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一种 净化重金属 污泥微纳米矿质材料及其制备方法

阅读：1036发布：2020-09-02

专利汇可以提供一种净化重金属污泥微纳米矿质材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种净化重金属污泥微纳米矿质材料及其制备方法，其特征在于微纳米矿质材料为皂土、沸石粉、凹凸棒等层状铝硅酸盐类。黏土矿物对污泥中的分子态、离子态污染物或重金属离子有很强的吸附能力，能产生巨大的表面能和内表面积，因此能够吸附交换固定污泥中的污染物和重金属离子。黏土矿物带负电荷，来源于晶层间同晶代换作用，部分来源于胶体等电点时晶格表面羟基解离出H+后产生的可变负电荷。蒙脱石类永久负电荷占总负电荷量的95%。吸附的重金属盐基离子部分位于晶格内部，不易解吸。微纳米矿质材料在使用前经过热处理，出去层间水，增加粘土矿物内表面积，提高污泥脱水、减量、去氨、固定50%左右重金属离子和消除絮凝剂污染，达到净化污泥的作用。，下面是一种净化重金属污泥微纳米矿质材料及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种净化重金属污泥微纳米非金属系列矿质材料，其特征在于该料中含有一定量的皂土、凹凸棒、沸石等微纳米非金属矿质材料，上述矿质材料通过微纳米工艺加工技术，形成共结晶复合体或混合物的污泥净化材料。
2.根据权利要求1所述的系列微纳米非金属污泥矿质净化材料，其特征在于污泥中矿质材料添加量占污泥总重量的较佳比例为35%～55%，较佳的污泥含水量要控制在70%~80%。
3.根据权利要求2所述的微纳米非金属矿质材料，其特征在于较佳的非金属矿质材料添加剂，微纳米尺度控制在200~2000纳米，加工工艺可选用气流粉碎机和相关精准粉碎设备等工艺加工技术。
4.根据权利要求3所述的较佳的微纳米非金属矿质材料品种皂土是生物污泥的超滤剂，特别是对印染废水、沼气废水、食品厂废水、造纸废水、屠宰厂废水生物污泥处理有很好的效果，有机物污泥处理的物料配制皂土含量要＞60%，其他物料含量为40%以下，参考配方比例为：皂土：凹凸棒：沸石=6.0:3.0:1.0。
5.根据权利要求3所述的较佳的微纳米非金属矿质材料凹凸棒，是一种消除污泥中的重金属污染，净化富营养化污泥氨态氮、有机磷和有毒有害细菌类的主要材料，凹凸棒土其巨大的内外表面积、细小的棒状、针状和纤维状多孔结构是其物理吸附的重要指标，富营养化污泥处理的物料配制凹凸棒含量要＞60%以上，其他物料含量为40%以下，参考配方比例为：凹凸棒：皂土：沸石=6.0:2.0:2.0。
6.根据权利要求3所述的较佳的微纳米非金属材料沸石，是火山所喷出的沉积岩，岩中的有机物被液化或汽化而产生微细的孔洞，这些孔径的的大小约在1nm以下，具备对有机分子和阳离子的吸附功能，能消除污泥中的汞镉铅砷等有毒有害重金属离子，沸石对氨（NH4+）具有较高的吸附和交换力，参考配方比例为：沸石：皂土：凹凸棒 =4.0:3.0:3.0。
7.根据权利要求4、5、6所述的较佳的微纳米矿质污泥净化材料，其特征在于该材料要经过高温加热处理，处理控制温度在130~180度，污泥水分含量高或重金属含量高，污泥净化材料控制温度在150~180度，污泥水分含量低或重金属含量低，污泥净化材料控制温度在
130~150度，高温加热处理后的净化材料具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，能促进污泥中富营养化离子和重金属离子的晶格吸附、螯合、絮凝和沉淀，使进入晶格中的重金属离子达到永久性封存的目的。
8.根据权利要求7所述的系列污泥净化材料皂土、凹凸棒、沸石等的制法，是选用了生产一般非金属矿质材料的选矿工艺流程，粉碎工艺流程，微纳米级超细微嚰流程，定量输入添加剂的电脑控制设备，物料混合搅拌设备，制得有序均匀的共结晶复合体或者混合均匀的共晶状产品，该工艺中增设添加剂粉碎机、贮料槽、电脑计量泵、搅拌机、物料传送机、称量机、包装机、恒温干燥储备库等配套的生产线。
9.根据权利要求8所述的皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥净化材料以混合粉剂的形式加入到污泥物料处理的工艺流程中，皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥净化材料处理污泥的配制比例可根据污泥含水量或重金属含量灵活掌握，污泥与净化材料参考配方比例为：重金属重度污染污泥，净化材料：污泥=50:50；重金属中度污染污泥，净化材料：污泥=40:60；重金属轻度污染污泥，净化材料：污泥=30:70。
10.根据权利要求9所述的系列污泥净化材料所处理的污泥，其特征在于可以打破污泥中絮凝剂的潜育性固化作用，消除絮凝剂破坏土壤结构的危害，处理后的污泥水分含量可降低到20%左右，有机质含量可降低到5%左右，重金属含量可降低30%~70%，氨等阳离子交换量可减少30%以上，处理后的污泥可以用于土地修复，沙漠改造，草地复垦，城市绿化和直接做成有机肥料使用，也可以直接用于海洋浮游农业和岛屿复垦农业造地用肥。

