公布日：2023.12.15

申請日：2023.09.04

分類號：B01J20/30(2006.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;B01J20/34(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本申請涉及一種生物炭-半導體復合吸附劑的制備方法及應用，該方法包括將污泥與改性劑混合后碳化，得到污泥基生物炭，將五水合硝酸鉍與硝酸混合后加入交聯(lián)劑，得到第一混合液，將偏釩酸銨與堿溶液混合后加入交聯(lián)劑，得到第二混合液，將污泥基生物炭與第一混合液超聲混合后，再與第二混合液混合，得到前驅體溶液，當前驅體溶液開始出現(xiàn)沉淀，向前驅體溶液中加入pH調節(jié)劑至前驅體溶液為中性，將為中性的前驅體溶液倒入反應釜中，通過水熱法制得生物炭-半導體復合吸附劑。本申請制備的生物炭-半導體復合吸附劑充分發(fā)揮了生物炭和半導體的性能，提升了吸附容量，簡化了廢水吸附處理工藝的流程，降低了廢水處理成本，提升吸附工藝的市場價值。

權利要求書

1.一種生物炭半導體復合吸附劑的制備方法，其特征在于，包括：將污泥與改性劑混合后碳化，得到污泥基生物炭；將五水合硝酸鉍與硝酸混合后加入交聯(lián)劑，得到第一混合液；將偏釩酸銨與堿溶液混合后加入所述交聯(lián)劑，得到第二混合液；將所述污泥基生物炭與所述第一混合液超聲混合后，再與所述第二混合液混合，得到前驅體溶液；當所述前驅體溶液開始出現(xiàn)沉淀，向所述前驅體溶液中加入pH調節(jié)劑至前驅體溶液為中性，將為中性的所述前驅體溶液倒入反應釜中，通過水熱法制得生物炭半導體復合吸附劑。

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述將污泥與改性劑混合后碳化，得到污泥基生物炭，包括：將污泥浸漬于0.5mol/L至2mol/L的改性劑中混合攪拌24h至48h后，過濾得到固體混合物；將所述固體混合物置于真空干燥箱中，調整干燥溫度為50℃至80℃，干燥時間為6h至12h；將干燥后的所述固體混合物置于馬弗爐中，以20℃/min至30℃/min的升溫速度升溫至500℃至600℃，并保溫2h至4h，得到碳化物；將所述碳化物冷卻至溫度為23℃至26℃后，用超純水清洗至中性，烘干研磨，得到所述污泥基生物炭。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述將為中性的所述前驅體溶液倒入反應釜中，通過水熱法制得生物炭半導體復合吸附劑，包括：將反應釜的溫度調整為160℃至240℃，將所述前驅體溶液在反應釜中水熱反應14h至24h；當反應釜溫度降至25℃至30℃，取出反應釜內膽中的固體顆粒物；將所述固體顆粒物經(jīng)過超純水和乙醇清洗后，于50℃至80℃的真空干燥箱中干燥6h至12h，得到生物炭半導體復合吸附劑。

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硝酸的濃度為2mol/L至6mol/L；所述堿溶液的濃度為1mol/L至4mol/L；所述堿溶液包括氫氧化鉀、氫氧化鈉中的任一種。

5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述改性劑包括氫氧化鉀、氫氧化鈉中的任一種。

6.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述污泥與所述改性劑的固液比為1:(2～8)。

7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑包括十二烷基苯磺酸鈉。

8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pH調節(jié)劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉中的至少一種。

