一种制备复合活性炭的方法

摘要

本发明属于废弃物再利用技术领域，公开了一种制备复合活性炭的方法，所述方法包括：微藻预处理；原料混合；活化炭化；炭化产物处理。将水华赤潮等有害藻进行资源化，达到净化水质的效果，设备制得的复合活性炭对多氯联苯具有极好的去除效果，在土壤污染修复领域有极高的实用价值，应用前景广阔。

权利要求

1.一种制备复合活性炭的方法，其特征在于，所述方法包括：微藻预处理；原料混合；活化炭化；炭化产物处理；

微藻预处理，包括：将从湖中抽滤出的颗粒微藻进行三次处理，首先颗粒微藻通过

0.140mm的筛网过滤，获得粒径小于0.0140mm的颗粒微藻，其次将粒径小于0.140mm的颗粒微藻过0.081mm的筛网，获得粒径小于0.081mm的颗粒微藻，最后将粒径小于0.081mm的颗粒微藻震荡过0.002mm的筛网，将过筛后粒径小于0.002mm的小颗粒微藻进行清洗，烘干粉碎得微藻粉，收集备用；

原料混合，具体包括：将剩余污泥粉、微藻粉、碳酸钾、乙二醇按质量比为2:1 3:2:3 5~ ~及一定量的蒸馏水混合，浸渍混合充分，将其进行烘干，12h后对烘干的混合原料进行粉碎；

活化炭化，具体包括：预处理后的原料放入坩埚中，以200 mL/min的流速通入N2 30 min赶尽装置内的空气，在N2保护下，以10℃/min的升温速度由室温升至900℃后，以150 mL/min的流速通入氨气吹扫活性炭2 h，在N2保护下自然冷却至室温；

炭化产物处理，具体包括：活化炭化后的产物进行炭化产物处理，依次添加100 ml 1 mol/L盐酸以及500 ml蒸馏水进行酸水洗，搅拌抽滤，用蒸馏水反复冲洗直至洗液呈中性，抽滤，烘干粉碎得到复合活性炭。

2.如权利要求1所述一种制备复合活性炭的方法，其特征在于，微藻预处理中，共经过三种孔径的筛网，孔径分别为0.140mm，0.081mm，0.002mm。

3.如权利要求1所述一种制备复合活性炭的方法，其特征在于，活化炭化中，所述氮气替换为氩气或氦气中一种。

4.如权利要求1所述一种制备复合活性炭的方法，其特征在于，活化炭化中，所述炭化温度为600 800℃。

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5.如权利要求1‑4任意一项所述一种制备复合活性炭的方法，其特征在于，微藻粉中所用的微藻是水华有害微藻或赤潮有害微藻中的一种。

说明书

一种制备复合活性炭的方法

技术领域

[0001] 本发明属于废弃物再利用技术领域，尤其涉及一种制备复合活性炭的方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着城市污水处理水平的显著提高，剩余污泥产量不断增加。污泥中含有大量有机质，碳含量比较髙，具有制备吸附剂的基本条件；污泥中一般含有一定絮凝剂和稳定剂成分，絮凝剂经过热解后能够提供较大的分子空腔，为孔的形成创造条件。

[0003] 在一些营养丰富的水体中，微藻和赤潮微藻等有害微藻大量繁殖，快速生长，在高温条件下，有害藻群体分解时散发出难以忍受的恶臭、污染空气，同时大量消耗水中溶解的氧气，常造成大批鱼类窒息死亡。常规治理成本高、成效一般，且未将有害微藻充分利用，浪费资源。

[0004] 多氯联苯(PCBs)是典型的环境持久性有机污染物，填埋场的渗漏、用富含PCBs的污泥肥料以及农药配方中使用PCBs都会造成土壤环境的PCBs污染。PCBs可通过植物吸收进入食物链，在机体中富集，具有很强的致癌性。目前，PCBs最常用的处理方法有物理法、化学法和生物法。

[0005] 活性炭具有较强的吸附性和催化性能，具有安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环境友好型吸附剂。剩余污泥和微藻都是容易获得的含碳物质，因此可以用于制备活性炭。但是，传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大，回收率低，产生的废水废气对环境造成危害，新型制备方法制备活性炭的缺点是需要的设备要求高，成本高。现在亟待一种制备成本低效果稳定，对多氯联苯有较高去除率的活性炭制备方法和工艺。

[0006] 通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

[0007] (1)现有利用剩余污泥和微藻制备活性炭的技术存在制备活性炭孔结构不够稳定，比表面积较低等问题，还需要多种有机化学药剂，容易造成二次污染。

[0008] (2)多氯联苯土壤污染修复方法中，存在处理效率低、处理成本高、易造成二次污染等问题。

[0009] 通过解决上述技术问题可以有效解决现有活性炭孔的稳定性以及比表面积的问题，提高水华藻基炭的稳定性和可行性，降低活性炭的原料成本，提高对多氯联苯的吸附性能，因此研究一种复合活性炭制备方法具有重要的意义。

