專利名稱：利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及湖泊底泥的資源化利用，特別是涉及利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸
附劑的方法。
背景技術(shù)：
電鍍、制革、冶煉等行業(yè)每年要排放大量含重金屬的廢水。含重金屬?gòu)U水的處理 方法主要有離子交換法、氣浮法、化學(xué)沉淀法、電解法、吸附法等。其中，吸附法處理的廢水 能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生的剩余污泥量較少，且吸附的重金屬通過(guò)解吸可回收利用，因此被
認(rèn)為是一種較有效的方法。該法所采用的吸附劑一般為活性炭材料，吸附能力強(qiáng)，但價(jià)格較
蟲(chóng) 貝° 另一方面，近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，湖泊水體受到不同程度的污染，底泥是湖 泊的重要組成部分，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。 湖泊底泥是污染物的匯湖泊底泥是排入湖泊水系的各種污染物主要?dú)w宿場(chǎng)所之 一，通過(guò)大氣沉降，廢水排放、雨水淋溶與沖刷等各種方式，大量的污染物進(jìn)入湖泊水體，其 中一部分沉積到底泥中并逐漸富集，使底泥受到污染；同時(shí)底泥又是污染物的源底泥中 的污染物通過(guò)與上覆水體間的物理、化學(xué)和生物交換作用，累積于底泥中的各類無(wú)機(jī)和有 機(jī)污染物在一定條件下可重新釋放出來(lái)，污染上覆水體。 為了控制湖泊的內(nèi)源污染，我國(guó)許多地方都有計(jì)劃地對(duì)湖泊進(jìn)行清淤疏挖。疏挖 出來(lái)的大量湖泊底泥堆放在岸邊或固定的堆放場(chǎng)，不僅占用土地，而且存在二次污染隱患。 如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的湖泊底泥經(jīng)過(guò)科學(xué)處理，使其穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化、資源 化，已成為一個(gè)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。 在公開(kāi)號(hào)為CN100418621C的專利中公開(kāi)了一種濕污泥炭化吸附劑的制備方法。 該方法以城市污水處理廠剩余污泥為原料，將其脫水至含水率70 90 % ，加入濃度為20 60%的氯化鋅溶液，活化4 24小時(shí)，活化后進(jìn)行干化處理，使污泥含水率降為10 15% ， 將干化后的污泥置于高溫炭化爐中，以5 4(TC每分鐘的升溫速率升溫至450 700°C，同 時(shí)通入水蒸汽做保護(hù)氣，炭化30 60分鐘。采用鹽酸溶液和蒸餾水洗滌，烘干，即得炭化 吸附劑。該發(fā)明在污泥未干化(含水率70 90%)的情況下活化，降低了成本，實(shí)現(xiàn)了污 泥的資源化利用。存在的不足是對(duì)制備的吸附劑的應(yīng)用領(lǐng)域沒(méi)有闡明，使用氯化鋅做活化 劑的重金屬殘留對(duì)成品的影響還有待研究。 在公開(kāi)號(hào)為CN101559354A的專利中公開(kāi)了一種污泥吸附劑的制備方法。該方法 的工藝步驟如下首先在400 60(TC下，在保護(hù)氣氛中對(duì)干污泥進(jìn)行第一次熱解，然后在 第一次污泥熱解產(chǎn)品中加入固體碳酸氫鈉混合均勻，再在400 80(TC的氮?dú)鈿夥障聦?duì)固 體混合物進(jìn)行第二次熱解，對(duì)第二次熱解的混合物分別用水、稀酸洗滌并干燥，得到污泥吸 附劑產(chǎn)品。該發(fā)明采用了價(jià)格低廉的碳酸氫鈉作為化學(xué)活化劑，得到的吸附劑對(duì)水中重金 屬及五價(jià)砷去除具有良好的效果。存在的不足主要是進(jìn)行兩次熱解，增加了能耗。
湖泊底泥含有大量的含碳有機(jī)物，為炭化制備吸附劑提供了一定的先決條件，目
3前國(guó)內(nèi)外關(guān)于湖泊底泥制備吸附劑的報(bào)道很少。已有研究證明，經(jīng)過(guò)熱解炭化處理的城市 污泥可以轉(zhuǎn)化為較好的吸附材料，對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸附性能。湖泊底泥中的含碳有機(jī)物 含量有時(shí)比污泥中的還要高，如果能有效利用，使其成為一種吸附劑來(lái)源，不僅可以實(shí)現(xiàn)底 泥的資源化，又可為重金屬?gòu)U水的治理提供一種較為廉價(jià)的吸附劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用炭化技術(shù)以湖泊底泥為原料制取能處理重金屬?gòu)U 水的吸附劑。 本發(fā)明的機(jī)理湖泊底泥含有大量的含碳有機(jī)物，在無(wú)氧或缺氧條件下，加熱干燥
