城市污水處理廠污泥水熱活化制備介孔碳的方法及污泥基介孔碳材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及介孔碳材料合成和污泥處理技術，具體設及一種將城市污水處理廠的 污泥加工成污泥基介孔碳材料的方法及污泥基介孔碳材料。
【背景技術】
[0002] 隨著我國社會經濟的蓬勃發展，工業產業發展迅速，包括石化、印染、制藥等企業 排放的各類污染物通常難W被傳統生物法處理，會穿透市政污水處理設施，通過管網排入 河流，對水體造成嚴重污染，危害人及生物鏈條的生長健康。通常一些企業為有效防范和降 低此類污染物的排放，一般會在污染物排放源頭做二次深度處理，通過一些物化強化手段 來去除運部分污染物，例如活性炭吸附技術。而傳統的活性炭材料由于生產工藝和材料本 身性質的局限性造成其吸附能力有限，往往很快會被吸附飽和，尤其在應急處置中更需要 具有吸附能力強，吸附速率快的吸附材料，另外高品質的活性炭一般需要大量的活化劑，一 方面增加了活性炭的生產成本，另一方面延長了生產工藝也極易造成設備的腐蝕及二次污 染。據報道，在碳材料的各種孔結構(微孔、介孔、大孔)當中，介孔在液相吸附方面發揮了重 要作用，尤其對類似于染料運類大分子污染物的去除，更為突出，W介孔為主的多孔碳材料 往往比傳統的微孔吸附材料表現出更強大的吸附性能。
[0003] 污泥作為市政污水處理廠的廢棄物，如何合理安全處置已成為環保領域關注的重 大議題。目前主要的處理方式分為填埋、焚燒、堆肥再利用，然而運些處理方式往往存在著 大量占地、污染空氣及地下水的弊端，并不能夠達到合理安全處置的效果，而制備吸附材料 憑借W廢治廢的特點，引起了研究者們的廣泛關注，自1971年第一條關于剩余污泥制備吸 附材料的專利報道W來，大批的研究者展開了相關研究，主要包含W下兩種合成途徑:直接 碳化法和活化碳化法，前者經過高溫碳化直接得到碳吸附材料，但往往得到的材料比表面 積較小，多W微孔為主;后者在催化劑的活化下，比表面積、孔容得到擴大，內部出現了部分 介孔，但往往仍已微孔為主，要得到介孔為主的碳材料需要投加大量的活化劑，常用的活化 劑包括化Ch、K0H、也P〇4等，其中化Ch是研究者們廣為使用的活化劑，在使用過程中往往需 要稀鹽酸進行活化劑的回收，增加了工藝流程和成本。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，為彌補傳統活性炭材料吸附能力的不足，發揮介孔在液相吸附方面的 重要作用，減少活化劑的使用，本發明采用水熱活法碳化法，在較少的活化劑的投加量條件 下，利用城市污水處理廠污泥為碳源前軀體來合成介孔碳材料，無疑是傳統碳吸附材料最 有效的替代品。
[0005] 水熱法又稱熱液法，屬于液相化學法的范疇，是指密封的壓力容器中，W水為溶 劑，在高溫高壓的條件下進行的化學反應。水熱反應依據反應類型的不同可分為水熱氧化、 水熱還原、水熱沉淀、水熱合成、水熱水解、水熱結晶等。水熱反應中高溫高壓下的水溶液作 為化學組分，可促進化學反應，起到傳遞介質和重排的作用。一些研究人員利用水熱法，結 合高溫碳化手段，成功的將生物質材料轉化為生物質碳材料，用于吸附、改良±壤、催化劑 審備等。
[0006] 本發明的目的是安全有效的將城市污水處理廠污泥實現減量化、安全化和資源化 處置，提供水熱活化碳化法高效制備污泥基介孔碳材料的方法及污泥基介孔碳材料。
[0007] 本發明公開了一種W城市污水處理廠污泥為碳源前軀體、水熱活化碳化法合成介 孔碳材料的方法。該方法主要包括W下步驟：
[0008] (1)在污水處理廠的污泥中加入活化劑，進行攬拌，得到污泥活化劑混合液；
[0009] (2)將步驟（1)得到的污泥活化劑混合液倒入水熱反應蓋中，進行水熱活化，得到 活化后的污泥混合液；
[0010] (3)將步驟(2)得到的污泥混合液從水熱反應蓋取出，置于烘干裝置內進行烘干， 得到污泥干化物；
[0011] (4)將步驟(3)得到的污泥干化物置于碳化爐內，在保護氣氛下進行賠燒，將得到 的固體碳材料進行篩分和制粉，得到污泥基介孔碳材料。
[0012] 可選地，在步驟（1)中，所述污水處理廠的污泥(干污泥含量按9%算）和活化劑的 比例為:50重量份:1.5~3重量份。
[OOU]可選地，在步驟(2)中，所述熱水活化具體為化50°c-18(rc條件下活化化。
[0014] 可選地，在步驟(3)中，所述烘干溫度為60°C-120°C。