发明内容

[0010] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种制备复合活性炭的方法。

[0011] 本发明是这样实现的，一种制备复合活性炭的方法，其特征在于，所述方法包括：微藻预处理；原料混合；活化炭化；炭化产物处理；

[0012] 所述微藻预处理，具体包括：将从湖中抽滤出的微藻进行三次处理，首先是将粒径大于0.140mm的固体颗粒物挑拣出来，过筛，将粒径为0.081‑0.140mm颗粒微藻过滤下来，将粒径为0.002‑0.081mm的团聚物震荡过筛，将过筛后的粒径小于0.002mm的小颗粒微藻进行清洗，烘干粉碎，收集备用；

[0013] 原料混合，具体包括：将剩余污泥粉、微藻粉、碳酸钾、乙二醇按质量比为2:1～3:2:3～5和一定量的蒸馏水混合，浸渍混合充分，将其进行烘干，12h后对烘干的混合原料进行粉碎；

[0014] 所述活化炭化，具体包括：预处理后的原料放入坩埚中，以200mL/min的流速通入N2 30min赶尽装置内的空气，在N2保护下，以10℃/min的升温速度由室温升至900℃后，以150mL/min的流速通入氨气吹扫活性炭2h，在N2保护下自然冷却至室温；

[0015] 所述炭化产物处理，具体包括：活化炭化后的产物进行炭化产物处理，依次添加100ml 1mol/L盐酸以及500ml蒸馏水进行酸水洗，搅拌抽滤，用蒸馏水反复冲洗直至洗液呈中性，抽滤，烘干粉碎得到复合活性炭。

[0016] 结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及有益效果为：

[0017] (1)本发明在制备过程中加入了乙二醇，乙二醇是一种有机溶剂，有两个羟基具与碱性金属盐结合醇盐的能力，对活性炭的孔径进行调控。

[0018] (2)本发明通入N2之后，通入NH3，对活性炭表面进行还原处理，引起活性炭表面酸性含氧基团的缺失，从而提高活性炭表面碱性基团的含量，在其表面脱除含氧官能团的同时引入含氮官能团，从而提高对多氯联苯的吸附性能。

[0019] (3)本发明制备的复合活性炭不仅可以进一步提高活性炭的吸附能力，还可以在一定程度上缓解有害微藻污染和污泥处置，同时将微藻去除后的湖水排放到湖水中，达到水质净化的效果，实际应用价值大，成本低廉，实现资源的充分利用。

[0020] (4)活性炭样品的表面具有大量孔隙结构，并且比表面积大，活性炭表面具有羟基，硝基，羰基等官能团，并且有氮官能团，活性炭样品的微孔和中孔对孔容贡献率均处于较高水平，中微孔孔容贡献率较高，吸附多氯联苯效果好。

附图说明

[0021] 图1是本发明实施例提供的复合活性炭制备方法流程图。

[0022] 图2是本发明实施例提供的复合活性炭制备方法装置图。

[0023] (a‑活性炭制备装置图：1‑1‑入料口；1‑2‑烘干装置；1‑3‑粉碎器；1‑4‑通入管；1‑5‑尾气排出管；1‑6‑氮气；1‑7‑坩埚；1‑8‑尾气处理装置；1‑9‑泵；1‑10‑盐酸；1‑11‑蒸馏水；
1‑12‑搅拌器；1‑14‑抽滤装置；1‑15‑氨气；1‑16‑开关；1‑17开关

[0024] b‑有害藻处理装置图：2‑1‑抽滤装置；2‑2‑网格栅；2‑3‑大孔隔板；2‑4‑刮板；2‑5‑小孔隔板；2‑6‑出水口；2‑7‑出料口；2‑8‑烘干粉碎装置；2‑9喷淋头；2‑10震动弹簧)[0025] 图3是本发明实施例提供的高温炭化产物照片。

[0026] 图4是本发明与商品活性炭去除多氯联苯对比图。

[0027] 图5是实施例1制备的催化剂扫描电镜图像。

[0028] 图6是实施例2制备的催化剂扫描电镜图像。

具体实施方式

[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0030] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种制备复合活性炭的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

[0031] S101.将从湖中抽滤出的微藻进行三次处理，首先是将粒径大于0.140mm的固体颗粒物挑拣出来，过筛，将粒径为0.081‑0.140mm颗粒微藻过滤下来，将粒径为0.002‑0.081mm的团聚物震荡过筛，将过筛后的粒径小于0.002mm的小颗粒微藻进行清洗，烘干粉碎，收集备用；

[0032] S102.将剩余污泥粉、微藻粉、碳酸钾、乙二醇按质量比为2:1～3:2:3～5以及一定量的蒸馏水，浸渍混合充分，将其进行烘干，12h后对烘干的混合原料进行粉碎；

[0033] S103.预处理后的原料放入坩埚中，以200mL/min的流速通入N2 30min赶尽装置内的空气，在N2保护下，以10℃/min的升温速度由室温升至900℃后，以150mL/min的流速通入氨气吹扫活性炭2h，在N2保护下自然冷却至室温；

[0034] S104.活化炭化后的产物进行炭化产物处理，依次添加100ml 1mol/L盐酸以及500ml蒸馏水进行酸水洗，搅拌抽滤，用蒸馏水反复冲洗直至洗液呈中性，抽滤，烘干粉碎得到复合活性炭。

