一種網載TiO<sub>2</sub>/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法
【專利摘要】一種網載TiO2/活性炭的吸附?光催化凈水復合材料的制備方法，涉及一種吸附?光催化凈水復合材料的制備方法。本發明是為了解決TiO2光催化的粉末懸浮相催化劑不易回收，容易凝聚造成二次污染，并且對于水體低濃度有機污染處理效果差的技術問題。本發明的：一、活性炭預處理；二、TiO2/活性炭復合粉體制備；三、網負載復合粉體。本發明的優點：本發明將具備優異吸附性的活性炭與TiO2光催化劑相結合，制備出吸附?光催化復合粉體，負載該粉體于尼龍網上，可有效處理廣闊水域并實現了回收使用。將本發明的復合材料放入污水中，經過12h的自然處理，有機物降解率達到90％以上。本發明應用于水處理領域。
【專利說明】
一種網載T i O2/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種吸附-光催化凈水復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]水體有機污染物的處理方法主要有:微生物法、物理法和化學法。(I)微生物法對毒性高的一些人工合成有機物無能為力。(2)物理法中吸附法的吸附劑難再生、汽提法不適用于低濃度污染、溶劑萃取法萃取劑回收困難而產生二次污染、離子交換法和膜分離法處理大面積水體能耗過高。(3)化學法中焚燒法使用藥劑成本過高、微電解法也存在能耗過高的問題。
[0003]T12光催化是一種凈化度高、適用范圍廣、不產生二次污染和能耗低的化學處理方法。其主要阻礙在于:(I)粉末懸浮相催化劑不易回收，容易凝聚造成二次污染；(2)對于水體低濃度(yg/L或ng/L)有機污染處理效果差。
[0004]公開號為CN1587116的中國發明專利申請介紹了一種處理污水的納米T12網，其主要作用是處理工廠中排放的高濃度污水，但復雜的工藝流程不能用來處理大量的被污染的湖泊水。公開號為CN204952919U的中國發明專利申請介紹了一種常溫下處理低濃度市內空氣中揮發性有機污染物(TVOC)的活性炭基納米T12材料，但是無法處理水體有機物。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決T12光催化的粉末懸浮相催化劑不易回收，容易凝聚造成二次污染，并且對于水體低濃度有機污染處理效果差的技術問題，而提供一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法。
[0006]本發明的一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法是按以下步驟進行的:
[0007]—、活性炭預處理:將顆粒活性炭與體積分數為17%的HNO3水溶液均勻混合，然后在溫度為100°C的條件下用磁力攪拌器加熱攪拌Ih?3h，再用蒸餾水抽濾洗滌6次?7次，在溫度為80°C的熱風干燥機中干燥2h，得到預處理完的活性炭;所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17%的HNO3水溶液的體積比為lg: (35mL?45mL);
[0008]二、T12/活性炭復合粉體制備:將步驟一中預處理完的活性炭加入P25型T12的水溶液中，放于超聲波清洗儀中振蕩至不再有氣泡從活性炭顆粒中冒出為止，然后在暗處攪拌Ih，過濾，然后放入電熱干燥箱中，在溫度為110°C的條件下烘干2h，在溫度為5000C的馬弗爐下熱處理lh，自然冷卻至室溫，得到T12/活性炭復合粉體;所述的P25型T12的水溶液中P25型Ti02的濃度大于等于500mg/L且小于等于1000mg/L;所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為lg: (60mL?70mL);
[0009]三、網負載復合粉體:在尼龍網上涂上一層防水凝膠，然后將步驟二得到的T12/活性炭復合粉體均勻覆蓋在尼龍網上的防水凝膠上，覆蓋的T12/活性炭復合粉體厚度為Imm?2mm，即完成網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備；組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為2mm?20_。
[0010]本發明的優點:
[0011]本發明將具備優異吸附性的活性炭與T12光催化劑相結合，制備出吸附-光催化復合粉體，負載該粉體于尼龍網上，可有效處理廣闊水域并實現了回收使用。
[0012]本發明考慮到光生電子、空穴易復合，羥基自由基存活時間較短，污染物需快速地迀移至催化劑表面與空穴及羥基自由基反應;污染湖域中污染物濃度較低時二氧化鈦吸附力較弱，需進行輔助吸附;活性炭吸附能力強、制備工藝簡單、成本低廉。
[0013]本發明的T12/活性炭復合粉體具有以下優勢:(I)促進污染物從水相迀移至吸附劑，再轉移至催化劑表面；(2)及時的降解可以使吸附劑(活性炭)連續使用；(3)將中間產物吸附至表面，有利于完全降解；(4)活性炭的導電性加速電子-空穴對的分離，從而提高光催化劑的催化活性；(5)減少團聚，便于分離。
[0014]由于復合粉體材料在水相環境中不易回收，而柔性材料在水相環境中阻力較小，一定程度上削弱了水流對復合粉體的沖刷作用，本發明利用防水凝膠實現復合粉體在尼龍繩上的均勻分布，可使復合粉體達到循環使用的目的，選用尼龍網抗腐蝕、抗拉強度較高、成本低廉。
[0015]本發明的網載材料考慮因素如下:
[0016](I)膠材質
[0017]由于長期浸泡于水相環境中，要求膠體不溶于水、防腐蝕、黏連性好、粘連后不易固化、易獲取較強，可與多種材質粘結，防水凝膠均符合上述條件。典型商業產品名為“防水寶”，由無機硅酸鹽、原裝進口高分子聚合物及填料等經特殊工藝制成；
[0018](2)網材料種類
[0019]柔性材料在水相環境中阻力較小，一定程度上削弱了水流對復合粉體的沖刷作用，因此應選擇抗腐蝕、耐磨、耐熱、耐弱酸、抗拉強度較高且無色素。白色尼龍材料(聚酰胺)均復合上述要求；
[0020](3)網材料直徑及孔徑
