CN105983272B - 一种纳米光触媒悬浮滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米光触媒悬浮滤料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤S1、将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按(0.1～0.4):(0.05～0.15):(0.2～0.4)的摩尔比配料以制成第一混合物，再投入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；步骤S2、依次将悬浮颗粒和四氢呋喃水溶液也加入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；步骤S3、再将硅烷偶联剂KH550加入到丙三醇水溶液中，并在70～80℃的条件下搅拌均匀；步骤S4、将2‑溴‑异丁基酰溴、三乙胺、硫酸亚铜和二甲基亚砜按照(1～1.5):(1～2):(0.002～0.006):(1～3)的质量比配料以制成第二混合物，并投入到丙三醇水溶液中，水热3～4h，再经过滤，得到纳米光触媒悬浮滤料。本发明生产工艺容易控制，经济实用。
Description
技术领域
本发明涉及水处理材料领域，尤其涉及一种纳米光触媒悬浮滤料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展和现在生活水平的提升，人们对于用水的质量也越来越高，中国淡水只占全世界的7％，为了实现经济的可持续发展，水的处理及循环利用是必须的。污水处理除了处理一些无机杂质，如陶瓷、泥沙颗粒之外，还需要对水中过多的有机杂质进行重点处理，一方面过多的有机污染物会造成水中养分的浓缩富集，水温的升高和光照给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件；另一方面，这些藻类和微生物除了直接造成水体直接污染外还会对用水设备带来极大的危害，它们产生的大量粘泥会造成设备的腐蚀，粘泥覆盖在金属上产生氧浓差腐蚀电池反应，会造成金属溶解，粘泥的聚集产生结垢会阻塞输水管道。因此对水中微生物进行控制和处理不仅可以控制水质的变坏而且能延长用水设备的使用寿命，是水处理的关键。
滤料在水处理领域中处于重要的地位，无论是污水处理滤池还是给水过滤的滤芯，滤料都起到核心的作用。现有的滤料主要有天然滤料如：石英砂、沸石、无烟煤等，人工滤料如：活性炭、陶粒等。这些滤料的缺点是功能单一，无法有效的去除水中的有机物，需要进行改性处理。
专利CN201410437905利用珍珠岩和塑料粒子等制备了一种比重较轻，可悬浮于水中，且膨胀珍珠岩粒空间大，能形成氧化生物膜，具有一定的氧化性。但是由于其氧化性弱，不能对有机物进行有效分解导致无法大量推广。
专利CN201010245395将悬浮滤料投入活性液中进行搅拌，晾干后得到活性悬浮滤料，该方法制备得到的活性悬浮滤料能够有效的去除氮氢有机物，但是其使用寿命较短，活性也不高。无法大面积使用。
发明内容
本发明的技术问题是针对现有的滤料功能单一，无法有效地去除水中的有机物，需要进行改性处理。而有的加入有活性液的滤料寿命短，活性也不高，无法大面积使用的问题，提出一种纳米光触媒悬浮滤料的制备方法。
本发明就上述技术问题提出以下技术方案：
本发明提出了一种纳米光触媒悬浮滤料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按(0.1～0.4):(0.05～0.15):(0.2～0.4)的摩尔比配料以制成第一混合物，再将该第一混合物投入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；
步骤S2、依次将悬浮颗粒和四氢呋喃水溶液也加入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；悬浮颗粒与第一混合物的质量比为(3～5)：(10～15)；
步骤S3、再将硅烷偶联剂KH550加入到丙三醇水溶液中，并在70～80℃的条件下搅拌均匀，悬浮颗粒和硅烷偶联剂KH550的质量比为1:(2～3)；
