CN1235679C - 光催化剂—酚醛树脂基活性炭复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分解处理有机含酚废水的复合材料及其制备方法。光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：它由酚醛树脂基活性炭和光催化剂组成，各原料组份的重量配比为：酚醛树脂40-100份；光催化剂10-50份；活化剂20-100份；光催化剂同时存在于活性炭的外表面和内部。其制备方法：(1)配料；(2)碳化：将粉状酚醛树脂与光催化剂粉末按比例混合，磨细用200目过筛，在氮气保护下，1-4小时炭化成粉末炭；(3)活化：将以上粉末炭，按重量比活化剂充分混合后，在氮气保护下，经过2-4小时的活化完毕后，将制品冷却充分水洗，除去碱性成份，干燥后得到产品。本发明在紫外线的作用下，高效率的分解有机酚有机、有毒物质等；生产工艺过程简单，生产成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种分解处理有机含酚废水的复合材料及其制备方法，特别是光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料及其制备方法，适用于分解处理含酚废水及其他含有机有毒废水(如含苯有机废水，含有机农药废水，含有机硫类废水等)。
背景技术
科学研究证实，酚废水中含有大量的致癌、环境激素等有害物质，并且来源较广，对人类生活和环境构成了严重的威胁，是世界各国重点监测和治理的对象之一，我国严格规定排入城市下水道的污水中的酚含量不能超过1.0mg/L，目前国内外治理方法，大致有活性炭吸附法，生物降解法，及光催化剂降解法，以上方法普遍存在着氧化剂消耗量大，处理时间长，成本高等缺点。近年日本相继开发了把光催化剂无机凝胶涂覆在活性炭、多孔陶瓷、多孔金属的表面，制成多孔质光催化复合材料(特开2001-232206，特开平8-196903)，利用多孔基体的收集有机有毒物质，有利于提高光催化剂分解有机有毒物质的效率，但由于光催化剂只涂于多孔物质表面，不能进入多孔内部，影响到光催化剂分解有机有毒的效率进一步提高，同时由于光催化剂的涂覆，降低了多孔物质的表面积。
发明内容
本发明的目的是提供一种有利于分解处理有机含酚废水的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料及其制备方法。通过复合手段把光催化剂组装到酚醛树脂基活性炭上，使光催化剂能最大限度的接触到被吸附于酚醛树脂基活性炭上的有机酚、有毒物质，在紫外线的作用下，高效率的分解有机酚有机、有毒物质等。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：它由酚醛树脂基活性炭和光催化剂组成，各原料组份的重量配比为：酚醛树脂40-100份；光催化剂10-50份；活化剂20-100份；光催化剂同时存在于活性炭的外表面和内部。
本发明使用的酚醛树脂为线型粉状的酚醛树脂，粒径为0.1-3mm。
本发明的光催化剂为二氧化钛(TiO2)、三氧化钨(WO3)、三氧化二锑(Sb2O3)、二氧化锆(Zro2)、氧化锌(ZnO)微粉，即可单独使用其中1种也可以使用其中两种以上混合物，两种以上混合时为任意配比；其粒径一般在1μm以下，越小光催化效果越好。常用TiO2。
本发明使用的活化剂为氢氧化钾(KOH)、氯化锌(ZnCl2)、磷酸(H3PO4)中的任一种或两种以上混合物，两种以上混合时为任意配比，为工业级。常用KOH。
如上所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)配料：各原料组份的重量配比为：酚醛树脂40-100份；光催化剂10-50份；活化剂20-100份。
(2)碳化：将线型粉状酚醛树脂与光催化剂粉末按比例混合，磨细用200目过筛，装入容器，在400-600℃条件下，在氮气保护下，1-4小时炭化成粉末炭；炭化得率在60-80％之间。
(3)活化：将以上粉末炭，按重量比活化剂充分混合后，装入容器中，在氮气保护下，在400-600℃条件下，经过2-4小时的活化完毕后，将制品冷却充分水洗，除去碱性成份，干燥后得到产品，可根据需要制成细粉与颗粒。粉末为10-50μm，颗粒为1-4mm。
如上所述的活化剂为含水氢氧化钾，水份占15％。
光催化降解装置设备及工艺过程：
光催化降解过程如图2所示，以自然阳光或紫外光灯1(光照为53w/m2以上)，为照射光源，在搅拌器2的容器里加入定量的含酚废水3，后加入定量的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，开动搅拌且使光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料均匀和分散在含酚废水中，经过一定时间后，光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料能逐步分解含酚废水的酚类有毒物质。
处理完毕后，复合材料可以通过过滤或沉淀的方法与废水分离的使过的光催化复合材料，经过数小时的紫外光照射后，再水洗，可重复使用。
本发明利用线型酚醛树脂与光催化剂磨合，在升温与碳化的过程中，使线型酚醛树脂与光催剂紧密渗杂在一起，将光催化剂均匀的分散在酚醛树脂脂基活性炭中。经过活性后，进一步提高了光催化剂的催化表面积，同时也不会堵住活性炭的表面孔洞。大大提高了，光催化剂的催化效率。
