CN104258887A - 一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法及其应用 - Google Patents

一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法及其应用 Download PDF

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黄鑫
岳钦艳
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Abstract

本发明涉及一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法。本发明采用钛盐混凝剂混凝后的钛系污泥为原料，将其烘干，高温煅烧制得复合光催化剂，该复合光催化剂该复合絮凝剂为黄白色粉末，X射线衍射显示主要为锐钛型二氧化钛。本发明实现了污泥的资源化利用，为污泥的综合利用提供了新思路。制得复合光催化剂光催化活性较强，分散性较好，可广泛适用于给水、废水处理，造纸、纺织印染、日用化工等领域，并实现了混凝污泥的资源化利用。

Description

一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，属于环境与化学技术领域。
背景技术
在给水处理中，混凝工艺是一种常见的工艺；在污水处理中，化学强化一级处理工艺化学絮凝强化法可以较少的投入较大地提高有机化物和其它污染物的去除率；在工业废水处理的过程中，也经常使用混凝剂。因此，混凝工艺在水处理中的应用非常广泛。近年来，钛盐因其生物安全性及其较优良的混凝效果得到广泛关注。早在1937年，W.V.Upton等人就利用钛盐去除水中的氟离子。之后硫酸钛又被用于有色废水的处理，且效果优于传统的铝盐混凝剂。此后研究发现，钛盐极易水解，具有良好的网布卷扫及吸附架桥作用，作为水处理药剂能够有效降低出水浊度，去除水体中的有机污染物，且在低温条件下混凝效果优于传统铝盐和铁盐混凝剂。钛系混凝剂与铝系，铁系混凝剂相比，絮体颗粒大，且沉降速度明显优于传统混凝剂。
同时，混凝后污泥处理问题是近年来水处理行业亟待解决的难题。现阶段，污泥处理的方式主要有堆弃、填埋和综合利用等。前两种处理方式占用大量土地，且造成了环境的二次污染；对污泥的综合利用主要有酸化法，酸化法、碱化法、离子交换法、膜法，但这些方法也因为回收利用率低、成本高，导致了污泥的综合利用不足。因而，混凝污泥的处理问题也亟待解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，制备出的复合光催化剂具有良好光催化效果的。
本发明的技术方案如下：
一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，包括步骤如下：
(1)将钛盐混凝剂加入到待处理水中在常温下搅拌混凝，所述钛盐混凝剂的投加量为18～38mg/L，以钛的质量计；所述待处理水的pH值为1～10；
(2)步骤(1)混凝后得到的沉淀物进行真空抽滤，制得钛系混凝污泥，将钛系混凝污泥于90～105℃下干燥8～12h，干燥后污泥研磨成粉末，过100～120目筛，制得钛系污泥粉；
(3)将制得钛系污泥粉置于马弗炉中，以8～10℃/min的升温速率升温至500～700℃，于500～700℃煅烧8～12h；
(4)经(3)煅烧后的钛系污泥粉洗涤3～5次后，于90～105℃下干燥8～12h；
(5)步骤(4)中烘干后的粉末再次研磨，过120～160目筛，即得该复合光催化剂。
本发明优选的，所述步骤(1)的钛盐混凝剂为四氯化钛、硫酸钛、二氯氧钛或硫酸氧钛中的一种。
本发明优选的，所述待处理水的pH值为2～6。钛盐混凝剂混凝过程中，钛离子逐步水解产生一系列水解产物，最终生成Ti(OH)4沉淀，经试验证明当待处理废水的pH值为2～6时，促进钛盐混凝剂的水解反应，更有利于混凝反应，使混凝形成的絮状体明显增大，沉降性能明显提高，能得到更大量的混凝沉淀物，本发明进一步优选的，所述的待处理废水的pH值为2。
本发明优选的，所述待处理水为地表水或有机废水，有机废水优选生活污水或印染废水；进一步优选的，所述的待处理水为pH值2～6的有机废水。
本发明优选的，步骤(1)搅拌混凝的具体步骤如下：先以100～400r/min的转速快速搅拌1～3min，然后再以20～60r/min的转速搅拌15～20min。
本发明优选的，钛盐混凝剂的投加量为25～35mg/L。
本发明优选的，步骤(2)钛系混凝污泥干燥温度为98～100℃下干燥10～11h。
本发明优选的，步骤(2)真空抽滤采用中速定量滤纸进行抽滤。中速定量滤纸可市购得到。中速定量滤纸购自抚顺市民政滤纸厂，型号202，标准号No.GB/T1914-2007.
本发明优选的，步骤(3)中钛系污泥粉煅烧温度为650℃，煅烧时间为10h，升温速率为10℃/min.
步骤(4)煅烧后的钛系污泥粉用稀硫酸/稀盐酸酸或水抽滤洗涤。
干燥后污泥研磨成粉末，过100～120目筛，污泥先研磨成粉末，使污泥先进一步细化，细化后的污泥可以使有机废水中更多的C，P等元素嵌入到钛系污泥的间隙中，并使C，P元素分布的更均匀，实验证明嵌入C，P元素的钛系污泥经高温煅烧后，使最终制得的复合光催化剂光催化活性提高，比表面积大，分散性好，并明显高于现有纯TiO2的光催化效果。
本发明制得的复合光催化剂外观为黄白色粉末，X射线衍射图谱分析主要晶型为锐钛型。
本发明基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法制得的复合光催化剂的应用，应用于给水、废水处理、造纸、采矿、纺织印染、日用化工领域。
进一步优选的，本发明的复合光催化剂应用于给水、废水处理、造纸、采矿、纺织印染、日用化工废水光催化处理，复合光催化剂的投加量一般在0.5～3g/L，优选投加量1～2g/L，紫外光的强度10～20W/m2。
本发明选用pH值为2～6的有机废水，钛盐混凝过程中，促进钛盐混凝剂的水解反应，更有利于混凝反应，钛离子逐步水解产生一系列水解产物，并最终生成Ti(OH)4沉淀，使混凝形成的絮状体明显增大，沉降性能明显提高，能得到更大量的混凝沉淀物，干燥后污泥研磨成粉末，过100～120目筛，污泥先研磨成粉末，使污泥先进一步细化，细化后的污泥可以使有机废水中更多的C，P等元素嵌入到钛系污泥的间隙中，并使C，P元素分布的更均匀，在煅烧过程中，附带沉淀的有机物会生成二氧化碳，氮气，水等，水中的Ti(OH)4会生成具有光催化活性的TiO2。同时，污泥中的C，P等元素也会有部分残留在煅烧后的污泥中，本发明采用的原料为钛盐混凝剂混凝后的钛系污泥，将其烘干，煅烧制得复合光催化剂，不仅实现了污泥的资源化利用，为钛系污泥的综合利用提供了新思路，并且制得的复合光催化剂比表面积大，分散性好，光催化效果明显高于现有纯TiO2的光催化效果。