步骤S4、将2-溴-异丁基酰溴、三乙胺、硫酸亚铜和二甲基亚砜按照(1～1.5):(1～2):(0.002～0.006):(1～3)的质量比配料以制成第二混合物，并将该第二混合物也投入到丙三醇水溶液中，并在60～80℃下水热3～4h，再经过滤，得到纳米光触媒悬浮滤料；其中，悬浮颗粒与第二混合物的质量比为1:(4～6)。
本发明上述的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法中，在步骤S1中，丙三醇水溶液是采用去离子水和丙三醇按照体积比为1:(3～4)配置的。
本发明上述的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法中，在步骤S2中，四氢呋喃水溶液是采用去离子水和四氢呋喃按照体积比为1:(3～4)配置的。
本发明上述的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法中，所述步骤S2还包括：
步骤S21、制备砂浆；该砂浆采用粉煤灰、活性炭、珍珠岩、硼砂、硅酸盐水泥以及胶黏剂中的几种，球磨混合制备得到；
步骤S22、将发泡聚乙烯或是发泡聚苯乙烯颗粒放入成球机中，启动成球机，然后向该成球机中喷入水和砂浆，从而得到悬浮颗粒。
本发明还提出了一种纳米光触媒悬浮滤料，该纳米光触媒悬浮滤料由如上所述的制备方法制备得到。
本发明通过纳米光触媒悬浮滤料的制备方法制备出了一种能够长期使用，水处理效果好的纳米光触媒悬浮滤料；本发明生产工艺容易控制，经济实用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例1的试样1的XRD图谱；
图2为图1所示的试样1的SEM图谱。
具体实施方式
本发明的技术问题是：现有的滤料功能单一，无法有效地去除水中的有机物，需要进行改性处理。而有的加入有活性液的滤料寿命短，活性也不高，无法大面积使用。本发明解决该技术问题的技术方案是：制备一种纳米光触媒悬浮滤料，其采用悬浮颗粒作为内核，采用纳米TiO2附着在悬浮颗粒上作为外壳。
内核的主要作用是保证提供纳米光触媒悬浮滤料的基本性能，滤除无机污染物陶瓷、泥沙等，同时还可以减轻滤料的重量。外壳的主要作用是靠光激发氧负离子和氢氧自由基来分解有机污染物和杀菌。纳米光触媒悬浮滤料的外观形貌、尺寸、密度以及其他性能都可以根据需要进行事先设计，从而直接产出复合使用要求、性价比高的滤料，避免了滤料事后的改性。此外，纳米光触媒悬浮滤料所含的光催化剂(即纳米TiO2)可以源源不断的提供滤料足够的活性，从而延长滤料的使用寿命。该纳米光触媒悬浮滤料是将悬浮颗粒和活性分子通过化学的方法制备而成，内核和外壳通过化学键的作用交联结合在一起。
具体地，本发明的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按(0.1～0.4):(0.05～0.15):(0.2～0.4)的摩尔比配料以制成第一混合物，再将该第一混合物投入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；
本步骤中，丙三醇水溶液是采用去离子水和丙三醇按照体积比为1:(3～4)配置的。
步骤S2、依次将悬浮颗粒和四氢呋喃水溶液也加入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；悬浮颗粒与第一混合物的质量比为(3～5)：(10～15)；
本步骤中，悬浮颗粒为轻质材料，可以是无机材料、有机材料和复合材料等。
从颗粒形状上，悬浮颗粒可以是球形的规则颗粒，如聚乙烯发泡颗粒、硅胶颗粒等，也可以是不规则的颗粒如珍珠岩、蛭石、沸石、陶砂等，也可以是由粉末材料如粉煤灰、植物粉、矿粉、废渣等经成球机制成的球形颗粒；
从组分数目上，悬浮颗粒可以是仅包含有一种材料，如石煤灰、煤矸石颗粒、聚乙烯发泡塑料等，也可以包含有两种材料，如膨胀珍珠岩和胶黏剂的组合、硼砂和水泥的组合等，还可以包含有更多种材料，如石灰粉、植物粉和锰砂等的组合。悬浮颗粒的主要作用是滤除无机污染物，如陶瓷，泥沙等，同时减轻滤料的重量；
四氢呋喃水溶液是采用去离子水和四氢呋喃按照体积比为1:(3～4)配置的。
为了使悬浮颗粒能够呈规则的球形，本步骤S2还包括：
步骤S21、制备砂浆；
本步骤中，该砂浆可以采用粉煤灰、活性炭、珍珠岩、硼砂、硅酸盐水泥以及胶黏剂中的几种，球磨混合制备得到；
步骤S22、将发泡聚乙烯或是发泡聚苯乙烯颗粒放入成球机中，启动成球机，然后向该成球机中喷入水和砂浆，从而得到悬浮颗粒。
