[发明专利]城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及污水污泥资源化处理及综合利用技术领域，尤其涉及一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用。该制备方法包括以下步骤：热解：热解城市生活污水污泥得到污泥焦炭；第一次反应：在惰性气体氛围中，向污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、硅源进行反应；去除十六烷基三甲基氯化铵：在惰性气体氛围中，对反应后的污泥焦炭进行加热，得到带介孔硅的污泥焦炭；第二次反应：在惰性气体氛围中，将带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质进行反应，得到城市生活污水污泥基重金属吸附剂。通过该制备方法得到的重金属吸附剂具有吸附容量大、吸附选择性好的特点。

技术领域

本发明涉及污水污泥资源化处理及综合利用技术领域，尤其涉及一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用。

背景技术

根据《中国城市建设统计年鉴》的数据显示，2016年我国城镇生活污水的排放量达到449亿立方米，产生的脱水污泥(含水率80％)接近4000万吨。由此可见，对城市生活污水的处理会产生大量的污泥。现有的污泥处置方式主要有填埋和焚烧，但日趋严格的环保要求使得这些处置方法不能满足现实需求。考虑到污泥中含有大量的有机质，同时污泥泥质因污水处理工艺、城市地理位置、地区经济而具有较大变化，因此可采用热解技术对污泥进行高效处理。

对城市生活污水污泥进行热解处理后，可收获具有丰富空隙结构的污泥焦炭。这种基于城市生活污水污泥热解处理所得到的污泥焦炭比表面积较大，且具有介孔结构，故可以用于吸附重金属吸附。但是，由于此类污泥焦炭的表面化学官能团种类很少且含量低，使其在吸附重金属时吸附选择性差、吸附容量有限，因此需要对污泥焦炭进行改性以提高其重金属吸附能力。

目前，在生物质焦炭的表面通过化学改性方法来修饰上化学官能团，已有报道；然而，鉴于污泥焦炭的无机组分含量较高、成分更复杂，故适用于生物质焦炭的化学改性方法并不能适用于污泥焦炭。基于此，实有必要寻找新的方法对污泥焦炭进行改性，以提高其对重金属的吸附能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂及其制备方法、应用，以解决城市生活污水污泥焦炭对重金属的吸附选择性差、吸附容量有限等问题。

本发明包括三个方面，第一个方面，本发明提供一种城市生活污水污泥基重金属吸附剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

热解：热解城市生活污水污泥得到污泥焦炭；

第一次反应：在惰性气体氛围中，向所述污泥焦炭中加入十六烷基三甲基氯化铵、水、氨水、硅源进行反应；

去除十六烷基三甲基氯化铵：在惰性气体氛围中，对反应后的所述污泥焦炭进行加热，得到带介孔硅的污泥焦炭；

第二次反应：在惰性气体氛围中，将所述带介孔硅的污泥焦炭与含有氨基的物质进行反应，得到所述城市生活污水污泥基重金属吸附剂。

可选地，所述硅源选自有机硅源和/或无机硅源，其中所述有机硅源选自原硅酸四乙酸酯或正硅酸甲酯，所述无机硅源选自硅酸钠；所述含有氨基的物质选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷或者二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；所述惰性气体氛围选自氮气氛围、氩气氛围或氦气氛围。

可以理解的是，在本发明中原硅酸四乙酸酯的英文缩写是TEOS，正硅酸甲酯的英文缩写是TMOS，3-氨基丙基三乙氧基硅烷的英文缩写是APTES，3-氨基丙基三甲氧基硅烷的英文缩写是APTMS，十六烷基三甲基氯化铵的英文缩写是CTAC。

进一步地，所述热解的步骤包括：将城市生活污水处理得到的脱水污泥经日晒后，粉碎和筛分，得到所述城市生活污水污泥；对所述城市生活污水污泥在650～700℃下热解反应40～80min，得到所述污泥焦炭。