是現(xiàn)有磁性活性炭的制 備方法也存在著缺陷，例如：申請?zhí)朇NZL201010525821.9的中國專利“一 種煤基磁性活性炭的制備方法及其煤基磁性活性炭”揭露了一種煤基磁性活 性炭的制備方法，其是以煤為基料，以氫氧化鐵為磁性添加劑來制備磁性活 性炭，該方法的最終產(chǎn)物是Fe3C，需要高溫環(huán)境，反應(yīng)條件較為嚴格，且Fe3C 的磁性能穩(wěn)定性較差，應(yīng)用受到限制;中國專利申請?zhí)枮镃N201110279333.9、 名稱為“一種處理船舶艙底含油污水及制備其除污用磁性活性炭的方法”，及 申請?zhí)枮镃N201010623955.4、名稱為：“一種復(fù)合磁性吸附材料及其制備方 法和應(yīng)用”，此兩專利中所揭露的磁性活性炭制備方法不僅反應(yīng)條件要求苛 刻，而且直接以Fe3O4為磁源，由于磁粒子粒徑較大，通過簡單的研磨、混 合難以深入活性炭的孔道，從而導(dǎo)致磁分子分布不均勻，且磁源容易脫落， 進而影響磁性炭的磁性能穩(wěn)定。
成型活性炭的種類頗多，常見的成型炭主要有蜂窩狀、氈狀、纖維狀、 柱狀、球狀等。成型炭與粉末炭相比，具有以下優(yōu)點：強度高、尺寸均勻、 形狀固定、表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)大，有利于運輸儲存，且無粉塵污染，可以 滿足相關(guān)行業(yè)的多種用途，擴大了污泥活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域。用于活性炭成型 的粘結(jié)劑主要有無機粘結(jié)劑和有機粘結(jié)劑兩大類。常見的無機粘結(jié)劑主要有 陶瓷、皂土、水玻璃、蠟等，此類粘結(jié)劑表面一般具有極性，而且其制得成 型活性炭機械強度較高，對某些氣體比原碳具有更強的吸附能力，且耐高溫、 成本低廉、不會對環(huán)境造成二次污染，但是無機粘結(jié)劑對比表面積的影響較 大，易堵塞活性炭的孔隙，影響吸附效果，因此不適于制備需要高比表面積 的成型碳。常見的有機粘結(jié)劑主要有腐植酸及其鈉鹽、黏結(jié)性木質(zhì)素、煤焦 油、聚乙烯醇及其衍生物、酚醛樹脂等，此類粘結(jié)劑制得的成型活性炭具有 較高的比表面積，但是其機械強度不是很好，而且有機粘結(jié)劑可以通過后續(xù) 的熱處理，得以部分的分解，以提高吸附性能，但是大多數(shù)有機粘結(jié)劑成本 較高，毒性較大容易對環(huán)境造成二次污染。因此，應(yīng)根據(jù)實際需求對粘結(jié)劑 進行合理的選擇，使其既能滿足使用要求又不會對環(huán)境造成二次污染。
綜上可知，目前關(guān)于成型活性炭與磁性活性炭各自的相關(guān)文獻及報道較 為常見，但將磁化與成型技術(shù)相結(jié)合來進行制備成型磁性活性炭的制備技術(shù) 少有報道，尤其是制備成本較低強度較高、磁性能良好的成型磁性活性炭的 技術(shù)更是稀缺。
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種污泥基成型磁性活性炭的制備 方法，所得污泥基成型磁性活性炭具有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)、良好的磁性能和耐水性、 及豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，且便于回收再利用。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種污泥基成型磁性 活性炭的制備方法，其具體包括如下操作步驟：
(1)污泥炭化活化處理：將污泥風(fēng)干、破碎碾磨，過100～200目篩得干 污泥;稱取100重量份干污泥并與濃度為1～3mol/L的活化劑按照1～3:1液固 比混合均勻，之后置于65～95℃的水浴條件下加熱1～3h，且在加熱過程中進 行攪拌，接著置于85～105℃的烘箱內(nèi)烘16～24h，然后將供干結(jié)束后所得的 污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐中熱解活化0.5～2.5h，冷卻后取 出，用濃度為2～5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3～5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗 滌至pH為6～7，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75～95℃條件下干燥直至恒重， 最后過100～200目篩得粉末狀的污泥活性炭;其中管式電阻爐以氮氣作為保 護氣、初始溫度為550～750℃，且其升溫速率為20～40℃/min;