本发明的一种基于钛系混凝剂混凝污泥制备复合光催化剂与现有技术相比具有如下优良效果：
1、本发明的一种基于钛系混凝剂混凝污泥制备的复合光催化剂所采用的原料为钛盐混凝剂混凝后的钛系污泥，将其烘干，高温煅烧制得复合光催化剂，实现了污泥的资源化利用，为污泥的综合利用提供了新思路。
2、本发明采用pH值为2～6的有机废水与钛盐混凝剂进行混凝，混凝形成的絮状体明显增大，沉降性能明显提高，能得到更大量的混凝沉淀物，干燥后污泥研磨成粉末，过100～120目筛，污泥先研磨成粉末，使污泥先进一步细化，细化后的污泥可以使有机废水中更多的C，P等元素嵌入到钛系污泥的间隙中，并使C，P元素分布的更均匀，在煅烧过程中，污泥中的C，P等元素也会有部分残留在煅烧后的污泥中，制得的复合光催化剂分散性较好，光催化性能优良，光催化效果明显高于现有纯TiO2的光催化效果。
3、本发明制得的复合光催化剂与普通制备二氧化钛光催化剂的制备流程，能耗大小基本相似，且光催化活性强。
附图说明：
图1是实施例1中所得复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛两种催化剂对活性艳红脱色率对比图；
图2是实施例1中所得复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛两种催化剂对甲基橙脱色率对比图。
具体实施方式
下面结合实施例和应用例对本发明的技术方法做进一步说明，但本发明所保护的范围不限于此。
实施例中使用的原料：
硫酸钛购自国药(上海)国际医药卫生有限公司
纯锐钛型二氧化钛购自国药(上海)国际医药卫生有限公司
印染废水来源
生活污水来源
实施例1
一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，包括步骤如下：
(1)将硫酸钛混凝剂加入到pH值为2的腐殖酸-高岭土模拟水中，在常温下搅拌混凝，先以200r/min的转速快速搅拌1.5min，然后再以40r/min的转速搅拌18min，硫酸钛的投加量为32mg/L，以钛的质量计；
(2)步骤(1)混凝后得到的沉淀物用中速定量滤纸进行真空抽滤，制得钛系混凝污泥，将钛系混凝污泥于105℃下干燥10h，干燥后污泥研磨成粉末，过100目筛，制得钛系污泥粉；
(3)将制得钛系污泥粉置于马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至700℃，于700℃煅烧100h；
(4)经(3)煅烧后的钛系污泥粉用去离子水洗涤3次后，于105℃下干燥10h；
(5)干燥后的粉末再次研磨，过140目筛，即得该复合光催化剂。
实施例2
一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，包括步骤如下：
(1)将四氯化钛加入到pH值为3的印染废水中，在常温下搅拌混凝，先以300r/min的转速快速搅拌1min，然后再以60r/min的转速搅拌20min，四氯化钛的投加量为30mg/L，以钛的质量计；
(2)步骤(1)混凝后得到的沉淀物用中速定量滤纸进行真空抽滤，制得钛系混凝污泥，将钛系混凝污泥于100℃下干燥12h，干燥后污泥研磨成粉末，过120目筛，制得钛系污泥粉；
(3)将制得钛系污泥粉置于马弗炉中，以9℃/min的升温速率升温至650℃，于650℃煅烧12h；
(4)经(3)煅烧后的钛系污泥粉用去离子水洗涤3次后，于100℃下干燥10h；
(5)干燥后的粉末再次研磨，过160目筛，即得该复合光催化剂。
实施例3
一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，包括步骤如下：
(1)将二氯化钛加入到pH值为4的生活污水中，在常温下搅拌混凝，先以350r/min的转速快速搅拌1min，然后再以50r/min的转速搅拌20min，二氯氧钛的投加量为28mg/L，以钛的质量计；
(2)步骤(1)混凝后得到的沉淀物用中速定量滤纸进行真空抽滤，制得钛系混凝污泥，将钛系混凝污泥于98℃下干燥12h，干燥后污泥研磨成粉末，过110目筛，制得钛系污泥粉；
(3)将制得钛系污泥粉置于马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至600℃，于600℃煅烧12h；
(4)经(3)煅烧后的钛系污泥粉用去离子水洗涤3次后，于98℃下干燥10h；
(5)干燥后的粉末再次研磨，过160目筛，即得该复合光催化剂。
应用实施例
用实施例1制得的复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛用于处理50mg/L活性艳红模拟水样及20mg/L甲基橙模拟水样，并分析处理结果。实验采用250W波长为354nm的紫外光灯照射2h。
应用实施例1
将实施例1中所得复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛用于50mg/L活性艳红模拟水样的处理，活性艳红模拟水样pH值6.37两种光催化剂的投加量均为1g/L。
实施例1中所得复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛两种催化剂对活性艳红脱除率结果见图1所示，
由图1处理结果可见，反应开始时所得复合光催化剂和市售锐钛型二氧化钛对活性艳红的吸附能力相当。活性艳红的脱色率随着时间的增长逐渐增大，但经过反应60min附近时实施例1所得的复合光催化剂对活性艳红脱色率就可已达到90％以上，且实施例1所得的复合光催化剂的光催化活性高于市售的锐钛型二氧化钛。
应用实施例2
将实施例1中所得复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛用于用于20mg/L甲基橙模拟水样的处理，甲基橙模拟水样pH值6.4两种光催化剂的投加量均为1g/L。
实施例1中所得复合光催化剂与市售锐钛型二氧化钛两种催化剂对甲基橙脱除率结果如图2所示：
由图2处理结果可见，反应开始时所得复合光催化剂和市售锐钛型二氧化钛对甲基橙的吸附能力相当。甲基橙的脱色率随着时间的增长逐渐增大，但经过反应70min附近时实施例1所得的复合光催化剂对甲基橙的脱色率就已达到90％以上，且实验所得的复合光催化剂的光催化活性要略优于市售的锐钛型二氧化钛。