的湖泊底泥至一定溫度，底泥中的有機(jī)物發(fā)生熱分解，固體產(chǎn)物即為含碳吸附劑。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將湖泊底泥用蒸餾水洗滌后烘干，加入磷酸溶液(作為活
化劑)后進(jìn)行水浴加熱，再烘干，然后放入高溫爐的石英管中，并通入C02進(jìn)行熱解炭化，從
而得到吸附劑。
本發(fā)明的方法按以下步驟完成
(1)取樣 湖泊底泥經(jīng)沉淀，傾去上清液，用蒸餾水洗滌3遍，在室溫下預(yù)脫水8 10h，然后 放入干燥箱中，于105t:下干燥12h。將干燥的底泥研磨，過(guò)60目篩，取篩下級(jí)分使用。
(2)化學(xué)活化 取過(guò)60目篩的湖泊底泥，按固液質(zhì)量比1 : 3 1 : 5加入到5mol/L磷酸溶液 中，然后放入6(TC恒溫水浴中，加熱12h后，倒去上層液體，放入烘箱內(nèi)在105t:下烘干24h。
(3)物理活化，炭化取出后放入高溫炭化爐的石英管反應(yīng)器中，在流量為80mL/min的C02 (物理活化 氣氛)氣氛下，于500°C 70(TC的溫度下熱解炭化40 70min。
(4)洗滌，干燥，篩分 將熱解炭化產(chǎn)物先用3mol/L的HC1溶液清洗多次，除去炭化產(chǎn)物中的雜質(zhì)，再用 7(TC以上的去離子水漂洗至水的pH〉 6，再在105t:烘干24h，冷卻后研磨、過(guò)60目篩即得 吸附劑，碘吸附值> 350mg/g。
(5)重金屬吸附實(shí)驗(yàn) 采用靜態(tài)法在室溫下進(jìn)行。準(zhǔn)確量取100mL配好的濃度為40mg/L的鎘(Cd2+)水 樣放入250mL燒杯中，加入1. 5g底泥炭化吸附劑，放在恒溫振蕩器上以120r/min的轉(zhuǎn)速振 蕩60min后，取水樣離心分離，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定上清液的CcT濃度，計(jì)算去除率。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)有 (1)采用較為廉價(jià)的磷酸作化學(xué)活化劑，降低了成本； (2)將物理活化法與化學(xué)活化法相結(jié)合，活化效果較好，提高了吸附劑的性能，吸 附效果較好，碘吸附值> 350mg/g ; (3)充分利用湖泊底泥中的有機(jī)物，為湖泊底泥的穩(wěn)定化和資源化處置提供了途徑。


圖1為湖泊底泥炭化制備吸附劑工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面以實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。
湖泊底泥取自云南某高原湖泊，空干基條件下，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22. 4 27. 8 % ，氫 為1.9 2. 6%，氧為13. 6 17. 0%，全硫?yàn)?. 41 0. 67%。
(1)取樣 湖泊底泥經(jīng)沉淀，傾去上清液，用蒸餾水洗滌3遍，在室溫下預(yù)脫水8 10h，然后 放入干燥箱中，于105t:下干燥12h。將干燥的底泥研磨，過(guò)60目篩，取篩下級(jí)分使用。
(2)化學(xué)活化 取過(guò)60目篩的湖泊底泥，按固液質(zhì)量比1 : 3 1 : 5加入到5mol/L磷酸溶液 中，然后放入6(TC恒溫水浴中，加熱12h后，倒去上層液體，放入烘箱內(nèi)在105t:下烘干24h。
(3)物理活化，炭化 取出后放入高溫炭化爐的石英管反應(yīng)器中，在流量為80mL/min的C02 (物理活化 氣氛)氣氛下，于500°C 70(TC的溫度下熱解炭化40 70min。
(4)洗滌，干燥，篩分 將熱解炭化產(chǎn)物先用3mol/L的HC1溶液清洗多次，除去炭化產(chǎn)物中的雜質(zhì)，再用 7(TC以上的去離子水漂洗至水的pH〉 6，再在105t:烘干24h，冷卻后研磨、過(guò)60目篩即得 吸附劑，碘吸附值> 350mg/g。
(5)重金屬吸附實(shí)驗(yàn) 采用靜態(tài)法在室溫下進(jìn)行。準(zhǔn)確量取100mL配好的濃度為40mg/L的鎘(Cd2+)水 樣放入250mL燒杯中，加入1. 5g底泥炭化吸附劑，放在恒溫振蕩器上以120r/min的轉(zhuǎn)速振 蕩60min后，取水樣離心分離，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定上清液的CcT濃度，計(jì)算去除率。
實(shí)施例1 : 取回湖泊底泥經(jīng)沉淀，傾去上清液，用蒸餾水洗滌3遍，在室溫下預(yù)脫水8h，然后 在105t:下干燥12h，再將其研磨，過(guò)60目篩，取篩下級(jí)分的湖泊底泥20g，加入到60g濃度 為5mol/L磷酸溶液中，放入6(TC水浴中加熱12h，倒去上層液體，然后放于烘箱內(nèi)在105°C 烘干24h，取出后放入高溫爐的石英管反應(yīng)器中，在流量為80mL/min的C02氣氛下，于500°C 的溫度下熱解炭化60min。將熱解炭化產(chǎn)物先用3mol/L的HC1溶液清洗多次，除去炭化產(chǎn) 物中的雜質(zhì)，再用7(TC以上的去離子水漂洗至水的pH > 6，再在105t:烘干24h，冷卻后研 磨、過(guò)60目篩即得吸附劑，碘吸附值為350.2mg/g。按上述步驟(5)進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，去除率 達(dá)到90%。