9.根據(jù)權利要求1至8任一項的制備方法，其特征在于，所述制備方法制得的生物炭半導體復合吸附劑，半導體的質量占比為0.25％至2％。

10.一種如權利要求1至9任一項所述制備方法制備的生物炭半導體復合吸附劑在工業(yè)廢水處理的應用。

發(fā)明內容

本申請旨在提供一種生物炭半導體復合吸附劑的制備方法及應用，以改善現(xiàn)有污水的吸附處理工藝中吸附劑再生性能差、工序復雜、吸附容量不足的問題。

為解決上述技術問題，本申請實施方式采用的一個技術方案是：

第一方面，本申請實施例提供一種生物炭半導體復合吸附劑的制備方法，包括：將污泥與改性劑混合后碳化，得到污泥基生物炭；將五水合硝酸鉍與硝酸混合后加入交聯(lián)劑，得到第一混合液；將偏釩酸銨與堿溶液混合后加入所述交聯(lián)劑，得到第二混合液；將所述污泥基生物炭與所述第一混合液超聲混合后，再與所述第二混合液混合，得到前驅體溶液；當所述前驅體溶液開始出現(xiàn)沉淀，向所述前驅體溶液中加入pH調節(jié)劑至前驅體溶液為中性，將為中性的所述前驅體溶液倒入反應釜中，通過水熱法制得生物炭半導體復合吸附劑。

在一些實施例中，所述將污泥與改性劑混合后碳化，得到污泥基生物炭，包括：將污泥浸漬于0.5mol/L至2mol/L的改性劑中混合攪拌24h至48h后，過濾得到固體混合物；將所述固體混合物置于真空干燥箱中，調整干燥溫度為50℃至80℃，干燥時間為6h至12h；將干燥后的所述固體混合物置于馬弗爐中，以20℃/min至30℃/min的升溫速度升溫至500℃至600℃，并保溫2h至4h，得到碳化物；將所述碳化物冷卻至溫度為23℃至26℃后，用超純水清洗至中性，烘干研磨，得到所述污泥基生物炭。

在一些實施例中，所述將為中性的所述前驅體溶液倒入反應釜中，通過水熱法制得生物炭半導體復合吸附劑，包括：將反應釜的溫度調整為160℃至240℃，將所述前驅體溶液在反應釜中水熱反應14h至24h；當反應釜溫度降至25℃至30℃，取出反應釜內膽中的固體顆粒物；將所述固體顆粒物經(jīng)過超純水和乙醇清洗后，于50℃至80℃的真空干燥箱中干燥6h至12h，得到生物炭半導體復合吸附劑。

在一些實施例中，所述硝酸的濃度為2mol/L至6mol/L；所述堿溶液的濃度為1mol/L至4mol/L；所述堿溶液包括氫氧化鉀、氫氧化鈉中的任一種。

在一些實施例中，所述改性劑包括氫氧化鉀、氫氧化鈉中的任一種。

在一些實施例中，所述污泥與所述改性劑的固液比為1:(2～8)。

在一些實施例中，所述交聯(lián)劑包括十二烷基苯磺酸鈉。

在一些實施例中，所述pH調節(jié)劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉中的至少一種。

在一些實施例中，所述制備方法制得的生物炭半導體復合吸附劑，半導體的質量占比為0.25％至2％。

第二方面，本申請實施例提供一種如第一方面所述制備方法制備的生物炭半導體復合吸附劑在工業(yè)廢水處理的應用。

區(qū)別于相關技術的情況，本申請?zhí)峁┑囊环N生物炭半導體復合吸附劑的制備方法及應用，該方法中污泥可選用廢水處理廠的污泥原料易得，通過堿改性的方法，提升污泥基生物炭表面含氧官能團的數(shù)量和種類，第一混合液中五水合硝酸鉍表面含有交聯(lián)劑，第二混合液中偏釩酸銨表面含有交聯(lián)劑，再將污泥基吸附劑與第一混合液及第二混合液混合后，第一混合液與第二混合液可生成半導體材料，交聯(lián)劑促進污泥基生物炭與半導體材料復合，通過水熱法一步合成生物炭半導體復合吸附劑。本申請制備的生物炭半導體復合吸附劑充分發(fā)揮了生物炭和半導體的性能，半導體產生的羥基自由基和超氧自由基能夠降解吸附于生物炭上的有機污染物，使得該吸附劑在可見光照射下具備原位再生功能，簡化了現(xiàn)有污水吸附處理工藝中的流程，具體地省略了回收、再生、吸附劑回流的流程工藝，由此節(jié)約了能耗，降低了吸附工藝的運行成本，提升吸附工藝的市場價值。

（發(fā)明人：趙雙陽;楊超;歐陽清華;肖習羽;宋艷華;肖吉成;李海波）