发明内容
本发明的目的在于提供一种净水多孔陶瓷。
本发明所采取的技术方案是:
一种净水多孔陶瓷,其制备方法包括以下步骤:
1) 将摩尔比为(6~14):(8~17)的氧化铜和氧化铁研磨混匀,投入水中,制成悬浊液;
2) 向悬浊液中分别加入硅酸钠、聚合氯化铝和致孔剂,搅拌混匀;然后静置反应,生成沉淀;其中硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为(5~13):(6~21),聚合氯化铝按其所含氧化铝的摩尔数计算;
3) 反应结束后,弃上清,将沉淀制成球体,干燥后得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下烧制得到净水多孔陶瓷。
优选的,所用氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为(6~14):(8~17):(5~13):(6~21)。
所用致孔剂为碳酸氢盐、铵盐或可加热分解出气体的水溶性聚合物。优选的,所用致孔剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、亚硝酸铵、聚丙烯酰胺中的至少一种。
优选的,所用致孔剂为氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0.1~2%。
优选的,步骤1)中,将氧化铜和氧化铁研磨混匀至300~500目。
优选的,步骤2)中,静置反应0.5~2小时,生成沉淀。
优选的,步骤3)中,将沉淀制成粒径为0.3~5cm的球体。
优选的,步骤4)中,料球于800~1250℃烧制20~40分钟。
本发明的有益效果是:
本发明通过还原烧结法制备得到一种新型净水多孔陶瓷,工艺简单、生产成本低,具备大规模工业化生产前景;本发明净水多孔陶瓷的原电池活性功能区具有巨大的比表面积,因此能有效去除污水中的有机物,其水力停留时间短、处理效果好,具有较大的市场潜力。
具体实施方式
一种净水多孔陶瓷,其制备方法包括以下步骤:
1) 将摩尔比为(6~14):(8~17)的氧化铜和氧化铁研磨混匀,投入水中,制成悬浊液;
2) 向悬浊液中分别加入硅酸钠、聚合氯化铝和致孔剂,搅拌混匀;然后静置反应,生成沉淀;其中硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为(5~13):(6~21),聚合氯化铝按其所含氧化铝的摩尔数计算;
3) 反应结束后,弃上清,将沉淀制成球体,干燥后得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下烧制得到净水多孔陶瓷。
优选的,所用氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为(6~14):(8~17):(5~13):(6~21)。
所用致孔剂为碳酸氢盐、铵盐或可加热分解出气体的水溶性聚合物,其中水溶性聚合物选自聚氨酯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺等。据研究和多次实践验证,采用聚丙烯酰胺制备的产品净水效果好、性能最稳定,所以本发明优选为聚丙烯酰胺。碳酸氢盐、铵盐优选为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵或亚硝酸铵。
优选的,所用致孔剂为氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0.1~2%。
优选的,步骤1)中,将氧化铜和氧化铁研磨混匀至300~500目。
优选的,步骤2)中,静置反应0.5~2小时,生成沉淀。
优选的,步骤3)中,将沉淀制成粒径为0.3~5cm的球体。
优选的,步骤4)中,料球于800~1250℃烧制20~40分钟。
上述烧结过程中,料球中的硅酸钠和聚合氯化铝烧结形成铝硅酸盐陶瓷结构,其结构具有高温熔胀性;料球中的致孔剂分解逸出气体,使烧融的料球进一步膨胀并形成多孔结构;同时,还原气氛下,氧化铜和氧化铁被还原成铜和铁,形成原电池结构;最终制备得到净水多孔陶瓷。
当然铝硅酸盐陶瓷结构也可由其他原料来制备,如:水处理混凝沉淀形成的沉淀污泥,化工业排放的赤泥、白泥等,这亦是污泥处置、以废治废的一条新路。但考虑到原料易得、方便调整配比以控制所得产品质量的因素,本发明优选硅酸钠和聚合氯化铝。
下面结合实施例,进一步阐述本发明。
实施例1
1) 将等摩尔比的氧化铜和氧化铁磨碎至500目混匀,投放至水中并搅拌分散制成悬浊液;
2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺,充分搅拌混匀;然后静置2小时,反应生成沉淀;其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为1:1:1:1,聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算,聚丙烯酰胺按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0. 1%投放;
3) 反应结束后,滤去上清液,将沉淀污泥取出制成粒径为5cm的球体,静置干燥,得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下,1200℃烧结20分钟,得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。
实施例2
1) 将摩尔比为6:8的氧化铜和氧化铁磨碎至400目混匀,投放至水中并搅拌分散制成悬浊液;
2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、碳酸氢铵,充分搅拌混匀;然后静置1.5小时,反应生成沉淀;其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为6:8:5:6,聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算,碳酸氢铵按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0. 5%投放;
