CN105983273B

CN105983273B - 一种活性悬浮滤料及其制备方法

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Publication number: CN105983273B
Application number: CN201510091972.0A
Authority: CN
Inventors: 刘朝南
Original assignee: 刘朝南
Current assignee: HAINAN GAN QUAN INDUSTRY Co.,Ltd.
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2018-05-01
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: CN105983273A

Abstract

本发明提出了一种活性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、将钛酸丁酯与乙酸酐分别加入到环己烷中，然后依次经混合、70℃～85℃下加热、分离，从而获得固态物质；这里，钛酸丁酯与乙酸酐的质量比处于4/3～5/3之间；步骤S2、将固态物质以及悬浮颗粒分别加入到水中，形成混合物；然后在保护气体的保护下，向混合物中加入硝酸，形成中间物；步骤S3、将中间物加热到60～80℃，然后，在经保温和冷却后，将中间物的pH值调整到8‑10之间，使中间物中产生絮状沉淀；步骤S4、将絮状沉淀过滤下来，经干燥，得到活性悬浮滤料。本发明生产工艺容易控制，经济实用。

Description

一种活性悬浮滤料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理材料领域，尤其涉及一种活性悬浮滤料及其制备方法。

背景技术

随着社会文明的进步，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，而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，粘泥覆盖在金属上会产生氧浓差腐蚀电池作用，从而会造成金属溶解，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。

专利号为CN201010245395.3的中国专利“一种悬浮滤料的原位活化改性处理方法”采用一种改性处理的悬浮滤料使得废水处理系统在同一个池中曝气同时实现去除C和N，使得运行控制工艺简单。但是此方法制备得到的活化悬浮滤料由于只是简单的将悬浮滤料与活化剂进行混合，活化性能较低，且无法长期使用，需要定期的更换活化滤料，增加了污水处理的运营成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的没有经过改性的滤料无法有效地去除水中的有机物，而与活化剂混合的滤料由于活化剂过小、难以回收，而无法长期使用，需要定期地更换滤料，增加了污水处理的运营成本，提出一种活性悬浮滤料及其制备方法。

本发明就上述技术问题提出以下技术方案：

本发明提出了一种活性悬浮滤料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将钛酸丁酯与乙酸酐分别加入到环己烷中，然后依次经混合、70℃～85℃下加热、分离，从而获得固态物质；这里，钛酸丁酯与乙酸酐的质量比处于4/3～5/3之间；

步骤S2、将固态物质以及悬浮颗粒分别加入到水中，形成混合物；然后在保护气体的保护下，向混合物中加入硝酸，形成中间物；

步骤S3、将中间物加热到60～80℃，然后，在经保温和冷却后，将中间物的pH值调整到8-10之间，使中间物中产生絮状沉淀；

步骤S4、将絮状沉淀过滤下来，经干燥，得到活性悬浮滤料。

本发明上述的活性悬浮滤料的制备方法中，所述步骤S2包括：

将固态物质加入到水中，固态物质与水的质量比处于1/30～1/40之间；

再向水中加入悬浮颗粒，形成所述混合物，其中，悬浮颗粒与加入有固态物质的水的质量比为1/10～1/20之间。

本发明上述的活性悬浮滤料的制备方法中，在所述步骤S2中，硝酸与混合物的质量比处于1/25～1/30之间，硝酸的浓度为40wt％-60wt％。

本发明上述的活性悬浮滤料的制备方法中，所述悬浮颗粒为锰砂、活性氧化铝、活性碳粉、活性氧化镁、膨胀珍珠岩、PE泡沫粒子中的一种或几种。

本发明上述的活性悬浮滤料的制备方法中，所述保护气体为H₂S、氮气或惰性气体。

本发明还提出了一种活性悬浮滤料，该活性悬浮滤料通过如上所述的制备方法制备出。

本发明通过活性悬浮滤料的制备方法制备出了一种能够长期使用，水处理效果好的活性悬浮滤料；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3的试样3的SEM图。

具体实施方式

本发明要针对的技术问题是：现有的没有经过改性的滤料无法有效地去除水中的有机物，而与活化剂混合的滤料由于活化剂过小、难以回收，而无法长期使用，需要定期地更换滤料，增加了污水处理的运营成本。申请人研究了现有技术后，提出了解决该技术问题的技术思路，通过采用纳米材料对普通滤料进行改性，使得改性后的滤料同时具有普通滤料稳定的化学性能，以及纳米材料的活化能力；同时，也由于纳米材料与普通的滤料结合成一个整体，这样，本发明的活性悬浮滤料与水污染物的接触面积就会更大，对水处理的效果就会更佳。

