申请日2012.12.28
公开(公告)日2013.04.10
IPC分类号B01J23/745; B01J27/128; C02F11/00; B01J27/125; B01J27/138
摘要
本发明公开了一种用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂，由微米级钛白粉、微米级过渡金属的氧化物或氯化物、与高效活化活性碳组成，将上述各组分按照比例混合，加入密闭搅拌器，进行30～50分钟的搅拌，使其吸附共聚从而获得核心TiO2光电催化剂。本发明在微米级钛白粉与微米级过渡金属的氧化物或氯化物的混合物中增加了适量的活性碳，利用活性碳强烈的表面吸附性能与s-s界面吸附转化特征，通过混合搅拌产生表面热量，进一步活化微米级TiO2、活性碳与过渡金属元素的互联，提高界面电子转移的活性，实现界面光电催化的互动，增加界面的光电催化的稳定性及界面活性，简化了生产工艺，缩短了生产时间，降低了制造成本。
权利要求书
1.一种用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂，其特征在于：由微米级钛白粉、微米级过渡金属的氧化物或氯化物、与高效活化活性碳组成，其中，微米级钛白粉的重量百分比占55%～65%，微米级过渡金属的氧化物或氯化物的重量百分比占25%～35%，活性碳的重量百分比占5～15%。
2.按照如权利要求1所述的用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂，其特征在于：所述钛白粉采用市售锐钛型(即A型)TiO2。
3.按照如权利要求1所述的用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂，其特征在于：所述过渡金属包括Fe、Mn、Al、V等，其氧化物为Fe2O3、MnO2、Al2O3、V2O5，其氯化物为FeCl3、MnCl2、AlCl3、VCl3。
4.按照如权利要求1所述的用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂，其特征在于：所述活性碳的粒径小于200目。
5.一种如权利要求1所述的核心TiO2光电催化剂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：将上述各组分按照比例混合，加入密闭搅拌器，进行30～50分钟的搅拌，使其吸附共聚从而获得核心TiO2光电催化剂。
说明书
用于污泥深度处理的核心TiO 2光电催化剂及制备方法
技术领域
本发明涉及光电催化剂领域，尤其是一种用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂及制备方法。
背景技术
污泥是污水处理厂在污水处理过程中产生的有机质、微生物菌胶团等沉淀物质以及污水表面漂浮的浮沫等残渣，其中含有大量的病原菌、寄生虫、致病微生物、二噁英和砷、铜、汞、铬等有毒重金属，甚至有放射性核素等难以降解的有毒、有害物质。随着我国城市化进程的加速，城市污水处理率逐年提高，污泥的量急剧增加，如何实现污泥无害化、减量化、稳定化、资源化(“四化”)已成为环境领域棘手的难题和研究热点。
本申请人在中国专利“201110402563.X ---负载TiO2光电催化深度处理污泥的催化剂、装置与方法”中公开了一种用于污泥深度处理的负载TiO2光电催化剂，其通过如下步骤制备：(1)按重量百分比为1：0.5～1.4加入半导体超微米级钛白粉与微米级过渡金属的氧化物混合;(2)将上述混合粉末在600℃～1260℃下进行烧结，然后进行球磨、水洗、干燥、细筛工艺制备获得核心催化剂;(3)按照重量百分比将0.5%～2 %的核心催化剂与98%～99.5%的作为载体的分散稳定剂进行搅拌混合。其中过渡金属包括Fe、Mn、Al、V;分散稳定剂的组成为活性炭、硅藻土、膨润土、珍珠岩及盐类中的多组分组成。
上述的核心催化剂由钛白粉与过渡金属氧化物通过繁琐的工艺进行制备，为了使金属氧化物进入TiO2晶格，提高催化截面活性，所需要的烧结的温度很高，烧结时间很长。现有的工艺中需要用300～500KW的塔板电炉烧结4～6小时，才能形成催化活性界面;不仅能耗极大;而且后续的球磨、水洗、干燥、细筛工艺也非常繁琐复杂，生产效率低，劳动强度大，严重地影响了本工艺的推广应用。且如果采用过渡金属的氯化物进行烧结，氯化物最终转化为氧化物进入TiO2晶格，生成物会对环境带来一定程度的污染。