说明书全文

一种净化重金属 污泥微纳米矿质材料及其制备方法

技术领域

[0001] 沸石、皂土、凹凸棒等污泥处理剂本身是一种高活性过滤器，对污染物产生过滤、稀释等物理效应。污泥处理剂具有物理性质、胶体性质、配位和螯合作用、氧化还原性质及类土壤的自净化作用等。污泥中的有机、无机污染物不能直接进入土壤系统，由于污泥中絮凝剂的潜育性固化作用，能严重破坏土壤结构，使土壤变成不透水，不透气的废耕土地；含重金属的污泥不能做肥料进入作物系统，可以使粮食、蔬菜受重金属污染，危害人群身体健康；含重金属的污泥不能做垃圾填埋，含水量高，使土壤潜育化，腐烂发嗅，大量温室气体二氧化碳和甲烷排放，破坏土壤、污染地下水和大气环境。污泥处理剂吸附作用对重金属等污染物的迁移转化所产生的化学、生物化学反应有显著的净化、代谢作用。污泥处理剂的分散程度越高，土粒直径越小，其总表面积就越大，比表面大的物质具有较高的表面能，表现出胶结、吸附及其他不同的物理及物理化学性质。例如，细颗粒具有特别大的胶结性和吸附能力。一般污泥处理剂内部空间并没有全部被填满，它总是按一定方式排列，其间有许多孔隙，孔隙系统包括大量形状及大小各异的粒间孔隙，它们之间被比孔隙本身直径还小的通道互相联结。吸附重金属离子以后呈溶胶状态，与其他金属离子均形成难溶的絮凝态物质，同时也吸持了有毒的重金属离子，缓解其对植物的毒害。无机胶体包括次生黏土矿物、铁铝水合氧化物、含水氧化硅两性胶体。次生黏土矿物主要有蒙脱石、伊利石、高岭石，均是粒径小于5nm的层状铝硅酸盐，对土壤中分子态、离子态污染物有很强的吸附能力。其原因是：黏土矿物颗粒微细、具有很大的表面积，其中以蒙脱石类表面积最大(600～800 m2/g)，它不仅有外表面，而且有巨大的内表面；伊利石次之(100～200 m2/g)，高岭石最小(7～30 m2/g)；巨大的表面积伴随产生巨大的表面能，因此能够吸附污泥中的气、液态污染物。

