一种适用于高钙水质的重金属吸附材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于高钙水质的重金属吸附材料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]重金属可在生物体内持续残留并积累，即使低剂量暴露也会严重危害生态安全和人体健康。常用的重金属污染水体净化技术主要有化学沉淀、离子交换、膜分离等，但这些技术存在污泥产量大、运行成本高等问题。相比之下，吸附是更好的技术选择，尤其是在水体中重金属含量较低时。活性炭是使用最广泛的吸附材料，为降低成本，寻找活性炭的高效廉价替代品是吸附工艺的关键。
[0003]我国市政污泥产量大，必须妥善处理处置，才能避免二次污染。热解后，污泥中的有机质转化为焦油和氢气、烷烃等可燃气体，提高了能量品位，便于储运使用。经生物-物理干化处理后的市政污泥，颗粒疏松，利于传热，热解产能效果更好。热解后剩余的固体残渣为生物炭，仍需进一步处理处置或资源化利用。生物炭具有与活性炭类似的环境功能，且无需活化，成本大幅低于活性炭，可作为重金属污染水体的修复材料。
[0004]地下水和某些污染水体中的Ca2+含量较高，可与金属阳离子竞争，从而抑制吸附材料对重金属污染水体的修复效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种适用于高钙水质的重金属吸附材料及其制备方法与应用。本发明原料廉价易得，对高含钙水体中重金属离子的吸附效果好。
[0006]本发明提供的适用于高钙水质的重金属吸附材料，其特征在于:该重金属吸附材料由下述热解底物制成:生物-物理干化污泥和还原铁粉；
[0007]所述生物-物理干化污泥与所述还原铁粉的质量比为100?10:1。
[0008]本发明中，所述生物-物理干化污泥与所述还原铁粉的质量比具体可为100:1、30:1、15:1 或 10:1。
[0009]上述的重金属吸附材料中，所述生物-物理干化污泥按照包括如下步骤制备:将市政污泥经生物-物理干化处理和风干制得。
[0010]上述的重金属吸附材料中，所述生物-物理干化处理包括如下步骤:将所述市政污泥和树皮混匀发酵即得；
[0011]所述生物-物理干化处理的时间可为7?15d，具体可为7d ;
[0012]所述生物-物理干化污泥的干基灰分含量可为40%?60%，具体可为50% ;
[0013]所述生物-物理干化污泥的质量含水率可为0?10%，具体可为2.24?2.42%;
[0014]具体所述生物-物理干化处理时，使所述生物-物理干化污泥的质量含水率从80 %降至50 %以下，风干后含水率进一步下降至2.5 %以下。
[0015]本发明中，所述的生物-物理干化处理具体包括如下步骤:将质量比2:1的80%含水率市政污泥与树皮混匀，填入立式筒状堆肥罐(159L)内，填充率75%，密闭，顶端以
0.3m3/h流量抽气排水；以0.05m3/h.kgVS通风量使堆体升温，保持65°C以上3?4d，其后加大通风量至3m3/h直至处理结束；
[0016]所述的风干指的是将生物-物理干化处理后的污泥摊放在背阴通风处至质量不再改变。
[0017]本发明还提供了上述的重金属吸附材料的制备方法，包括如下步骤:1)将所述生物-物理干化污泥和所述还原铁粉混合，得到所述热解底物；
[0018]2)在惰性气氛中，将所述热解底物热解；
[0019]3)在所述惰性气氛中，将经步骤2)处理的所述热解底物冷却，即得到所述重金属吸附材料。
[0020]上述的方法中，所述惰性气氛为氮气、二氧化碳或氦气；
[0021]所述热解的温度可为500?900°C ;
[0022]所述热解的时间可为15?120min。
[0023]上述的方法中，所述冷却的温度可为15?30°C ;
[0024]所述冷却的时间可为20?60min。
[0025]上述的方法中，所述的惰性气氛可为氮气；
[0026]所述热解的温度可为900°C ;
[0027]所述热解的时间可为20min ；
[0028]所述冷却的温度可为25°C ;
[0029]所述冷却的时间可为30min。
[0030]上述的方法中，所述热解的反应装置为热解炉；所述热解底物可置于瓷舟内。
[0031 ] 本发明中，所述生物-物理干化污泥的粒径可为0?0.45mm，具体可为0.45mm (即40目)，具体在工业应用中需要在制备过程中成型，研磨调整其粒径可以省略，也可以做的粒径更大。
[0032]本发明进一步提供了上述的重金属吸附材料在水体中去除重金属阳离子中的应用。
[0033]上述的应用中，所述水体为含钙水体；
[0034]所述水体中钙含量为20mg/L?2000mg/L ；
[0035]所述重金属阳离为镉离子、三价铬离子、铅离子、锌离子和铜离子中的至少一种。
[0036]本发明具有以下优点:
[0037]1、本发明原料廉价易得，并能使市政污泥资源化，避免市政污泥造成的二次污染；
[0038]2、本发明重金属吸附剂在Ca2+含量较高的水体中，对重金属离子的吸附效果好，对污水的处理效果好。
【附图说明】
[0039]图1为本发明重金属吸附材料在Cd2+_Ca2+溶液中对Cd 2+的吸附效果。
[0040]图2为本发明重金属吸附材料在地下水中对Cd2+的吸附效果。
【具体实施方式】
[0041 ] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0042]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0043]实施例1、适用于高钙水质的重金属吸附材料的制备
[0044]生物-物理干化污泥是经过生物-物理干化工艺处理并风干过的市政污泥(具体过程是将质量比2:1的80%含水率市政污泥与树皮混匀，填入立式筒状堆肥罐(159L)内，填充率75%，密闭，顶端以0.3m3/h流量抽气排水；以0.05m3/h.kgVS通风量使堆体升温，保持65°C以上3?4d，其后加大通风量至3m3/h直至处理结束；然后将生物-物理干化处理后的污泥摊放在背阴通风处至质量不再改变，筛分回收干化污泥。)，干基灰分含量约50%。市政污泥经生物-物理干化工艺处理后，含水率降至50%以下，颗粒疏松，易于风干，风干后含水率2.33 ±0.09%。
[0045]按生物-物理干化污泥和还原铁粉质量比分别为100:1、30:1、15:1和10:1的配方配制底物，按照下述制备方法:
[0046]1)将底物充分混合，置于瓷舟内。
[0047]2)以氮气将氧气赶尽，将瓷舟置于热解炉内，氮气氛保护下900°C反应20min。
[0048]3)在氮气氛保护下，将瓷舟推出加热区，室温(约25°C