一种轻质污水处理材料的制备方法技术

一种轻质污水处理材料的制备方法，以工业废料为原料，通过在高开孔气孔率的玻璃载体上涂覆TiO2催化剂来制备轻质污水处理材料，不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的污水处理材料密度小，比表面积大，强度高，耐水性，耐酸碱性优良，制备工艺简单，所制备的轻质污水处理材料可用于大块过滤用污水处理材料以及用于水体表面的污染物处理材料。本发明专利技术可以有效地降低污水处理材料的生产成本，保护环境，变废为宝，具有明显的经济效益和环保效益，应用前景十分广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种污水处理材料的制备方法，特别涉及一种通孔轻质污水处理材料的制备方法。
技术介绍
上世纪的工业发展，人口剧增。造成目前环境的急剧恶化。进入21世纪，人类面临着诸多危机，水资源短缺是人类面临的最大危机。水资源紧缺加剧，水污染问题日益严重不断地威胁着人类。为了解决这一危机，各国科学家纷纷寻找有效的方法和途径来获取纯净的水资源。海水淡化和污水处理再利用是两个有效的方法。目前已有许多国家通过海水淡化技术获得了纯净的饮用水和生活用水。从而部分解决了水资源危机。但是若不解决水污染问题，随着水污染加剧，终究有一天海水也会被污染。那时人类将不会再看到浩瀚的大海，生存受到威胁，游泳将成为人类最美好的回忆。所以，解决水污染问题是关键，是治标之本。寻找一种有效的水处理技术已成为当今科学家们研究的热门课题。用于处理废水的方法有很多种，主要有活性炭处理法、曝气法、厌氧生物处理法、膜法、化学氧化处理法和光催化氧化处理法等。光催化氧化法是一个具有广泛发展前途的新方法，对它的研究具有深远的意义。目前，传统的水处理方法，如吸附法、混凝法、活性污泥法等。但在实际处理这些难降解有机污染物时均存在着一定的困难，处理效果尚不理想。因此，寻求一种经济、有效的方法以降解这些污染物，成为各国环境科学工作者高度重视的研究课题。T^2光催化降解有望成为解决该难题的方法之一。TiO2具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价廉等优点。利用半导体催化剂进行有机物氧化是高级氧化技术的一种，它对环境污染问题中突出的毒性大、难生物降解的烃类、卤代芳烃、染料、农药、油类等物质具有很好的氧化分解作用。此外，由于光催化反应具有反应条件温和、设备简单、二次污染小、易于操作控制、对低浓度污染物具有很好的去除效果等优点，是目前光化学方法用于污染控制的诸多研究中最活跃的领域，受到广泛的关注。在最近的10年中，水和废水中有毒有害污染物(包括有机氯化物及含氮有机化合物)的光催化降解技术己作为一种深度强化处理技术而得到研究。研究表明，利用 TiO2进行光催化氧化处理，可有效地将大多数有机氯化物及多种杀虫剂、除锈剂、表面活性剂、致色基团等彻底氧化为CO2、HCI和水等无毒产物。在污水处理中，主要是将废水通过装有吸附剂的设备，废水中的一些有害离子与吸附剂的其他离子或基团交换而留在吸附剂上从而被除去，吸附剂则通过再生来恢复交换能力。目前应用比较多的为无机类吸附剂。无机类吸附剂主要有氧化锆、粉煤灰、氢氧化铝、天然沸石、改性分子筛、活性氧化镁、蛇纹石、活性氧化铝、羟基磷灰石，载铝离子、铝土矿、聚合铝盐、活化铝，二氧化钛、硅胶负载_二氧化钛等。在这些无机吸附剂中，由于二氧化钛、硅胶负载二氧化钛具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、反应速度快， 对有机物的降解无选择性且易使之彻底矿化、无二次污染等优点，因此用二氧化钛类吸附剂在废水处理中的应用越来越广泛。—般来说，一种好的载体应具备以下条件(1)不会严重影响薄膜对光的吸收 (2) TiO2与机体之间有较强的物理或化学键合作用，而且这种键合作用不会消除催化活性；C3)可提供较高的比表面积；(4)对降解物有较好的吸附作用；( 有固定的物理形状， 便于最终的两相分离；(6)本身稳定性高，呈化学惰性，不会被氧化或还原。因为纳米TW2 在光照下能催化氧化并分解有机物，故所用载体大多数为无机材料，以硅酸类为主，其次为金属、活性炭等。用各种玻璃制品做载体是光催化剂固定化的一个主要研究方向，已尝试过的有玻璃纤维，多孔玻璃珠、玻璃片、石英玻璃和钠钙玻璃等(李志军，王红英.纳米二氧化钛的性质及应用进展.牙膏工业，2006，3 :48-51 ；席北斗.负载刮催化剂氧化五氯苯酚钠的效果.环境科学，2001，22(1) :4;古政荣，陈爱平，戴智铭，等.活性炭-纳米TW2 复合光催化剂空气净化网的研究.华东理工大学学报，2000，367 ；江力文.负载型TiO2固定相光催化固定化技术研究.工业水处理，2000，20 (9) :8)。由于各种玻璃载体的组成、结硅胶由于吸附性好，一直是各种催化剂负载的主要载体。因玻璃廉价易得，本身对光具有良好的透光性能，而且便于设计成各种形状的光反应器，故绝大多数实验室研究性工作和开发性工作以玻璃作为载体。具体而言，有玻璃片、玻璃纤维网或布、空心玻璃微球、玻璃珠、螺旋形玻璃管、多孔硼酸盐耐热玻璃片(赵英娜，张文丽，吴印林.负载型纳米光催化材料的制备及在污水处理中的应用.河北理工大学学报，2008，2 :114)、玻璃滤片以及光导纤维等。基于研究目的不同，选择不同形式的玻璃。因为对玻璃片上负载技术的研究，是开发各种形状的玻璃质光化学反应器的前期研究，所以，一般实验研究以玻璃片形式进行，侧重于某种固定方法在玻璃上对被光催化降解物的降解效果。