[发明专利]一种金属离子改性污泥基生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种金属离子改性污泥基生物炭的制备方法，包括步骤：(1)将污泥干燥、研磨过筛，烘干后再经管式炉高温热解得污泥基生物炭；(2)将步骤(1)得到的污泥基生物炭放入一种金属离子溶液中浸渍，蒸馏水洗净至中性，烘干至恒重，研磨过筛，放入管式炉中二次高温热解制成金属离子改性污泥基生物炭。本发明的金属离子改性污泥基生物炭具有较大的比面积和孔径，能高效去除TC、SMZ、AMC等抗生素，避免抗生素污染。

技术领域

本发明涉及一种金属离子改性污泥基生物炭的制备方法及其应用，属于生物炭制备技术领域。

背景技术

随着城市化和工业化的不断发展，2013年全国各污水厂共产生污泥3000万吨，预计2020年达到6000-9000万吨。污泥是纤维、动植物残体、微生物、病原体和重金属的混合物。传统的污泥处理技术包括好氧/厌氧消化、焚烧、堆肥、填埋和直接用于农业，如果处理不当，接收的生态系统可能受到威胁。填埋场使用的污泥稳定性差，易腐蚀、脱落，产生恶臭气体，水体易渗漏，污染地下水；污泥焚烧时会产生二恶英等剧毒物质。

污泥中含有大量的生物质和有机物，可以碳化合成生物炭，实现污泥资源的高附加值利用，具有良好的经济效益和社会效益。污泥热解产生的生物炭大大降低了环境中有机微污染物的风险。污泥与核桃壳共热解产生的生物炭可以吸收水中的铵和磷，引起了广泛的关注。此外，生物炭可以通过多种方式进行改性，以提高生物炭的吸附性能。通过加载具有良好开发潜力的金属离子来修饰生物炭是一种很好的方法。目前，发现铁离子改性可以提高生物炭对有机污染物的吸附和转化能力。

抗生素是一种化学物质，可以减少或抑制微生物的增殖，包括细菌、原生动物、微藻、病毒和真菌。中国每年抗生素的产量很大，其中大多数兽药抗生素代谢不良，直接通过动物粪便排出；医用抗生素是环境中抗生素的来源之一，患者排出的处方抗生素或医疗废弃物中残留的抗生素进入下水道系统，最终通过食物链进入人体。当粪肥作为有机肥添加到土壤中时，残留的抗生素会危害生态环境的安全，加重细菌、病毒和微生物的抗性，危害人体健康。例如，长期接触抗生素的儿童患肥胖症和哮喘的风险更大。此外，粪便在农田中普遍用作肥料或灌溉时，会出现地面或地表水非点源污染的现象。无论是地表水，还是地下水，都可能受到抗生素的污染，这是由于动物粪便和土壤中残留的植物抗生素的渗入。在这些抗生素中，TC(四环素)、SMZ(磺胺甲恶唑)、AMC(阿莫西林)为主要污染物。处理废水中抗生素的技术有很多，如膜分离、氧化、电化学、光降解、生物降解和吸附。吸附法由于效率高、操作简单、能耗低，已成为实际应用的主要方法。生物炭具有较强的去除水中污染物的能力，利用低成本生物质制备吸附剂成为近年来的研究热点。例如专利CN201910070734.X用浓硫酸、硝酸改性制成的秸秆生物炭具有原料广泛、成本低廉的优点，但对有机染料吸附效果一般。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种金属离子改性污泥基生物炭的制备方法，缓解污泥处理压力，减少环境污染，改善生态环境。

本发明还提供了一种金属离子改性污泥基生物炭的应用，吸附水体中TC、SMZ、AMC的效果好，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的一种金属离子改性污泥基生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将污泥干燥、研磨过筛，烘干后再经管式炉高温热解得污泥基生物炭；

(2)将步骤(1)得到的污泥基生物炭放入金属离子溶液中浸渍，蒸馏水洗净至中性，烘干至恒重，研磨过筛，放入管式炉中二次高温热解制成金属离子改性污泥基生物炭。

作为改进，所述步骤(1)中污泥在常温下风干48h，研磨后过60目筛，然后在60℃的烘箱内烘干。

作为改进，所述步骤(1)中管式炉的终点温度为600℃，升温速度为5℃/min，气氛为300mL/min的N₂。