公布日：2023.03.10
申請日：2022.10.13
分類號：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(yīng)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(dá)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)明實現(xiàn)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(quán)利要求書
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(jù)權(quán)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程包括：對芬頓污泥依次進(jìn)行壓濾、烘干、研磨和過篩，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(jù)權(quán)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，所述一次熱解的時間為2～3h；優(yōu)選地，所述一次熱解在保護(hù)性氣體氣氛下進(jìn)行；優(yōu)選地，所述保護(hù)性氣體包括氮氣或氬氣。
4.根據(jù)權(quán)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，所述清洗的過程中產(chǎn)生清洗液，所述清洗的終點為所述清洗液的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(shù)為100～150目。
5.根據(jù)權(quán)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，所述振蕩的時間為12～24h。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(hù)性氣體氣氛下進(jìn)行；優(yōu)選地，所述保護(hù)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(shù)為130～170目。
8.根據(jù)權(quán)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、研磨和過篩，得到芬頓污泥粉，在保護(hù)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(hù)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)行研磨和過篩，得到130～170目的二級吸附材料。
9.一種采用權(quán)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(quán)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(nèi)容
針對現(xiàn)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(yīng)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(dá)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(tuán)的引入，能夠顯著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)明實現(xiàn)以芬頓污泥為原料，通過兩步熱解并結(jié)合鎂吸附即可制備兩級吸附劑，實現(xiàn)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(dá)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(xiàn)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，無法兼顧水體中其他污染物，且無法實現(xiàn)吸附劑的多級利用的問題，從而本發(fā)明實現(xiàn)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程包括：對芬頓污泥依次進(jìn)行壓濾、烘干、研磨和過篩，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，通過壓濾脫水、烘干、研磨、過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，簡化了制備過程，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，又將含量較少的其他重金屬進(jìn)行了富集，節(jié)省了穩(wěn)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
本發(fā)明限定了一次熱解的溫度為600～900℃，當(dāng)溫度低于600℃時，會導(dǎo)致芬頓污泥的磁化效果弱，可能還會殘留部分有機(jī)物，這是由于溫度較低，芬頓污泥中FeOOH和Fe(OH)3脫氫效果差，無法大量轉(zhuǎn)化成Fe3O4，進(jìn)而影響磁選分離效果；當(dāng)溫度高于900℃時，會導(dǎo)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(zhuǎn)化成無磁性的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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
優(yōu)選地，所述一次熱解在保護(hù)性氣體氣氛下進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述保護(hù)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，所述清洗的過程中產(chǎn)生清洗液，所述清洗的終點為所述清洗液的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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(nèi)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程的影響；其中，若pH過高，堿性環(huán)境會導(dǎo)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過低，酸性環(huán)境會導(dǎo)致鎂離子無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。
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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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?jǐn)?shù)為10wt％的稀鹽酸和/或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％的氫氧化鈉溶液將含鎂溶液的pH調(diào)至6～7，進(jìn)一步避免含鎂溶液的pH過高或過低，對一級吸附材料吸附鎂離子過程的影響。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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(dá)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高，二級吸附材料中含鎂活性官能團(tuán)量過少，導(dǎo)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低，由于一級吸附材料對鎂的吸附量達(dá)到飽和后，即使增加鎂離子含量，其吸附量也不會增大，因此，二級吸附材料的性能并不會得到明顯提升。
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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
本發(fā)明限定了二次熱解的溫度為600～900℃，當(dāng)溫度低于600℃時，會導(dǎo)致材料的碳化程度降低，負(fù)載鎂的穩(wěn)定性差，這是由于溫度過低，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(dāng)溫度高于900℃時，會導(dǎo)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用；優(yōu)選為10℃/min。
優(yōu)選地，所述二次熱解在保護(hù)性氣體氣氛下進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述保護(hù)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(shù)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(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)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、研磨和過篩，得到芬頓污泥粉，在保護(hù)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(hù)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程中不使用強(qiáng)酸、強(qiáng)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(dá)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(shè)備、試劑常規(guī)易得，無需昂貴的設(shè)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(xiàn)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(dá)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(xiàn)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，無法兼顧水體中其他污染物，且無法實現(xiàn)吸附劑的多級利用的問題，從而本發(fā)明實現(xiàn)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);李長東）
