一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板及其制备方法，所述多孔金属氧化物曝气板为两层结构，下层为多孔钛板支撑层，孔径为

【技术实现步骤摘要】
一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米气泡臭氧氧化水处理
，能够制备纳米臭氧气泡，提高臭氧传质效率和废水中有机物去除效率，属于环境功能新材料领域，具体涉及一种纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板及其制备方法
。

技术介绍

[0002]纳米气泡臭氧氧化技术是非常有前景的废水深度处理技术，它主要是针对臭氧氧化技术传质效率低
、
臭氧利用率低
、
投加量大等问题，通过制备纳米臭氧气泡，提高臭氧传质效率和废水中有机物去除效率，降低臭氧氧化技术在处理废水中的成本
。
[0003]水中纳米气泡可采用多种方法制备，然而只有分散空气法和溶气释气法适合在水处理实际工程中推广应用，采用这两种方法制成的纳米气泡装置均采用较低的气液混合比
(
不超过
10
％
)。
一般情况下，臭氧发生器出口气体中臭氧仅占
10
％，因此，当气液混合低的时候，要获得足够的臭氧投加量，需要将大量的水和气体通入纳米气泡发生装置
。
当把废水通入纳米气泡装置，废水中微细颗粒物会阻碍纳米气泡的形成
。
如果直接将自来水通入纳米气泡装置，则成本太高
。
因此采用这两种技术制备臭氧纳米气泡，对臭氧氧化效率的提升非常有限，动力消耗也较高
。
同时，这两种方法产生的气泡直径多在微米级，另外，这两种技术还容易产生臭氧受热分解成氧气而失去强氧化性的问题
。
[0004]利用均匀纳米多孔板直接曝气制备纳米臭氧气泡，有可能克服上述不足，但是利用均匀纳米多孔板直接曝气制备纳米气泡机理复杂，制备均匀纳米多孔材料非常有挑战
。
同时，制备的材料需要具备优良的耐酸碱
、
耐腐蚀和耐臭氧氧化的性能，不然在实际工程中难以推广
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板，可应用于纳米气泡臭氧氧化技术，显著提升臭氧传质效率和臭氧氧化利用率，提高有机物去除效果，降低臭氧氧化技术的运行成本
。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板
。
所述多孔金属氧化物曝气板为两层结构，下层为多孔钛板支撑层，孔径为
0.5
～
1.5
μ
m
；上层为均匀多孔金属氧化物层，厚度为
0.5
～
1.5
μ
m
，孔径为
50
～
500nm。
[0007]多孔钛板支撑层具有较佳的力学性能
、
机械性能，可以为多孔纳米金属氧化物层提供有效支撑，提高纳米气泡多孔金属氧化物曝气板的使用寿命
。
[0008]所述曝气板通过直接曝气产生纳米气泡
。
[0009]所述多孔钛板支撑层中填充二氧化钛
。
[0010]所述二氧化钛通过真空诱导法和高温焙烧法引入多孔钛板中
。
[0011]所述真空诱导法的真空度为1×
10
‑4Pa
～4×
10
‑4Pa
，所述高温焙烧温度为
400
～
700℃。
处理时间为1～
3h。
[0012]传统的多孔钛板基材，多孔结构导致基材机械强度不高，长使用时间会影响曝气板的寿命
。
本专利技术通过真空诱导法将二氧化钛溶胶缩小尺寸至
0.5
～
1.5
μ
m
并引入多孔钛板中，同时二氧化钛溶胶经过高温焙烧处理后，剩余的二氧化钛会更有利于缩小孔径，使得曝气过程生成纳米级别的气泡，同时对多孔钛板进行有效封装，提高了多孔金属氧化物层的强度，避免金属氧化物层强度不够，直接进气对其冲击会破坏结构，增强多孔金属氧化物曝气板的机械性能，方便产业化使用，延长曝气板使用寿命
。
[0013]本专利技术采用模板法与电沉积法相结合，在多孔钛板支撑层上制备均匀的纳米多孔金属氧化物
。
[0014]所述金属氧化物选自氧化铜
、
氧化铅
、
氧化锌中的一种或几种
。
[0015]所述模板法是指，借助涂覆法在溶剂挥发的作用，在多孔钛板支撑层上进行自组装形成聚苯乙烯颗粒涂层，然后利用电沉积法，将所得的含聚苯乙烯颗粒涂层的多孔钛板作为阳极，浸渍于电沉积液中，此时电沉积溶液可以充分接触聚苯乙烯多孔颗粒的内外
