申请日2018.10.22
公开(公告)日2019.01.01
IPC分类号C02F1/00; C02F1/28; C02F1/30; C02F1/32; C02F1/72; B01J20/28; B01J20/30; C02F101/30
摘要
一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，属于水净化材料领域，包括下述工艺步骤：将污泥陶粒用盐酸溶液进行表面处理，干燥煅烧后得表面处理污泥陶粒;以钛酸正丁酯、硝酸锶、有机溶剂和其他盐类制备出钛锶溶胶;将表面处理污泥陶粒和钛锶溶胶在常温下搅拌至形成凝胶，干燥煅烧后即制得超轻污泥陶粒净水材料。用该方法制备出的超轻污泥陶粒净水材料具有比表面积大、堆积密度低、气孔率高、筒压强度高的特点，并具有强大的吸附‑分解污染物的能力，适用于多种水污染治理过程。
权利要求书
1.一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括下述工艺步骤：
(1)表面处理污泥陶粒的制备
①将50g污泥陶粒与600mL的0.2mol/L盐酸溶液混合，将混合物加热至93℃，保温4h，冷却，过滤，得到固体物A;
②将固体物A在160℃干燥12h，然后在900℃煅烧3h，得到表面处理污泥陶粒;
(2)钛锶溶胶的制备
①在烧瓶中依次加入300mL无水乙醇、6~11g乳化剂NP-8、19~26mL钛酸正丁酯、10~15mL乙二醇、3~6mL磷酸三丁酯，将混合物加热至65℃，保温30min，得到溶液A;
②在100mL去离子水中加入8~10g硝酸锶、3~5g硫代硫酸钠、2~3g醋酸钠，搅拌至形成溶液B;
③将溶液A和溶液B混合，搅拌均匀，加热至65℃，保温30min，得到钛锶溶胶;
(3)凝胶陶粒的制备
将表面处理污泥陶粒和钛锶溶胶混合，在常温下搅拌至形成凝胶，继续陈化放置2h，得到凝胶陶粒;
(4)超轻污泥陶粒净水材料的制备
将凝胶陶粒在110℃干燥12h，然后在700~850℃煅烧2~3h，即制得超轻污泥陶粒净水材料。
2.根据权利要求1所述的一种超轻污泥陶粒净水材料，其特征在于，所述污泥陶粒的主要指标为：粒径5~9mm，堆积密度300~380kg/m3，筒压强度4.5~5.0Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种超轻污泥陶粒净水材料，其特征在于，所制备的超轻污泥陶粒具备如下技术特征：比表面积160~210m2/g，气孔率47%~51%，堆积密度350~390kg/m3，筒压强度4.5~5.0Mpa。
说明书
一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法
技术领域
本发明属于水净化材料领域，具体涉及一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法。
背景技术
污泥陶粒具有材质轻、比表面积大、吸附悬浮能力强的特点，并具有耐磨、耐冲刷、微孔多、截污能力强、化学性能稳定等优点，是水厂、滤池和炼油厂滤油池较理想的过滤材料。污泥陶粒产品能处理可生化的有机工业废水、工业杂排水、微污染水源等。污泥陶粒可重复使用，最后废弃时可填埋，填埋之后又可形成新的土壤和页层，不会破坏环境，是一种优良的绿色过滤材料。水处理材料的发展趋势是高活性、长寿命、易回收、易再生，同时具有上述多种功能的材料必然会在实际过程中获得更广泛的应用。为了提高水处理效率，在处理污水过程中要求水处理材料与水充分接触，以完全发挥材料的处理能力。轻质水处理材料正获得人们的广泛关注，而轻质污泥陶粒是其中的重要种类。
