一种固废基陶瓷催化膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种固废基陶瓷催化膜及其制备方法和应用。该方法利用硅酸盐尾矿和冶金渣作为主要原料，通过颗粒堆积法制备固废基陶瓷催化膜，固废基陶瓷催化膜具有力学性能好、催化活性高等特点，可以高效催化过一硫酸盐氧化降解水体中有机污染物，且可多次回收并重复利用。

【技术实现步骤摘要】
一种固废基陶瓷催化膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种固废基陶瓷催化膜，具体涉及一种利用硅酸盐尾矿、铝土矿和冶金渣制备的陶瓷催化膜，还涉及一种固废基陶瓷催化膜的制备方法以及固废基陶瓷催化膜在催化过一硫酸盐氧化降解水体中有机污染物方面的应用，属于催化材料制备

技术介绍
膜催化技术是将膜技术应用于催化反应领域，结合了催化剂的膜分离和自由基对有机污染物的催化分解，利用表面催化剂的高催化活性和高亲水性去除污染物，有效地避免催化剂难以回收而引起的水体二次污染情况，是一种很有前景的用于处理水体中难降解有机物的方法。目前针对水中难降解有机物催化膜的构建研究主要集中在光催化膜技术上，但是光催化技术完全依赖于光源，在实际废水处理中很难实现应用。高级氧化技术与光催化技术相比，不需要光源的刺激，在催化剂和氧化剂存在的条件下，就能实现对有机污染物有效地去除。目前，对于高级氧化陶瓷催化膜制备研究还较少，专利(CN108640227A)用Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、SiC中的一种或几种作为陶瓷膜基体材料，以CuO、Fe2O3、Co3O4、MnO2、Fe3O4、RuO2金属氧化物纳米颗粒中的一种或几种为陶瓷膜中催化剂，制备出膜孔径大小为0.01μm～1μm的高级氧化催化陶瓷膜。Wu等人将MnO2，Al2O3，聚乙烯醇和甘油按一定比例配成原料，采用一步球磨法制备陶瓷催化膜(HongWu,XinyuanXu,LeiShi,YuYin,Lai-ChangZhang,ZhentaoWu,XiaoguangDuan,ShaobinWang,HongqiSun.Manganeseoxideintegratedcatalyticceramicmembranefordegradationoforganicpollutantsusingsulfateradicals.WaterResearch.167(2019)115110)。MnO2能在催化膜孔内提供大量的活性位点，促进PMS的活化，对4-羟基苯甲酸的去除率达到98.6％。这种催化膜催化效率较高，但是所用的原料成本和烧结成本高，导致催化膜制备成本偏高，难以实现工业应用。李2等人通过真空抽滤法，将制备所得的MnOOH负载于商业有机膜上，成功制备纳米MnOOH催化膜，构建了MnOOH催化膜/PMS体系(李易丞.MnOOH催化膜活化过一硫酸盐去除水中2,4-二氯酚的机理研究[M]，吉林大学)。该陶瓷膜在120min内，对2,4-二氯苯酚去除率超过99％，但是有机膜与无机膜相比，化学稳定性弱、机械强度低、不耐高温、抗微生物能力差，冲洗和反冲洗能力差，循环利用效果不理想。近年来，我国尾矿和冶金渣等固体废弃物堆存的问题愈专利技术显，给环境带来了的压力日益增大，如何妥善的处置和利用这些固体废弃物是当前的一大难题。国内外利用固体废弃物的资源属性，制备了各种建筑材料，但是冶金渣中含有丰富的过渡金属元素或催化成分，其作为建筑材料的原料不能得到最大价值的利用。
技术实现思路
针对现有技术中高级氧化陶瓷催化膜的制备方法存在原料成本高，能耗高等技术问题，本专利技术的第一个目的是在于提供一种对过一硫酸盐分解产生自由基具有较高催化活性的固废基陶瓷催化膜，该固废基陶瓷催化膜利用硅酸盐尾矿、铝土矿与冶金渣等原料来制备，实现二次资源的高值化利用，解决了现有催化膜原料成本高的问题。本专利技术的第二个目的是在于提供一种制备固废基陶瓷催化膜的方法，该方法利用硅酸盐尾矿与冶金渣两种固体废弃物为主要原料，不但降低了固废基陶瓷催化膜原料成本，且大量消纳了固体废弃物，减少环境污染，且固废基陶瓷催化膜制备过程简单，能耗低，有利于工业化生产应用。本专利技术的第三个目的是在于提供一种利用固废基陶瓷催化膜催化过一硫酸盐高效氧化去除水体中有机污染物的应用方法，固废基陶瓷催化膜的催化活性高，且使用成本低，可以回收利用，解决现有粉末催化剂在去除水体有机污染物时难以回收利用的问题。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，该方法是将硅酸盐尾矿、铝土矿、冶金渣通过湿法球磨后，干燥，得到混合原料；所述混合原料与粘合剂搅拌均匀后，经过干燥、研磨和过筛，得到粉体；所得粉体通过压制成型得到坯体；所述坯体经过烧结，即得。