一种河道污泥合成的介孔碳材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种污泥的处理技术，具体地涉及一种河道污泥合成的介孔碳材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 河道中的污泥中含有大量寄生虫（卵）、病原菌、铬、铜、锌、汞等重金属、盐类以及 多氯联苯、二噁英、放射性核素等难降解的有毒有害物。这些物质对环境和人类健康可能造 成较大危害。另外污泥中还含有其他有毒有机化合物。其毒性主要来自于游离氰基，如含氰 的电镀废水。河道中的有机物污染主要有氰化物、氟化物、挥发酚以及多环芳烃、苯等。如氰 化物是含有-CN基的一类化合物总称，为有毒化合物，这些有机化合物会通过食物链进入人 体并在体内富集，具有持久危害性，会对人体的免疫系统造成损害。传统的处理方法有:卫 生填埋，污泥堆肥及农用，污泥焚烧，海洋倾倒。然而这些处理方式往往存在着大量占地、污 染空气及地下水的弊端，并不能够达到合理安全处置的效果，随着环保标准的逐步提高和 人们环保意识的增强，这些传统的处置方式已渐渐受到环保法规和资源的限制。通过焙烧 将污泥制备成吸附碳材料，用于环境修复，成为污泥近来年资源化的热点问题，受到研究者 和环保领域的关注。
[0003] 污泥中含有较多的碳，经炭化活化后可制成活性炭吸附剂，可作有机废水处理剂， 同时污泥中的重金属得到一定程度的固化。利用污泥制备活性炭有着巨大的潜力，极大的 优越性，泥质活性炭代替商品活性炭可以节省木材，煤炭等原料，同时降低了活性炭的生产 成本。而且可解决日益突出的河道污泥的污染问题，同时泥质活性炭用于水处理，以废治 废，符合国内外固体废物的资源化、无害化、减量化处置原则。所生产的碳吸附材料具有高 度发达的孔隙结构和极大的比表面积，经过不同工艺调节孔径后能适合处理分子直径不一 的污染物。据报道，在碳材料的各种孔结构(微孔、介孔、大孔)当中，介孔在液相吸附方面发 挥了重要作用，尤其对类似于染料这类大分子污染物的去除，更为突出，以介孔为主的多孔 碳材料往往比传统的微孔吸附材料表现出更强大的吸附性能。
[0004]
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，为弥补传统活性炭材料吸附能力的不足，发挥介孔在液相吸附方面的 重要作用，减少活化剂的使用，本发明采用类模板法，在不使用任何化学活化剂的条件下， 利用河道污泥为碳源前躯体，常用的絮凝剂作为模板剂来合成介孔碳材料，无疑是传统碳 吸附材料最有效的替代品。本发明的目的是提供一种清洁环保，安全绿色的处置方式，将河 道污泥进行减量化、安全化和资源化处理，制备出具有丰富的介孔，吸附能力强，吸附速率 快的一种河道污泥合成的介孔碳材料及其制备方法。
[0006 ]本发明提供了一种河道污泥合成的介孔碳材料，技术方案是： 一种河道污泥合成的介孔碳材料，由以下成分以重量份制备而成:硅酸钠10-15份、脱 乙酰甲壳素1-3份、聚丙烯酰胺2-4份、硫酸镁0.5-1份、双聚氰胺0.5-1份、氯化锌0.1-0.2 份、氯酸钾1_3份、木质素0.2-0.6份、二氯异氰尿酸钠0.2-0.4份、十二烷基二甲基苄基氯化 铵0.3-0.5份、浓硫酸0.4-0.6份、干河道污泥20-30份、水40-50份。
[0007] 优化的，一种如权利要求1所述的河道污泥合成的介孔碳材料，是由以下成分以重 量份制备而成:硅酸钠12份、脱乙酰甲壳素2份、聚丙烯酰胺3份、硫酸镁0.7份、双聚氰胺0.8 份、氯化锌0.1份、氯酸钾2份、木质素0.3份、三氯异氰尿酸钠0.3份、十二烷基二甲基苄基氯 化铵0.4份、浓硫酸0.5份、干河道污泥25份、水45份。
[0008] 本发明还提供一种河道污泥合成的介孔碳材料的制备方法，具体包括以下步骤： 步骤1:将硅酸钠和10-15份水在室温下混合搅拌15min，在搅拌后的溶液中加入浓硫酸 与4-5份水的混合液，继续搅拌20min，得混合液A; 步骤2:在混合液A中加入硫酸镁、三氯异氰尿酸钠和脱乙酰甲壳素，升温至70°C搅拌 40min后降至室温静置IOh得混合溶液B; 步骤3:将聚丙烯酰胺、硫酸镁、木质素、双聚氰胺、氯化锌、氯酸钾、十二烷基二甲基苄 基氯化铵和4-8份水混合，搅拌15min后加入混合溶液B中继续搅拌Ih，得混合溶液C; 步骤4:将步骤3得到的混合溶液C与干河道污泥混合，并加入剩余的水搅拌均匀得混合 液D; 步骤5:将步骤4得到的混合液D放入烘干装置中在80°C_160°C下进行干化处理； 步骤6:将步骤5干化处理过的固体物，放入碳化炉中在氮气氛围下进行碳化处理，碳化 过程为，在15°C/min的升温速率下升温至600°C-900°C，碳化时间控制在2-3h; 步骤7:将步骤6得到的固体研磨粉碎，过筛至400目得介孔碳材料。
[0009] 本发明首次采用的合成污泥基介孔碳材料，可实现对材料孔道结构的方便调控， 工艺简单，具有工业应用化前景。合成出的污泥基介孔碳材料孔径分布比传统的污泥基碳 吸附材料更窄，这样更有利于吸附过程中孔隙间的传质效应，提高吸附速率。本发明合成 出的介孔碳材料具有良好的吸附性能，吸附能力优于市面的活性炭产品，可用于污水处置 及水中毒害物的去除，由于其出色的孔道分布及强大的孔容，也可以适用于载体材料。
【具体实施方式】
[0010]下面本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。凡采用等同替换或等效变换的 方式所获得的替代方案，均处于本发明的保护范围之中。
[0011] 实施例1: 一种河道污泥合成的介孔碳材料，由以下成分以重量份制备而成:硅酸钠10份、脱乙酰 甲壳素1份、聚丙烯酰胺2份、硫酸镁0.5份、双聚氰胺0.5份、氯化锌0.1份、氯酸钾1份、木质 素0.2份、三氯异氰尿酸钠0.2份、十二烷基二甲基苄基氯化铵0.3份、浓硫酸0.4份、干河道 污泥20份、水40份。
[0012]上述碳材料的制备方法，具体包括以下步骤： 步骤1:将硅酸钠和10-15份水在室温下混合搅拌15min，在搅拌后的溶液中加入浓硫酸 与4-5份水的混合液，继续搅拌20min，得混合液A; 步骤2:在混合液A中加入硫酸镁、三氯异氰尿酸钠和脱乙酰甲壳素，升温至70°C搅拌 40min后降至室温静置IOh得混合溶液B; 步骤3:将聚丙烯酰胺、硫酸镁、木质素、双聚氰胺、氯化锌、氯酸钾、十二烷基二甲基苄 基氯化铵和4-8份水混合，搅拌15min后加入混合溶液B中继续搅拌Ih，得混合溶液C; 步骤4:将步骤3得到的混合溶液C与干河道污泥混合，并加入剩余的水搅拌均匀得混合 液D; 步骤5:将步骤4