常规的轻质污泥陶粒只是能够吸附和截留水中的有机污染物，在污染物吸附饱和后就不能继续使用，而必须回收再生，这种材料特性不利于连续生产模式。光催化污染净化技术可以有效去除绝大多数种类的有机污染物，是一种先进氧化污染治理技术。在能够激发光催化剂的有效光源的照射下，光催化氧化技术可以分解吸附的有机污染物，从而达到连续的吸附-降解过程。将光催化技术与轻质污泥陶粒相结合，具有重大的实际应用意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，该种材料除了吸附和截留水中的有机污染物，还能够降解水中绝大多数有机污染物。
本发明采用的技术方案是：一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，包括下述工艺步骤。
(1)表面处理污泥陶粒的制备。
①将50g污泥陶粒与600mL的0.2mol/L盐酸溶液混合，将混合物加热至93℃，保温4h，冷却，过滤，得到固体物A。
②将固体物A在160℃干燥12h，然后在900℃煅烧3h，得到表面处理污泥陶粒。
(2)钛锶溶胶的制备。
①在烧瓶中依次加入300mL无水乙醇、6~11g乳化剂NP-8、19~26mL钛酸正丁酯、10~15mL乙二醇、3~6mL磷酸三丁酯，将混合物加热至65℃，保温30min，得到溶液A。
②在100mL去离子水中加入8~10g硝酸锶、3~5g硫代硫酸钠、2~3g醋酸钠，搅拌至形成溶液B。
③将溶液A和溶液B混合，搅拌均匀，加热至65℃，保温30min，得到钛锶溶胶。
(3)凝胶陶粒的制备。
将表面处理污泥陶粒和钛锶溶胶混合，在常温下搅拌至形成凝胶，继续陈化放置2h，得到凝胶陶粒。
(4)超轻污泥陶粒净水材料的制备。
将凝胶陶粒在110℃干燥12h，然后在700~850℃煅烧2~3h，即制得超轻污泥陶粒净水材料。
其中，(1)中所用污泥陶粒的主要指标为：粒径5~9mm，堆积密度300~380kg/m3，筒压强度4.5~5.0Mpa。
制备的超轻污泥陶粒净水材料具备如下技术特征：比表面积160~210m2/g，气孔率47%~51%，堆积密度350~390kg/m3，筒压强度4.5~5.0Mpa。
本发明的一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，与现有技术相比，优点在于：此种材料以污泥陶粒为载体，在污泥陶粒表面制备了具有光催化净化功能的钛酸锶涂层。经过陶粒表面处理和凝胶化过程，钛酸锶涂层与陶粒表面结合紧密，并且不堵塞陶粒表面的孔隙。此种材料不仅能够保留陶粒特有的孔隙特征和吸附污染物的能力，而且还可以在光照条件下发挥钛酸锶涂层净化分解有机污染物的活性。吸附在陶粒表面的有机污染物能够快速地通过光催化氧化过程分解，使得这种超轻污泥陶粒净水材料具有强大的吸附-分解污染物的能力，适用于多种水污染治理过程。
具体实施方式
实施例1。
一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，包括下述工艺步骤。
(1)表面处理污泥陶粒的制备。
①将50g污泥陶粒与600mL的0.2mol/L盐酸溶液混合，将混合物加热至93℃，保温4h，冷却，过滤，得到固体物A。
②将固体物A在160℃干燥12h，然后在900℃煅烧3h，得到表面处理污泥陶粒。
(2)钛锶溶胶的制备。
①在烧瓶中依次加入300mL无水乙醇、6g乳化剂NP-8、19mL钛酸正丁酯、10mL乙二醇、3mL磷酸三丁酯，将混合物加热至65℃，保温30min，得到溶液A。
②在100mL去离子水中加入8g硝酸锶、3g硫代硫酸钠、2g醋酸钠，搅拌至形成溶液B。
③将溶液A和溶液B混合，加热至65℃，保温30min，得到钛锶溶胶。
(3)凝胶陶粒的制备。
将表面处理污泥陶粒和钛锶溶胶混合，在常温下搅拌至形成凝胶，继续陈化放置2h，得到凝胶陶粒。
