[发明专利]一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市生活污水处理厂剩余污泥的利用和水处理材料的制备，特别涉及一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法。

背景技术

随着城镇化的发展，城市人口激增，城市生活污水排放量越来越大，这些生活污水可生化性好，各市都兴建了以生化法为基础的污水处理厂，实现了污水的达标排放。但是污水处理厂处理污水过程中，会产生大量的剩余污泥，这些污泥含水率高(75％～99％)，有机物含量高，易腐烂。污泥中含有具有潜在利用价值的有机质，氮、磷、钾和各种微量元素，也含有寄生虫卵、病原微生物等致病生物和铜、锌、铬等重金属，以及多氯联苯、二噁英等难降解有毒有害物质，如不妥善处理，易造成二次污染。

污泥的处理一直是水处理行业的难题，目前，对于剩余污泥的处理方法主要有土地利用、卫生填埋和焚烧等方法。这些方法成本高，存在着环境安全隐患。污泥中除水分外，含有大量的有机物，这些有机物以生物残体为主，富含蛋白质，其中的很多成分都是宝贵的资源。因而，积极探讨污泥的综合利用方法，变废为宝，是污泥处置的最好出路。

多孔钛酸盐，是一类稳定的高性能重金属吸附剂，一般都采用溶胶-凝胶模板法合成(张东，王敏，谭玉玲，化学学报，2010年，16期，p1641-1648；Dong Zhang，Chun-li Zhang，Pin Zhou，Journal of Hazardous Materials，2011年，186卷2-3期，p971–977)。该方法分别以钛酸四丁酯和碱土金属盐为钛和碱土金属源，以柠檬酸、油酸、醋酸和三乙醇胺为络合剂和催化剂，以醇类试剂为分散剂，再加入双氧水等致孔剂或模板材料，通过溶胶-凝胶技术得到均一的钛酸盐凝胶前驱体，经高温煅烧得到多孔钛酸盐吸附剂。该方法最大的问题在于所用的试剂昂贵，合成的钛酸盐成本很高，这限制了多孔钛酸盐吸附剂在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的，是提供一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，本方法生产工艺简单，利用污泥制造一种成本低，高性能的重金属吸附材料。

采用的技术方案是：

一种利用污泥制备多孔钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

(1)取污泥，调整污泥的含水率为87-92％，放入捣碎匀浆机中，捣碎匀浆10-20min，得到均质泥浆，备用；

(2)按泥浆与四氯化钛质量比为1:0.2–1取四氯化钛，在持续搅拌条件下，将四氯化钛缓慢滴加入步骤(1)中得到的均质泥浆中，滴加完后，于60-80℃条件下，密闭保温搅拌反应30-120min，得到含钛胶状物，备用；

(3)按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属碳酸盐粉体，加入到步骤(2)中制得的含钛胶状物中，混合均匀，搅拌，用氨水调pH值为2.5-4，搅拌蒸干，最后于100-110℃条件下烘干，制成含钛-碱土金属-泥干胶，备用；

(4)将步骤(3)中制备的含钛-碱土金属-泥干胶置于电炉中，于650-1000℃条件下，空气氛围中煅烧4-6h，炉内自然冷却到室温，即得。

上述步骤(1)中捣碎匀浆时间为10-20min。

上述步骤(1)污泥在捣碎匀浆时，捣碎匀浆搅拌转速≥4000转/分钟。

上述步骤(3)中碱土金属碳酸盐粉体为碳酸钙粉、碳酸钡粉、碳酸锶粉、白云石粉、石灰石粉和方解石粉中的一种或几种。

上述步骤(3)中碱土金属碳酸盐粉体的粒径≤25微米。

上述步骤(3)中搅拌时间为20-40min。

上述方法处理并利用了污泥，同时降低多孔纳米钛酸盐吸附剂的合成成本，以价格更低的四氯化钛提供钛源，用石灰石、白云石、碳酸钙、碳酸钡等碱土金属的碳酸盐为碱土金属源。四氯化钛与污泥反应过程中，会生成盐酸，盐酸能够对污泥中的蛋白质等有机物改性，使得污泥具有络合、分散和成胶能力，可以完全替代钛酸盐合成时所必需的助剂。多余的盐酸与碱土金属的碳酸盐反应，溶解碳酸盐，同时产生的二氧化碳气体，起到致孔作用。污泥中的重金属等无机成分固留在钛酸盐吸附剂中，这些物质掺杂在钛酸盐中，起到提高钛酸盐的吸附能力的作用。

本发明的优点在于：

本发明直接利用污泥合成多孔钛酸盐，降低多孔钛酸盐吸附剂的合成成本，以价格更低的四氯化钛提供钛源，制备一种低成本的、高性能的多孔钛酸盐类重金属吸附材料，本发明制造工艺简单、操作方便，使用原料成本较低，适于广泛应用，同时对污泥进行了处理，解决了污泥对环境污染的问题，变废为宝，具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明