(2)污泥活性炭磁化處理：分別稱取15～35重量份的FeSO4·7H2O和 35～65重量份FeCl3·6H2O，且Fe3+與Fe2+的摩爾比為1～2:1，置于三口瓶內(nèi) 并加入蒸餾水溶解，再加入10～25重量份表面活性劑，之后置于80～95℃的 恒溫水浴中機械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液;往該鐵離子混合溶液 中加入100重量份步驟(1)所得污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加 入質(zhì)量濃度為25%的NH3·H2O作為共沉淀劑至溶液pH為9～11，快速攪拌 使其混合均勻;之后將三口瓶置于65～85℃水浴中恒溫熟化30～50min，且熟 化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級的Fe3O4并附著在污泥活 性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭;用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中 分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2～5次， 再用蒸餾水洗至中性，之后置于105℃的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活 性炭;
(3)制備成型磁性活性炭前驅(qū)體：稱取25～35重量份羧甲基纖維素鈉， 并加入3～8重量份25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯 化鋁的質(zhì)量比為5:2～3，之后室溫下攪拌30～60min以制得所需溶膠;取100 重量份步驟(2)所得磁性活性炭、5～20重量份對甲苯磺酰肼混合均勻并碾 磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌1～3h，得粘稠狀的混合 膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5～15%，再用模具壓制成 型，并于55～105℃下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體;
(4)制備污泥基成型磁性活性炭：將步驟(3)所得成型磁性活性炭前 驅(qū)體置于450～650℃下炭化處理30～90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
進一步地，所述步聚(1)中的污泥為城市污水處理廠脫水房所產(chǎn)生的污 泥。
進一步地，所述步聚(1)中的活化劑選用KOH或ZnCl2中的一種。
進一步地，所述步驟(2)中的表面活性劑為月桂酸、十二烷基磺酸鈉、 十二烷基硫酸鈉、或十二烷基氨基丙酸中的任一種。
進一步地，所述步聚(3)中的羧甲基纖維素鈉為粉末狀。
本發(fā)明污泥基成型磁性活性炭的制備方法的有益效果在于：該制備方法 采用來源廣泛，廉價易得的原料制備污泥基成型磁性活性炭，實現(xiàn)了污泥的 資源化利用，且回收方便，可重復(fù)利用;而且制得的污泥基成型磁性活性炭 尺寸均勻、形狀固定，不僅具有較為抗壓強度高、耐磨性好的特點，此外， 其比飽和磁化強度高且穩(wěn)，可防止活性炭碎末的掉落及滿足磁選的要求，因 此，本發(fā)明制備所得的污泥基成型活性炭在污水處理和土壤重金屬污染治理 等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
本發(fā)明一種污泥基成型磁性活性炭的制備方法，其具體包括如下操作步 驟：
(1)污泥炭化活化處理：將污泥風(fēng)干、破碎碾磨，過100～200目篩得干 污泥;稱取100重量份干污泥并與濃度為1～3mol/L的活化劑按照1～3:1液固 比混合均勻，之后置于65～95℃的水浴條件下加熱1～3h，且在加熱過程中進 行攪拌，接著置于85～105℃的烘箱內(nèi)烘16～24h，然后將供干結(jié)束后所得的 污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐中熱解活化0.5～2.5h，冷卻后取 出，用濃度為2～5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3～5次，接著用蒸餾水重復(fù)洗 滌至pH為6，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75～95℃條件下干燥直至恒重，最 后過100～200目篩得粉末狀的污泥活性炭;其中管式電阻爐以氮氣作為保護 氣、初始溫度為550～750℃，且其升溫速率為20～40℃/min;