(4)超轻污泥陶粒净水材料的制备。
将凝胶陶粒在110℃干燥12h，然后在700℃煅烧3h，即制得超轻污泥陶粒净水材料。
其中，(1)中所用污泥陶粒的主要指标为：粒径5mm，堆积密度380kg/m3，筒压强度5.0Mpa。
制备的超轻污泥陶粒具备如下技术特征：比表面积210m2/g，气孔率51%，堆积密度390kg/m3，筒压强度5.0Mpa。
实施例2。
一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，包括下述工艺步骤。
(1)表面处理污泥陶的制备。
①将50g污泥陶粒与600mL的0.2mol/L盐酸溶液混合，将混合物加热至93℃，保温4h，冷却，过滤，得到固体物A。
②将固体物A在160℃干燥12h，然后在900℃煅烧3h，得到表面处理污泥陶粒。
(2)钛锶溶胶的制备。
①在烧瓶中依次加入300mL无水乙醇、8g乳化剂NP-8、22mL钛酸正丁酯、13mL乙二醇、4mL磷酸三丁酯，将混合物加热至65℃，保温30min，得到溶液A。
②在100mL去离子水中加入9g硝酸锶、4g硫代硫酸钠、2g醋酸钠，搅拌至形成溶液B。
③将溶液A和溶液B混合，加热至65℃，保温30min，得到钛锶溶胶。
(3)凝胶陶粒的制备。
将表面处理污泥陶粒和钛锶溶胶混合，在常温下搅拌至形成凝胶，继续陈化放置2h，得到凝胶陶粒。
(4)超轻污泥陶粒净水材料的制备。
将凝胶陶粒在110℃干燥12h，然后在790℃煅烧2h，即制得超轻污泥陶粒净水材料。
其中，(1)中所用污泥陶粒的主要指标为：粒径7mm，堆积密度350kg/m3，筒压强度4.8Mpa。
制备的超轻污泥陶粒具备如下技术特征：比表面积180m2/g，气孔率49%，堆积密度370kg/m3，筒压强度4.7Mpa。
实施例3。
一种超轻污泥陶粒净水材料的制备方法，包括下述工艺步骤。
(1)表面处理污泥陶粒的制备。
①将50g污泥陶粒与600mL的0.2mol/L盐酸溶液混合，将混合物加热至93℃，保温4h，冷却，过滤，得到固体物A。
②将固体物A在160℃干燥12h，然后在900℃煅烧3h，得到表面处理污泥陶粒。
(2)钛锶溶胶的制备。
①在烧瓶中依次加入300mL无水乙醇、11g乳化剂NP-8、26mL钛酸正丁酯、15mL乙二醇、6mL磷酸三丁酯，将混合物加热至65℃，保温30min，得到溶液A。
②在100mL去离子水中加入10g硝酸锶、5g硫代硫酸钠、3g醋酸钠，搅拌至形成溶液B。
③将溶液A和溶液B混合，加热至65℃，保温30min，得到钛锶溶胶。
(3)凝胶陶粒的制备。
将表面处理污泥陶粒和钛锶溶胶混合，在常温下搅拌至形成凝胶，继续陈化放置2h，得到凝胶陶粒。
(4)超轻污泥陶粒净水材料的制备。
将凝胶陶粒在110℃干燥12h，然后在850℃煅烧2h，即制得超轻污泥陶粒净水材料。
其中，(1)中所用污泥陶粒的主要指标为：粒径9mm，堆积密度300kg/m3，筒压强度4.5Mpa。
制备的超轻污泥陶粒具备如下技术特征：比表面积160m2/g，气孔率47%，堆积密度350kg/m3，筒压强度4.5Mpa。
对比实验。
对比例1 普通污泥陶粒。
对比例2 表面处理污泥陶粒。
(1)将50g污泥陶粒与600mL的0.2mol/L盐酸溶液混合，将混合物加热至93℃，保温4h，冷却，过滤，得到固体物A。
(2)将固体物A在160℃干燥12h，然后在900℃煅烧3h，得到表面处理污泥陶粒。
将实施例与对比例中制备的材料进行性能检测，检测方法如下：配制500mL浓度为30mg/L的氧氟沙星溶液于烧杯中，加入300mg水处理材料，在避光处搅拌20min，测溶液的浓度。将溶液置于20 W紫外杀菌灯下照射，每隔20min取样测试溶液浓度。