优选的方案，所述冶金渣为锰渣、钢渣、赤泥中至少一种。优选的方案，硅酸盐尾矿、铝土矿和冶金渣的质量百分比组成：硅酸盐尾矿60～65％，铝土矿10～15％，冶金渣20～25％。其中，硅酸盐尾矿和铝土矿为陶瓷膜提供必要的硅源和铝源作为陶瓷膜的骨架结构和基底材料，而冶金渣含有丰富的过渡金属元素，能为陶瓷膜提供活性组分，在催化膜上或膜孔内提供大量的活性位点，促进PMS的活化。优选的方案，所述湿法球磨的条件为：球磨转速为300～380rpm，时间为10～12h。湿法球磨采用的球磨介质如水等常规的介质。优选的方案，所述粘合剂为质量百分比浓度为5％～8％的聚乙烯醇溶液；聚乙烯醇溶液与混合原料的质量比为0.5～1:8～10。采用聚乙烯醇溶液作为粘合剂，其除了起到粘合作用，还具有保湿作用，有利于后续的压制成型过程。优选的方案，所述搅拌过程中加热温度至85～90℃。在适当的加热条件下有利于粘合剂溶液充分润湿混合原料。优选的方案，所述烧结采用两段烧结方式：第一段烧结在500～600℃(优选为550℃)烧结90min～120min，第二段烧结在1130～1150℃烧结20～30min。第一段烧结主要是进行脱胶过程，同时形成孔隙结构，孔隙结构有利于暴露固废基陶瓷催化膜内部具有催化活性的过渡金属，提高催化活性，如果脱胶不干净会影响材料的催化性能。第二段烧结是在高温下进行复杂的固相反应形成具有高强度陶瓷相，从而得到具有一定力学强度和具有多孔孔隙的固废基陶瓷催化膜。优选的方案，所述过筛为通过300～350目筛网。优选的方案，所述压制成型采用的成型压力为5～8MPa。本专利技术的技术方案中湿法球磨得到的浆料进行干燥的温度为60～65℃，干燥时间为7～8h。本专利技术的技术方案中混合原料与聚乙烯醇溶液在加热条件下搅拌混合均匀后，经过85～90℃干燥7～8h。本专利技术还提供了一种固废基陶瓷催化膜，其由所述制备方法得到。本专利技术还提供了一种固废基陶瓷催化膜的应用，将其应用于催化过一硫酸盐氧化降解水体中有机污染物。优选的方案，所述有机污染物为染料和/或抗生素。所述染料为甲基橙、亚甲基蓝或罗丹明B等；所述抗生素为磺胺甲基嘧啶或四环素等。优选的方案，水体中过一硫酸盐的添加浓度为1～3g/L；水体中有机污染物的浓度：包含染料100～200mg/L和/或抗生素10～20mg/L。在优选的条件下，固废基陶瓷催化膜对染料的去除率达到90～92％，对抗生素的去除率达到85～88％。本专利技术的固废基陶瓷催化膜在处理有机物污染水体时，将固废基陶瓷催化膜固定后，使含有机物的废水和过一硫酸盐混合水体从固废基陶瓷催化膜上表面流下，在催化膜层进行降解反应，经过催化降解后的废水从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，其特征在于：将硅酸盐尾矿、铝土矿、冶金渣通过湿法球磨后，干燥，得到混合原料；所述混合原料与粘合剂搅拌均匀后，经过干燥、研磨和过筛，得到粉体；所得粉体通过压制成型得到坯体；所述坯体经过烧结，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，其特征在于：将硅酸盐尾矿、铝土矿、冶金渣通过湿法球磨后，干燥，得到混合原料；所述混合原料与粘合剂搅拌均匀后，经过干燥、研磨和过筛，得到粉体；所得粉体通过压制成型得到坯体；所述坯体经过烧结，即得。


2.根据权利要求1所述的一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，其特征在于：所述冶金渣为锰渣、钢渣、赤泥中至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，其特征在于：硅酸盐尾矿、铝土矿和冶金渣的质量百分比组成：硅酸盐尾矿60～65％，铝土矿10～15％，冶金渣20～25％。


4.根据权利要求1所述的一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，其特征在于：所述湿法球磨的条件为：球磨转速为300～380rpm，时间为10～12h。


5.根据权利要求1所述的一种固废基陶瓷催化膜的制备方法，其特征在于：所述粘合剂为质量百分比浓度为5％～8％的聚乙烯醇溶液；所述聚乙烯醇溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺治国，李梦珂，钟慧，胡亮，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43