CN102259032B

CN102259032B - 一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN102259032B
Application number: CN 201110146845
Authority: CN
Inventors: 黄明强; 张宇; 黄强; 卢昌义
Original assignee: Xiamen University Tan Kah Kee College
Current assignee: Xiamen University Tan Kah Kee College
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN102259032A

Abstract

一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，涉及一种复合材料。提供一种制作时间短、制作成本低、在活性污泥表面形成均匀二氧化钛光催化层从而明显提高吸附能力和光催化性能的活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法。将城镇生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛备用；将乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸混合，得溶液A；将预处理后的活性污泥与溶液A混合，得混合物B；将乙醇用硝酸调节溶液的pH＝2～3，得到溶液C；将溶液C加到混合物B中，直至成为凝胶；将凝胶烘干；将烘干后的凝胶转移到坩埚中煅烧后，洗涤，抽滤，烘干，即得活性污泥/二氧化钛复合材料。

Description

一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其是涉及一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快、城市人口的增加，城市生活污水排放量日益增多，城市污泥的产出量也相应迅速增加。大量的城市污泥如果不加处置将会污染环境，占用土地，甚至传播疾病。而城市污泥中的主要物质是一些微生物及其死亡后的残留物，其中大约含有60％～70％的粗蛋白质，25％左右的碳水化合物，而无机灰分仅占5％左右，有机组分含有大量离子化的官能团，如羧基、磷酰基、羟基、氨基和巯基，这些集团具有吸附活性，常用来制造吸附剂进行资源化利用。有关城市污泥吸附剂的制备方法，陈春云等(陈春云、王鹏、庄源益环境科学与技术，2006，29(8))、曾景海等(曾景海，杨建州，齐鸿雁，等.环境工程学报，2007，1(6))、张君等(张君、谷晋川、张蔓.化工科技，2009，17(4))公开了多种城市污泥吸附剂的制备方法，这些方法都以活性污泥为原料，加入活化剂制成前驱体浆液，浸渍后再烘干、炭化。这些方法存在以下缺陷：一是制备时间长、成本高；二是单独使用城市污泥作为吸附剂，其吸附性能和效果具有一定的局限性，而且城市污泥吸附污染物并没有将污染物破坏以解除毒素，这使得活性污泥的吸附能力随着使用时间的延长而逐渐降低，并不可避免地产生二次污染问题，需要开发多功能型城市污泥复合材料来提高其处理能力。近年来，在废水处理过程中，二氧化钛光催化技术已倍受关注，但由于粉末状二氧化钛存在分离回收难度大、用量大、寿命短、光能利用率低等问题，使其未能在工业生产中推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制作时间短、制作成本低、在活性污泥表面形成均匀二氧化钛光催化层从而明显提高吸附能力和光催化性能的活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)活性污泥的预处理：将城镇生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛备用；

2)前驱混合物的制备：将乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸混合，得溶液A；将步骤1)得到的预处理后的活性污泥与溶液A混合，得混合物B；将乙醇用硝酸调节溶液的pH＝2～3，得到溶液C；将溶液C加到混合物B中，直至成为凝胶；

3)凝胶干燥：将步骤2)得到的凝胶烘干；

4)煅烧：将烘干后的凝胶转移到坩埚中煅烧后，洗涤，抽滤，烘干，即得活性污泥/二氧化钛复合材料。

在步骤1)中，所述活性污泥取自城镇生活污水处理厂的剩余污泥，所述烘干的温度可为105～120℃，烘干的时间可为20～24h。所述破碎可采用球磨机破碎，通过不同筛网得到不同粒度的污泥，污泥粒度可为60～100目。

在步骤2)中，所述乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸按体积百分比可为(50％～60％)∶(30％～40％)∶(5％～10％)；所述活性污泥与溶液A混合时，溶液A的加入量为每克活性污泥加入10～20mL溶液A；所述将溶液C加到混合物B中的溶液C的加入量可为每克活性污泥加入2～4mL溶液C。

在步骤3)中，所述烘干的温度可为100～120℃，烘干的时间可为1～5h，最好为2～4h。

在步骤4)中，所述煅烧的温度可为400～600℃，煅烧的时间可为1～2h；所述洗涤可采用蒸馏水洗涤，所述烘干的温度可为100～120℃，烘干的时间可为0.5～3h，最好为1～2h。

本发明以污水处理厂的活性污泥为载体，钛酸四正丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备复合材料，操作步骤包括活性污泥的预处理、前驱混合物的制备、凝胶干燥和煅烧，钛酸四正丁酯在一定的条件下，经水解缩聚反应形成网络状钛的醇凝胶，使二氧化钛均匀的负载在活性污泥载体上，提高了材料应用于废水处理领域中的吸附能力和光催化性能。本发明增强了活性污泥的吸附性能，同时解决了目前二氧化钛应用于光催化氧化处理废水中存在的分离回收难度大、寿命短、光能利用率低等问题。此外，该方法原材料价格低、制备时间短，可大幅度降低生产成本。

由于活性污泥的粒径分布范围宽，表面积大，絮体呈网状机构，是良好的载体，开发活性污泥/二氧化钛复合材料将能提高活性污泥的吸附能力，增强二氧化钛的光催化性能，具有较高的社会效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明实施例的城市污泥/二氧化钛复合材料X-射线衍射图。在图1中，横坐标为衍射角2θ/°，纵坐标为相对强度Relative Intensity。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

以活性污泥为载体，钛酸四正丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备活性污泥/二氧化钛复合材料，具体实施步骤是：