背景技术

[0002] 黏土矿物带负电荷，阳离子交换量高，对于污泥中离子态污染物有较强的交换固定能力；蒙脱石和高岭石的阳离子交换容量分别为80～120、3～15 mequiv/100g。据研究，蒙脱石类永久负电荷占总负电荷量的95%，伊利石占60%，高岭石占25%。高岭石吸附的金属阳离子位于晶格表面离子交换点上，易被解吸；而蒙脱石、伊利石吸附的盐基离子部分位于晶格内部，不易解吸。阳离子交换吸附是指胶体对离子态物质的吸附和保持作用，实际是胶体分散系统中扩散层的阳离子与污泥溶液中的阳离子相互交换达到平衡的过程。它有以下三个特点，阳离子吸附过程是一种可逆反应的动态平衡。进入污泥处理剂的金属离子浓度愈高、价态愈高，则愈易被胶体吸附。阳离子交换量是等量进行的。各种阳离子被胶体物质吸附的亲和力大小各不相同。对同价离子，离子半径愈小，愈易被吸附，胶体吸附金属离子的能力还常常受到污泥处理剂配比条件的影响。不同胶体物质所能交换的阳离子量不同。决定土壤重金属吸附量的因素首先是污泥处理剂交换量，不同黏土矿物对金属离子的吸附亲合力顺序是不一样的。例如：蒙脱石对二价金属离子的吸附顺序为：Ca2+＞Pb2+＞Cu2+＞Mg2+>Cd2+＞Zn2+；高岭石为：Pb2+＞Ca2+＞Cu2+＞Mg2+＞Zn2+＞Cd2+；伊利石为：Pb2+＞Ca2+＞Zn2+＞Cu2+＞Cd2+。污泥处理剂对重金属离子等的吸附作用和螯合作用可同时发生。当重金属离子浓度高时以交换吸附为主，低浓度时以螯合作用为主。污泥处理剂结合金属离子能力的顺序为：Pb＞Cu＞Ni＞Co＞Zn＞Mn＞Mg＞Ba＞Ca＞Hg＞Cd。所以有机胶体对金属离子的吸附总贡献小于无机胶体，但土壤有机胶体对污染物，特别是有机污染物的迁移转化及生物效应有重要的影响。污泥处理剂对重金属及农药的吸附，对于控制它们在土壤植物系统中的迁移起着重要作用。如土壤中重金属元素的活性在很大程度上取决于土壤的吸附作用。土壤中的黏土矿物和腐殖质对重金属有很强的吸附能力，能降低重金属的活性。土壤的上述性质对污染物的迁移转化有很大的影响。如土壤胶体能吸附各种污染物并降低其活性，微生物对有机污染物有特殊的降解作用，使得土壤具有优越的自身更新能力，而无须借助外力。土壤的这种自身更新能力，称为土壤的自净作用。污染物进入土壤后，其自净过程大致如下：污染物在土壤内经扩散、稀释、挥发等物理过程降低其浓度；经生物和化学降解为无毒或低毒物质，或通过化学沉淀、配合或螯合作用、氧化还原作用转化为不溶性化合物，或是被土壤胶体牢固吸附，难以为植物吸收，而暂时退出生物小循环，脱离食物链或被排至土体之外的大气或水体中。蒙脱石和高岭石等强于土壤的自净能力，蒙脱石和高岭石净化能力与污泥的物质组成和其他特性及污染物的种类、性质有关。不同矿质材料的自净能力是不同的，同一矿质材料对不同污染物的净化能力也是有差异的。总的来说，矿质污泥净化材料的自净速度比较快，污染物进入矿质净化材料后较难解析出来。
发明内容

