公布日：2023.03.28
申请日：2022.11.22
分类号：C02F11/06(2006.01)I;C02F11/08(2006.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C02F11/10(2006.01)I;B01D53/18(2006.01)I;C02F11/13(2019.01)I;C05C3/00(2006.01)I
摘要
一种水处理污泥循环利用方法及碳基多孔材料的应用，本发明是为了解决现有污泥处理导致资源利用率低，焚烧造成二次污染的问题。循环利用方法：一、填料塔内装有水处理污泥，从填料塔底部通入臭氧/空气混合气进行氧化处理；二、氧化后的污泥通过压滤机脱水，再经过造粒和干燥，得到干燥的污泥；三、在N2保护条件下以800～1500℃的温度进行碳化处理；四、以水为吸收剂吸收尾气，尾气溶液经过减压蒸馏得到铵肥。本发明基于碳基多孔材料制备ZnO量子点复合粒子电极。本发明充分利用污泥中的生物质碳源与氮源，经过高级氧化处理，将初步得到的CO2与NH3转变成为碳酸铵与碳酸氢铵溶液，浓缩制备化学肥料，污泥焚烧后产生多孔填料。
权利要求书
1.应用碳基多孔材料制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：一、对碳基多孔材料进行洗涤、干燥，得到洗涤后的碳基材料；二、将FeCl3·6H2O和无水乙酸钠溶于乙二醇溶液中，再加入洗涤后的碳基材料，得到反应液；三、将步骤二得到的反应液置于带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180～220℃的温度下进行溶剂热反应，经洗涤和干燥后得到Fe3O4/碳基材料；四、将醋酸锌溶解于甲醇中，得到醋酸锌溶液；将氢氧化钾甲醇溶液加入到醋酸锌溶液中，以60℃～80℃的温度搅拌反应2～4h，得到氧化锌量子点反应液；五、将Fe3O4/碳基材料置于氧化锌量子点反应液中，在50～60℃的温度下反应，经过抽滤、洗涤和干燥得到Fe3O4/ZnO复合碳材料；六、在300℃～400℃的温度下对Fe3O4/ZnO复合碳材料进行退火处理，得到ZnO量子点复合粒子电极；其中碳基多孔材料的制备方法按照以下步骤实现：a、填料塔内装有水处理污泥，从填料塔底部通入臭氧/空气混合气进行氧化处理，得到氧化后的污泥；b、氧化后的污泥通过压滤机脱水，再经过造粒和干燥，得到干燥的污泥；c、在N2保护条件下以800～1500℃的温度对干燥的污泥进行碳化处理，得到碳基多孔材料，并产生尾气；d、以水为吸收剂吸收尾气，尾气溶液经过减压蒸馏得到铵肥。
2.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤二中FeCl3和无水乙酸钠的质量比为(1～1.5):(3～5)。
3.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤三中溶剂热反应时间为4～6h。
4.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤四中醋酸锌和氢氧化钾的摩尔比为(8～12)：(16～18)。
5.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤六中退火处理时间为2～3h。
6.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤a中臭氧/空气体积比为1:100～1:400。
7.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤b中污泥造粒粒径为1～30mm。
8.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤b中所述的干燥温度为80～100℃。
9.根据权利要求1所述的制备ZnO量子点复合粒子电极的方法，其特征在于步骤c中碳化处理时间为1h～3h。
发明内容
本发明是为了解决现有污泥处理导致资源利用率低，焚烧造成二次污染的问题，而提供一种水处理污泥循环利用方法及碳基多孔材料的应用。
本发明水处理污泥循环利用方法按照以下步骤实现：
一、填料塔内装有水处理污泥，从填料塔底部通入臭氧/空气混合气进行氧化处理，得到氧化后的污泥；
二、氧化后的污泥通过压滤机脱水，再经过造粒和干燥，得到干燥的污泥；
三、在N2保护条件下以800～1500℃的温度对干燥的污泥进行碳化处理，得到碳基多孔材料，并产生尾气；
四、以水为吸收剂吸收尾气，尾气溶液经过减压蒸馏得到铵肥。
本发明水处理污泥循环利用方法中碳化产生的尾气采用小型填料塔作为吸收装置，尾吸收剂采用纯水，吸收剂与尾气流量比为0.8～2.0；所制备溶液经过减压蒸馏得到碳酸铵/碳酸氢铵肥料，得到水分回流至填料吸收装置。
本发明应用碳基多孔材料制备ZnO量子点复合粒子电极的方法按照以下步骤实现：
一、对碳基多孔材料进行洗涤、干燥，得到洗涤后的碳基材料；
二、将FeCl3·6H2O和无水乙酸钠溶于乙二醇溶液中，再加入洗涤后的碳基材料，得到反应液；
三、将步骤二得到的反应液置于带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180～220℃的温度下进行溶剂热反应，经洗涤和干燥后得到Fe3O4/碳基材料；
四、将醋酸锌溶解于甲醇中，得到醋酸锌溶液；将氢氧化钾甲醇溶液加入到醋酸锌溶液中，以60℃～80℃的温度搅拌反应2～4h，得到氧化锌量子点反应液；
五、将Fe3O4/碳基材料置于氧化锌量子点反应液中，在50～60℃的温度下反应，经过抽滤、洗涤和干燥得到Fe3O4/ZnO复合碳材料；
六、在300℃～400℃的温度下对Fe3O4/ZnO复合碳材料进行退火处理，得到ZnO量子点复合粒子电极。
本发明水处理产生污泥的循环利用方法，该方法充分利用污泥中的生物质碳源与氮源，经过高级氧化处理，将初步得到的CO2与NH3转变成为碳酸铵与碳酸氢铵溶液，进一步浓缩制备化学肥料，污泥经过焚烧后产生大量多孔填料。
本发明基于碳基多孔材料制备ZnO量子点复合粒子电极，以碳基多孔材料作为载体，碳基多孔材料的比表面大，生物炭表面还带有-OH、-COOH和C＝O等表面官能团，通过物理和化学(络合)吸附有机污染物，在碳基多孔材料表面负载Fe3O4/ZnO异质结材料，Fe3O4具有磁性，作为粒子电极时，在电流的作用下，碳基多孔材料表面的磁性Fe3O4会产生磁电耦合作用，加速碳基多孔材料表面的电子反应，而Fe3O4表面的ZnO是以量子点的形式存在，不会影响Fe3O4材料的电磁性。结合紫外光照射，ZnO量子点形成更多的光电催化活性位点，Fe3O4/ZnO形成的异质结以及生物炭基体会同时抑制光电生电子-空穴对的复合，催化获得更多的羟基自由基·OH，从而有效提高复合粒子电极的电催化性能。
（发明人：马军;张瑛洁;程喜全;王凯;隋潇;宋丹;徐美庆;朱彦磊;刘鹏程）