(
表面和内部
)
，经过高温焙烧后，模板剂聚苯乙烯多孔颗粒被除去，多孔钛板支撑层上形成规则的三维网络孔隙结构，在与金属氧化物作用过程中，形成致密的金属氧化物层，且金属氧化物孔径均匀，结构规则，金属氧化物负载效率高
。
[0016]所述电沉积液包括金属硝酸盐
、
氟化钾和硝酸
。
[0017]所述金属硝酸盐选自
Cu(NO3)2、Pb(NO3)2和
Zn(NO3)2中的一种或多种
。
[0018]所述金属硝酸盐的浓度为
0.1
～
1.0mol/L
，所述硝酸浓度为
0.1
～
1.0mol/L
，所述氟化钾浓度为
0.01
～
0.1mol/L。
[0019]电沉积液中氟化钾和硝酸，可以增加金属硝酸盐的可溶性，使得金属氧化物能够更加均匀沉积在多孔钛板上
。
同时氟化钾的加入利于体系中建立电势梯度，使得金属氧化物沉积更加致密
、
均匀
。
[0020]第二方面，本专利技术提供了一种纳米臭氧气泡多孔金属氧化物曝气板的制备方法，首先采用真空诱导法和高温焙烧法制备二氧化钛填充的多孔钛板支撑层，然后以聚苯乙烯为模板剂，涂覆所述多孔钛板支撑层表面，最后通过电沉积的方法制备均匀纳米多孔的金属氧化物曝气板
。
[0021]具体包括如下步骤：
[0022](1)
采用真空诱导法和高温焙烧法，将二氧化钛溶胶缩孔并填充入多孔钛板中，得到多孔钛板支撑层；
[0023]所述二氧化钛溶胶，是将体积比为
1:3
～
1:5
的钛酸四丁酯与无水乙醇混合，逐滴加入
pH
为3～4无水乙醇与硝酸的混合溶液中，剧烈搅拌2～
5h
，制成淡黄色透明的溶胶
。
[0024]所述二氧化钛溶胶尺寸缩小至
0.5
～
1.5
μ
m。
[0025]所述真空诱导法的真空度为1×
10
‑4Pa
～4×
10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板，其特征在于，所述多孔金属氧化物曝气板为两层结构，下层为多孔钛板支撑层，孔径为
0.5
～
1.5
μ
m
；上层为均匀多孔金属氧化物层，厚度为
0.5
～
1.5
μ
m
，孔径为
50
～
500nm
；所述曝气板通过直接曝气产生纳米气泡
。2.
如权利要求1所述的的多孔金属氧化物曝气板，其特征在于，多孔钛板支撑层中填充二氧化钛，所述二氧化钛凝胶通过真空诱导法和高温焙烧法引入多孔钛板中
。3.
如权利要求1所述的多孔金属氧化物曝气板，其特征在于，所述金属氧化物选自氧化铜
、
氧化铅
、
氧化锌中的一种或几种
。4.
一种用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板的制备方法，其特征在于，首先采用真空诱导法和高温焙烧法制备二氧化钛填充的多孔钛板支撑层，然后以聚苯乙烯为模板剂，涂覆所述多孔钛板支撑层表面，最后通过电沉积法制备均匀纳米多孔的金属氧化物曝气板，所述金属氧化物选自氧化铜
、
氧化铅
、
氧化锌中的一种或几种
。5.
如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)
采用真空诱导法和高温焙烧法，将二氧化钛溶胶缩孔并填充入多孔钛板中，得到所述多孔钛板支撑层；
(2)
将多孔聚苯乙烯颗粒磨碎，筛分，超声分散在乙醇溶液中，得到聚苯乙烯分散液；将聚苯乙烯分散液均匀涂覆在步骤
(1)
得到的多孔钛板支撑层表面，静置
、
干燥，得到含有聚苯乙烯涂层的多孔钛板；
(3)
采用电沉积法，在步骤
(2)
所得的含有聚苯乙烯涂层的多孔钛板上沉积多孔金属氧化物，得到用于纳米臭氧气泡产生的多孔金属氧化物曝气板
。6.
如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述二氧化钛溶胶，是将体积比为
1:3
～
1:5
的钛酸四丁酯与无水乙醇混合，逐滴加入
pH
为3～4无水乙醇与硝酸的混合溶液中，剧烈搅拌2～

【专利技术属性】
技术研发人员：张先，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：