一种污泥生物炭的制备及其应用制造技术

一种污泥生物炭的制备方法，是先对污泥进行调理，然后进行热解，所述调理是在污泥中先加入阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液搅拌处理，然后加入高铁酸钾（K2FeO4）进行二次搅拌处理。本发明专利技术制备的污泥生物炭，通过复合调理剂处理后，制备的污泥生物炭比表面积、孔容积等得到了改善，在较低温度下对CO2具有优异的吸附性能，30℃下吸附量可以达到114.72mg/g，对于污泥生物炭应用于吸附CO2提供了较好的方向。提供了较好的方向。提供了较好的方向。

【技术实现步骤摘要】
一种污泥生物炭的制备及其应用


[0001]本专利技术涉及生物炭材料制备
，具体涉及一种污泥生物炭的制备及其应用。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程的加快，污水排放量增大，作为污水处理副产物的污泥数量也不断增加。截止2020年全国城市污水日处理量达到19185立方米，全国生产干污泥达到561万吨。由于经济技术等方面的制约，我国在污泥处理上方式较为单一，现有的污泥处理主要方式是脱水后大量焚烧填埋。自工业革命以来，由于大量煤、石油等化石燃料的燃烧，空气中CO2含量不断增加，据联合国气候变化专门委员会(IPCC)预计，CO2浓度将于2100年达到570ppm，地球温度上升1.9℃，而2℃应该是可容忍的气候变暖的上限。
[0003]因此我们必须不断改进能源结构，CCUS(Carbon Capture，Utilization and Storage)碳捕获，在碳减排上可贡献14％的力量，被认为是最有前景的碳减排技术的关键技术之一，受到世界各国的高度重视。固体吸附剂是目前研究的热点，也是更可能在未来得到商业化应用的技术。炭基吸附剂是一种常见的固体吸附剂，因其具有多孔结构且含有很多官能团及活性点位有利于CO2吸附。如果利用城市剩余污泥制备成污泥生物炭，用于CO2捕集，不仅解决了污泥处理处置难的问题而且为CO2减排做出了贡献，达到了减污降碳协同发展。
[0004]现有技术中有采用阳离子聚丙烯酰胺作为调理剂对污泥进行调理，但是制备污泥生物炭需要的裂解温度达到800℃，且吸附CO2最优异的温度为90℃，对于实际应用时有较大的限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种污泥生物炭的制备方法。
[0006]本专利技术第二个目的在于提供上述污泥生物炭的应用。
[0007]本专利技术目的通过如下技术方案实现：
[0008]一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：先对污泥进行调理，然后进行热解，所述调理是在污泥中先加入阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)水溶液搅拌处理，然后加入高铁酸钾(K2FeO4)进行二次搅拌处理。
[0009]进一步，上述二次搅拌处理后，将污泥温度升高至50
‑
60℃保持5
‑
6min。
[0010]本专利技术中通过先采用CPAM调理，再采用K2FeO4调理，使得各调理剂充分对污泥进行调理，污泥中有机物分解更为完全，使得最后生成的污泥生物炭比表面积、孔容积等更大，且调控了孔径结构，增强生物炭对CO2分子吸附力。
[0011]此外，氨基可以与CO2进行缩合，污泥生物炭表面含氧官能团可以以氢键形式与CO2结合。通过升温，促进污泥中剩余K2FeO4与聚丙烯酰胺及其调理分解产物反应，通过缩合、形成氢键等方式生成小分子结构，增加生物炭中含氧官能团及氨基等结构的含量。
[0012]进一步，所述CPAM水溶液是将CPAM溶于去离子水中配制成体积浓度为0.1％的CPAM溶液。
[0013]进一步，所述CPAM溶液的添加量为20
‑
80mg/g污泥干重，K2FeO4的添加量为20
‑
80mg/g污泥干重。
[0014]进一步，所述搅拌是200
‑
300r/min的转速快速搅拌30s以混合均匀，再以25
‑
35r/min的转速慢速搅拌3min。
[0015]进一步，所述二次搅拌是在1000r/min快速搅拌1min，然后子啊150
‑
200r/min低速搅拌4min。
[0016]进一步，所述热解是将调理后的污泥在N2氛围下升温至600
‑
650℃，保温1h。
[0017]最具体的，一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