具体地，本发明中的纳米材料为纳米TiO₂，纳米TiO₂具有光催化性能，能够利用太阳光将有机污染物矿化成CO₂和H₂O。而由于纳米TiO₂很容易被氧化。因此，本发明的活性悬浮滤料的制备过程需要在保护气体下进行。

本发明的活性悬浮滤料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将钛酸丁酯与乙酸酐分别加入到环己烷中，然后依次经混合、加热、分离，从而获得固态物质；这里，钛酸丁酯与乙酸酐的质量比处于5/3～1.5之间。

在本步骤中，钛酸丁酯、乙酸酐以及环己烷的混合在常温下进行，搅拌时间为30min～3h，这里，搅拌时间根据反应物的量来确定。

进一步地，由钛酸丁酯、乙酸酐以及环己烷混合而得到的混合物的加热温度为70℃～85℃，反应时间为30min～2h。反应时间也根据反应物的量来确定。

由于钛酸丁酯与乙酸酐的质量比处于4/3～5/3之间，这里，乙酸酐是过量的，这样，钛酸丁酯与乙酸酐在环己烷中可以生成TiO(OOCCH₃)₂与Ti₂O(OC₄H₉)₂(OOCCH₃)₄。这两种物质分子中都存在Ti-O-Ti键型的结构，并都不溶于有机溶剂。

由于TiO(OOCCH₃)₂与Ti₂O(OC₄H₉)₂(OOCCH₃)₄都不溶于有机溶剂，便可以通过过滤和/或离心的方式分离出来，从而构成固态物质。本步骤中，固态物质在5000～6000r/min进行离心分离。

接着，为了后面试验的准确和方便，固态物质还经过洗涤和干燥。

本步骤中，固态物质通过丙酮洗涤。

本步骤中，固态物质会先加入到水中，固态物质与水的质量比处于1/30～1/40之间。

然后，再向该水中加入悬浮颗粒，这里，悬浮颗粒为锰砂、活性氧化铝、活性碳粉、活性氧化镁、膨胀珍珠岩、PE泡沫粒子中的一种或几种。其中，悬浮颗粒与加入有固态物质的水的质量比为1/10～1/20之间。

之后，再将加入有固态物质和悬浮颗粒的水进行搅拌，搅拌的转速为300r/min～400r/min。然后缓慢地向该加入有固态物质和悬浮颗粒的水中滴加硝酸，硝酸的浓度为40wt％-60wt％；硝酸与加入有固态物质和悬浮颗粒的水的质量比处于1/25～1/30之间。在硝酸的滴加过程均处于保护气体的保护下进行，本步骤中，保护气体为H₂S。可以理解，保护气体还可以是氮气、惰性气体等。

本步骤中，中间物的加热过程主要使固态物质能够被硝酸氧化，从而生成纳米TiO₂；而纳米TiO₂同时又会对悬浮颗粒进行改性。

为了保证中间物的加热过程能够均匀、平稳，中间物在加热过程中会不断被搅拌。搅拌时间处于2.5h-3h之间，转速为300r/min～400r/min。

中间物的加热过程在中间物微透明时便可以终止。

本步骤中，产生有絮状沉淀的中间物会在5000r/min～6000r/min的转速下离心过滤，得到胶体沉淀，这种胶体沉淀可以在水或乙醇水溶液中漂洗，再干燥，而得到活性悬浮滤料。

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发明进行具体的阐述。

实施例1：

取钛酸丁酯250g与乙酸酐200g在480mL环己烷中混合，并加热至80℃，反应1h之后，在5000r/min的离心机中分离，得到固态物质，经丙酮洗涤若干次之后自然风干。

再将15g风干后的固态物质溶于535g水中，得到混合物a；取活性碳粉15g、膨胀珍珠粉15g和PE泡沫粒子25g一并加入混合物a中，这里，活性碳粉15g、膨胀珍珠粉15g和PE泡沫粒子25g构成悬浮颗粒；

然后，在H₂S气氛下，再向混合物a中缓慢滴加50mL的硝酸，硝酸的浓度为50wt％。硝酸的滴加通过2h完成，然后再将混合物a加热至75℃，300r/min转速下反应3h，调节溶液pH至10，使其出现絮状沉淀，5000r/min下离心得到胶体沉淀；再将胶体沉淀分散于水中，然后自然风干得到活性悬浮滤料的试样1。