[0003] 一种净化污泥微纳米非金属系列矿质材料，其特征在于该料中含有一定量的皂土、凹凸棒、沸石等微纳米非金属矿质材料，上述矿质材料通过微纳米工艺加工技术，形成共结晶复合体或混合物的污泥净化材料。微纳米非金属污泥矿质净化材料，其特征在于污泥中矿质材料添加量占污泥总重量的较佳比例为35%～55%。较佳的污泥含水量要控制在70%~80%。较佳的非金属矿质材料添加剂，微纳米尺度控制在200~2000纳米，加工工艺可选用气流粉碎机和相关精准粉碎设备等工艺加工技术。较佳的微纳米非金属矿质材料品种皂土是生物污泥的超滤剂，特别是对印染废水、沼气废水、食品厂废水、造纸废水、屠宰厂废水生物污泥处理有很好的效果，有机物污泥处理的物料配制皂土含量要＞60%，其他物料含量为40%以下，参考配方比例为：皂土：凹凸棒：沸石=6.0:3.0:1.0。较佳的微纳米非金属矿质材料凹凸棒，是一种消除污泥中的重金属污染，净化富营养化污泥氨态氮、有机磷和有毒有害细菌类的主要材料，凹凸棒土其巨大的内外表面积、细小的棒状、针状和纤维状多孔结构是其物理吸附的重要指标，富营养化污泥处理的物料配制凹凸棒含量要＞60%以上，其他物料含量为40%以下，参考配方比例为：凹凸棒：皂土：沸石=6.0:2.0:2.0。较佳的微纳米非金属材料沸石，是火山所喷出的沉积岩，岩中的有机物被液化或汽化而产生微细的孔洞，这些孔径的的大小约在1nm以下，具备对有机分子和阳离子的吸附功能，能消除污泥中的汞镉铅砷等有毒有害重金属离子，沸石对氨（NH4+）具有较高的吸附和交换力，参考配方比例为：沸石：皂土：凹凸棒 =4.0:3.0:3.0.微纳米矿质污泥净化材料，其特征在于该材料要经过高温加热处理，处理控制温度在130~180度，污泥水分含量高或重金属含量高，污泥净化材料控制温度在150~180度，污泥水分含量低或重金属含量低，污泥净化材料控制温度在130~150度，高温加热处理后的净化材料具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，能促进污泥中富营养化离子和重金属离子的晶格吸附、螯合、絮凝和沉淀，使进入晶格中的重金属离子达到永久性封存的目的。污泥净化材料皂土、凹凸棒、沸石等的制法，是选用了生产一般非金属矿质材料的选矿工艺流程，粉碎工艺流程，微纳米级超细微嚰流程，定量输入添加剂的电脑控制设备，物料混合搅拌设备。该工艺中增设添加剂粉碎机、贮料槽、电脑计量泵、搅拌机、物料传送机、称量机、包装机、恒温干燥储备库等配套的生产线。皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥净化材料以混合粉剂的形式加入到污泥物料处理的工艺流程中，皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥净化材料处理污泥的配制比例可根据污泥含水量或重金属含量灵活掌握，污泥与净化材料参考配方比例为：重金属重度污染污泥：净化材料：污泥=50:50；重金属中度污染污泥：净化材料：污泥=40:60；重金属轻度污染污泥：净化材料：污泥=30:70。系列污泥净化材料所处理的污泥，其特征在于可以打破污泥中絮凝剂的潜育性固化作用，消除絮凝剂破坏土壤结构的危害，处理后的污泥水分含量可降低到20%左右，有机质含量可降低到5%左右，重金属含量可降低30%~70%，氨等阳离子交换量可减少30%以上，处理后的污泥可以用于土地修复，沙漠改造，草地复垦，城市绿化和直接做成有机肥料使用。
附表说明表1 重金属污泥微纳米矿质材料处理前后的净化效果
表1的测量结果表明，本专利提供的微纳米非金属矿质污泥净化材料，对所有重金属都有净化吸附固定作用，除了汞、镉重金属污泥中含量近于痕量，净化数量较少外，其余污泥中含量高的重金属净化率都大于75%以上。污泥中氨等阳离子交换量净化率87%以上。

具体实施方式

[0004] 微纳米矿质污泥净化材料要经过高温加热处理，处理控制温度在130~180度。污泥水分含量高或重金属含量高，污泥净化材料控制温度在150~180度。污泥水分含量低或重金属含量低，污泥净化材料控制温度在130~150度。高温加热处理后的净化材料具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，能促进污泥中富营养化离子和重金属离子的晶格吸附、螯合、絮凝和沉淀，使进入晶格中的重金属离子达到永久性封存的目的。污泥净化材料皂土、凹凸棒、沸石等的制法，是选用了生产一般非金属矿质材料的选矿工艺流程，粉碎工艺流程，微纳米级超细微嚰流程，定量输入添加剂的电脑控制设备，物料混合搅拌设备。该工艺中增设添加剂粉碎机、贮料槽、电脑计量泵、搅拌机、物料传送机、称量机、包装机、恒温干燥储备库等配套的生产线。皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥净化材料以混合粉剂的形式加入到污泥物料处理的工艺流程中，污泥净化材料与被处理污泥的配制比例可根据污泥含水量或重金属含量灵活掌握，污泥与净化材料参考配方比例为：重金属重度污染污泥，净化材料：污泥=50:50；重金属中度污染污泥，净化材料：污泥=40:60；重金属轻度污染污泥，净化材料：污泥=30:70。系列污泥净化材料所处理的污泥，能打破污泥中絮凝剂的潜育性固化作用，消除絮凝剂破坏土壤结构的危害，处理后的污泥水分含量可降低到20%左右，有机质含量可降低到5%左右，污泥中重金属含量可降低50%以上，处理后的污泥可以用于土壤修复，草地复垦，城市绿化，也可以做成有机肥料使用。

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