[发明专利]一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及应用

说明书

本发明属于污染土壤治理技术领域，更具体地，涉及一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及其应用。高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少2小时，冷却后得到污泥生物炭；(2)将污泥生物炭与浓度为3～6g/L的含有有机官能团的高分子聚合物溶液在混合，40℃～60℃的条件下搅拌，向其中逐滴加入交联剂，发生交联反应后获得流体状复合物；(3)流体状复合物逐滴加入酸溶液，直至胶体完全析出，分离后将胶体干燥得到高分子材料改性的污泥生物炭催化剂。将该催化剂应用于降解土壤中的有机污染物，污染物降解效率高。

技术领域

本发明属于污染土壤治理技术领域，更具体地，涉及一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及其降解土壤中有机污染物的方法。

背景技术

随着城市现代化进展的加快，土壤的污染问题越来越严重，已经严重影响人们的生产生活。污染土壤中以有机物污染最为严重，由于多数有机污染物具有难降解、强致癌的性质，目前土壤修复已经引起国内外的密切关注。

现有土壤修复技术中，目前使用最广泛的修复手段是化学修复法。因为化学修复具有修复周期短、修复效果显著、土壤二次利用率高等优点。在化学修复中，高级氧化法是使用最广泛的方法，主要有双氧水、高锰酸盐、臭氧等高级氧化技术。首先双氧水为液体、运输较为困难，且对土壤质地有很高的要求，及其氧化半径较小等明显的缺点；其次，高锰酸盐对pH有较高的选择性，且生成的二氧化锰为沉淀，影响土壤的孔径，对土壤中的微生物生存有较大的影响；另外，臭氧基于其传质等因素，一般不作为大面积场地修复的手段。过硫酸盐基于其易运输、对土壤自身性质选择性较小、以及其氧化半径较大、自由基持续周期长等优点，目前在高级氧化技术中得到了大量的研究。

基于过硫酸盐的高级氧化技术中，一方面，催化剂的量以及形态的使用有很大限制，少量或过量、溶液或者固体都会影响其氧化效果。例如过硫酸盐催化剂中主要为含铁的催化剂，自由铁离子活性最强，但是使用过程铁离子过量会抑制其降解效果；对于铁矿石等系列催化剂，由于其为固体催化剂，多相反应导致反应时间及降解效率较低。

另一方面，有机污染物易附着在土壤有机质上，甚至进入其内部，导致其不易降解，且在多相反应中降解效果会受极大影响。

此外，对于含铁化合物催化过硫酸盐过程中对pH也有较高要求，故本文发明一种新型高分子材料，其制作工艺简单，操作简便，中性条件可高效降解土壤中的污染物。其一方面利用了废弃的污泥，另一方面在污染治理上作为催化剂，达到以废治废的目的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备方法及应用，其目的在于通过将热解处理的污泥生物炭与含有大量有机官能团如-NH₂、-COOH、-OH的高分子聚合物在交联剂作用下发生交联接枝反应，然后通过酸析出胶体并干燥获得该催化剂，将其应用于降解土壤中的有机污染物，污染物降解效率高，由此解决现有技术基于过硫酸盐的高级氧化技术的催化剂效率低、工艺控制条件复杂等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将烘干的污泥在隔绝氧环境下于400～600℃下热解处理至少2小时，冷却后得到污泥生物炭；

(2)将步骤(1)所述的污泥生物炭与浓度为3～6g/L的含有有机官能团的高分子聚合物溶液混合，在40℃～60℃的搅拌条件下向其中逐滴加入交联剂，发生交联反应后获得流体状复合物；其中所述污泥生物炭、所述高分子聚合物与所述交联剂的质量比为1:0.5～3:0.25～2；

(3)向步骤(2)获得的流体状复合物逐滴加入酸溶液，直至胶体完全析出，分离后将胶体干燥得到高分子材料改性的污泥生物炭催化剂。