一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法。本發(fā)明采用鈦鹽混凝劑混凝后的鈦系污泥為原料，將其烘干，高溫煅燒制得復(fù)合光催化劑，該復(fù)合光催化劑該復(fù)合絮凝劑為黃白色粉末，X射線衍射顯示主要為銳鈦型二氧化鈦。本發(fā)明實現(xiàn)了污泥的資源化利用，為污泥的綜合利用提供了新思路。制得復(fù)合光催化劑光催化活性較強(qiáng)，分散性較好，可廣泛適用于給水、廢水處理，造紙、紡織印染、日用化工等領(lǐng)域，并實現(xiàn)了混凝污泥的資源化利用。
【專利說明】一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，屬于環(huán)境與化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在給水處理中，混凝工藝是一種常見的工藝；在污水處理中，化學(xué)強(qiáng)化一級處理工藝化學(xué)絮凝強(qiáng)化法可以較少的投入較大地提高有機(jī)化物和其它污染物的去除率；在工業(yè)廢水處理的過程中，也經(jīng)常使用混凝劑。因此，混凝工藝在水處理中的應(yīng)用非常廣泛。近年來，鈦鹽因其生物安全性及其較優(yōu)良的混凝效果得到廣泛關(guān)注。早在1937年，W.V.Upton等人就利用鈦鹽去除水中的氟離子。之后硫酸鈦又被用于有色廢水的處理，且效果優(yōu)于傳統(tǒng)的鋁鹽混凝劑。此后研究發(fā)現(xiàn)，鈦鹽極易水解，具有良好的網(wǎng)布卷掃及吸附架橋作用，作為水處理藥劑能夠有效降低出水濁度，去除水體中的有機(jī)污染物，且在低溫條件下混凝效果優(yōu)于傳統(tǒng)鋁鹽和鐵鹽混凝劑。鈦系混凝劑與鋁系，鐵系混凝劑相比，絮體顆粒大，且沉降速度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)混凝劑。
[0003]同時，混凝后污泥處理問題是近年來水處理行業(yè)亟待解決的難題?，F(xiàn)階段，污泥處理的方式主要有堆棄、填埋和綜合利用等。前兩種處理方式占用大量土地，且造成了環(huán)境的二次污染；對污泥的綜合利用主要有酸化法，酸化法、堿化法、離子交換法、膜法，但這些方法也因為回收利用率低、成本高，導(dǎo)致了污泥的綜合利用不足。因而，混凝污泥的處理問題也亟待解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，制備出的復(fù)合光催化劑具有良好光催化效果的。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，包括步驟如下:
[0007](I)將鈦鹽混凝劑加入到待處理水中在常溫下攪拌混凝，所述鈦鹽混凝劑的投加量為18?38mg/L，以鈦的質(zhì)量計；所述待處理水的pH值為I?10 ;
[0008](2)步驟(I)混凝后得到的沉淀物進(jìn)行真空抽濾，制得鈦系混凝污泥，將鈦系混凝污泥于90?105°C下干燥8?12h，干燥后污泥研磨成粉末，過100?120目篩，制得鈦系污泥粉；
[0009](3)將制得鈦系污泥粉置于馬弗爐中，以8?10°C /min的升溫速率升溫至500?700。。，于 500 ?700。。煅燒 8 ?12h ;
[0010](4)經(jīng)(3)煅燒后的鈦系污泥粉洗滌3?5次后，于90?105°C下干燥8?12h ;
[0011](5)步驟(4)中烘干后的粉末再次研磨，過120?160目篩，即得該復(fù)合光催化劑。
[0012]本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)的鈦鹽混凝劑為四氯化鈦、硫酸鈦、二氯氧鈦或硫酸氧鈦中的一種。
[0013]本發(fā)明優(yōu)選的，所述待處理水的pH值為2?6。鈦鹽混凝劑混凝過程中，鈦離子逐步水解產(chǎn)生一系列水解產(chǎn)物，最終生成Ti (OH)4沉淀，經(jīng)試驗證明當(dāng)待處理廢水的pH值為2?6時，促進(jìn)鈦鹽混凝劑的水解反應(yīng)，更有利于混凝反應(yīng)，使混凝形成的絮狀體明顯增大，沉降性能明顯提高，能得到更大量的混凝沉淀物，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的待處理廢水的pH值為2。
[0014]本發(fā)明優(yōu)選的，所述待處理水為地表水或有機(jī)廢水，有機(jī)廢水優(yōu)選生活污水或印染廢水；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的待處理水為pH值2?6的有機(jī)廢水。
[0015]本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(I)攪拌混凝的具體步驟如下:先以100?400r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌I?3min,然后再以20?60r/min的轉(zhuǎn)速攪拌15?20min。
[0016]本發(fā)明優(yōu)選的，鈦鹽混凝劑的投加量為25?35mg/L。
[0017]本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑵鈦系混凝污泥干燥溫度為98?100°C下干燥10?llh。
[0018]本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)真空抽濾采用中速定量濾紙進(jìn)行抽濾。中速定量濾紙可市購得到。中速定量濾紙購自撫順市民政濾紙廠，型號202，標(biāo)準(zhǔn)號N0.GB/T1914-2007.