(2)污泥活性炭磁化處理：分別稱取15～35重量份的FeSO4·7H2O和 35～65重量份FeCl3·6H2O，且Fe3+與Fe2+的摩爾比為1～2:1，置于三口瓶內(nèi) 并加入蒸餾水溶解，再加入10～25重量份表面活性劑，之后置于80～95℃的 恒溫水浴中機械攪拌30min以配置成鐵離子混合溶液;往該鐵離子混合溶液 中加入100重量份步驟(1)所得污泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加 入質(zhì)量濃度為25%的NH3·H2O作為共沉淀劑至溶液pH為9～11，攪拌使其 混合均勻;之后將三口瓶置于65～85℃水浴中恒溫熟化30～50min，且熟化過 程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級的Fe3O4并附著在污泥活性炭 上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭;用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合液中分離 出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2～5次，再用 蒸餾水洗至中性，之后置于105℃的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活性炭;
(3)制備成型磁性活性炭前驅(qū)體：稱取25～35重量份羧甲基纖維素鈉， 并加入3～8重量份質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖 維素鈉和氯化鋁的質(zhì)量比為5:2～3，之后室溫下攪拌30～60min以制得所需溶 膠;取100重量份步驟(2)所得磁性活性炭、5～20重量份對甲苯磺酰肼混 合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶膠中并攪拌1～3h，得粘 稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為5～15%，再用 模具壓制成型，并于55～105℃下干燥至恒重，即得成型磁性活性炭前驅(qū)體;
(4)制備污泥基成型磁性活性炭：將步驟(3)所得成型磁性活性炭前 驅(qū)體置于450～650℃下炭化處理30～90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
其中，步聚(1)中的污泥為城市污水處理廠脫水房所產(chǎn)生的污泥;步聚 (1)中的活化劑選用KOH或ZnCl2中的一種;步驟(2)中的表面活性劑為 月桂酸、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、或十二烷基氨基丙酸中的任一 種;步聚(3)中的羧甲基纖維素鈉為粉末狀。
需要說明的是，本發(fā)明在磁性活性炭制備過程即污泥活性炭磁化處理步 驟(2)中，生成的納米級Fe3O4附著于活性炭孔道且表面結(jié)晶成核，解決了 炭/磁復(fù)合材料吸附性能下降、及磁源易脫落的問題，即磁性能穩(wěn)定，利于回 收再利用。在成型磁性活性炭前驅(qū)體的制備階段，采用有機-無機相結(jié)合的復(fù) 合粘結(jié)劑，其中羧甲基纖維素鈉作為有機粘結(jié)劑，具有無毒無臭、可生物降 解、成本低等特點，在熱處理過程中部分分解，提供了一定的孔隙結(jié)構(gòu)，而 加入氯化鋁，Al3+可與羧甲基纖維素鈉的-COO-發(fā)生配位鍵交聯(lián)，提高耐水性， 而且其在堿性條件下，生成納米級的Al(OH)3，經(jīng)高溫煅燒產(chǎn)生的Al2O3不溶于水，具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)，二者協(xié)同作用使得產(chǎn)品吸附性能好，抗壓 強度高，耐水性、耐磨性好，可防止活性炭碎末的掉落，具有一定的濕強度; 且選用對甲苯磺酰肼可以起到發(fā)泡孔化作用，促進成型磁性活性炭具有豐富 的孔隙結(jié)構(gòu)。
為了進一步闡述本發(fā)明即污泥基成型磁性活性炭的制備方法的具體操作 過程，申請人例舉了如下幾個實施例。
實施例一
污泥炭化活化處理：將污泥風(fēng)干、破碎，過100目篩得干污泥;稱取20g 的干污泥與濃度為1mol/L的ZnCl2溶液按照1:1液固比混合均勻，之后置于 65℃的水浴條件下加熱1h，且在加熱過程中進行攪拌，接著置于85℃的烘箱 內(nèi)烘24h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電 阻爐(以氮氣作為保護氣、初始溫度為550℃，且其升溫速率為20℃/min) 中熱解活化2.5h，冷卻后取出，用濃度為2mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物3次， 接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至pH為6，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于75℃條件下 干燥直至恒重，最后過100目篩得粉末狀的污泥活性炭11.44g;