步骤S3、再将硅烷偶联剂KH550加入到丙三醇水溶液中，并在70～80℃的条件下搅拌均匀，悬浮颗粒和硅烷偶联剂KH550的质量比为1:(2～3)；
步骤S4、将2-溴-异丁基酰溴、三乙胺、硫酸亚铜和二甲基亚砜按照(1～1.5):(1～2):(0.002～0.006):(1～3)的质量比配料以制成第二混合物，并将该第二混合物也投入到丙三醇水溶液中，并在60～80℃下水热3～4h，再经过滤，得到纳米光触媒悬浮滤料；其中，悬浮颗粒与第二混合物的质量比为1:(4～6)。
通过本步骤，可以在悬浮颗粒的表面上形成TiO2包覆层，本发明的制备的纳米光触媒悬浮滤料的TiO2包覆层具有(001)暴露面，通过该(001)暴露面，纳米光触媒悬浮滤料只需吸收可见光即可激活，激活后产生的氧负离子的氢氧自由基可分解有机物，并对水体进行杀菌消毒。
为了便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细阐述。
实施例1
将20g活性炭、20g珍珠岩、30g硼砂和10g的108界面胶在干粉混合搅拌机中混合均匀后制成砂浆；
将50g发泡聚乙烯颗粒放入成球机中，启动成球机，然后喷入水，并同时喷入砂浆，形成悬浮颗粒；
将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按0.4:0.15:0.4摩尔比配料以制成第一混合物；取10g第一混合物，加入丙三醇水溶液，用磁力搅拌器搅拌1小时；丙三醇水溶液是采用去离子水和丙三醇按照体积比为1:3配置的。
然后再向丙三醇水溶液中加入3g悬浮颗粒，同时加入35mL四氢呋喃水溶液，用磁力搅拌器搅拌3小时；
四氢呋喃水溶液是采用去离子水和四氢呋喃按照体积比为1:3配置的。
然后再向丙三醇水溶液加入6g的硅烷偶联剂KH-550，并一起加热至80℃，搅拌2h。
将2g的2-溴-异丁基酰溴、4g三乙胺、0.006g硫酸亚铜以及4g二甲基亚砜混合配制成第二混合物，并将该第二混合物加入到丙三醇水溶液中，并在80℃下，水热反应4h，然后依次经过滤、洗涤、常温干燥，从而得到具有光催化性能的纳米光触媒悬浮滤料的试样1。
实施例2
将10g粉煤灰、20g珍珠岩、20g锰砂、10g硅酸盐水泥和20g的107建筑胶在干粉混合搅拌机中混合均匀后制成砂浆；
将30g发泡聚乙烯颗粒放入成球机中，启动成球机，然后喷入水，并同时喷入砂浆，形成悬浮颗粒；
将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按0.4:0.1:0.3摩尔比配料以制成第一混合物；取12g第一混合物，加入丙三醇水溶液，用磁力搅拌器搅拌1小时；丙三醇水溶液是采用去离子水和丙三醇按照体积比为1:4配置的。
然后再向丙三醇水溶液中加入6g悬浮颗粒，同时加入35mL四氢呋喃水溶液，用磁力搅拌器搅拌2小时；
四氢呋喃水溶液是采用去离子水和四氢呋喃按照体积比为1:4配置的。
然后再向丙三醇水溶液加入12g的硅烷偶联剂KH-550，并一起加热至78℃，搅拌2h。
将2g的2-溴-异丁基酰溴、4g三乙胺、0.006g硫酸亚铜以及6g二甲基亚砜混合配制成第二混合物，并将该第二混合物加入到丙三醇水溶液中，并在70℃下，水热反应3h，然后依次经过滤、洗涤、常温干燥，从而得到具有光催化性能的纳米光触媒悬浮滤料的试样2。
实施例3
将10g粉煤灰、20g活性炭、20g珍珠岩、30g甲基纤维素、20g硼砂和10g建筑白胶在干粉混合搅拌机中混合均匀后制成砂浆；
将50g发泡聚苯乙烯颗粒放入成球机中，启动成球机，然后喷入水，并同时喷入砂浆，形成悬浮颗粒；
将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按0.4:0.15:0.2摩尔比配料以制成第一混合物；取15g第一混合物，加入丙三醇水溶液，用磁力搅拌器搅拌0.5小时；丙三醇水溶液是采用去离子水和丙三醇按照体积比为1:2配置的。
然后再向丙三醇水溶液中加入3g悬浮颗粒，同时加入40mL四氢呋喃水溶液，用磁力搅拌器搅拌3小时；
四氢呋喃水溶液是采用去离子水和四氢呋喃按照体积比为1:2配置的。
然后再向丙三醇水溶液加入9g的硅烷偶联剂KH-550，并一起加热至80℃，搅拌2h。
