一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物质环境吸附材料处理污水技术领域。具体涉及一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料。
【背景技术】
[0002]近年来，农业固废的资源化利用备受关注。作为一种主要的经济作物，花生在我国广泛种植，而随之产生的大量花生壳作为农业固废被大量堆置或焚烧。这不仅造成资源浪费，同时产生大量烟雾和C0、C02等物质，危害生态环境。当前，有机农业固废炭化技术因其投入低、效益高、应用范围广等特点而受到人们越来越多的关注。有机农业固废炭化后的产物一一炭粒经过进一步的加工可以生产出民用炭和活性炭；其还可作为土壤改良剂施用于农田，提高农田土壤质量。此外，有学者研究表明，有机生物质经过炭化处理后制成的生物炭对大气、土壤及水体中污染物具有良好的吸附性能。
[0003]对生物质材料进行表面改性，就是通过物理化学等方法来改变生物质材料的表面性质，改变其孔隙结构，改变其表面酸碱性，或者在其表面引入或去除某些官能团使生物质具有特殊的吸附性能和催化特性。通常，通过表面改性后制备的生物炭，具有更佳的吸附性會K。
[0004]给水污泥是给水厂混凝沉淀过程中的副产物，其来源稳定、产量大，其主要成分包括腐殖质、硅酸盐、有机质以及一些金属氢氧化物等。目前，给水厂最常用的混凝剂是聚合氯化铝，当采用聚合氯化铝作为混凝剂进行混凝处理时，因产生的给水污泥中含有大量的聚合氯化铝，故称为聚合氯化铝污泥。当含有铝盐等混凝剂的聚合氯化铝污泥排入水体中后，大量铝盐的沉积作用会对水生生物和底栖生物构成危害；而且污泥中所含的重金属也可能会对地下水造成污染。为了降低甚至根除给水厂污泥对环境造成的破坏，国内外学者对聚合氯化铝污泥的回收再利用进行了大量的研究，如以含铝污泥作为吸附剂研究其对废水中磷的去除以及污泥的改良再利用等。
[0005]检索相关文献表明，在本专利申请日前未发现与本发明类似的用有机农业固废为原料制备改性生物炭，并结合给水厂污泥联合制备复合吸附材料，并用于吸附水中有机物和磷的文献。本发明不仅使花生壳得到了资源化利用，而且可达到以废治废的目的。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题是，提供一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料，该复合吸附材料具有改性生物炭的对水中有机物的高效吸附性能，还兼具改性聚合氯化铝污泥对水中磷的高效吸附的特征，可以广泛运用于水中有机污染物及磷的去除，达到以废治废的目的。
[0007]本发明的技术方案为:一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料，是由农业固废花生壳和给水厂聚合氯化铝污泥结合制得。
[0008]进一步地，所述的一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料是按下述工艺制备而成:
[0009](I)花生壳改性:花生壳经粉碎机粉碎成粗粉，研磨机研磨成细粉，加入相对于花生壳总重量5?17%的活化剂搅拌均匀，压制成团块状，置于蒸锅上用蒸汽加热蒸制2?3h，冷却至常温后用自来水漂洗，过滤，干燥至水分含量为25?45% ；
[0010](2)花生壳无氧热解:将步骤(I)处理后的花生壳在0)2与CO比例为3?4:1的混合气体内无氧热解，热解分为三个阶段，第一阶段温度为380?520°C，时间持续20至45分钟，第二阶段温度为580?720 V，时间持续20至30分钟；第三阶段温度为750?880°C，时间持续15至35分钟，得到花生壳生物炭和副产物，所述副产物包括有机酸、生物油以及挥发性气体，留花生壳生物炭和有机酸待用；
[0011](3)花生壳生物炭补氧:补氧分为两个阶段，第一阶段是将花生壳生物炭中加入相对于花生壳生物炭总重量1.5?2.0 %的补氧化合物，在200?340°C的温度条件下加热，所述补氧化合物为次氯酸钠和双氧水，二者之间的摩尔比为1:1，第二阶段补氧是将经过第一阶段补氧的花生壳生物炭在12?35°C的条件下进行低温等离子体处理，所述低温等离子体为氧气，给花生壳生物炭局部充氧；
[0012](4)花生壳生物炭真空酸处理:将经过两阶段补氧的花生壳生物炭在真空条件下用步骤(2)热解过程产生的副产物有机酸浸渍，浸渍前将所述有机酸用水调节至浓度为12?30%，控制PH在6.0?7.0，浸渍时间为24?48h，之后继续在真空条件下过滤，干燥，即得到改性花生壳生物炭；
[0013](5)聚合氯化铝污泥改性:将从给水厂聚合氯化铝污泥晾干，粉碎过20目筛，放入热解反应器中300?500°C下有氧处理I?3h，再以2?3°C /min的速度降温，同时进行绝氧处理，直至温度降至150?200°C，停止降温，继续恒温处理0.5?lh，然后在隔绝氧气的条件下冷却至常温，即制得改性微孔聚合氯化铝污泥；
[0014](6)接合磁性氧化镁:将改性微孔聚合氯化铝污泥中掺入0.002?0.015%的磁性微粒氧化镁，混匀，放入高温加热设备中以50?100°C /min的升温速率升温加热，待温度升至700?850°C时，隔绝空气继续处理5?8h ;
[0015](7)制备粘合剂:称取5%羧甲基纤维素纳置于烧杯中，等比例加入蒸馏水，在不断搅拌下加热糊化，冷却至室温制得粘合剂；
