一种改性天然木质材料的制备方法及其在污水处理中的应用技术

本发明专利技术属于污水处理领域，涉及一种改性天然木质材料的制备方法及其在污水处理中的应用。所述改性天然木质材料的制备方法包括如下步骤：S1.将木材放入木质素脱除溶液中，加热反应后，将所述木材洗涤、浸渍、冷冻干燥处理，得到脱除木质素木材；S2.将TiO2与NaBH4共混，进行低热还原处理，然后清洗、烘干，得到还原黑钛；S3.将所述还原黑钛超声分散于溶剂中，然后滴涂至所述脱除木质素木材上，烘干，得到所述改性天然木质材料。本发明专利技术制备的改性天然木质材料具有高效的消毒灭菌性能，且具备去除生物风险性组分的能力，对污水消毒灭菌技术的发展具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。

A preparation method of modified natural wood material and its application in sewage treatment

【技术实现步骤摘要】
一种改性天然木质材料的制备方法及其在污水处理中的应用


[0001]本专利技术属于污水处理领域，涉及一种改性天然木质材料的制备方法及其在污水处理中的 应用。

技术介绍

[0002]除传统氮磷、重金属、有机污染物外，大肠菌群、消毒副产物(DBPs)、抗生素抗性基 因(ARGs)等具有一定生物风险性的新型污染物也应当给予足够的重视。
[0003]水环境中的微生物污染问题因其存在可诱发疾病发生的风险，因而对控制传染病传播具 有重要意义。绝大多数微生物以自然流动的方式存在于水环境中，主要来自于土壤冲刷，一 般对人类无致病作用；而还有一部分水环境微生物来自于垃圾、人畜粪便、以及皮革或食品 工业废水，其中包含一些风险性病原微生物，易导致腹泻、伤寒、痢疾等疾病，严重危害人 体健康。此外，为了预防及治疗人类与动物由细菌感染所引起的传染病，抗生素在医疗与农 业领域也获得广泛应用；但是相关研究表明，抗生素不会被人体或动物体完全吸收，摄入后 超过50％的抗生素以原结构、超过40％的抗生素以其衍生物形式随人畜排泄物排除体外，随 废水进入市政排水管网，而传统污水处理厂处理工艺并不能有效去除污水中抗生素，仍有大 量抗生素排入自然水体，从而影响微生物群落结构以及水环境生态功能；还需要指出的是， 自2010年后，人类并未发现新的抗生素，这或许也是由于环境微生物因抗生素的大量使用、 排放，而产生一定抗药性所致。基于此，消毒处理在污水处理中至关重要，在灭活病原微生 物、减少水介质传染疾病的传播发挥着重要作用。
[0004]传统消毒工艺主要包括加氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒等。尽管加氯消毒技术成熟、设 备故障率低、运行成本低，然而加氯消毒容易与水中残留有机物发生取代反应生成三卤甲烷 等卤代DBPs，且氯残留也容易对水环境生态系统造成一定不利影响；紫外消毒不会改变水体 物化性质，且单位时间内辐照剂量越大，消毒效果越好，但是其主要缺陷也在于无持续消毒 效果；臭氧消毒尽管具备一定优点，如可对污水高效脱色、脱臭，对强抗药性微生物也具有 良好的杀灭效果，同时可降低消毒过程中卤代DBPs生成量，但是由于其稳定性较差，难以 贮存运输，需现场制备使用，使得其设备投资大、电耗投入运行成本高，操作管理复杂。需 要指出的是，以上这些消毒工艺对水环境中一般微生物能够起到一定的杀灭作用，但对ARGs 等生物风险性组分的去除并不高效，且高能耗、高物料投加量，使得传统消毒过程容易造成 二次环境污染，增加污水处理压力。基于上述问题，本专利技术旨在研发更加低成本、低能耗、 低环境影响的污水消毒工艺，克服现行技术的成本与环境压力，为保障水环境生态安全提供 有效的技术支持。
[0005]太阳能作为自然界储量最为丰富的可再生能源之一，其本身组成即含有一定量紫外光波 段，可用于消毒杀菌，且太阳能光谱其他波段所包含的能量也能够被用于光热杀菌，但是当 其作用于整体污水消毒时，因大量热扩散及损失，能量转换利用率低；近年来，光热界面是 一种能高效的将太阳能能量集中在气液界面处，形成热值集中界面，蒸发生产洁净淡水的新 型太阳能利用模式；同时，通过改性材料的修饰，能够在辐照界面诱导产生
光热效应与光激 发含氧自由基生成过程，耦合后能够有效地利用于消毒杀菌领域。但当前所使用的这类材料 普遍为碳基纳米材料、半导体基材料、等离激元金属基材料等，存在成本高、用量大、制备 复杂、易二次环境污染等问题，且应用于实际水环境中时多为粉末投加，难以回收，因其纳 米尺寸效应，也容易造成环境毒性积累。
