用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠

本发明涉及水处理剂生产，具体为用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠。

背景技术：

1、磷(p)是植物生长的重要养分，但过量排放磷会加速水体富营养化。世界卫生组织规定，水中p的浓度不得超过0.5mg/l。因此，有效去除水生环境中的p是当务之急，也是最大限度地减少天然水体水质恶化影响的关键问题。

2、在各种除p的方法中，吸附法操作简便、设计简单，是去除水生生态系统中p的有效方法。常用的除p吸附剂有活性炭、矿物粘土和生物炭等。其中，生物炭因其来源广泛、制备简单、成本低廉而被广泛用于去除废水中的p。

3、市政污泥是城市污水处理厂排放的固体废弃物。据统计，2020年含水率为80％的污泥产量已超过6500万吨，预计2025年中国污泥年产量将超过9000万吨，处置不当易对环境造成危害。现有的处理方法包括卫生填埋、焚烧、建筑材料等。然而这些方法存在成本高、适用范围窄、可能造成二次污染等问题。同时，市政污泥中含有大量有机物和微生物，是制备生物炭的理想原料，既能妥善处理污泥，也可资源再利用。liang等人研究了热解温度为700℃时污泥生物炭的特性及其对p吸附能力的影响。结果表明，对p吸附能力为5.469mg/g。liu等人利用污泥制备了生物炭吸附剂用于去除p，并优化了吸附过程。结果表明，在酸性条件下，热解温度为400℃时，最佳吸附容量可达到8.77mg/g。wu等人使用hcl、hno3和naoh活化和改性污泥基生物炭，研究其对废水中溶解有机物的吸附性能。研究发现改性生物炭的吸附能力明显高于原始生物炭。然而，市政污泥生物炭的吸附能力低，很难与水分离，这大大限制了其进一步应用。

4、海藻酸钠(sa)是从褐藻中提取的天然有机物，由β-d-甘露糖酸(m单位)和α-l-月桂酸(g单位)单体组成。在酸性条件下，它可以与多价金属阳离子螯合，通过g单元与金属阳离子的紧密连接螯合形成水凝胶。它是一种前景广阔的p吸附剂，具有成本低、易于凝胶化和分离的特点。一般采用钙离子交联法，但当氯化钙浓度超过2％时，凝胶表面会迅速形成致密的交联结构，从而降低其机械性能，导致吸附能力下降。为了解决上述问题，可以从以下两个方面着手：1)引入有机/无机填料。fu等人通过将来源于hydrocotyle vulgaris的生物炭与sa结合，制备了用于吸附废水中p的可回收生物炭微珠，其对p的去除率可达87％。wu等人利用固定了sa的硅藻土合成了一种新型水凝胶珠吸附剂。它对p的去除率可达90％以上。2)使用多金属离子交联。kong等人选择了五种多价金属阳离子作为交联剂来制备不同的sa微球，并研究了添加金属阳离子对其性能的影响。结果表明，不同半径的金属离子交联可改善sa的性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠，以解决了背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠，其特征在于，包括如下制备方法：

4、步骤一、首先，过100目筛的20g市政污泥放入石英舟，在通n2的条件下于管式炉中热解，并在300-400℃下保温1h；然后冷却至室温后，分别用水和乙醇洗涤三次，除去杂质，得到市政污泥生物炭(bc)；最后，在60℃下干燥，以备进一步使用；

5、步骤二、首先，将10g bc和5g koh在研钵中充分研磨30min，然后在800-900℃的n2气氛炉中以10℃/min的升温速度热解2h；然后，自然冷却至室温后，使用1m hcl溶液对样品进行中和，并搅拌12h以去除可溶性灰分；最后，用水和乙醇清洗koh活化污泥生物炭(kbc)，然后干燥待用；

6、步骤三、首先，将1g海藻酸钠(sa)溶于50ml 60℃的水中，然后，将1gkbc加入上述溶液中，超声1h，磁力搅拌2h以获得均匀的悬浮液；接着，用10ml注射器将混合物逐滴注入4％(w/w)的feso4·7h2o:lacl3·7h2o(质量比＝1:2)溶液中，形成的凝胶珠在fe/la溶液中再固化24h，然后用水和乙醇彻底清洗，经过12h的冷冻干燥，得到市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠(sa-kbc-fe/la)。

7、优选的，在步骤一中，热解的升温速率为5℃/min。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本申请以城市污泥生物炭为填充料，sa为天然聚合物载体，fe2+和la3+为交联试剂，制备了一种新型fe/la修饰生物炭填充的sa珠(sa-kbc-fe/la)。用多种方法对珠子的结构进行了表征。研究了不同比例、吸附剂用量、溶液ph值和离子共存对吸附p的影响。此外，还研究了吸附等温线和吸附动力学。利用x射线光电子能谱(xps)进一步验证了p的吸附机理。此外，还详细揭示了凝胶珠表面的位能分布。研究结果有望为去除或回收p提供一种新型吸附剂，并为城市污泥的资源循环处置提供一种新策略。

技术特征：

1.用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠，其特征在于，包括如下制备方法：

2.根据权利要求1所述的用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠，其特征在于：在步骤一中，热解的升温速率为5℃/min。

技术总结
本发明涉及水处理剂生产技术领域，具体为用于去除磷酸盐的市政污泥生物炭骨架海藻酸钠珠，本申发明以城市污泥生物炭为填充料，SA为天然聚合物载体，Fe<supgt;2+</supgt;和La<supgt;3+</supgt;为交联试剂，制备了一种新型Fe/La修饰生物炭填充的SA珠(SA‑KBC‑Fe/La)。用多种方法对珠子的结构进行了表征。研究了不同比例、吸附剂用量、溶液pH值和离子共存对吸附P的影响。此外，还研究了吸附等温线和吸附动力学。利用X射线光电子能谱(XPS)进一步验证了P的吸附机理。此外，还详细揭示了凝胶珠表面的位能分布。研究结果有望为去除或回收P提供一种新型吸附剂，并为城市污泥的资源循环处置提供一种新策略。

技术研发人员：张文博,张宏,贺丹丹,刘娟丽,张泽宇
受保护的技术使用者：西北民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31