[0016](8)配制复合吸附材料:将制得的改性花生壳生物炭、改性微孔聚合氯化铝污泥、粘合剂、外加剂按3:2: (0.05?0.06): (0.01?0.012)的配比混合均匀，用成型机成型，并在高温加热设备中100?200°C加热I?4h，冷却至常温，制得复合吸附材料。
[0017]进一步地，所述活化剂为40%氯化锌，活化剂可以改变花生壳表面活性。
[0018]进一步地，所述外加剂为改性聚丙烯腈系纤维，其规格为:长是I?15mm，直径是I ?50 μ m0
[0019]进一步地，所述制得的复合吸附材料其型体为颗粒状、柱状或球状。
[0020]本发明的有益效果为:
[0021](I)本发明所述的复合吸附材料，既有改性生物炭的吸附作用，又具有聚合氯化铝污泥的除磷能力，特别是对含染料废水及污水深度除磷有良好的去除效果；
[0022](2)本发明以有机农业固废花生壳和给水厂污泥作为原料，制备出兼具高效吸附水中有机污染物和磷的新型复合吸附材料，用于水处理，达到了以废治废的目的，不仅可有效控制环境污染，而且开拓了花生壳和给水污泥资源化利用的新途径；
[0023](3)本发明所述的复合吸附材料，原料来源广泛，制备成本低廉，使用方便，高效、环保、低成本，适用性强。
【具体实施方式】
[0024]实施例1:
[0025]—种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料，是由农业固废花生壳和给水厂聚合氯化铝污泥结合制得。所述的一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料是按下述工艺制备而成:
[0026](I)花生壳改性:花生壳经粉碎机粉碎成粗粉，研磨机研磨成细粉，加入相对于花生壳总重量5%的活化剂搅拌均匀，所述活化剂为40%氯化锌，活化剂可以改变花生壳表面活性，压制成团块状，置于蒸锅上用蒸汽加热蒸制2h，冷却至常温后用自来水漂洗，过滤，干燥至水分含量为25% ；
[0027](2)花生壳无氧热解:将步骤⑴处理后的花生壳在0)2与CO比例为3:1的混合气体内无氧热解，热解分为三个阶段，第一阶段温度为380°C，时间持续20分钟，第二阶段温度为580°C，时间持续20分钟；第三阶段温度为750°C，时间持续15分钟，得到花生壳生物炭和副产物，所述副产物包括有机酸、生物油以及挥发性气体，留花生壳生物炭和有机酸待用；
[0028](3)花生壳生物炭补氧:补氧分为两个阶段，第一阶段是将花生壳生物炭中加入相对于花生壳生物炭总重量1.5%的补氧化合物，在200°C的温度条件下加热，所述补氧化合物为次氯酸钠和双氧水，二者之间的摩尔比为1:1，第二阶段补氧是将经过第一阶段补氧的花生壳生物炭在12°C的条件下进行低温等离子体处理，所述低温等离子体为氧气，给花生壳生物炭局部充氧；
[0029](4)花生壳生物炭真空酸处理:将经过两阶段补氧的花生壳生物炭在真空条件下用步骤(2)热解过程产生的副产物有机酸浸渍，浸渍前将所述有机酸用水调节至浓度为12%，控制PH在6.0，浸渍时间为24h，之后继续在真空条件下过滤，干燥，即得到改性花生壳生物炭；
[0030](5)聚合氯化铝污泥改性:将从给水厂聚合氯化铝污泥晾干，粉碎过20目筛，放入热解反应器中300°C下有氧处理lh，再以2°C /min的速度降温，同时进行绝氧处理，直至温度降至150°C，停止降温，继续恒温处理0.5h，然后在隔绝氧气的条件下冷却至常温，即制得改性微孔聚合氯化铝污泥；
[0031 ] (6)接合磁性氧化镁:将改性微孔聚合氯化铝污泥中掺入0.002 %的磁性微粒氧化镁，混匀，放入高温加热设备中以50°C /min的升温速率升温加热，待温度升至700°C时，隔绝空气继续处理5h ；
[0032](7)制备粘合剂:称取5%羧甲基纤维素纳置于烧杯中，等比例加入蒸馏水，在不断搅拌下加热糊化，冷却至室温制得粘合剂；
[0033](8)配制复合吸附材料:将制得的改性花生壳生物炭、改性微孔聚合氯化铝污泥、粘合剂、外加剂按3:2:0.05:0.01的配比混合均匀，所述外加剂为改性聚丙烯腈系纤维，其规格为:长是1_，直径是I μ m，用成型机成型，并在高温加热设备中100°C加热lh，冷却至常温，制得复合吸附材料，所述制得的复合吸附材料其型体为颗粒状、柱状或球状。
[0034]实施例2:
[0035]—种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料，是由农业固废花生壳和给水厂聚合氯化铝污泥结合制得。所述的一种改性花生壳生物炭/聚合氯化铝污泥复合吸附材料是按下述工艺制备而成:
[0036](I)花生壳改性:花生壳经粉碎机粉碎成粗粉，研磨机研磨成细粉，加入相对于花生壳总重量11%的活化剂搅拌均匀，所述活化剂为40%氯化锌，活化剂可以改变花生壳表面活性，压制成团块状，置于蒸锅上用蒸汽加热蒸制2.5h，冷却至常温后用自来水漂洗，过滤，干燥至水分含量为35% ；
[0037](2)花生壳无氧热解:将步骤⑴处理后的花生壳在0)2与CO比例为3.5:1的混合气体内无氧热解，热解分为三个阶段，第一阶段温度为450°C，时间持续32.5分钟，第二阶段温度为650°C，时间持续25分钟；第三阶段温度为815°C，时间持续25分钟，得到花生壳生物炭和副产物，所述副产物包括有机酸、生物油以及挥发性气体，留花生壳生物炭和有机酸待用；
[0038](3)花生壳生物炭补氧:补氧分为