CN110038616A - 一种城市污水处理剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保技术领域，公开了一种城市污水处理剂，包括负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛，制备方法如下，以物质的量计，取1份TiCl4加入到水中，升温至80‑95℃，加入0.8‑1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2‑0.5份硅酸镁铝并搅拌均匀后在80‑95℃下陈化20‑24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。本发明具有以下优点和效果：负载有硅酸镁铝的纳米二氧化钛，起到改善纳米二氧化钛的能带结构，抑制光生空穴‑电子对的复合，提高空穴‑电子对的利用效率，显著提高纳米二氧化钛的量子产率，提高光催化活性，对城市污水起到较好的处理效果。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，特别涉及一种城市污水处理剂。
背景技术
水是生命之源，是人类生存、发展最不可缺少的重要物质资源之一，是最基础的自然资源和战略性经济资源。地下水是人类用水的主要资源，全球近50％的饮用水来自地下水，全球有8.84亿人仍在使用未经净化改善的饮用水源，约有30-40亿人的家中没有安全可靠的自来水。地下水不可再生，在一些地区，地下水源使用已达临界极限。与此同时，由于给排水系统的效率低下和管理不足，水资源的浪费现象普遍存在。随着全球气候变化，缺水干旱出现的频率和严重程度将进一步加剧。目前，与水有关的灾害占所有自然灾害的90％，发生频率和强度普遍上升，对人类发展造成的影响日益加重。
经济社会的快速发展使得大量工业、农业生产和生活产生的污染物直接或间接进入纳污水体，急剧加重了天然水体的污染。城镇是点源污染的主要来源，城市生活中排放的城市污水主要来自于家庭、机关、城市公用设施等排放的生活污水和适量的工业生产废水，污水中的主要污染物有动植物油、悬浮物、碳水化合物、蛋白质、表面活性剂、氮和磷的化合物、微生物等。在污水治理领域，光触媒是较为理想的污水处理剂，光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，具有强烈催化降解功能，能有效降解污水中的有机物和细菌，对污水有着较好的净化效果。
虽然二氧化钛光催化技术的研究已经有30多年的历史，并在最近10年得到了较快的发展，也有一定的实际应用，但总体仍然处于理论探索和实验室阶段，尚未达到产业化规模，也仍然存在许多必须解决的关键性科学问题。从基础研究的角度来说，二氧化钛光催化剂其较宽的禁带宽度和较低的量子产率仍然是限制其发展的主要原因。二氧化钛的带隙约为3.2eV，光吸收波长主要集中在紫外区(＜387.5nm)，而辐射到地面的紫外光部分仅占太阳光的5％左右，所以从利用太阳能的角度来说，二氧化钛利用太阳能的效率很低，在目前研究中，光催化体系均以人工光源如高压泵灯、黑光灯、紫外线杀菌灯等为光源，能源消耗也较多。从经济的角度看，使可利用的光谱范围至可见光区并利用太阳光作为光源，是决定其能否大规模应用于实践的关键性因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市污水处理剂，具有光催化活性好的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种城市污水处理剂，其特征在于：包括负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛，制备方法如下，以物质的量计，取1份TiCl4加入到水中，升温至80-95℃，加入0.8-1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2-0.5份硅酸镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
通过采用上述技术方案，纳米半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促进化合物的合成或使化合物降解的过程称之为光催化，光催化是纳米二氧化钛的独特性能之一，由于全球工业化进程的发展，环境污染问题日益严重，环境保护和可持续发展成为人类必须考虑的首要问题，光催化在有机和无机污染物处理领域被广泛研究。纳米二氧化钛的光催化性能，在抗菌除臭、处理金属离子、降解有机污染物、大气净化、城市生活垃圾的处理等领域都有应用。
在半导体被光照激发时，激发光的波长由半导体本身的性质决定。半导体的禁带宽度和光吸收阈值的关系可表示为：λg(nm)＝1240/Eg(eV)，由此公司可以推算已知禁带宽度半导体的相应激发光最大波长，同时需要指出的是，光产生空穴-电子的氧化还原能力与禁带宽度紧密联系，禁带宽度就越大，对应所产生的光生空穴-电子的氧化还原电势也就越高。当半导体收到能量大于或等于其带隙的光照射时，处于价带上的电子受激发跃迁到导带是，产生光生电子-空穴对，处于激发态的光生空穴和电子有两种可能的路径，一种是参与光催化反应，即空穴夺取表面被吸附物质或溶剂的电子，使原本不吸收光的物质被氧化。而电子则被表面电子受体捕获，使电子受体发生还原反应。另一种是光生空穴和电子发生复合，产生的能量以热或光的形式散发。
量子产率是衡量一个光催化剂活性优劣的评价标准，其被定义为：在光电催化反应中一个入射电子所产生的产物分子数。从对光催化原理可以看出，要提高光催化的反应活性，必需要提高催化剂的量子产率，即抑制光生空穴-电子对的复合，提高空穴-电子对的利用效率。本发明采用在纳米二氧化钛上负载硅酸镁铝，硅酸镁铝起到改善纳米二氧化钛的能带结构，显著提高纳米二氧化钛的量子产率。
本发明的进一步设置为：制备方法中，TiCl4加入到水中后，升温至90-92℃。
本发明的进一步设置为：制备方法中，以物质的量计，水的用量为5-12份。
本发明的进一步设置为：制备方法如下，以物质的量计，在-5-0℃条件下，取1份TiCl4加入到水中，升温至80-95℃，加入0.8-1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2-0.5份硅酸镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
本发明的进一步设置为原料组分中还包括氧化镁铝，制备方法如下，以物质的量计，取1份TiCl4加入到水中，升温至80-95℃，加入0.8-1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2-0.5份硅酸镁铝、0.1-0.2份氧化镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛：。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛上除了负载硅酸镁铝，还负载有氧化镁铝，氧化镁铝也能起到改善纳米二氧化钛的能带结构，进一步提高纳米二氧化钛的量子产率和光催化的反应活性。
本发明的进一步设置为：纳米二氧化钛上掺杂有氧化钇，制备方法如下，以物质的量计，取0.1-0.3份氧化钇溶于酸后，加入1份负载有硅酸镁铝的纳米二氧化钛搅拌均匀，加热直至酸蒸发完后，真空烘干后，再300℃下煅烧2-3h，得到城市污水处理剂。
通过采用上述技术方案，氧化钇掺杂在纳米二氧化钛上，能有效改善城市污水处理剂的表面吸附性能及载流子传输性能，提高城市污水处理剂的光催化活性。