[0035] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

[0036] 实施例1：

[0037] 本申请还提供了一种制备复合活性炭的方法，具体包括以下步骤：

[0038] (1)将从湖中抽滤出的微藻进行三次处理，首先是将粒径大于0.140mm的固体颗粒物挑拣出来，过筛，将粒径为0.081‑0.140mm颗粒微藻过滤下来，将粒径为0.002‑0.081mm的团聚物震荡过筛，将过筛后的粒径小于0.002mm的小颗粒微藻进行清洗，烘干粉碎，收集备用。

[0039] (2)将剩余污泥粉、微藻粉、碳酸钾、乙二醇按质量比为1:1:2:2以及一定量的蒸馏水，浸渍混合充分，60℃下进行烘干，12h后对烘干的混合原料进行粉碎。

[0040] (3)预处理后的原料放入坩埚中，以200mL/min的流速通入N2 30min赶尽装置内的空气，在N2保护下，以10℃/min的升温速度由室温升至900℃后，以150mL/min的流速通入氨气吹扫活性炭2h，在N2保护下自然冷却至室温。

[0041] (4)活化炭化后的产物进行炭化产物处理，依次添加100ml 1mol/L盐酸以及500ml蒸馏水进行酸水洗，搅拌抽滤，用蒸馏水反复冲洗直至洗液呈中性，抽滤，烘干粉碎得到复合活性炭。

[0042] 实施例1制得的复合活性炭比表面积为863.07m2/g，亚甲基蓝吸附量为696.6111mg/g，用实施例1制得的复合活性炭对于土壤中2‑ClBP(2‑氯联苯)的去除率为
72.8％，催化剂扫描电镜图如图5所示，表面结构较平滑，形成较为完整的孔隙结构，中微孔占80％‑90％左右。

[0043] 实施例2

[0044] 一种制备活性炭的设备，包括：微藻处理区、原料混合区、活化炭化区、炭化产物处理区。每个区域都有通向下一区域的通道，打开开关即可。

[0045] (1)微藻经抽滤装置2‑1进入处理区，网格栅2‑2将大的固体颗粒物(树枝、树叶等)拦截在外面，大孔隔板2‑3将一些大颗粒藻类进行拦截，大孔隔板的孔径为0.140mm，大孔隔板2‑3两边有震动弹簧2‑10，通过震动将团聚的微藻震荡下来，震荡频率为125rpm，小颗粒微藻落到小孔隔板2‑5上，小孔隔板的孔径为0.002mm，喷淋头2‑9开启，进行微藻的清洗，废水从出水口2‑6排出，刮板2‑4将微藻送入烘干粉碎装置2‑8，送入烘干粉碎装置2‑8进行烘干粉碎，通过出料口2‑7进入下一个装置；

[0046] (2)将剩余污泥粉从入料口1‑1投加到原料混合区，按质量比为2:1.5:2:3.5加入微藻粉、碳酸钾、乙二醇以及一定量的蒸馏水，使其浸渍混合充分，之后通过烘干装置1‑2，按照设置好的60℃，将其进行烘干，12h后粉碎器1‑3开关启动，对烘干的混合原料进行粉碎，有助于均匀混合，提高活化效果；

[0047] (3)开关1‑16打开后，预处理后的原料进入活化炭化区的坩埚1‑7中，以200mL/min的流速通入N2 30min赶尽装置内的空气，在N2保护下，以10℃/min的升温速度由室温升至900℃后，以150mL/min的流速通入氨气吹扫活性炭2h,在N2保护下自然冷却至室温，通过尾气处理装置1‑8，对尾气进行处理；

[0048] (4)开关1‑17打开后，活化炭化后的产物进入炭化产物处理区，通过泵1‑9依次添加100ml 1mol/L盐酸1‑10以及500ml蒸馏水1‑11进行酸水洗，可去除杂质及可溶性无机盐类灰分、降解TDS浓度；搅拌器1‑12启动，酸水洗更充分；之后通过抽滤装置1‑14，进行抽滤，洗液可以被自动检测是否为中性，若不是，则需要继续加入蒸馏水1‑11重复上述操作，直至洗液呈中性即可；

[0049] (5)砂芯漏斗1‑13进行90°翻转，抽滤后的产物到炭化产物处理区底部，烘干装置1‑2启动，按照设置好的60℃，将其进行烘干，12h后粉碎器1‑3开关启动，旋转进行粉碎，得到复合活性炭，将其收集到炭粉储存盒中。

[0050] 实施例2制得的复合活性炭比表面积为912.58m2/g，亚甲基蓝吸附量为705.5901mg/g，用实施例2制得的复合活性炭对于土壤中2‑ClBP(2‑氯联苯)的去除率为
76.5％，催化剂扫描电镜图如图6所示，样品具有更加丰富、完整、均匀的孔隙结构，中微孔占90％左右。

[0051] 由以上实施例可以看出，本发明制备的复合活性炭具有较好的性能，实现了对剩余污泥及微藻资源的充分利用。

[0052] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。