[0006]因此，亟需开发一种价廉易得、环境影响小、可持续利用、同时可自支撑使用的新型光 热材料，利用界面光热效应、光激发含氧自由基共同作用与自支撑材料的诱导富集效应，实 现污水高效消毒，以及生物风险性组分的去除。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术问题，本专利技术公开了一种廉价、安全、绿色、高效、可持续的改性 天然木质材料及其制备方法，并将其应用于消毒灭菌中，为水体中生物风险性组分的去除提 供了新方法、新思路。
[0008]本专利技术的一个目的在于，提供一种改性天然木质材料的制备方法，所述改性天然木质材 料的制备方法包括以下步骤：
[0009]S1.将木材放入木质素脱除溶液中，加热反应后，将所述木材洗涤、浸渍、冷冻干燥处 理，得到脱除木质素木材；
[0010]将TiO2与NaBH4共混，进行低热还原处理，然后清洗、烘干，得到还原黑钛；
[0011]S2.将所述还原黑钛超声分散于溶剂中，然后涂覆于所述脱除木质素木材上，烘干，得 到所述改性天然木质材料；
[0012]其中，
[0013]所述天然木质材料为美洲轻木；
[0014]所述还原黑钛的带隙为2.10
‑
2.20eV。
[0015]本专利技术中的还原黑钛为由P25型TiO2经低热化学还原法制备所得，相较于P25型TiO2原晶型中金红石相和锐钛矿相占比为约为2:8，用高热还原法制备的还原黑钛中金红石相和锐 钛矿相为混合相，而本专利技术制备的还原黑钛在经还原处理后，晶型完全转变为金红石相，金 红石相的TiO2内部晶型结构更为牢固，性能也更为稳定，从而能够在可见光太阳能谱段内提 高对太阳光能的有效吸收及利用。
[0016]进一步地，步骤S1中，所述木质素脱除溶液的制备方法，包括如下步骤：将乙酸盐溶解 于水中，调节pH值，然后加入亚氯酸盐，搅拌溶解，得到所述木质素脱除溶液。
[0017]进一步地，所述乙酸盐与亚氯酸盐的摩尔比为(2.5
‑
3):1。
[0018]进一步地，所述pH值为4.4
‑
4.8。
[0019]进一步地，步骤S1中，所述加热反应的温度为100
‑
120℃，时间为8
‑
10h。
[0020]进一步地，步骤S1中，所述TiO2与NaBH4的摩尔比为(1
‑
1.5):1。
[0021]进一步地，步骤S1中，所述TiO2与NaBH4共混的方法为球磨混合。
[0022]进一步地，步骤S1中，所述低热还原处理在惰性气体氛围下进行，温度为300
‑
350℃， 时间为1
‑
1.5h。
[0023]进一步地，步骤S2中，所述超声分散的时间为20
‑
40min。
[0024]本专利技术的另一个目的在于，提供上述改性天然木质材料在污水处理中的应用。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]1.本专利技术中选用的天然木材为美洲轻木，廉价易得，节约了成本，且能够自然降解，避 免了对环境产生二次污染；并且美洲轻木具有丰富的吸附孔结构，经木质素脱除处理后暴露 其纤维素基高化学活性表面，能够负载作为光热修饰组分的还原黑钛，利用太阳能诱导的光 热效应及光激发含氧自由基，对污水中微生物进行高效杀灭；同时利用其特征吸附孔结构， 诱导ARGs等生物风险性组分富集在改性材料中，达到去除效果，保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性天然木质材料的制备方法，其特征在于，所述改性天然木质材料的制备方法包括以下步骤：S1.将木材放入木质素脱除溶液中，加热反应后，将所述木材洗涤、浸渍、冷冻干燥处理，得到脱除木质素木材；将TiO2与NaBH4共混，进行低热还原处理，然后清洗、烘干，得到还原黑钛；S2.将所述还原黑钛超声分散于溶剂中，然后涂覆于所述脱除木质素木材上，烘干，得到所述改性天然木质材料；其中，所述天然木质材料为美洲轻木；所述还原黑钛的带隙为2.10
‑
2.20eV。2.根据权利要求1所述改性天然木质材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述木质素脱除溶液的制备方法，包括如下步骤：将乙酸盐溶解于水中，调节pH值，然后加入亚氯酸盐。3.根据权利要求2所述改性天然木质材料的制备方法，其特征在于，所述乙酸盐与亚氯酸盐的摩尔比为(2.5
‑
3):1。4.根据权利要求2所述改性天然木质材料的制备方法，其特征在于，所述pH值为4.4
‑
4.8。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：路璐，晁伟翔，何欣月，杨睿洁，于永杰，李志达，万成凤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：