[0019]本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中鈦系污泥粉煅燒溫度為650°C，煅燒時間為10h，升溫速率為 10C /min.
[0020]步驟(4)煅燒后的鈦系污泥粉用稀硫酸/稀鹽酸酸或水抽濾洗滌。
[0021]干燥后污泥研磨成粉末，過100?120目篩，污泥先研磨成粉末，使污泥先進(jìn)一步細(xì)化，細(xì)化后的污泥可以使有機(jī)廢水中更多的C，P等元素嵌入到鈦系污泥的間隙中，并使C，P元素分布的更均勻，實驗證明嵌入C，P元素的鈦系污泥經(jīng)高溫煅燒后，使最終制得的復(fù)合光催化劑光催化活性提高，比表面積大，分散性好，并明顯高于現(xiàn)有純T12的光催化效果O
[0022]本發(fā)明制得的復(fù)合光催化劑外觀為黃白色粉末，X射線衍射圖譜分析主要晶型為銳鈦型。
[0023]本發(fā)明基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法制得的復(fù)合光催化劑的應(yīng)用，應(yīng)用于給水、廢水處理、造紙、采礦、紡織印染、日用化工領(lǐng)域。
[0024]進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明的復(fù)合光催化劑應(yīng)用于給水、廢水處理、造紙、采礦、紡織印染、日用化工廢水光催化處理，復(fù)合光催化劑的投加量一般在0.5?3g/L，優(yōu)選投加量I?2g/L，紫外光的強(qiáng)度10?20W/m2。
[0025]本發(fā)明選用pH值為2?6的有機(jī)廢水，鈦鹽混凝過程中，促進(jìn)鈦鹽混凝劑的水解反應(yīng)，更有利于混凝反應(yīng)，鈦離子逐步水解產(chǎn)生一系列水解產(chǎn)物，并最終生成Ti (OH)4沉淀，使混凝形成的絮狀體明顯增大，沉降性能明顯提高，能得到更大量的混凝沉淀物，干燥后污泥研磨成粉末，過100?120目篩，污泥先研磨成粉末，使污泥先進(jìn)一步細(xì)化，細(xì)化后的污泥可以使有機(jī)廢水中更多的C，P等元素嵌入到鈦系污泥的間隙中，并使C，P元素分布的更均勻，在煅燒過程中，附帶沉淀的有機(jī)物會生成二氧化碳，氮?dú)?，水等，水中的Ti (OH)4會生成具有光催化活性的Ti02。同時，污泥中的C，P等元素也會有部分殘留在煅燒后的污泥中，本發(fā)明采用的原料為鈦鹽混凝劑混凝后的鈦系污泥，將其烘干，煅燒制得復(fù)合光催化劑，不僅實現(xiàn)了污泥的資源化利用，為鈦系污泥的綜合利用提供了新思路，并且制得的復(fù)合光催化劑比表面積大，分散性好，光催化效果明顯高于現(xiàn)有純T12的光催化效果。
[0026]本發(fā)明的一種基于鈦系混凝劑混凝污泥制備復(fù)合光催化劑與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)良效果:
[0027]1、本發(fā)明的一種基于鈦系混凝劑混凝污泥制備的復(fù)合光催化劑所采用的原料為鈦鹽混凝劑混凝后的鈦系污泥，將其烘干，高溫煅燒制得復(fù)合光催化劑，實現(xiàn)了污泥的資源化利用，為污泥的綜合利用提供了新思路。
[0028]2、本發(fā)明采用pH值為2?6的有機(jī)廢水與鈦鹽混凝劑進(jìn)行混凝，混凝形成的絮狀體明顯增大，沉降性能明顯提高，能得到更大量的混凝沉淀物，干燥后污泥研磨成粉末，過100?120目篩，污泥先研磨成粉末，使污泥先進(jìn)一步細(xì)化，細(xì)化后的污泥可以使有機(jī)廢水中更多的C，P等元素嵌入到鈦系污泥的間隙中，并使C，P元素分布的更均勻，在煅燒過程中，污泥中的C，P等元素也會有部分殘留在煅燒后的污泥中，制得的復(fù)合光催化劑分散性較好，光催化性能優(yōu)良，光催化效果明顯高于現(xiàn)有純T12的光催化效果。
[0029]3、本發(fā)明制得的復(fù)合光催化劑與普通制備二氧化鈦光催化劑的制備流程，能耗大小基本相似，且光催化活性強(qiáng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0030]圖1是實施例1中所得復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦兩種催化劑對活性艷紅脫色率對比圖；
[0031]圖2是實施例1中所得復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦兩種催化劑對甲基橙脫色率對比圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例和應(yīng)用例對本發(fā)明的技術(shù)方法做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明所保護(hù)的范圍不限于此。
