[发明专利]一种基于脱水污泥的二维氮掺杂磁性Fe3

说明书

本发明属于污泥脱水处理，重金属废水处理及环境材料技术领域。本发明公开了一种基于脱水污泥的二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂及其制备，其包括如下步骤：(1)向铁盐中引入碱源，通过沉淀法合成脱水剂。(2)将脱水剂加入到污泥中，搅拌至均匀，通过水热法脱水。(3)脱水后，以脱水剂和脱水后固体为原料通过一步法制备二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂及其对Cr(VI)废水中的应用。将得到的吸附剂采用吸附法应用到含Cr(VI)的水溶液中进行性能评估。本发明的二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂具有合成方法简单，成本低，吸附容量高，环境友好，循环使用性能高的优点，同时实现污泥的资源化利用。

技术领域

本发明涉及污泥脱水处理，重金属废水处理及固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种基于脱水污泥的二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂及其制备。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，重金属的应用极大地促进了全世界工业化的突飞猛进，然而，这也不可避免的造成重金属污染环境问题。重金属铬主要通过橡胶、皮革制剂、电镀等工厂废水排放到河流中，含重金属铬的废水会渗透到地下水，进而通过食物链在人体内积累，可诱发肺癌和鼻咽癌，对人类的身体健康造成严重的威胁。因此，去除水体中的Cr(VI)对人类健康和解决环境污染是非常迫切的。目前，去除Cr(VI)的普遍方法以吸附法，还原法，沉淀法和膜过滤法等。其中，吸附法由于其处理成本低，操作简单，无二次污染的优势被广泛采用。

中国专利申请号为201410023086.X的专利申请公开了一种氮杂化的磁性有序介孔碳吸附剂、制备方法和应用，此专利以介孔硅为模板合成氮杂化的磁性有序介孔碳吸附剂。但涉及到的技术方案存在的不足为：1.需要提前合成模板介孔硅；2.需要强碱针对性去除模板；3.能耗大，高温炭化达到1000℃。因此，开发一种低能耗，低成本，高效益，合成路线简单的吸附剂是目前的迫切问题。据报道，工业污泥和城市污泥的大量堆积产生占地，散发恶臭气体，污染水体等问题，严重污染生活环境，因此，对污泥进行无害化和资源化处理是解决问题的关键。

基于污泥中的各种有机物，可将污泥转化为功能化炭吸附剂，既实现了污泥的资源化利用又可将功能化炭吸附剂应用到环境领域。经过相关调研，通过一步法对污泥脱水并应用于制备二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂还未报道。

发明内容

本发明提供一种基于脱水污泥的二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂及其制备。本发明的目的是对污泥进行脱水技术处理，并将循环使用的脱水剂和得到的含腐植酸污泥的混合物通过一步法制备的二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂应用于去除水溶液中的Cr(VI)。

本发明通过下述技术方案实现：

一种以脱水污泥制备二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂的方法，包括如下步骤：

步骤一：向铁盐中引入碱源，于40℃～90℃加热搅拌1～5h，水洗后在50℃～90℃烘干；

步骤二：将脱水剂加入到含污泥的水溶液中搅拌至均匀后，将混合物转移至高压反应釜中进行水热，然后离心分离后烘干得到固体混合物；

步骤三：将步骤二得到的固体混合物与活化剂按比例混合后进行热解，得到磁性物质；

步骤四：对步骤三得到的磁性物质进行酸洗和水洗，烘干后得到二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂。例如用蒸馏水洗涤，放置在60℃～80℃的真空干燥箱中干燥10～12h得到二维氮掺杂磁性Fe₃C/C吸附剂。

上述步骤一中的铁盐为氯化铁、硝酸铁或者硫酸铁中的一种或者两种以上；所述碱源为氢氧化钠、氢氧化钾或者氨水中的一种或者两种以上。