[发明专利]一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化硅的制备方法。

背景技术

公众对环境质量要求的日渐提高，使我国城市污水处理程度和处理规模与日俱增，因此作为污水处理产物的城市污泥量也迅速增加。污泥本身是一种由有机物质残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，pH值为6-7，总碱度约为200mg/L，一般不会影响后续处理及利用。可以将污泥区分为颗粒态、生物絮凝态、胶体及水溶态4个组分。污泥颗粒态组分主要由粒径＞40μm的污泥矿物颗粒、动植物和塑料等分解碎片组成；生物絮凝体组分主要由絮凝的污泥细菌构成；胶体组分主要由呈胶体状态的有机物和未絮凝的细菌分解残片组成；可溶性组分则主要包括可溶性的有机物质(大多数分子量＜1500Da)和无机阴阳离子。大量的研究证实城市污泥大部分由生物絮凝态组成，占污泥总量的40％～60％，其次为颗粒态组分(占25％～45％)，而可溶性(约占6％～10％)和胶体组分(约占1％)所占比例比较小。污泥绝大部分以生物絮凝态组分(主要是有机质)为主，与污水采用生物处理法有密切的关系。污泥中含有的许多有益成分，不善加利用又造成资源浪费。因此，如何将产量大、成分复杂的污泥合理处置利用以避免二次污染并创造经济价值便成为今后我国创建节约型社会、实现可持续发展进程中一个前景广阔的发展方向。

利用污泥中有机物质含量高的特点和相关的物理、化学活化方法可以制备出污泥炭材料，其制备过程中必不可少的一个步骤就是酸洗，很多文献都对此进行过相关报道。污泥炭材料中含有的碱性氧化物可以被酸浸洗出来，而污泥中含量最多的酸性无机氧化物——SiO₂(大部分为α-石英)无法洗脱出来，残留在炭结构中，从而使得污泥炭材料的S_BET面积和孔隙无法充分得到发挥。

现有技术制备纳米SiO₂的硅源多数采用正硅酸烷基酯和硅酸盐，但存在高能耗和高成本的缺点，已经成为人们愈来愈关注的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术制备的纳米SiO₂存在高能耗和高成本的问题，而提供一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法。

一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，具体是按以下步骤完成：一、首先将污泥经过自然干燥至恒重，然后采用机械破碎，筛分得到粒径小于100μm的干燥污泥；二、对步骤一制备的干燥污泥进行炭化处理，得到炭化污泥；三、将步骤二制备的炭化污泥进行酸浸处理，通过固液分离得到硅炭复合体；四、将步骤三得到的硅炭复合体采用碱式活化处理，得到硅酸盐溶液；五、将步骤四得到的碳酸盐溶液采用表面改性溶胶-凝胶法、表面活性剂溶胶-凝胶法或无表面活性剂溶胶-凝胶法制备得到纳米二氧化硅。

本发明优点：一、本发明利用污泥制备纳米二氧化硅，为污泥提供新的用途，减少环境污染，而且降低了纳米二氧化硅的制备成本；二、本发明制备的纳米二氧化硅比表面积大、粒度分布均匀、分散性好、表面性质优良的产品；三、本发明步骤四中得到的滤渣可制备成多孔、较高SBET面积的污泥活性炭，可以用作净化水、空气中污染物的吸附材料；四、本发明制备的纳米二氧化硅产品具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及特殊的光电特性，以及在高温下仍具有高强、高韧、稳定性好等特点，可广泛应用于各个相关领域。

附图说明