[0033]實施例中使用的原料:
[0034]硫酸鈦購自國藥(上海)國際醫(yī)藥衛(wèi)生有限公司
[0035]純銳鈦型二氧化鈦購自國藥(上海)國際醫(yī)藥衛(wèi)生有限公司
[0036]印染廢水來源
[0037]生活污水來源
[0038]實施例1
[0039]一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，包括步驟如下:
[0040](I)將硫酸鈦混凝劑加入到pH值為2的腐殖酸-高嶺土模擬水中，在常溫下攪拌混凝，先以200r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌1.5min,然后再以40r/min的轉(zhuǎn)速攪拌18min,硫酸鈦的投加量為32mg/L，以鈦的質(zhì)量計；
[0041](2)步驟(I)混凝后得到的沉淀物用中速定量濾紙進(jìn)行真空抽濾，制得鈦系混凝污泥，將鈦系混凝污泥于105°C下干燥10h，干燥后污泥研磨成粉末，過100目篩，制得鈦系污泥粉；
[0042](3)將制得鈦系污泥粉置于馬弗爐中，以10°C /min的升溫速率升溫至700°C，于700°C 煅燒 10h ；
[0043](4)經(jīng)(3)煅燒后的鈦系污泥粉用去離子水洗滌3次后，于105°C下干燥1h ；
[0044](5)干燥后的粉末再次研磨，過140目篩，即得該復(fù)合光催化劑。
[0045]實施例2
[0046]—種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，包括步驟如下:
[0047](I)將四氯化鈦加入到pH值為3的印染廢水中，在常溫下攪拌混凝，先以300r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌Imin,然后再以60r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20min,四氯化鈦的投加量為30mg/L,以鈦的質(zhì)量計；
[0048](2)步驟(I)混凝后得到的沉淀物用中速定量濾紙進(jìn)行真空抽濾，制得鈦系混凝污泥，將鈦系混凝污泥于100°C下干燥12h，干燥后污泥研磨成粉末，過120目篩，制得鈦系污泥粉；
[0049](3)將制得鈦系污泥粉置于馬弗爐中，以9°C /min的升溫速率升溫至650°C，于650°C煅燒 12h ；
[0050](4)經(jīng)(3)煅燒后的鈦系污泥粉用去離子水洗滌3次后，于100°C下干燥1h ；
[0051](5)干燥后的粉末再次研磨，過160目篩，即得該復(fù)合光催化劑。
[0052]實施例3
[0053]一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，包括步驟如下:
[0054](I)將二氯化鈦加入到pH值為4的生活污水中，在常溫下攪拌混凝，先以350r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌Imin,然后再以50r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20min, 二氯氧鈦的投加量為28mg/L,以鈦的質(zhì)量計；
[0055](2)步驟(I)混凝后得到的沉淀物用中速定量濾紙進(jìn)行真空抽濾，制得鈦系混凝污泥，將鈦系混凝污泥于98°C下干燥12h，干燥后污泥研磨成粉末，過110目篩，制得鈦系污泥粉；
[0056](3)將制得鈦系污泥粉置于馬弗爐中，以10°C /min的升溫速率升溫至600°C，于600°C煅燒 12h ；
[0057](4)經(jīng)(3)煅燒后的鈦系污泥粉用去離子水洗滌3次后，于98°C下干燥1h ；
[0058](5)干燥后的粉末再次研磨，過160目篩，即得該復(fù)合光催化劑。
[0059]應(yīng)用實施例
[0060]用實施例1制得的復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦用于處理50mg/L活性艷紅模擬水樣及20mg/L甲基橙模擬水樣，并分析處理結(jié)果。實驗采用250W波長為354nm的紫外光燈照射2h。
[0061]應(yīng)用實施例1
[0062]將實施例1中所得復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦用于50mg/L活性艷紅模擬水樣的處理，活性艷紅模擬水樣PH值6.37兩種光催化劑的投加量均為lg/L。
[0063]實施例1中所得復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦兩種催化劑對活性艷紅脫除率結(jié)果見圖1所示，