[0015] 可選地，在步驟(4)中，賠燒具體為，在氮氣的保護下進行，從室溫按照5°C/min-15 °C/min的升溫速率下升高到賠燒溫度，賠燒溫度為500°C-900°C，賠燒時間為化-5h。
[0016] 可選地，所使用的活化劑為硫酸或憐酸或氨氧化鐘或氯化鋒。
[0017] 本發明還提供了一種由如上方法獲得的污泥基介孔碳材料。
[0018] 本發明的利用水熱活化碳化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法，利用水 熱反應來提高活化劑的活化效率，減少了活化劑的投加量。
[0019] 本發明的方法中，利用水熱反應來提高污泥中有機質向糖類等物質的轉化，W更 好為介孔碳的合成提供碳源前軀體。
[0020] 本發明的方法所得到的材料尤其適用于處理污水和廢氣，同時也可W改良±壤， 所得到的介孔碳材料W介孔為主，具有吸附速率快，吸附能力強等特點。而且，本發明采用 水熱活化碳化法合成污泥基介孔碳材料，可實現對材料孔道結構的方便調控，工藝簡單，具 有工業應用化前景。
[0021] 本發明設及到碳材料的活化，本發明使用活化劑種類多，且使用量小。本發明合成 出的污泥基介孔碳材料孔徑分布比傳統的污泥基碳吸附材料更窄，運樣更有利于吸附過程 中孔隙間的傳質效應，提高吸附速率。本發明合成出的介孔碳材料具有良好的吸附性能，吸 附能力優于市面的活性炭產品，可用于污水處置及水中毒害物的去除。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明的利用水熱活化碳化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法的 一種實施方式的工藝流程圖。
[0023] 圖2是本發明的利用水熱活化碳化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法得 到的污泥基介孔碳材料的氮氣吸附脫附曲線圖。
[0024] 圖3是本發明的利用水熱活化碳化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法得 到的污泥基介孔碳材料的孔徑分布圖。
[0025] 圖4是本發明的利用水熱活化碳化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法得 到的污泥基介孔碳材料的吸附效果對比圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合具體合成步驟對本發明做更進一步的解釋。凡采用等同替換或等效變換 的方式所獲得的替代方案，均處于本發明的保護范圍之中。
[0027] 表1本發明合成出介孔碳材料的結構數據 [002引
[0029] 實施例1:
[0030] 本發明的利用水熱活化碳化城市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法，包括如 下步驟：
[0031] (1)污泥溶液的預活化，按照50重量份的污水處理廠的污泥(干污泥含量按9%算） 加入1.5重量份的濃硫酸，在室溫下進行攬拌，得到污泥活化劑混合液；
[0032] (2)將步驟（1)得到的污泥活化劑混合液倒入水熱反應蓋中，在150°C-18(rC條件 下活化12h W上，得到活化后的污泥混合液；
[0033] (3)將步驟(2)得到的污泥混合液從水熱反應蓋取出，置于烘干裝置內進行烘干， 烘干溫度為60°C-12(rC，烘干后的污泥的含水量在20%左右，得到污泥干化物；
[0034] (4)將步驟(3)得到的污泥干化物置于碳化爐內，在氮氣的保護下進行賠燒，從室 溫按照5°C/min-15°C/min的升溫速率下升高到指定溫度，賠燒溫度為500°C-900°C，賠燒時 間為化-5h，得到的固體碳材料進行篩分制粉，得到污泥基介孔碳材料，具體的材料表征及 參數參見圖2、圖3、表1。
[0035] 本發明的污泥基介孔碳材料適用于處理污水和廢氣，同時也可W改良±壤，所得 到的材料W介孔為主，具有吸附速率快，吸附能力強等特點。本發明的利用水熱活化碳化城 市污水處理廠污泥合成介孔碳材料的方法，利用水熱反應來提高活化劑的活化效率，減少 了活化劑的投加量。
[0036] 實施例2:
[0037] 本發明的利用水熱活化碳化城市污水處