Claims (9)

1.一种基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，包括步骤如下： 
(1)将钛盐混凝剂加入到待处理水中在常温下搅拌混凝，所述钛盐混凝剂的投加量为18～38mg/L，以钛的质量计；所述待处理水的pH值为1～10； 
(2)步骤(1)混凝后得到的沉淀物进行真空抽滤，制得钛系混凝污泥，将钛系混凝污泥于90～105℃下干燥8～12h，干燥后污泥研磨成粉末，过100～120目筛，制得钛系污泥粉； 
(3)将制得钛系污泥粉置于马弗炉中，以8～10℃/min的升温速率升温至500～700℃，于500～700℃煅烧8～12h； 
(4)经(3)煅烧后的钛系污泥粉洗涤3～5次后，于90～105℃下干燥8～12h； 
(5)步骤(4)中烘干后的粉末再次研磨，过120～160目筛，即得该复合光催化剂。 
2.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)的钛盐混凝剂为四氯化钛、硫酸钛、二氯氧钛或硫酸氧钛中的一种。 
3.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，所述待处理水的pH值为2～6。 
4.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，所述待处理水为地表水或有机废水，有机废水优选生活污水或印染废水；进一步优选的，所述的待处理水为pH值2～6的有机废水。 
5.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，步骤(1)搅拌混凝的具体步骤如下：先以100～400r/min的转速快速搅拌1～3min，然后再以20～60r/min的转速搅拌15～20min。 
6.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，钛盐混凝剂的投加量为25～30mg/L。 
7.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，步骤(2)钛系混凝污泥干燥温度为98～100℃下干燥10～11h，真空抽滤采用中速定量滤纸进行抽滤。 
8.根据权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法，其特征在于，步骤(3)中钛系污泥粉煅烧温度为650℃，煅烧时间为10h，升温速率为10℃/min。 
9.权利要求1所述的基于钛系混凝污泥制备复合光催化剂的方法制得的复合光催化剂的应用，应用于给水、废水处理、造纸、采矿、纺织印染、日用化工产生的废水光催化处理，复合光催化剂的投加量一般在0.5～3g/L，优选投加量1～2g/L，紫外光的强度10～20W/m2。 
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