[0064]由圖1處理結(jié)果可見，反應(yīng)開始時所得復(fù)合光催化劑和市售銳鈦型二氧化鈦對活性艷紅的吸附能力相當(dāng)?；钚云G紅的脫色率隨著時間的增長逐漸增大，但經(jīng)過反應(yīng)60min附近時實施例1所得的復(fù)合光催化劑對活性艷紅脫色率就可已達(dá)到90%以上，且實施例1所得的復(fù)合光催化劑的光催化活性高于市售的銳鈦型二氧化鈦。
[0065]應(yīng)用實施例2
[0066]將實施例1中所得復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦用于用于20mg/L甲基橙模擬水樣的處理，甲基橙模擬水樣PH值6.4兩種光催化劑的投加量均為lg/L。
[0067]實施例1中所得復(fù)合光催化劑與市售銳鈦型二氧化鈦兩種催化劑對甲基橙脫除率結(jié)果如圖2所不:
[0068]由圖2處理結(jié)果可見，反應(yīng)開始時所得復(fù)合光催化劑和市售銳鈦型二氧化鈦對甲基橙的吸附能力相當(dāng)。甲基橙的脫色率隨著時間的增長逐漸增大，但經(jīng)過反應(yīng)70min附近時實施例1所得的復(fù)合光催化劑對甲基橙的脫色率就已達(dá)到90%以上，且實驗所得的復(fù)合光催化劑的光催化活性要略優(yōu)于市售的銳鈦型二氧化鈦。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，包括步驟如下: (1)將鈦鹽混凝劑加入到待處理水中在常溫下攪拌混凝，所述鈦鹽混凝劑的投加量為18?38mg/L，以鈦的質(zhì)量計；所述待處理水的pH值為I?10 ; (2)步驟(I)混凝后得到的沉淀物進(jìn)行真空抽濾，制得鈦系混凝污泥，將鈦系混凝污泥于90?105°C下干燥8?12h，干燥后污泥研磨成粉末，過100?120目篩，制得鈦系污泥粉； (3)將制得鈦系污泥粉置于馬弗爐中，以8?10°C/min的升溫速率升溫至500?700 V，于 500 ?700。。煅燒 8 ?12h ; (4)經(jīng)(3)煅燒后的鈦系污泥粉洗滌3?5次后，于90?105°C下干燥8?12h; (5)步驟(4)中烘干后的粉末再次研磨，過120?160目篩，即得該復(fù)合光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(I)的鈦鹽混凝劑為四氯化鈦、硫酸鈦、二氯氧鈦或硫酸氧鈦中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，所述待處理水的PH值為2?6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，所述待處理水為地表水或有機(jī)廢水，有機(jī)廢水優(yōu)選生活污水或印染廢水；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的待處理水為pH值2?6的有機(jī)廢水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，步驟(I)攪拌混凝的具體步驟如下:先以100?400r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌I?3min,然后再以20?60r/min的轉(zhuǎn)速攬祥15?20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，鈦鹽混凝劑的投加量為25?30mg/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，步驟(2)鈦系混凝污泥干燥溫度為98?100°C下干燥10?Ilh，真空抽濾采用中速定量濾紙進(jìn)行抽濾。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，步驟(3)中鈦系污泥粉煅燒溫度為650°C，煅燒時間為10h，升溫速率為10°C /min。
9.權(quán)利要求1所述的基于鈦系混凝污泥制備復(fù)合光催化劑的方法制得的復(fù)合光催化劑的應(yīng)用，應(yīng)用于給水、廢水處理、造紙、采礦、紡織印染、日用化工產(chǎn)生的廢水光催化處理，復(fù)合光催化劑的投加量一般在0.5?3g/L，優(yōu)選投加量I?2g/L，紫外光的強(qiáng)度10?20W/m2。
【文檔編號】B01J27/18GK104258887SQ201410478145
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】高寶玉, 黃鑫, 岳欽艷, 王燕, 李倩 申請人:山東大學(xué)