公布日：2023.03.28
申請(qǐng)日：2022.11.22
分類(lèi)號(hào)：C02F11/06(2006.01)I;C02F11/08(2006.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C02F11/10(2006.01)I;B01D53/18(2006.01)I;C02F11/13(2019.01)I;C05C3/00(2006.01)I
摘要
一種水處理污泥循環(huán)利用方法及碳基多孔材料的應(yīng)用，本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有污泥處理導(dǎo)致資源利用率低，焚燒造成二次污染的問(wèn)題。循環(huán)利用方法：一、填料塔內(nèi)裝有水處理污泥，從填料塔底部通入臭氧/空氣混合氣進(jìn)行氧化處理；二、氧化后的污泥通過(guò)壓濾機(jī)脫水，再經(jīng)過(guò)造粒和干燥，得到干燥的污泥；三、在N2保護(hù)條件下以800～1500℃的溫度進(jìn)行碳化處理；四、以水為吸收劑吸收尾氣，尾氣溶液經(jīng)過(guò)減壓蒸餾得到銨肥。本發(fā)明基于碳基多孔材料制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極。本發(fā)明充分利用污泥中的生物質(zhì)碳源與氮源，經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化處理，將初步得到的CO2與NH3轉(zhuǎn)變成為碳酸銨與碳酸氫銨溶液，濃縮制備化學(xué)肥料，污泥焚燒后產(chǎn)生多孔填料。
權(quán)利要求書(shū)
1.應(yīng)用碳基多孔材料制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于該制備方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、對(duì)碳基多孔材料進(jìn)行洗滌、干燥，得到洗滌后的碳基材料；二、將FeCl3·6H2O和無(wú)水乙酸鈉溶于乙二醇溶液中，再加入洗滌后的碳基材料，得到反應(yīng)液；三、將步驟二得到的反應(yīng)液置于帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在180～220℃的溫度下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，經(jīng)洗滌和干燥后得到Fe3O4/碳基材料；四、將醋酸鋅溶解于甲醇中，得到醋酸鋅溶液；將氫氧化鉀甲醇溶液加入到醋酸鋅溶液中，以60℃～80℃的溫度攪拌反應(yīng)2～4h，得到氧化鋅量子點(diǎn)反應(yīng)液；五、將Fe3O4/碳基材料置于氧化鋅量子點(diǎn)反應(yīng)液中，在50～60℃的溫度下反應(yīng)，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌和干燥得到Fe3O4/ZnO復(fù)合碳材料；六、在300℃～400℃的溫度下對(duì)Fe3O4/ZnO復(fù)合碳材料進(jìn)行退火處理，得到ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極；其中碳基多孔材料的制備方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：a、填料塔內(nèi)裝有水處理污泥，從填料塔底部通入臭氧/空氣混合氣進(jìn)行氧化處理，得到氧化后的污泥；b、氧化后的污泥通過(guò)壓濾機(jī)脫水，再經(jīng)過(guò)造粒和干燥，得到干燥的污泥；c、在N2保護(hù)條件下以800～1500℃的溫度對(duì)干燥的污泥進(jìn)行碳化處理，得到碳基多孔材料，并產(chǎn)生尾氣；d、以水為吸收劑吸收尾氣，尾氣溶液經(jīng)過(guò)減壓蒸餾得到銨肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟二中FeCl3和無(wú)水乙酸鈉的質(zhì)量比為(1～1.5):(3～5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟三中溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為4～6h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟四中醋酸鋅和氫氧化鉀的摩爾比為(8～12)：(16～18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟六中退火處理時(shí)間為2～3h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟a中臭氧/空氣體積比為1:100～1:400。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟b中污泥造粒粒徑為1～30mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟b中所述的干燥溫度為80～100℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法，其特征在于步驟c中碳化處理時(shí)間為1h～3h。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有污泥處理導(dǎo)致資源利用率低，焚燒造成二次污染的問(wèn)題，而提供一種水處理污泥循環(huán)利用方法及碳基多孔材料的應(yīng)用。
