一種活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料技術領域，涉及一種復合材料，特別是一種活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]活性污泥是城鎮生活污水處理廠在污水凈化處理過程中產生的沉積物，是處理污水所產生的固態、半固態及液態的廢棄物，其數量巨大、增長迅速，已成為一種新的污染源，給城市環境帶來極大威脅，解決活性污泥處置問題迫在眉睫。活性污泥含有60%?70%的粗蛋白質，25%左右的碳水化合物，這些有機組分含有具有吸附性能的羧基、羥基、氨基、磷酰基和巰基官能團，常用來制造吸附劑進行資源化利用。
[0003]專利(申請號:CN200910050238)“一種污泥吸附劑的制備方法及其應用”、專利(申請號:C N 2 0121013 516 2) “剩余活性污泥吸附劑的制備方法及其應用”和專利(申請號:CN201510311930)“一種改性造紙污泥吸附劑及其制備方法與應用”等專利公開了多種活性污泥吸附劑的制備方法。這些方法都以活性污泥為原料，加入活化劑制成前驅體漿液，浸漬后再烘干、炭化。這些方法存在一些不足:一是制備工藝流程復雜，制備時間長、成本高；二是單獨使用活性污泥作為吸附劑，其吸附性能和效果具有一定的局限性，而且活性污泥吸附污染物并沒有將污染物破壞或還原以解除毒素。這使得活性污泥的吸附能力隨著使用時間的延長而逐漸降低，不可避免地產生二次污染問題。需要開發多功能型城市污泥復合材料來提高其處理能力。近年來，在有機廢水處理過程中，納米鐵由于其顆粒尺度小，比表面積大，還原能力強而倍受關注，然而納米鐵在使用過程中呈現失活、團聚、回收困難等問題，需要將其負載到載體上以增強實用性。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種利用活性污泥為載體，采用硼氫化鈉液相還原法制備兼具活性污泥吸附性能和納米鐵強還原性能，提高復合材料應用于有機廢水處理的綜合性能的活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法。
[0005]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)活性污泥的預處理:將城鎮生活污水處理廠的活性污泥烘干后破碎，過篩，用硝酸浸泡，抽濾，清洗干凈，烘干后備用；
[0007]2)液相還原溶液的制備:將氯化鐵和氯化銅超聲溶于90 %的乙醇溶液中，在室溫下超聲波振蕩后得到溶液A;將步驟I)得到的活性污泥與溶液A混合于三頸燒瓶中，磁力攪拌后得到混合物B;用去離子水溶解硼氫化鈉，得到溶液C;
[0008]3)復合材料的制備:在氮氣的保護條件下，勻速滴加步驟2)得到的溶液C到步驟2)得到的混合物B中，而后充分攪拌，待溶液C全部滴完后，再進行磁力攪拌；
[0009]4)復合材料的干燥:將步驟3)得到的復合材料進行快速抽濾，而后置于真空干燥箱中進行干燥得到固態的活性污泥及納米鐵銅復合材料。
[0010]本活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法中，活性污泥取自城鎮生活污水處理廠的廢棄污泥。活性污泥的破碎可采用球磨機破碎，并通過不同篩網得到不同粒度的污泥。抽濾可采用循環水式真空栗抽濾設備。超聲波振蕩可采用超聲波振蕩器。
[0011]在上述的活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法中，在步驟I)中，所述活性污泥的烘干溫度為105?120°C，烘干時間為20?24h;所述活性污泥破碎后的污泥粒度可為60?100目；所述硝酸為0.1?0.2mol/L的硝酸溶液，并按每克活性污泥加2?3mL硝酸溶液浸泡20?24h;清洗用去離子水迅速洗滌至中性，備用烘干的溫度為105?120°C，其烘干時間為10?12h0
[0012]在上述的活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法中，在步驟2)中，所述溶液A的氯化鐵和氯化銅的質量比為10:1?20:1，氯化鐵和氯化銅與90%的乙醇溶液質量與體積比為I g:1 OmL?Ig: 15mL;超聲波的振蕩時間為30?40miη ；在活性污泥與溶液A混合時，按每克預處理后活性污泥加10?20mL的溶液A混合;磁力攪拌的時間為60?120min;所述溶液C中硼氫化鈉與去尚子水的質量與體積比為lg:50mL?2g:50mL。
[0013]在上述的活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法中，在步驟3)中，所述氮氣的流速為10?20mL/min;溶液C的滴加速率為I?2滴/s，溶液C與溶液B的體積比為1:1?1:2;待溶液C全部滴完后，磁力攪拌的時間為30?40min。
[0014]在上述的活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法中，在步驟4)中，所述快速抽濾的時間為3?5min;所述真空干燥箱的干燥溫度為105?120°C，干燥時間可為10?12h。
[0015]與現有技術相比，本活性污泥及納米鐵銅復合材料的制備方法以活性污泥為載體，采用硼氫化鈉液相還原法制備，該復合材料將活性污泥吸附性能和納米鐵強還原性有機地結合起來，充分發揮兩種材料的優勢。形成的鐵銅二元金屬體系，既提高納米鐵在空氣中的穩定性，又增加納米鐵表面的活性吸附點，提高了復合材料應用于有機廢水處理的吸附和還原性能。由于城鎮生活污水處理廠的活性污泥的粒徑分布范圍寬，表面積大，絮體呈網狀機構，是良好的載體，開發活性污泥及納米鐵銅復合材料既能提高活性污泥的吸附能力，又增強納米鐵強還原能力，同時又將活性污泥被廢為寶，以廢治廢，具有較高的環境效益和經濟效益。本發明克服了目前納米鐵應用于有機廢水中存在的顆粒細微，在水中易失活和凝聚，難以回收和重復利用等缺點，此外，該方法生產工藝流程短、原材料價格低，可大幅度降低生產成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是實施例一至三的單體和復合材料對苯溶液和苯酚溶液的去除率表格。
[0017]圖2是實施例一至三的城市污泥/納米鐵銅復合材料XRD射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0018]以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
[0019]實施例一
[0020]以城鎮生活污水處理廠的活性污泥為載體，采用硼氫化鈉液相還原法制備活性污泥及納米鐵銅復合材料，具體實施步驟是:
[0021]將城鎮生活污水處理廠的活性污泥在105°C的烘箱內干燥24h，再將其破碎，過60目篩。
[0022]過篩后的活性污泥按每克加2mL的0.lmol/L的硝酸溶液浸泡24h，抽濾并用蒸餾水迅速洗滌至中性，置于105°C的烘箱內干燥1h后，保存備用。
[0023]將10.0g氯化鐵和1.0g氯化銅超聲溶于IlOmL的90%的乙醇溶液，在室溫下超聲波振蕩30min后得到溶液A。將6.0g預處理后活性污泥與溶液A混合于三頸燒瓶中，磁力攪拌120min得到溶液B。取Ig硼氫化鈉于滴液漏斗中，加50mL去離子水溶解得到溶液C。
[0024]調整氮氣的流速為15mL/min，通氮氣5min后