将一定比例的复合材料粉末与含酚废水混合，在太阳光或紫外光的照射下，光催化剂产生强的·OH，·O2氧化基团与富集中于活性炭表面的有害酚作用将有机物分解，消除了有机酚对环境的危害。本复合材料除能处理含酚废水外，还能处理常见的一些有机有毒废水，如含苯，含有机农药，含有机硫化物废水等。
该复合材料原料广、价格低廉，生产工艺过程简单生产成本较低，通过对含酚废水的处理结果表明光催化复合材料吸附、光催化分解有机有毒废水的能力较强，而且不产生二次污染，该材料经过紫外光照-水洗再生后，能重复使用，是一种新型的环境净化材料。
附图说明
图1为本发明的制备工艺图
图2为本发明的光催化降解过程图
图中：1-紫外光灯、2-搅拌器、3-含酚废水。
具体实施方式
实施例1：按重量取线型酚醛树脂粉末70重量份，光催化剂(TiO2)微粉35重量份，活化剂(KOH)70重量份。将酚醛树脂粉末与光催化剂微粉混合，磨碎200目过筛后装入容器中，在氮气保护下，在500℃条件下碳化3小时，将以上得到的炭材与35重量份活化剂(KOH)，充分混合，装入容器中，在氮气保护下，在550℃条件下，2小时活化，活化完毕后，水洗干燥后粉碎成光催化剂-酚醛树脂复合材料粉末，在浓度为1g/L的含酚废水中，加入与酚的重量相同的光催化剂复合材料搅拌均匀，在紫外光(强度53w/m2)，8小时照射，测定酚的分解量(酚的分解量)达到51.3％以上。结果见表1。
实施例2：按重量取线型酚醛树脂粉末70重量份，光催化剂(WO3)35重量份，活化剂(氯化锌)35重量份，按实施1的光催化复合材料的制造工艺方法，可得到，光催化剂(WO3)复合材料，按实施例1的处理含酚废水的方法，测定酚的分解量可达到47.8％，结果见表1。
实施例3：按重量取线型酚醛树脂100重量份，光催化剂(TiO2)10重量份，活化剂(KOH)100份，氯化锌5份，按实施例1的光催化剂复合材料的制造工艺方法，可得到光催化剂(TiO2)复合材料，按实施例1的处理酚废水的方法测定酚的分解量可达到37.5％。结果见表1。
实施例4：按重量取线型酚醛树脂50重量份，光催化剂(TiO2)50重量份，活化剂(KOH)50重量份。按实施例1的光催化剂复合材料制造工艺法，可得到光催化剂(TiO2)复合材料，按实施例1的处理含酚废水的方法测定酚的分解量可达到45％。结果见表1。
实施例5：按重量取线型酚醛树脂60重量份，光催化剂(TiO210重量分，WO31重量份，Sb2O31重量份，ZnO1重量份，ZrO21重量份)，活化剂(KOH)120重量份，按实施例1的光催化复合材料的制造工艺法，可得到光催复合材料，按实施例1的处理含酚废水的方法，酚的分解量可达39％，结果见表1。
表1 不同光催化剂复合材料，对酚的分解率
注1：在1g/L的苯酚溶液中加入与苯酚量相同重量的光催化复合材料粉末，使用搅拌器，使光催化剂复合材料在废水中分散均匀，在紫外光的照射下，每隔1小时测定一次溶液剩余苯酚重量。
注2：溶液中苯酚含量的测试方法采用国标GB7130-86碘量法测定。
Claims (8)
1.光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：它由酚醛树脂基活性炭和光催化剂组成，各原料组份的重量配比为：酚醛树脂40-100份；光催化剂10-50份；活化剂20-100份；光催化剂同时存在于活性炭的外表面和内部。
2.根据权利要求1所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：所述的酚醛树脂为线型粉状的酚醛树脂，粒径为0.1-3mm。
3.根据权利要求1所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：所述的光催化剂为二氧化钛、三氧化钨、三氧化二锑、二氧化锆、氧化锌微粉中的任一种或两种以上混合物，两种以上混合时为任意配比；其粒径在1μm以下。
4.根据权利要求1或3所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：所述的光催化剂为二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：所述的活化剂为氢氧化钾、氯化锌、磷酸中的任一种或两种以上混合物，两种以上混合时为任意配比。
6.根据权利要求1或5所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料，其特征是：所述的活化剂为氢氧化钾。
7.如权利要求1所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料的制备方法，其特征是：由如下步骤实现：
(1)配料：各原料组份的重量配比为：酚醛树脂40-100份；光催化剂10-50份；活化剂20-100份；
(2)碳化：将线型粉状酚醛树脂与光催化剂粉末按比例混合，磨细用200目过筛，装入容器，在400-600℃条件下，在氮气保护下，1-4小时炭化成粉末炭；
(3)活化：将以上粉末炭，按比例与活化剂充分混合后，装入容器中，在氮气保护下，在400-600℃条件下，经过2-4小时的活化完毕后，将制品冷却充分水洗，除去碱性成份，干燥后得到产品，可根据需要制成细粉与颗粒。
8.根据权利要求7所述的光催化剂-酚醛树脂基活性炭复合材料的制备方法，其特征是：所述的活化剂为含水氢氧化钾，水份占15％。
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