污泥活性炭磁化處理：分別稱取2.99g的FeSO4·7H2O和2.90g的 FeCl3·6H2O，即Fe3+與Fe2+的摩爾比為1:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶 解，再加入1g月桂酸，之后置于80℃的恒溫水浴中機械攪拌30min以配置 成鐵離子混合溶液;往該鐵離子混合溶液中加入10g所得的污泥活性炭，室 溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的氨水至溶液pH為9，快速攪 拌使其混合均勻;攪拌片刻之后將三口瓶置于65℃水浴中恒溫熟化50min， 且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級的Fe3O4并附著在污 泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭;用磁鐵將生成的磁性活性炭從混合 液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗滌2次， 再用蒸餾水洗至中性，之后置于105℃的干燥箱中干燥至恒重，即得磁性活 性炭，稱其質(zhì)量為11.06g;
制備污泥基成型磁性活性炭前驅(qū)體：稱取2.5g羧甲基纖維素鈉，并加入 0.3g的質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯 化鋁的質(zhì)量比為5:2，之后室溫下下攪拌30min以制得所需溶膠;取10g所得 磁性活性炭、0.5g對甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入 到制得的溶膠中并攪拌1h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混 合膠液至含水率為5%，再用模具壓制成型，并于55℃下干燥至恒重，即得 成型磁性活性炭前驅(qū)體;
制備成型磁性活性炭：將所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于450℃下炭化 處理90min，即得污泥基成型磁性活性炭。
通過觀察檢測可知，本實施例所得的污泥基成型磁性活性炭為直徑約 3mm的近球形顆粒，具有較高的抗壓強度、耐磨性好、形狀固定、尺寸均勻 的特點;其比飽和磁化強度達8.6778emu/g、抗壓強度達5.17Mpa、比表面積 為246m2/g。
實施例二
污泥炭化活化處理：將污泥風(fēng)干、破碎，過100目篩得干污泥;稱取20g 的干污泥與濃度為3mol/L的KOH溶液按照3:1液固比混合均勻，之后置于 95℃的水浴條件下加熱3h，且在加熱過程中進行攪拌，接著置于105℃的烘 箱內(nèi)烘16h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式 電阻爐(以氮氣作為保護氣、初始溫度為750℃，且其升溫速率為40℃/min) 中熱解活化0.5h，冷卻后取出，用濃度為5mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物5次， 接著用蒸餾水重復(fù)洗滌至pH為7，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物置于85℃條件下 干燥直至恒重，最后過200目篩得粉末狀的污泥活性炭10.36g;
污泥活性炭磁化處理：分別稱取3g的FeSO4·7H2O和5.8g的 FeCl3·6H2O，即Fe3+與Fe2+的摩爾比為2:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶 解，再加入2.5g十二烷基磺酸鈉，之后置于95℃的恒溫水浴中機械攪拌30min 以配置成鐵離子混合溶液;往該鐵離子混合溶液中加入10g所得的污泥活性 炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的氨水至溶液pH為11， 快速攪拌使其混合均勻;攪拌片刻之后將三口瓶置于85℃水浴中恒溫熟化 30min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級的Fe3O4并附 著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭;用磁鐵將生成的磁性活性炭 從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨水洗 滌5次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105℃的干燥箱中干燥至恒重，即 得磁性活性炭，稱其質(zhì)量為11.56g;
