一种活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料技术领域，涉及一种复合材料，特别是一种活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]活性污泥是城镇生活污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉积物，是处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，其数量巨大、增长迅速，已成为一种新的污染源，给城市环境带来极大威胁，解决活性污泥处置问题迫在眉睫。活性污泥含有60%?70%的粗蛋白质，25%左右的碳水化合物，这些有机组分含有具有吸附性能的羧基、羟基、氨基、磷酰基和巯基官能团，常用来制造吸附剂进行资源化利用。
[0003]专利(申请号:CN200910050238)“一种污泥吸附剂的制备方法及其应用”、专利(申请号:C N 2 0121013 516 2) “剩余活性污泥吸附剂的制备方法及其应用”和专利(申请号:CN201510311930)“一种改性造纸污泥吸附剂及其制备方法与应用”等专利公开了多种活性污泥吸附剂的制备方法。这些方法都以活性污泥为原料，加入活化剂制成前驱体浆液，浸渍后再烘干、炭化。这些方法存在一些不足:一是制备工艺流程复杂，制备时间长、成本高；二是单独使用活性污泥作为吸附剂，其吸附性能和效果具有一定的局限性，而且活性污泥吸附污染物并没有将污染物破坏或还原以解除毒素。这使得活性污泥的吸附能力随着使用时间的延长而逐渐降低，不可避免地产生二次污染问题。需要开发多功能型城市污泥复合材料来提高其处理能力。近年来，在有机废水处理过程中，纳米铁由于其颗粒尺度小，比表面积大，还原能力强而倍受关注，然而纳米铁在使用过程中呈现失活、团聚、回收困难等问题，需要将其负载到载体上以增强实用性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种利用活性污泥为载体，采用硼氢化钠液相还原法制备兼具活性污泥吸附性能和纳米铁强还原性能，提高复合材料应用于有机废水处理的综合性能的活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法。
[0005]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006]I)活性污泥的预处理:将城镇生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛，用硝酸浸泡，抽滤，清洗干净，烘干后备用；
[0007]2)液相还原溶液的制备:将氯化铁和氯化铜超声溶于90 %的乙醇溶液中，在室温下超声波振荡后得到溶液A;将步骤I)得到的活性污泥与溶液A混合于三颈烧瓶中，磁力搅拌后得到混合物B;用去离子水溶解硼氢化钠，得到溶液C;
[0008]3)复合材料的制备:在氮气的保护条件下，匀速滴加步骤2)得到的溶液C到步骤2)得到的混合物B中，而后充分搅拌，待溶液C全部滴完后，再进行磁力搅拌；
[0009]4)复合材料的干燥:将步骤3)得到的复合材料进行快速抽滤，而后置于真空干燥箱中进行干燥得到固态的活性污泥及纳米铁铜复合材料。
[0010]本活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法中，活性污泥取自城镇生活污水处理厂的废弃污泥。活性污泥的破碎可采用球磨机破碎，并通过不同筛网得到不同粒度的污泥。抽滤可采用循环水式真空栗抽滤设备。超声波振荡可采用超声波振荡器。
[0011]在上述的活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法中，在步骤I)中，所述活性污泥的烘干温度为105?120°C，烘干时间为20?24h;所述活性污泥破碎后的污泥粒度可为60?100目；所述硝酸为0.1?0.2mol/L的硝酸溶液，并按每克活性污泥加2?3mL硝酸溶液浸泡20?24h;清洗用去离子水迅速洗涤至中性，备用烘干的温度为105?120°C，其烘干时间为10?12h0
[0012]在上述的活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法中，在步骤2)中，所述溶液A的氯化铁和氯化铜的质量比为10:1?20:1，氯化铁和氯化铜与90%的乙醇溶液质量与体积比为I g:1 OmL?Ig: 15mL;超声波的振荡时间为30?40miη ；在活性污泥与溶液A混合时，按每克预处理后活性污泥加10?20mL的溶液A混合;磁力搅拌的时间为60?120min;所述溶液C中硼氢化钠与去尚子水的质量与体积比为lg:50mL?2g:50mL。
[0013]在上述的活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法中，在步骤3)中，所述氮气的流速为10?20mL/min;溶液C的滴加速率为I?2滴/s，溶液C与溶液B的体积比为1:1?1:2;待溶液C全部滴完后，磁力搅拌的时间为30?40min。
[0014]在上述的活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法中，在步骤4)中，所述快速抽滤的时间为3?5min;所述真空干燥箱的干燥温度为105?120°C，干燥时间可为10?12h。
[0015]与现有技术相比，本活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法以活性污泥为载体，采用硼氢化钠液相还原法制备，该复合材料将活性污泥吸附性能和纳米铁强还原性有机地结合起来，充分发挥两种材料的优势。形成的铁铜二元金属体系，既提高纳米铁在空气中的稳定性，又增加纳米铁表面的活性吸附点，提高了复合材料应用于有机废水处理的吸附和还原性能。由于城镇生活污水处理厂的活性污泥的粒径分布范围宽，表面积大，絮体呈网状机构，是良好的载体，开发活性污泥及纳米铁铜复合材料既能提高活性污泥的吸附能力，又增强纳米铁强还原能力，同时又将活性污泥被废为宝，以废治废，具有较高的环境效益和经济效益。本发明克服了目前纳米铁应用于有机废水中存在的颗粒细微，在水中易失活和凝聚，难以回收和重复利用等缺点，此外，该方法生产工艺流程短、原材料价格低，可大幅度降低生产成本。
【附图说明】
[0016]图1是实施例一至三的单体和复合材料对苯溶液和苯酚溶液的去除率表格。
[0017]图2是实施例一至三的城市污泥/纳米铁铜复合材料XRD射线衍射图。
【具体实施方式】
[0018]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0019]实施例一
[0020]以城镇生活污水处理厂的活性污泥为载体，采用硼氢化钠液相还原法制备活性污泥及纳米铁铜复合材料，具体实施步骤是:
[0021]将城镇生活污水处理厂的活性污泥在105°C的烘箱内干燥24h，再将其破碎，过60目筛。
[0022]过筛后的活性污泥按每克加2mL的0.lmol/L的硝酸溶液浸泡24h，抽滤并用蒸馏水迅速洗涤至中性，置于105°C的烘箱内干燥1h后，保存备用。
[0023]将10.0g氯化铁和1.0g氯化铜超声溶于IlOmL的90%的乙醇溶液，在室温下超声波振荡30min后得到溶液A。将6.0g预处理后活性污泥与溶液A混合于三颈烧瓶中，磁力搅拌120min得到溶液B。取Ig硼氢化钠于滴液漏斗中，加50mL去离子水溶解得到溶液C。
[0024]调整氮气的流速为15mL/min，通氮气5min后