本發(fā)明水處理污泥循環(huán)利用方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：
一、填料塔內(nèi)裝有水處理污泥，從填料塔底部通入臭氧/空氣混合氣進(jìn)行氧化處理，得到氧化后的污泥；
二、氧化后的污泥通過(guò)壓濾機(jī)脫水，再經(jīng)過(guò)造粒和干燥，得到干燥的污泥；
三、在N2保護(hù)條件下以800～1500℃的溫度對(duì)干燥的污泥進(jìn)行碳化處理，得到碳基多孔材料，并產(chǎn)生尾氣；
四、以水為吸收劑吸收尾氣，尾氣溶液經(jīng)過(guò)減壓蒸餾得到銨肥。
本發(fā)明水處理污泥循環(huán)利用方法中碳化產(chǎn)生的尾氣采用小型填料塔作為吸收裝置，尾吸收劑采用純水，吸收劑與尾氣流量比為0.8～2.0；所制備溶液經(jīng)過(guò)減壓蒸餾得到碳酸銨/碳酸氫銨肥料，得到水分回流至填料吸收裝置。
本發(fā)明應(yīng)用碳基多孔材料制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極的方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：
一、對(duì)碳基多孔材料進(jìn)行洗滌、干燥，得到洗滌后的碳基材料；
二、將FeCl3·6H2O和無(wú)水乙酸鈉溶于乙二醇溶液中，再加入洗滌后的碳基材料，得到反應(yīng)液；
三、將步驟二得到的反應(yīng)液置于帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在180～220℃的溫度下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，經(jīng)洗滌和干燥后得到Fe3O4/碳基材料；
四、將醋酸鋅溶解于甲醇中，得到醋酸鋅溶液；將氫氧化鉀甲醇溶液加入到醋酸鋅溶液中，以60℃～80℃的溫度攪拌反應(yīng)2～4h，得到氧化鋅量子點(diǎn)反應(yīng)液；
五、將Fe3O4/碳基材料置于氧化鋅量子點(diǎn)反應(yīng)液中，在50～60℃的溫度下反應(yīng)，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌和干燥得到Fe3O4/ZnO復(fù)合碳材料；
六、在300℃～400℃的溫度下對(duì)Fe3O4/ZnO復(fù)合碳材料進(jìn)行退火處理，得到ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極。
本發(fā)明水處理產(chǎn)生污泥的循環(huán)利用方法，該方法充分利用污泥中的生物質(zhì)碳源與氮源，經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化處理，將初步得到的CO2與NH3轉(zhuǎn)變成為碳酸銨與碳酸氫銨溶液，進(jìn)一步濃縮制備化學(xué)肥料，污泥經(jīng)過(guò)焚燒后產(chǎn)生大量多孔填料。
本發(fā)明基于碳基多孔材料制備ZnO量子點(diǎn)復(fù)合粒子電極，以碳基多孔材料作為載體，碳基多孔材料的比表面大，生物炭表面還帶有-OH、-COOH和C＝O等表面官能團(tuán)，通過(guò)物理和化學(xué)(絡(luò)合)吸附有機(jī)污染物，在碳基多孔材料表面負(fù)載Fe3O4/ZnO異質(zhì)結(jié)材料，Fe3O4具有磁性，作為粒子電極時(shí)，在電流的作用下，碳基多孔材料表面的磁性Fe3O4會(huì)產(chǎn)生磁電耦合作用，加速碳基多孔材料表面的電子反應(yīng)，而Fe3O4表面的ZnO是以量子點(diǎn)的形式存在，不會(huì)影響Fe3O4材料的電磁性。結(jié)合紫外光照射，ZnO量子點(diǎn)形成更多的光電催化活性位點(diǎn)，Fe3O4/ZnO形成的異質(zhì)結(jié)以及生物炭基體會(huì)同時(shí)抑制光電生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，催化獲得更多的羥基自由基·OH，從而有效提高復(fù)合粒子電極的電催化性能。
（發(fā)明人：馬軍;張瑛潔;程喜全;王凱;隋瀟;宋丹;徐美慶;朱彥磊;劉鵬程）
