申请日2018.05.22
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号B01J31/38; B01J31/26; B01J35/08; B01J35/10; C02F1/30; C02F1/72; C02F101/30
摘要
本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于污水处理的催化剂微球及制备方法。该方法通过制备含聚四氟乙烯乳液、玻璃微粉、云母粉的分散液，并加入光催化剂、发泡剂，经喷雾干燥，在聚四氟乙烯的作用下，使光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结形成透亮的微孔球。与传统方法相比，本发明的制备的用于污水处理的催化剂微球，具有良好的光泽和进出水通道，可对光进行吸收和反复反射，提高了太阳光利用率和光催化氧化降解效果，并且易于漂浮于水面，回收利用率高，可广泛用于污水处理领域。
翻译权利要求书
1.一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于，通过制备含聚四氟乙烯乳液、玻璃微粉、云母粉的分散液，并加入光催化剂、发泡剂，经喷雾干燥，在聚四氟乙烯、发泡剂的作用下，使光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结形成透亮的微孔球，制备的具体步骤如下：
(1)将聚四氟乙烯乳液强烈搅拌，然后加入玻璃微粉、云母粉，形成分散液;
(2)将光催化剂、发泡剂加入步骤(1)制得的分散液中，进行超声分散;
(3)喷雾干燥，使发泡剂快速蒸发，在聚四氟乙烯的粘结作用下，光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结在一起，形成透亮的微孔球，即用于污水处理的催化剂微球。
2.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述聚四氟乙烯乳液固体含量在60%(wt)。
3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述分散液中，各组分的重量份为，聚四氟乙烯乳液25-50重量份、玻璃微粉20~25重量份、云母粉20~25重量份。
4.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述发泡剂为碳酸氢钠。
5.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述光催化剂为纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米二氧化锆中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述各组分的重量份为，光催化剂30~35重量份、发泡剂1-2重量份、分散液65~70重量份。
7.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述超声分散的超声波频率为50~70kHz，功率密度为0.6~0.8W/cm2。
8.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述喷雾干燥的压力为20~30MPa，进风温度为120-1400℃。
9.根据权利要求1所述一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述微孔球的直径为1~2mm。
10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的用于污水处理的催化剂微球。
说明书
一种用于污水处理的催化剂微球及制备方法
技术领域
本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于污水处理的催化剂微球及制备方法。
背景技术
目前，工业废水大量排放、生活垃圾污染水源、湖泊水质富营养化等问题相当严峻，由于污染物排放量超过水环境承载能力，河道水污染，生态破坏严重，生物多样性减少，生态自净化系统功能退化，严重影响环境安全。水生态的治理直接关系到人类的发展与进步，目前广泛应用的污染水体整治工作，难以解决水体生态系统重建与水体功能再现的问题，水体的生态修复已成为经济发展及环境建设的迫切需要。
传统的水污染处理技术主要有生物处理技术和物化处理技术，但随着工业的不断发展，传统的物理、生物方法已无法得到满意的结果。近年来，光催化氧化法的发展受到关注，与光化学氧化相比，光催化氧化法具有更强的氧化能力，对有机物降解效果更好。它是利用能量等于或大于半导体禁带宽度，这样价带上电子被激发跃迁到导带，价带上就会产生相应空穴。该空穴具有很强的得电子能力，可将表面吸附的OH-和H2O氧化成·OH，被激发的电子与O2生成·O2-，·OH和·O2-将有机物氧化成CO2、H2O以及小分子有机物。一般光催化氧化法使用的催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS和SnO2等。光催化氧化是目前极具发展前景的污水处理技术。