本发明的有益效果是：负载有硅酸镁铝的纳米二氧化钛，起到改善纳米二氧化钛的能带结构，抑制光生空穴-电子对的复合，提高空穴-电子对的利用效率，显著提高纳米二氧化钛的量子产率，提高光催化活性，对城市污水起到较好的处理效果。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到5mol的水中，升温至80℃，加入0.8mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2mol硅酸镁铝并搅拌均匀后在80℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
实施例2：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到10mol的水中，升温至90℃，加入1mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.3mol硅酸镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
实施例3：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到12mol的水中，升温至92℃，加入1.5mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.5mol硅酸镁铝并搅拌均匀后在92℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
实施例4：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到8mol的水中，升温至95℃，加入1.5mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.5mol硅酸镁铝并搅拌均匀后在95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
实施例5：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到5mol的水中，升温至80℃，加入0.8mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2mol硅酸镁铝、0.1mol氧化镁铝并搅拌均匀后在80℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
实施例6：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到5mol的水中，升温至95℃，加入1.5mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.5mol硅酸镁铝、0.2mol氧化镁铝并搅拌均匀后在95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
实施例7，一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到5mol的水中，升温至95℃，加入1.5mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.5mol硅酸镁铝、0.2mol氧化镁铝并搅拌均匀后在95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛，取0.1mo氧化钇溶于盐酸后，加入1mol氧化钇溶于酸后，加入1mol负载有硅酸镁铝的纳米二氧化钛搅拌均匀，加热直至酸蒸发完后，真空烘干后，再300℃下煅烧2-3h，得到城市污水处理剂。
实施例8：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到5mol的水中，升温至95℃，加入1.5mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.5mol硅酸镁铝、0.2mol氧化镁铝并搅拌均匀后在95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛，取0.3mo氧化钇溶于盐酸后，加入1mol氧化钇溶于酸后，加入1mol负载有硅酸镁铝的纳米二氧化钛搅拌均匀，加热直至酸蒸发完后，真空烘干后，再300℃下煅烧2-3h，得到城市污水处理剂。
对比例1：一种城市污水处理剂，制备方法如下，在-5-0℃条件下，取1molTiCl4加入到5mol的水中，升温至80℃，加入0.8mol硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，搅拌均匀后在80℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到纳米二氧化钛。
实验部分
选取城市污水水样，检测CODcr、粪大肠菌数，将城市污水分成9份，分别投入实施例1-9、对比例1的城市污水处理剂，按质量比，城市污水：城市污水处理剂＝20:1，用日光灯照射10h后，检测各城市污水水样的CODcr、粪大肠菌数，并在表1中列出实验结果。
表1城市污水水样处理结果
通过表1的实验结果可知，相比于纳米二氧化钛，负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛具有更好的光催化性能，对城市污水具有较好的处理效果。
Claims (6)
1.一种城市污水处理剂，其特征在于：包括负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛，制备方法如下，以物质的量计，取1份TiCl4加入到水中，升温至80-95℃，加入0.8-1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2-0.5份硅酸镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的城市污水处理剂，其特征在于：制备方法中，TiCl4加入到水中后，升温至90-92℃。
3.根据权利要求1所述的城市污水处理剂，其特征在于：制备方法中，以物质的量计，水的用量为5-12份。
4.根据权利要求1所述的城市污水处理剂，其特征在于：制备方法如下，以物质的量计，在-5-0℃条件下，取1份TiCl4加入到水中，升温至80-95℃，加入0.8-1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2-0.5份硅酸镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的城市污水处理剂，其特征在于：原料组分中还包括氧化镁铝，制备方法如下，以物质的量计，取1份TiCl4加入到水中，升温至80-95℃，加入0.8-1.5份硫酸铵，溶解后滴加浓氨水调节溶液的pH为8，加入0.2-0.5份硅酸镁铝、0.1-0.2份氧化镁铝并搅拌均匀后在80-95℃下陈化20-24h，将沉淀抽滤，并用去离子水各洗涤三次，真空下烘干后，得到负载硅酸镁铝的纳米二氧化钛。
6.根据权利要求1所述的城市污水处理剂，其特征在于：纳米二氧化钛上掺杂有氧化钇，制备方法如下，以物质的量计，取0.1-0.3份氧化钇溶于酸后，加入1份负载有硅酸镁铝的纳米二氧化钛搅拌均匀，加热直至酸蒸发完后，真空烘干后，再300℃下煅烧2-3h，得到城市污水处理剂。
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