实施例2：

取钛酸丁酯200g与乙酸酐150g在400mL环己烷中混合，并加热至85℃，反应1h之后，在5000r/min的离心机中分离，得到固态物质，经丙酮洗涤若干次之后自然风干。

再将40g风干后的固态物质溶于1385g水中，得到混合物b；取锰砂15g、膨胀珍珠粉15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子50g一并加入混合物b中，这里，锰砂15g、膨胀珍珠粉15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子50g构成悬浮颗粒；

然后，在H₂S气氛下，再向混合物b中缓慢滴加75mL的硝酸，硝酸的浓度为50wt％。硝酸的滴加通过1h完成，然后再将混合物b加热至75℃，350r/min转速下反应2.5h，调节溶液pH至8，使其出现絮状沉淀，6000r/min下离心得到胶体沉淀；再将胶体沉淀分散于40wt％乙醇水溶液中，然后自然风干得到活性悬浮滤料的试样2。

实施例3：

取钛酸丁酯250g与乙酸酐150g在500mL环己烷中混合，并加热至75℃，反应1h之后，在6000r/min的离心机中分离，得到固态物质，经丙酮洗涤若干次之后自然风干。

再将35g风干后的固态物质溶于1065g水中，得到混合物c；取锰砂15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子25g一并加入混合物c中，这里，锰砂15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子25g构成悬浮颗粒；

然后，在H₂S气氛下，再向混合物b中缓慢滴加75mL的硝酸，硝酸的浓度为50wt％。硝酸的滴加通过1h完成，然后再将混合物c加热至75℃，350r/min转速下反应2h，调节溶液pH至9，使其出现絮状沉淀，5800r/min下离心得到胶体沉淀；再将胶体沉淀分散于水中，然后自然风干得到活性悬浮滤料的试样3。

实施例4：

再将35g风干后的固态物质溶于1065g水中，得到混合物c；取活性氧化镁15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子25g一并加入混合物c中，这里，活性氧化镁15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子25g构成悬浮颗粒；

然后，在H₂S气氛下，再向混合物b中缓慢滴加75mL的硝酸，硝酸的浓度为50wt％。硝酸的滴加通过1h完成，然后再将混合物c加热至75℃，350r/min转速下反应2h，调节溶液pH至9，使其出现絮状沉淀，5800r/min下离心得到胶体沉淀；再将胶体沉淀分散于水中，然后自然风干得到活性悬浮滤料的试样4。

实施例5：

再将35g风干后的固态物质溶于1065g水中，得到混合物c；取活性氧化铝15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子25g一并加入混合物c中，这里，活性氧化铝15g，活性碳粉15g和PE泡沫粒子25g构成悬浮颗粒；

然后，在H₂S气氛下，再向混合物b中缓慢滴加75mL的硝酸，硝酸的浓度为50wt％。硝酸的滴加通过1h完成，然后再将混合物c加热至75℃，350r/min转速下反应2h，调节溶液pH至9，使其出现絮状沉淀，5800r/min下离心得到胶体沉淀；再将胶体沉淀分散于水中，然后自然风干得到活性悬浮滤料的试样5。

验证试验：

本发明对试样3进行SEM分析，如图1所示。从图1中可以看到，试样3只有一种形状的颗粒物，这证明了纳米TiO₂均结合于悬浮颗粒上。由于在试样3中，钛酸丁酯与乙酸酐的质量比最大，在这种情况下所生成的纳米TiO₂都能结合于悬浮颗粒上，这样，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。

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

1.一种活性悬浮滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的活性悬浮滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

3.根据权利要求2所述的活性悬浮滤料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，硝酸与混合物的质量比处于1/25～1/30之间，硝酸的浓度为40wt％-60wt％。

4.根据权利要求1所述的活性悬浮滤料的制备方法，其特征在于，所述悬浮颗粒为锰砂、活性氧化铝、活性碳粉、活性氧化镁、膨胀珍珠岩、PE泡沫粒子中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的活性悬浮滤料的制备方法，其特征在于，所述保护气体为H₂S、氮气或惰性气体。

6.一种活性悬浮滤料，其特征在于，该活性悬浮滤料通过如权利要求1-5任意一项所述的制备方法制备出。