3) 反应结束后,滤去上清液,将沉淀污泥取出制成粒径为4cm的球体,静置干燥,得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下,1250℃烧结20分钟,得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。
实施例3
1) 将摩尔比为10:12的氧化铜和氧化铁磨碎至300目混匀,投放至水中并搅拌分散制成悬浊液;
2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、碳酸铵,充分搅拌混匀;然后静置0.5小时,反应生成沉淀;其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为10:12:12:10,聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算,碳酸铵按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0. 8%投放;
3) 反应结束后,滤去上清液,将沉淀污泥取出制成粒径为3cm的球体,静置干燥,得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下,1100℃烧结30分钟,得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。
实施例4
1) 将摩尔比为14:17的氧化铜和氧化铁磨碎至400目混匀,投放至水中并搅拌分散制成悬浊液;
2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、碳酸氢钠,充分搅拌混匀;然后静置1.5小时,反应生成沉淀;其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为14:17:13:21,聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算,碳酸氢钠按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的2%投放;
3) 反应结束后,滤去上清液,将沉淀污泥取出制成粒径为2cm的球体,静置干燥,得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下,1000℃烧结35分钟,得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。
实施例5
1) 将摩尔比为10:15的氧化铜和氧化铁磨碎至500目混匀,投放至水中并搅拌分散制成悬浊液;
2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺,充分搅拌混匀;然后静置2小时,反应生成沉淀;其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为10:15:10:15,聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算,聚丙烯酰胺按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的1%投放;
3) 反应结束后,滤去上清液,将沉淀污泥取出制成粒径为1cm的球体,静置干燥,得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下,800℃烧结40分钟,得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。
图1为所得净水多孔陶瓷的SEM照片,可见该陶瓷含有大量纳米尺度的孔结构,因此能为原电池活性功能区提供巨大的比表面积。
实施例6
1) 将摩尔比为8:13的氧化铜和氧化铁磨碎至400目混匀,投放至水中并搅拌分散制成悬浊液;
2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、亚硝酸铵,充分搅拌混匀;然后静置2小时,反应生成沉淀;其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为8:13:8:13,聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算,亚硝酸铵按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的1.5%投放;
3) 反应结束后,滤去上清液,将沉淀污泥取出制成粒径为0.5cm的球体,静置干燥,得到料球;
4) 将料球送入窑内,在还原气氛下,800℃烧结40分钟,得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。
污水处理案例:
一、针对某食品厂污水,将本发明产品作为污水过滤池的底部垫料,厚度为30cm,让污水平缓经过该垫料滤层渗滤,平均水力停留时间为20min。
污水水质及处理后效果如下:
可见COD及BOD去除效果良好,去除率可达到80~90%。
二、针对某印染废水,其特点是色度高、碱度大、含有各种有机染料、化学品等。将本发明产品作为污水过滤池的底部垫料,厚度为30cm,让污水平缓经过该垫料滤层渗滤,平均水力停留时间为40min。
废水水质及处理后效果如下:
可见COD及色度去除率良好,在90%左右。
将净水多孔陶瓷作为污水过滤池的底层垫料,污水渗过此滤层时,渗入陶粒内的污水受到原电池电解作用,水溶性有机物被分解。由于本发明净水多孔陶瓷的原电池活性功能区具有很大的比表面积,因此能获得极高的污水深度处理效果。据上述案例可见,本品能有效去除污水中的有机物,水力停留时间短,处理能力高。使用后的陶粒还可以作为建筑填料使用,实现资源的循环利用。同时,本品的制造成本低、工艺简单,因此具备大规模工业化生产前景和市场潜力。