将1g的2-溴-异丁基酰溴、4g三乙胺、0.003g硫酸亚铜以及5g二甲基亚砜混合配制成第二混合物，并将该第二混合物加入到丙三醇水溶液中，并在80℃下，水热反应4h，然后依次经过滤、洗涤、常温干燥，从而得到具有光催化性能的纳米光触媒悬浮滤料的试样3。
验证试验：
本发明对试样1进行X射线衍射分析，如图1所示。从图1中可以看到，试样1包含有锐钛矿和金红石，本发明还对试样1做了SEM分析，如图2所示。从图2中可以看到，试样1仅有一种球状颗粒，这说明，在试样1的制备过程中所形成的纳米TiO2完全包覆在悬浮颗粒上，这样，在试样1的XRD图谱中，就没有看到悬浮颗粒的谱线。按照常理推测，在其他实施例的试样中，纳米TiO2也应结合于对应的悬浮颗粒上。
同时，本发明还取上述实施例所获取的试样50g，并将该试样放入到过滤器的滤芯中；然后，取污水500g，采用循环方式，三次经过滤芯，得到处理后的污水。
同时，本发明还取普通滤料50g，并将该普通滤料放入到过滤器的滤芯中；然后，取污水500g，采用循环方式，三次经过滤芯，得到处理后的污水。这里，普通滤料为纯的活性碳粉。
处理前的污水以及经试样处理后的污水的组分情况如表1所示。
| 有机氮 | 总固体 | 总有机碳 | 细菌总数 | |
| 处理前的污水 | 1.28mg/L | 3.8g/L | 500mg/L | 100个/mL |
| 经试样1处理后的污水 | 0.0768mg/L | 0.38g/L | 15mg/L | 4个/mL |
| 经试样2处理后的污水 | 0.0896mg/L | 0.456g/L | 10mg/L | 3个/mL |
| 经试样3处理后的污水 | 0.0512mg/L | 0.418g/L | 10mg/L | 3个/mL |
| 经普通滤料处理后的污水 | 0.41mg/L | 0.646g/L | 230mg/L | 37个/mL |
本发明通过纳米光触媒悬浮滤料的制备方法制备出了一种能够长期使用，水处理效果好的纳米光触媒悬浮滤料；本发明生产工艺容易控制，经济实用。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种纳米光触媒悬浮滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将TiH2粉体、NaF晶体以及盐酸羟胺按(0.1～0.4):(0.05～0.15):(0.2～0.4)的摩尔比配料以制成第一混合物，再将该第一混合物投入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；
步骤S2、依次将悬浮颗粒和四氢呋喃水溶液也加入到丙三醇水溶液中，并搅拌均匀；悬浮颗粒与第一混合物的质量比为(3～5)：(10～15)；
步骤S3、再将硅烷偶联剂KH550加入到丙三醇水溶液中，并在70～80℃的条件下搅拌均匀，悬浮颗粒和硅烷偶联剂KH550的质量比为1:(2～3)；
步骤S4、将2-溴-异丁基酰溴、三乙胺、硫酸亚铜和二甲基亚砜按照(1～1.5):(1～2):(0.002～0.006):(1～3)的质量比配料以制成第二混合物，并将该第二混合物也投入到丙三醇水溶液中，并在60～80℃下水热3～4h，再经过滤，得到纳米光触媒悬浮滤料；其中，悬浮颗粒与第二混合物的质量比为1:(4～6)。
2.根据权利要求1所述的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，丙三醇水溶液是采用去离子水和丙三醇按照体积比为1:(3～4)配置的。
3.根据权利要求1所述的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，四氢呋喃水溶液是采用去离子水和四氢呋喃按照体积比为1:(3～4)配置的。
4.根据权利要求1所述的纳米光触媒悬浮滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
步骤S21、制备砂浆；该砂浆采用粉煤灰、活性炭、珍珠岩、硼砂、硅酸盐水泥以及胶黏剂中的几种，球磨混合制备得到；
步骤S22、将发泡聚乙烯或是发泡聚苯乙烯颗粒放入成球机中，启动成球机，然后向该成球机中喷入水和砂浆，从而得到悬浮颗粒。
5.一种纳米光触媒悬浮滤料，其特征在于，该纳米光触媒悬浮滤料由如权利要求1-4任意一项所述的制备方法制备得到。
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