用网状、布状、微球状等比表面积较大的存在形式，可以增大反应面积，提高反应效率。由于玻璃表面十分光滑平整，故对TiO2的附着性能相对较差。在其表面负载透光性好、附着牢固、均一、光催化活性高的TiO2膜需较先进的工艺，所以目前仍有很大的研究价值。P. Keim(P. Keim.开发大孔玻璃作为流化床三维生长载体用厌氧处理工业污水的实例.Korrespondenz Abwasser, 1989, 36 (6) :657-687)报道的是用颗粒状大孔玻璃作为流化床进行污水处理，文中通过实际测试，较高的COD去除率至今文献未见报道。但是文中所采用的玻璃为颗粒状，还不能用于轻质的浮力污水处理材料。赵英娜(赵英娜，张文丽， 吴印林.负载型纳米光催化材料的制备及在污水处理中的应用.河北理工大学学报， 2008,2 114)以Na2O-B2O3-SiO2玻璃系统为基础体系，以工业用硼砂，硼酸，石英，TiO2，盐酸，氯化铵等为原料，组成选在玻璃分相区中，并在基础体系中加入8%的TiO2，在1300°C熔融并保温3小时，制成玻璃。然后进行热处理。用浓度为2M的HCl进行化学处理，并在酸中加入饱和NH4Cl作为缓冲剂。在92°C水浴4天，之后用大量的蒸馏水浸泡2 3天，放到 50°C左右烘干记得负载型纳米光催化材料。该方法制备温度高达1300°C，处理时间长，而且得到的催化材料密度大，不能用于轻质污水处理材料来使用。CN1911845A公开了一种通孔泡沫玻璃制备方法，将废平板玻璃粉、二氧化锰、三氧化二铁和硼酸混合；然后再加入聚乙烯醇和蒸馏水球磨制成浆料；将塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入发泡窑中，经干燥、海绵燃烧、发泡稳泡、冷却和退火得通孔泡沫玻璃。本专利技术以工业废料为原料，添加少量添加剂，并以泡沫海绵作为泡孔形成剂，采用海绵浸浆法成型，制备了通孔泡沫玻璃。不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的通孔泡沫玻璃连通开孔气孔率达90%以上、质轻、 高强、气孔分布均勻。该方法制备的通孔泡沫玻璃可大量作为良好的吸音材料和特种过滤材料(例如用来吸收和过滤HF气体或含有氢氟酸的液体)，但是不能用作污水处理材料。 此外，该材料耐水性、耐酸碱性能还达不到污水处理材料的要求。CN1356270公开了一种天然膨润土污水处理材料的制备方法，包括膨润土钠离子置本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种轻质污水处理材料的制备方法，其特征在于：第一步：玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至２５０～３００目，然后按质量分数取７３％的球磨后的玻璃粉，１２％的硼砂，４．５％的碱式碳酸镁，４．０％的氧化锆，３．５％的氢氧化铝和３．０％的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量３～５％的聚乙烯醇，０．１～０．３％羧甲基纤维素和８％的蒸馏水球磨１～３小时制成浆料；然后将密度为１０～３０ｋｇ／ｍ３的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为１℃／ｍｉｎ，自室温升温至２００℃并保温２～３小时；海绵燃烧阶段，升温速度为３℃／ｍｉｎ，升温至４００℃保温１～２小时；发泡稳泡阶段，升温速度为１５～２０℃／ｍｉｎ升温至８３０～８８０℃保温３０～６０分钟；冷却阶段，降温速度为１０℃／ｍｉｎ，降温至６５０℃保温４０～６０分钟；退火阶段，降温速度为０．５℃／ｍｉｎ，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步：轻质ＴｉＯ２催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入５０～７０ｍｌ乙醇；然后，再向烧杯中加入３～５ｍｌ乙醇胺，并搅拌５～１０ｍｉｎ；然后，再加入１６～１８ｍｌ钛酸丁酯，再继续搅拌１０ｍｉｎ；然后，再逐滴加入８～１０ｍｌ乙醇和０．８～１ｍｌ蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌１０ｍｉｎ后静置２０ｍｉｎ，得到稳定、均匀、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡１０～２０ｍｉｎ后取出放入烘箱中，于１００℃下保温５～１０ｍｉｎ后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡１０～２０ｍｉｎ后，如此重复涂覆３～５次，即得涂覆有ＴｉＯ２溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有ＴｉＯ２溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以８℃／ｍｉｎ的升温速度自室温升温至６６０～７５０℃保温１～２ｈ，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质ＴｉＯ２催化污水处理材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高档妮，刘盼，段新勇，周小华，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：87