将污水处理厂的活性污泥在105℃的烘箱内干燥24h，再将其破碎，过40目筛备用。

将无水乙醇、钛酸四正丁酯、冰醋酸按体积百分比60％∶35∶5％混合，在室温下搅拌10min，得到溶液A；称取5g活性污泥与70mL溶液A混合，继续搅拌30min，得到混合物B；量取体积百分比为90％的乙醇溶液，用硝酸调节溶液的pH＝2.0，得到溶液C；将15mL溶液C倒入梨形滴液漏斗中，调整滴液漏斗中的活塞，使溶液C以1～2滴/s的速度，滴加到匀速搅拌的混合物B中，整个滴加过程控制在20min内，并继续搅拌，直至成为凝胶。

将形成的凝胶转移到培养皿中，在105℃的烘箱内干燥2h。将烘干后的复合材料转移到坩埚中，在400℃无氧环境中进行煅烧1h后冷却取出，将煅烧后的复合材料用蒸馏水洗涤、抽滤，将抽干后的复合材料在105℃的烘箱内烘干1h，即得到活性污泥/二氧化钛复合材料。

实施例2

将污水处理厂的活性污泥在105℃的烘箱内干燥24h，再将其破碎，过60目筛备用。

将无水乙醇、钛酸四正丁酯、冰醋酸按体积百分比50％∶30∶10％混合，在室温下搅拌10min，得到溶液A；称取5g活性污泥与50mL溶液A混合，继续搅拌30min，得到混合物B；量取体积百分比为90％的乙醇溶液，用硝酸调节溶液的pH＝3.0，得到溶液C；将20mL溶液C倒入梨形滴液漏斗中，调整滴液漏斗中的活塞，使溶液C以1～2滴/s的速度，滴加到匀速搅拌的混合物B中，整个滴加过程控制在30min内，并继续搅拌，直至成为凝胶。

将形成的凝胶转移到培养皿中，在105℃的烘箱内干燥2h。将烘干后的复合材料转移到坩埚中，在500℃无氧环境中进行煅烧1h后冷却取出，将煅烧后的复合材料用蒸馏水洗涤、抽滤，将抽干后的复合材料在105℃的烘箱内烘干2h，即得到活性污泥/二氧化钛复合材料。

实施例3

将污水处理厂的活性污泥在105℃的烘箱内干燥24h，再将其破碎，过100目筛备用。

将无水乙醇、钛酸四正丁酯、冰醋酸按体积百分比55％∶40∶5％混合，在室温下搅拌10min，得到溶液A；称取5g活性污泥与60mL溶液A混合，继续搅拌30min，得到混合物B；量取体积百分比为90％的乙醇溶液，用硝酸调节溶液的pH＝2.5，得到溶液C；将10mL溶液C倒入梨形滴液漏斗中，调整滴液漏斗中的活塞，使溶液C以1～2滴/s的速度，滴加到匀速搅拌的混合物B中，整个滴加过程控制在20min内，并继续搅拌，直至成为凝胶。

将形成的凝胶转移到培养皿中，在105℃的烘箱内干燥2h。将烘干后的复合材料转移到坩埚中，在400℃无氧环境中进行煅烧1h后冷却取出，将煅烧后的复合材料用蒸馏水洗涤、抽滤，将抽干后的复合材料在105℃的烘箱内烘干2h，即得到活性污泥/二氧化钛复合材料。

称取以上制备的活性污泥/二氧化钛复合材料与单独的干燥后的活性污泥、纳米级二氧化钛0.1g依次添加到25mg/L的甲基橙溶液和10mg/L苯酚溶液中，室温下，在磁力搅拌下用紫外光照射1h后离心，取上清液测定残存的甲基橙吸光度，单体和复合材料对甲基橙溶液和苯酚溶液的降解率如表1所示。表明以上各实施例制备的活性污泥/二氧化钛复合材料均具有良好的吸附能力和光催化性能。

实施例3制得的城市污泥-二氧化钛复合材料的X-射线衍射图如图1所示；该复合材料在2θ为25.2°处的衍射峰与瑞钛矿型二氧化钛标准谱图JCPDS71-167的特征峰相同，说明按本发明合成的复合材料中负载的二氧化钛主要为锐钛矿型。

表1单体和复合材料对甲基橙溶液和苯酚溶液的降解率

Claims

1.一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）活性污泥的预处理：将城镇生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛备用；所述污泥粒度为60～100目；

2）前驱混合物的制备：将乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸混合，得溶液A；将步骤1）得到的预处理后的活性污泥与溶液A混合，得混合物B；将乙醇用硝酸调节溶液的pH＝2～3，得到溶液C；将溶液C加到混合物B中，直至成为凝胶；所述乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸按体积百分比为（50%～60%）∶（30%～40%）∶（5%～10%）；所述活性污泥与溶液A混合时，溶液A的加入量为每克活性污泥加入10～20mL溶液A；所述将溶液C加到混合物B中的溶液C的加入量为每克活性污泥加入2～4mL溶液C；

3）凝胶干燥：将步骤2）得到的凝胶烘干；

4）煅烧：将烘干后的凝胶转移到坩埚中煅烧后，洗涤，抽滤，烘干，即得活性污泥/二氧化钛复合材料。

2.如权利要求1所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于在步骤1）中，所述烘干的温度为105～120℃，烘干的时间为20～24h。

3.如权利要求1所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于在步骤3）中，所述烘干的温度为100～120℃，烘干的时间为1～5h。

4.如权利要求3所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于所述烘干的时间为2～4h。

5.如权利要求1所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于在步骤4）中，所述煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为1～2h。

6.如权利要求1所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于在步骤4）中，所述洗涤采用蒸馏水洗涤。

7.如权利要求1所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于在步骤4）中，所述烘干的温度为100～120℃，烘干的时间为0.5～3h。

8.如权利要求7所述的一种活性污泥/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于所述烘干的时间为1～2h。