制備成型磁性活性炭前驅(qū)體：稱取3.5g羧甲基纖維素鈉，并加入0.8g的 質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的 質(zhì)量比為5:3，之后室溫下攪拌60min以制得所需溶膠;取10g所得磁性活性 炭、2g對甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得的溶 膠中并攪拌1h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含 水率為15%，再用模具壓制成型，并于105℃下干燥至恒重，即得成型磁性 活性炭前驅(qū)體;
制備污泥基成型磁性活性炭：將所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于650℃ 下炭化處理30min，即得污泥基成型磁性活性炭。
通過觀察檢測可知，本實施例所得的污泥基成型磁性活性炭為直徑約 3.5mm的近球形顆粒，且具有較高的抗壓強度、耐磨性好、形狀固定、尺寸 均勻的特點;其比飽和磁化強度達13.9012emu/g、抗壓強度達5.78Mpa、比 表面積為261m2/g。
實施例三
污泥炭化活化處理：將污泥風(fēng)干、破碎，過100目篩得干污泥;稱取20g 的干污泥與濃度為2mol/L的ZnCl2按照2:1液固比混合均勻，之后置于85℃ 的水浴條件下加熱2h，且在加熱過程中進行攪拌，接著置于95℃的烘箱內(nèi)烘 20h，然后將供干結(jié)束后所得的污泥轉(zhuǎn)入坩堝內(nèi)，并將坩堝置于管式電阻爐 (以氮氣作為保護氣、初始溫度為650℃，且其升溫速率為30℃/min)中熱 解活化1.5h，冷卻后取出，用濃度為3mol/L的HCl清洗熱解產(chǎn)物4次，接 著用蒸餾水重復(fù)洗滌至pH為6，再將洗滌后的熱解產(chǎn)物進行置于95℃條件 下干燥直至恒重，最后過150目篩得粉末狀的污泥活性炭10.29g;
污泥活性炭磁化處理：分別稱取2.99g的FeSO4·7H2O和4.34g的 FeCl3·6H2O，即Fe3+與Fe2+的摩爾比為1.5:1，置于三口瓶內(nèi)并加入蒸餾水溶 解，再加入1.5g十二烷基氨基丙酸，之后置于90℃的恒溫水浴中機械攪拌 30min以配置成鐵離子混合溶液;往該鐵離子混合溶液中加入10g所得的污 泥活性炭，室溫下攪拌15min，并逐滴加入質(zhì)量濃度為25%的氨水至溶液pH 為10，快速攪拌使其混合均勻;攪拌片刻之后將三口瓶置于70℃水浴中恒溫 熟化40min，且熟化過程中鐵離子于堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成納米級的Fe3O4并附著在污泥活性炭上結(jié)晶成核即生成磁性活性炭;用磁鐵將生成的磁性活 性炭從混合液中分離出來，棄掉剩余液，接著將分離出的磁性活性炭先用氨 水洗滌3次，再用蒸餾水洗至中性，之后置于105℃的干燥箱中干燥至恒重， 即得磁性活性炭，稱其質(zhì)量為12.01g;
制備成型磁性活性炭前驅(qū)體：稱取3g羧甲基纖維素鈉，并加入0.5g的 質(zhì)量濃度為25%的氨水，再加入氯化鋁溶液，且羧甲基纖維素鈉和氯化鋁的 質(zhì)量比為5:2.5，之后室溫下攪拌45min以制得所需溶膠;取10g所得磁性活 性炭、1.5g對甲苯磺酰肼混合均勻并碾磨成粉末料，將該粉狀料投入到制得 的溶膠中并攪拌2h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液 至含水率為10%，再用模具壓制成型，并于85℃下干燥至恒重，即得成型磁 性活性炭前驅(qū)體;
制備污泥基成型磁性活性炭：將所得成型磁性活性炭前驅(qū)體置于550℃ 下炭化處理60min，即得污泥基成型磁性活性炭。
通過觀察檢測可知，本實施例所得的污泥基成型磁性活性炭為直徑約 4.0mm的近球形顆粒，且具有較高的抗壓強度、耐磨性好、形狀固定、尺寸 均勻的特點;其比飽和磁化強度達11.2007emu/g、抗壓強度達4.99Mpa、比 表面積為274m2/g。
綜上所述，本發(fā)明所述污泥基成型活性炭是采用來源廣泛，廉價易得的 原料制備而成的，實現(xiàn)了污泥的資源化利用，且回收方便，可重復(fù)利用;而 且制得的污泥基成型磁性活性炭尺寸均勻、形狀固定，不僅具有較為抗壓強 度高、耐磨性好的特點，此外，其比飽和磁化強度高且穩(wěn)，可防止活性炭碎 末的掉落及滿足磁選的要求，因此，本發(fā)明制備所得的污泥基成型活性炭在 污水處理和土壤重金屬污染治理等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
