[发明专利]一种基于造纸脱墨污泥制备的纤维素纳米晶及在地下水铁锰去除中的应用

说明书

本发明公开了一种基于造纸脱墨污泥制备的纤维素纳米晶及在地下水铁锰去除中的应用，属于环境工程技术领域。本发明通过药剂调理‑干化破碎‑化学氧化‑超声筛分技术将造纸脱墨污泥制备为纤维素纳米晶，并在弱酸性条件下将其负载于沸石上使其具备净化地下水与铁锰截留效果。运用此方法，可以显著降低地下水中铁锰的含量，保证地下水水质稳定。同时，将造纸脱墨污泥进行高附加值产物制备，拓宽了其应用范围，具有较高的可行性。

技术领域

本发明涉及一种基于造纸脱墨污泥制备的纤维素纳米晶及在地下水铁锰去除中的应用， 属于环境工程技术领域。

背景技术

在资源优势利用的背景下，废纸被作为造纸原料进行纸张的生产，因此会产生大量的造 纸脱墨污泥。造纸脱墨污泥无机灰分含量较高，易于脱水，同时因其含有大量纤维素类物质， 使其一般被用于作为市政污泥焚烧的辅助燃料。这样做不仅会增加污泥焚烧处置的难度，也 会造成造纸脱墨污泥的资源浪费，因此，十分必要依据造纸脱墨污泥的性质与组分，对造纸 脱墨污泥进行资源化利用。纳米纤维素保留了天然纤维素的结晶结构，长度一般为500-800 nm，直径一般为5-8nm，具有良好的机械强度和高热稳定性。纤维素纳米晶是纳米纤维素的 一种，目前普遍认定纤维素纳米晶的直径D范围在2-4nm，长度L范围在100-400nm和L/D 范围在80-100。如果通过去除造纸脱墨污泥的杂质并将其中的纤维素类物质制备成纤维素纳 米晶，将有效地提高造纸脱墨污泥的应用范围并提升其附加值。造纸脱墨污泥的脱水和干化 后污泥氧化体系的选择是制备纤维素纳米晶的最重要步骤，确定最适宜的原料纤维素的获得 方法以及纤维素纳米晶的制备方法，将有效解除造纸脱墨污泥只能作为焚烧辅料的制约。此 外，由于环境污染物日益严重，地下水的污染程度也随之加剧，传统滤料不仅对地下水的去 除能力有限，而且需要定期的反冲洗，不仅增加了运行难度，也提高了运行成本。通过纤维 素纳米晶对沸石的负载，有望解决上述地下水净化过程存在的弊端，也将促进造纸脱墨污泥 资源化利用技术和工艺的发展。

发明内容

技术问题：

造纸脱墨污泥一般仅作为市政污泥焚烧的辅助燃料进行焚烧处置，资源化利用效果较差， 使其在污泥资源化利用的大背景下处于低效利用的状态。本发明基于造纸脱墨污泥的性质， 突破造纸脱墨污泥脱水和通过氧化体系制备纤维素纳米晶的技术限制，将其耦合沸石应用于 去除地下水中的铁、锰。

技术方案：

一种制备纤维素纳米晶的方法，包括如下步骤：

(1)取用造纸脱墨污泥混合液进行固液分离，收集固体污泥，然后利用缓冲溶液稀释固 体污泥，获得泥水混合液；

(2)向步骤(1)所得泥水混合液中加入絮凝剂和熟石灰，混匀，然后膜过滤分离，收集截留于滤膜上的污泥；

(3)采用热干化的方式处理步骤(2)所得污泥，至污泥的含水率不超过30％后进行破 碎处理；

(4)用缓冲溶液润洗破碎后的污泥，然后加入2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物自由基和溴化 钠，混匀，形成混合体系；

(5)向步骤(4)所得混合体系中加入终止氧化剂，至反应体系的pH不发生变化，终止反应；固液分离、收集固体，即得纤维素纳米晶。

在本发明的一种实施方式中，所述造纸脱墨污泥混合液可取至嘉兴某造纸厂造纸废水处 理车间。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中缓冲溶液选用pH为6.5-7.5的磷酸盐缓冲 液。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中絮凝剂选自AlCl₃、FeCl₃。