CN104944597A - 铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料，属于滤料技术领域。该铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：铋酸锌纳米棒35-50％、锗酸铈纳米棒5-10％、聚丙乙烯10-16％、硅酸钠3-8％、烷基聚氧乙烯醚1-5％、水25-35％。本发明提供的铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料表面粗糙，热稳定性好、耐水性能优良，孔隙率高、比表面积大、吸附能力强、有利于滤料的成膜与生长等特点，可以脱色降解污水中的有机污染物，在污水处理领域具有良好的应用前景。

Description

铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料
技术领域
本发明属于滤料技术领域，具体涉及一种污水处理用铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料。
背景技术
生物滤池是污水处理的核心设备，在污水处理过程中起到了重要作用。生物滤料作为生物滤池的核心材料，决定着生物滤池的除污效率，所以生物滤料引起了人们的广泛研究兴趣。
目前已有专利报道了多种生物滤料，例如国家发明专利“一种曝气生物滤池用双层复合生物滤料及其制备方法”(发明专利号：ZL201010018383.7)以凹土、硅藻土、粉煤灰和煤粉为原料，在950-1050℃烧结20分钟制备出了一种双层复合生物滤料，内层由凹土、粉煤灰组成，外层由凹土、硅藻土和煤粉组成。国家发明专利“一种污水处理用镁橄榄石生物滤料及其制备方法”(发明专利申请号：201410319474.2)以镁橄榄石原矿细粉、滑石细粉、氧化镁细粉及镁电气石微粉为原料，于110-150℃烘烤16-24h，1300-1500℃煅烧2-4h制备出了镁橄榄石生物滤料。国家发明专利“一种烟气除臭生物滤料制作方法”(发明专利申请号：201410223025.8)以70-75％含水率的活性污泥、活性碳、秸秆和腐熟剂为原料，经过15-20天风干，每隔2天充分搅拌一次，制备出了可以吸收烟气中臭味的除臭生物滤料。然而，目前的生物滤料仍存在制备温度高，滤料表面会产生硬壳，不利于微生物的生长，污水脱色效果差、比表面积小、孔隙率低，或者生物滤料的制备过程复杂、时间过长等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供铋酸锌纳米棒作为主要原料，引入锗酸铈纳米棒，添加聚丙乙烯、硅酸钠和烷基聚氧乙烯醚等成分，得到具有比表面积大、孔隙率高、吸附能力强、热稳定性好、污水脱色降解能力强、有利于滤料成膜和微生物生长等特点的铋酸锌纳米棒复合生物滤料。
本发明所提供的铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒35-50％、锗酸铈纳米棒5-10％、聚丙乙烯10-16％、硅酸钠3-8％、烷基聚氧乙烯醚1-5％、水25-35％。
所述铋酸锌纳米棒的直径为70nm、长度为500nm-1μm。
所述锗酸铈纳米棒的直径为50nm、长度为2μm。
本发明所提供的铋酸锌纳米棒的具体制备方法如下：
以铋酸钠、乙酸锌作为原料，水为溶剂，其中铋酸钠与乙酸锌的摩尔比为1:1，将铋酸钠、乙酸锌与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度100-200℃、保温12-24h，其中铋酸钠与乙酸锌的重量不大于水重量的45％。
本发明所提供的锗酸铈纳米棒的具体制备方法如下：
以二氧化锗、乙酸铈及乙二胺作为原料，水为溶剂，其中二氧化锗与乙酸铈的摩尔比为1:1，乙二胺的重量不大于水重量的5％，将二氧化锗、乙酸铈、乙二胺与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度100-200℃、保温12-24h，其中二氧化锗与乙酸铈的重量不大于水重量的45％。
本发明所提供的铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的具体制备方法如下：
按照比例计量称取铋酸锌纳米棒、锗酸铈纳米棒、聚丙乙烯、硅酸钠、烷基聚氧乙烯醚和水，首先将硅酸钠溶于水中，然后将铋酸锌纳米棒、锗酸铈纳米棒、聚丙乙烯、烷基聚氧乙烯醚与含有硅酸钠的水混合均匀。在成球机中制备出生料球，成球大小3-10mm。将生料球放入烘箱，于100℃、保温2-3h，随后将烘干后的生料球放入马弗炉中于400-600℃、烧结2-4h，自然冷却，最后得到了铋酸锌纳米棒复合生物滤料。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明以铋酸锌纳米棒、锗酸铈纳米棒作为主要原料、聚丙乙烯作为成孔剂、硅酸钠作为粘接剂、烷基聚氧乙烯醚作为分散剂，制备出生料球后在一定温度下干燥和烧结可以获得铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料。由于本发明采用低温干燥和低温煅烧过程，所得铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料表面粗糙，热稳定性好、耐水性能优良、孔隙率高、比表面积大、吸附能力强、使用寿命长和可重复使用等特点，有利于滤料的成膜与生长。
2、由于铋酸锌纳米棒和锗酸铈纳米棒具有良好的有机污染物光催化活性，在可见光作用下，通过铋酸锌纳米棒和锗酸铈纳米棒的复合光催化作用可以脱色降解污水中的有机污染物。
3、本发明铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料具有良好的絮凝性，可以截留污水中的悬浮物和促进污水内胶体污染物的絮凝与沉淀，强化生物滤料的去污能力。因此，本发明所得铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料在污水处理领域中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的SEM图像；
从图可以看出铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料由纳米棒和无规则颗粒构成，含有高的孔隙率，纳米棒的直径为50-70nm、长度为500nm-2μm，内部孔尺寸为300nm-10μm。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒50％
锗酸铈纳米棒5％
聚丙乙烯10％
硅酸钠3％
烷基聚氧乙烯醚5％
水27％
实施例2
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒35％
锗酸铈纳米棒10％
聚丙乙烯16％
硅酸钠8％
烷基聚氧乙烯醚1％
水30％
实施例3
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒42％
锗酸铈纳米棒6％
聚丙乙烯11％
硅酸钠4％
烷基聚氧乙烯醚2％
水35％
实施例4
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒41％
锗酸铈纳米棒9％
聚丙乙烯15％
硅酸钠7％
烷基聚氧乙烯醚3％
水25％
实施例5
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒37％
锗酸铈纳米棒8％
聚丙乙烯14％
硅酸钠7％
烷基聚氧乙烯醚4％
水31％
实施例6
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒39％
锗酸铈纳米棒7％
聚丙乙烯13％
硅酸钠5％
烷基聚氧乙烯醚3％
水33％
实施例7
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒45％
锗酸铈纳米棒6％
聚丙乙烯12％
硅酸钠4％
烷基聚氧乙烯醚2％
水31％
实施例8
确定铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的质量百分比组成如下：
铋酸锌纳米棒48％
锗酸铈纳米棒7％
聚丙乙烯11％
硅酸钠5％
烷基聚氧乙烯醚2.5％
水26.5％
本发明实施例1到实施例8所得铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料的特征参数如表1所示：
表1
检测项目 铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料
表面孔隙率 50-70％
孔尺寸 500nm-10μm
比表面积 3.4×104m2/kg
堆积空隙率 89％

Claims (3)

1.一种铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料，其特征在于：以质量百分比计，该生物滤料配方如下：
2.如权利要求1所述一种铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料，其特征在于：所述铋酸锌纳米棒的直径为70nm、长度为500nm-1μm。
3.如权利要求1所述一种铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料，其特征在于：所述锗酸铈纳米棒的直径为50nm、长度为2μm。
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