发明内容
本申请人针对上述现有核心催化剂制备工艺复杂、能耗高、成本高等缺点，提供一种工艺合理的用于污泥 深度处理的核心TiO2光电催化剂及制备方法，从而大大简化了生产工艺，降低了制造成本，同样达到高效催化污泥光电催化破膜效果。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂，由微米级钛白粉、微米级过渡金属的氧化物或氯化物、与高效活化活性碳组成，其中，微米级钛白粉的重量百分比占55%～65%，微米级过渡金属的氧化物或氯化物的重量百分比占25%～35%，活性碳的重量百分比占5～15%。
其进一步特征在于：所述钛白粉采用市售锐钛型(即A型)TiO2。
所述过渡金属包括Fe、Mn、Al、V等，其氧化物为Fe2O3、MnO2、Al2O3、V2O5，其氯化物为FeCl3、MnCl2、AlCl3、VCl3。
所述活性碳的粒径小于200目。
一种上述的核心TiO2光电催化剂的制备方法，包含以下步骤：将上述各组分按照比例混合，加入密闭搅拌器，进行30～50分钟的搅拌，使其吸附共聚从而获得核心TiO2光电催化剂。
本发明的有益效果如下：
本发明在微米级钛白粉与微米级过渡金属的氧化物或氯化物的混合物中增加了适量的活性碳，利用活性碳强烈的表面吸附性能与s-s界面吸附转化特征，通过混合搅拌产生表面热量，进一步活化微米级TiO2、活性碳与过渡金属元素的互联，提高界面电子转移的活性，实现界面光电催化的互动，增加界面的光电催化的稳定性及界面活性，从而简便地制备获得核心TiO2光电催化剂;避免了现有技术中需要高能耗烧结、球磨水洗等复杂的制备工艺，大大简化了生产工艺，缩短了生产时间，降低了制造成本。
本发明优选微米级过渡金属的氯化物，在温度较低的环境中氯化物比氧化物更活泼，因此可以使吸附共聚过程更加充分，且不会产生污染物。
具体实施方式
本发明所述的用于污泥深度处理的核心TiO2光电催化剂由微米级钛白粉、微米级过渡金属的氧化物或氯化物、与高效活化活性碳组成，其中，微米级钛白粉的重量百分比占55%～65%，微米级过渡金属的氧化物或氯化物的重量百分比占25%～35%，活性碳的重量百分比占5～15%。将上述各组分按照比例混合，加入密闭搅拌器，进行30～50分钟的有效搅拌，使其吸附共聚过程，从而制得核心TiO2光电催化剂。
本发明采用的钛白粉采用市售的锐钛型(即A型)TiO2。本发明采用的过渡金属包括Fe、Mn、Al、V等，其氧化物如Fe2O3、MnO2、Al2O3、V2O5，其氯化物如FeCl3、MnCl2、AlCl3、VCl3。高效活化活性碳的粒径小于200目。
上述组分在密闭搅拌器内搅拌时，由于活性碳强烈的表面吸附性能与s-s(TiO2solid-过渡金属氧化物或氯化物solid)界面吸附转化特征发生共性吸附，在共聚吸附过程产生大量热量。由于被封闭在密闭容器内，热量不易散发，可以在搅拌器内保持约20℃～40℃的温度，该温度可以进一步活化微米级TiO2、活性碳与过渡金属元素的互联，提高界面电子转移的活性，实现界面光电催化的互动，增加界面的光电催化的稳定性及界面电子跃迁活性。
实施例1：
采用重量比为6：3：1的微米级TiO2、微米级Fe2O3与活性碳，加入密闭搅拌器，经40分钟的搅拌，使其吸附共聚，制得核心TiO2光电催化剂。
实施例2：
采用重量比为6.5：3：0.5的微米级TiO2、微米级FeCl3与活性碳，加入密闭搅拌器，经30分钟的搅拌，使其吸附共聚，制得核心TiO2光电催化剂。
实施例3：
采用重量比为5.5：3.5：1的微米级TiO2、微米级MnCl2与活性碳，加入密闭搅拌器，经35分钟的搅拌，使其吸附共聚，制得核心TiO2光电催化剂。
实施例4：
采用重量比为6：2.5：1.5的微米级TiO2、微米级AlCl3与活性碳，加入密闭搅拌器，经50分钟的搅拌，使其吸附共聚，制得核心TiO2光电催化剂。
按照重量百分比将0.5%～2%的上述各实施例获得的核心TiO2催化剂与98%～99.5%的分散稳定剂(作为载体)进行搅拌混合，即可获得用于污泥深度处理的负载TiO2光电催化剂，所述分散稳定剂的组成为活性炭、硅藻土、膨润土、珍珠岩及盐类等多组分组成