目前国内外在污水处理技术，尤其是光催化氧化污水处理方面已取得了一定成效。其中林琳等人发明了一种微球型二氧化钛光催化剂的制备方法(中国发明专利申请号201310639585.7)，该方法是将钛酸四丁酯溶解到无水乙醇中，混合均匀后滴定到去离子水中，搅拌使钛酸四丁酯充分水解，然后用无水乙醇清洗，转移至高压釜中后添加适量的尿素搅拌均匀，放入烘箱中进行水热反应;所得反应产物用水和无水乙醇清洗，放入恒温干燥箱中烘干后研磨成粉，即得到微球型二氧化钛光催化剂;该制备方法所得二氧化钛粒径较小，比表面积大，吸附能力强，性质稳定，且该方法还具有工艺和流程简便等优点。另外，朱光等人发明了一种花状ZnO/石墨烯复合微球的制备方法(中国发明专利申请号201511033046.4)，将醋酸锌和柠檬酸混合，向混合物中依次加入去离子水和无水乙醇混合均匀，缓慢加入氢氧化钠;把上述溶液转移到反应釜中，将反应釜烘干，自然冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇洗涤，得到的样品在真空过夜干燥;将溶液转移到反应釜中，将反应釜在烘干，自然冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇洗涤，得到的样品真空过夜干燥;该发明将ZnO和石墨烯复合，能够促进电子和空穴的分离、抑制其复合，可以得到催化效率高、成本低的光催化材料，在紫外光照射下，光催化降解甲基橙;通过，石墨烯的掺杂，复合物有利于光生电子的转移，抑制电子空穴复合，从而提高了光催化性能。
可见，现有技术中的光催化氧化污水处理中，光催化剂在水中的太阳光利用率低，光催化效率低，难以回收，成本较高，难以实现可持续利用等缺点。
发明内容
针对这种情况，我们提出一种用于污水处理的催化剂微球及制备方法，可显著提升光催化剂对太阳光的利用率，对污水中有机物的降解率高，并且易于回收利用，使用寿命长。
一种用于污水处理的催化剂微球的制备方法，其特征在于，通过制备含聚四氟乙烯乳液、玻璃微粉、云母粉的分散液，并加入光催化剂、发泡剂，经喷雾干燥，在聚四氟乙烯、发泡剂的作用下，使光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结形成透亮的微孔球，制备的具体步骤如下：
(1)将聚四氟乙烯乳液强烈搅拌，然后加入玻璃微粉、云母粉，形成分散液;
(2)将光催化剂、发泡剂加入步骤(1)制得的分散液中，进行超声分散;
(3)喷雾干燥，使发泡剂快速蒸发，在聚四氟乙烯的粘结作用下，光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结在一起，形成透亮的微孔球，即用于污水处理的催化剂微球。
优选的，步骤(1)所述聚四氟乙烯乳液固体含量在60%(wt)。
优选的，步骤(1)所述分散液中，各组分的重量份为，聚四氟乙烯乳液25-50重量份、玻璃微粉20~25重量份、云母粉20~25重量份。
优选的，步骤(2)所述发泡剂为碳酸氢钠。
优选的，步骤(2)所述光催化剂为纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米二氧化锆中的至少一种。
优选的，步骤(2)所述各组分的重量份为，光催化剂30~35重量份、发泡剂1-2重量份、分散液65~70重量份。
优选的，步骤(2)所述超声分散的超声波频率为50~70kHz，功率密度为0.6~0.8W/cm2。
优选的，步骤(3)所述喷雾干燥的压力为20~30MPa，进风温度为120-1400℃。
优选的，步骤(3)所述微孔球的直径为1~2mm。
玻璃微粉为一种抗划高透明粉料，粒径小、分散性好、透明度高、防沉效果好;经过表面改进，具有良好的亲和能力，并且有较强的位阻能力;云母粉属于单斜晶体，晶体为鳞片状，具丝绢光泽，照射到云母上的光线具有高的反射率和小的透射率。本发明利用聚四氟乙烯将光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结，在喷雾干燥后在发泡剂的作用下形成微孔结构，不但具有较好的光线透入通道，而且玻璃微粉、云母粉可更好地反射光线，提高光能利用效果。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的用于污水处理的催化剂微球。
该方法通过制备含聚四氟乙烯乳液、玻璃微粉、云母粉的分散液，并加入光催化剂、发泡剂，经喷雾干燥，在聚四氟乙烯的作用下，使光催化剂与玻璃微粉、云母粉粘结形成透亮的微孔球。与传统方法相比，本发明的制备的用于污水处理的催化剂微球，具有良好的光泽和进出水通道，可对光进行吸收和反复反射，提高了太阳光利用率和光催化氧化降解效果，并且易于漂浮于水面，回收利用率高，可广泛用于污水处理领域。
本发明提供了一种用于污水处理的催化剂微球及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的用于污水处理的催化剂微球，对污水中有机污降解效果好，可广泛用于污水处理领域。
2.本发明的制备方法，通过将光催化剂制备成大颗粒透亮的微孔球，具有良好的光泽和进出水通道，并且易于漂浮于水面，回收利用率高。
3.本发明的制备方法，通过加入玻璃微粉、云母粉，可对光进行吸收和反复反射，致使光催化剂接受充分的太阳光，提高了太阳光利用率和光催化氧化降解效果。
4.本发明的制备方法，聚四氟乙烯作为粘结剂和载体，利用其优异的耐温、耐腐蚀、耐老化、性能，大幅延长了微球的使用寿命。