實(shí)施例2 : 取回湖泊底泥經(jīng)沉淀，傾去上清液，用蒸餾水洗滌3遍，在室溫下預(yù)脫水8h，然后 在105t:下干燥12h，再將其研磨，過(guò)60目篩，取篩下級(jí)分的湖泊底泥20g，加入到80g濃度 為5mol/L磷酸溶液中，放入6(TC水浴中加熱12h，倒去上層液體，然后放于烘箱內(nèi)在105°C 烘干24h，取出后放入高溫爐的石英管反應(yīng)器中，在流量為80mL/min的C02氣氛下，于600°C 的溫度下熱解炭化60min。將熱解炭化產(chǎn)物先用3mol/L的HC1溶液清洗多次，除去炭化產(chǎn) 物中的雜質(zhì)，再用7(TC以上的去離子水漂洗至水的pH > 6，再在105t:烘干24h，冷卻后研 磨、過(guò)60目篩即得吸附劑，碘吸附值為370. lmg/g。按上述步驟(5)進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，去除率達(dá)到91. 3% 。
實(shí)施例3 : 取回湖泊底泥經(jīng)沉淀，傾去上清液，用蒸餾水洗滌3遍，在室溫下預(yù)脫水8h，然后 在105t:下干燥12h，再將其研磨，過(guò)60目篩，取篩下級(jí)分的湖泊底泥20g，加入到100g濃度 為5mol/L磷酸溶液中，放入6(TC水浴中加熱12h，倒去上層液體，然后放于烘箱內(nèi)在105°C 烘干24h，取出后放入高溫爐的石英管反應(yīng)器中，在流量為80mL/min的C02氣氛下，于700°C 的溫度下熱解炭化60min。將熱解炭化產(chǎn)物先用3mol/L的HC1溶液清洗多次，除去炭化產(chǎn) 物中的雜質(zhì)，再用7(TC以上的去離子水漂洗至水的pH > 6，再在105t:烘干24h，冷卻后研 磨、過(guò)60目篩即得吸附劑，碘吸附值為365.8mg/g。按本發(fā)明步驟(5)進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，去除 率達(dá)到90. 6% 。
權(quán)利要求
一種利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于含有以下步驟(1)取樣湖泊底泥經(jīng)沉淀，傾去上清液，用蒸餾水洗滌，在室溫下預(yù)脫水8～10h，然后放入干燥箱干燥，將干燥的底泥研磨，過(guò)60目篩，取篩下級(jí)分使用；(2)化學(xué)活化取過(guò)60目篩的湖泊底泥，按固液質(zhì)量比1∶3～1∶5加入到磷酸溶液中，然后放入恒溫水浴中，加熱12h后，倒去上層液體，放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干24h；(3)物理活化，炭化取出后放入高溫炭化爐的石英管反應(yīng)器中，在物理活化氣氛下，于500℃～700℃的溫度下熱解炭化40～70min；(4)洗滌，干燥，篩分將熱解炭化產(chǎn)物先用HC1溶液反復(fù)清洗，除去炭化產(chǎn)物中的雜質(zhì)，再用70℃以上的去離子水漂洗至水的pH＞6，再在105℃烘干24h，冷卻后研磨、過(guò)60目篩即得吸附劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于所 述的步驟(1)中的干燥是指于105t:下干燥12h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于所 述的步驟(2)中的磷酸溶液的濃度為5mol/L，恒溫水浴的溫度為6(TC。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于所 述的步驟(3)中的物理活化氣氛是流量為80mL/min的C02。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于所 述的步驟(4)中的HC1溶液的濃度為3mol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用湖泊底泥炭化制備重金屬吸附劑的方法，將湖泊底泥用蒸餾水洗滌后烘干，加入磷酸溶液(作為活化劑)后進(jìn)行水浴加熱，再烘干，然后放入高溫爐的石英管中，并通入CO2進(jìn)行熱解炭化，從而得到吸附劑。本發(fā)明采用較為廉價(jià)的磷酸作化學(xué)活化劑，降低了成本；將物理活化法與化學(xué)活化法相結(jié)合，活化效果較好，提高了吸附劑的性能，吸附效果較好，碘吸附值＞350mg/g；充分利用湖泊底泥中的有機(jī)物，為湖泊底泥的穩(wěn)定化和資源化處置提供了途徑。
文檔編號(hào)B01J20/30GK101716491SQ20091021834
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者付廷棟, 任治忠, 劉夢(mèng)雪, 李迎, 楊月紅, 舒敦濤, 趙健蓉 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)