[0018]步骤1：调理处理
[0019]在污泥中加入体积浓度为0.1％的阳离子聚丙烯酰胺水溶液，以200
‑
300r/min的转速快速搅拌30s以混合均匀，再以25
‑
35r/min的转速慢速搅拌3min，然后加入K2FeO4在1000r/min快速搅拌1min，然后在150
‑
200r/min低速搅拌4min，然后升高温度至50
‑
60℃保持5
‑
6min；阳离子聚丙烯酰胺水溶液、K2FeO4与污泥干重质量比为20
‑
30mg：60
‑
80mg：1g；
[0020]步骤2：热解处理
[0021]将步骤1调理处理后的污泥中通入10min N2，在N2氛围下以600
‑
650℃保温1h。
[0022]上述污泥生物炭的应用，其特征在于：用于吸附CO2。
[0023]一种污泥生物炭，其特征在于：所述污泥生物炭是先对污泥进行调理，然后进行热解得到，所述调理是在污泥中先加入阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)水溶液搅拌处理，然后加入高铁酸钾(K2FeO4)进行二次搅拌处理。
[0024]进一步，上述二次搅拌处理后，将污泥温度升高至50
‑
60℃保持5
‑
6min。
[0025]进一步，所述CPAM水溶液是将CPAM溶于去离子水中配制成体积浓度为0.1％的CPAM溶液。
[0026]进一步，所述CPAM溶液的添加量为20
‑
80mg/g污泥干重，K2FeO4的添加量为20
‑
80mg/g污泥干重。
[0027]进一步，所述搅拌是200
‑
300r/min的转速快速搅拌30s以混合均匀，再以25
‑
35r/min的转速慢速搅拌3min。
[0028]进一步，所述二次搅拌是在1000r/min快速搅拌1min，然后子啊150
‑
200r/min低速搅拌4min。
[0029]进一步，所述热解是将调理后的污泥在N2氛围下升温至600
‑
650℃，保温1h。
[0030]本专利技术具有如下技术效果：
[0031]本专利技术制备的污泥生物炭，通过复合调理剂处理后，制备的污泥生物炭比表面积、孔容积等得到了改善，在较低温度下对CO2具有优异的吸附性能，30℃下吸附量可以达到114.72mg/g。对于污泥生物炭应用于吸附CO2提供了较好的方向。
附图说明
[0032]图1：本专利技术制备的污泥生物炭的扫描电镜图。
[0033]图2：本专利技术制备的污泥生物炭在不同温度下对CO2的吸附性能曲线图。
[0034]图3：各方案制备的污泥生物炭的元素含量占比。
[0035]图4：各方案制备的污泥生物炭的官能团谱图。
具体实施方式
[0036]下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：先对污泥进行调理，然后进行热解，所述调理是在污泥中先加入阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液搅拌处理，然后加入高铁酸钾（K2FeO4）进行二次搅拌处理。2.如权利要求1所述的一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：所述二次搅拌处理后，将污泥温度升高至50
‑
60℃保持5
‑
6min。3.如权利要求1或2所述的一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：所述CPAM水溶液是将CPAM溶于去离子水中配制成体积浓度为0.1%的CPAM溶液。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：所述CPAM溶液的添加量为20
‑
30mg/g污泥干重，K2FeO4的添加量为60
‑
80mg/g污泥干重。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：所述搅拌是200
‑
300 r／min的转速快速搅拌30 s以混合均匀，再以25
‑
35 r／min的转速慢速搅拌3 min。6.如权利要求5所述的一种污泥生物炭的制备方法，其特征在于：所述二次搅拌是在1000 r/min快速搅拌1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴彦，刘畅，兰国新，闫彬，夏亚平，付川，李廷真，桂嘉城，徐安吉，周洁，陈丹，
申请(专利权)人：重庆格林卡本环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：