[0021]若網材料直徑較小，編織后會形成較為致密的網結構，導致網材料的滲水性急劇減小。在網沉浮的過程中，增強水體與網材料的摩擦作用，使得復合粉體磨損嚴重。同時過小的直徑無法負載較多的復合載體，同樣影響催化效率。因此直徑在2?20_較為合適。
[0022]將本發明的網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料放入污水中，經過12h的自然處理，有機物降解率達到90 %以上。
【附圖說明】
:
[0023]圖1是本發明的尼龍網的示意圖，I為組成尼龍網的尼龍繩，網編制成為等邊三角形孔，三角形邊長為1mm?300mm;
[0024]圖2是本發明的尼龍網的示意圖，I為組成尼龍網的尼龍繩，網編制成為正方形孔，正方形邊長為I Omm?300mm;
[0025]圖3為試驗一步驟二得到T12/活性炭復合粉體的SEM圖；
[0026]圖4為試驗二步驟二得到T12/活性炭復合粉體的SEM圖；
[0027]圖5是試驗一的處理亞甲基藍降解曲線圖，箭頭方向代表處理時間的增加；
[0028]圖6是處理亞甲基藍降解率對比圖，曲線I是試驗一，曲線2是試驗二。
【具體實施方式】
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式為一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[0030]一、活性炭預處理:將顆粒活性炭與體積分數為17%的HNO3水溶液均勻混合，然后在溫度為100°C的條件下用磁力攪拌器加熱攪拌Ih?3h，再用蒸餾水抽濾洗滌6次?7次，在溫度為80°C的熱風干燥機中干燥2h，得到預處理完的活性炭;所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17%的HNO3水溶液的體積比為lg: (35mL?45mL);
[0031]二、T12/活性炭復合粉體制備:將步驟一中預處理完的活性炭加入P25型T12的水溶液中，放于超聲波清洗儀中振蕩至不再有氣泡從活性炭顆粒中冒出為止，然后在暗處攪拌Ih，過濾，然后放入電熱干燥箱中，在溫度為110°C的條件下烘干2h，在溫度為5000C的馬弗爐下熱處理lh，自然冷卻至室溫，得到T12/活性炭復合粉體;所述的P25型T12的水溶液中P25型Ti02的濃度大于等于500mg/L且小于等于1000mg/L;所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為lg: (60mL?70mL);
[0032]三、網負載復合粉體:在尼龍網上涂上一層防水凝膠，然后將步驟二得到的T12/活性炭復合粉體均勻覆蓋在尼龍網上的防水凝膠上，覆蓋的T12/活性炭復合粉體厚度為Imm?2mm，即完成網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備；組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為2mm?20_。
[0033]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17 %的HNO3水溶液的體積比為I g: 41.7mL。其他與【具體實施方式】一相同。
[0034]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟二中所述的P25型T12的水溶液中P25型T12的濃度為500mg/L。其他與【具體實施方式】一相同。
[0035]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟二中所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為Ig:66.7mL。其他與【具體實施方式】一相同。
[0036]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟三中組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為10_。其他與【具體實施方式】一相同。
[0037]采用以下試驗驗證本發明的效果:
[0038]試驗一:本試驗為一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[0039]一、活性炭預處理:將顆粒活性炭與體積分數為17%的HNO3水溶液均勻混合，然后在溫度為100°C的條件下用磁力攪拌器加熱攪拌2h，再用蒸餾水抽濾洗滌7次，在溫度為80°C的熱風干燥機中干燥2h，得到預處理完的活性炭;所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17 %的HNO3水溶液的體積比為I g: 41.7mL;
[0040]二、T12/活性炭復合粉體制備:將步驟一中預處理完的活性炭加入P25型T12的水溶液中，放于超聲波清洗儀中振蕩至不再有氣泡從活性炭顆粒中冒出為止，然后在暗處攪拌Ih，過濾，然后放入電熱干燥箱中，在溫度為110°C的條件下烘干2h，在溫度為5000C的馬弗爐下熱處理lh，自然冷卻至室溫，得到T12/活性炭復合粉體;所述的P25型T12的水溶液中P25型T12的濃度為500mg/L;所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為I g: 66.7mL;
[0041]三、網負載復合粉體:在尼龍網上涂上一層防水凝膠，然后將步驟二得到的T12/活性炭復合粉體均勻覆蓋在尼龍網上的防水凝膠上，覆蓋的T12/活性炭復合粉體厚度為1.5mm，即完成網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備;組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為1mm。
[0042]試驗二:本試驗為一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[0043]一、活性炭預處理:將顆粒活性炭與體積分數為17%的HNO3水溶液均勻混合，然后在溫度為100°C的條件下用磁力攪拌器加熱攪拌2h，再用蒸餾水抽濾洗滌7次，在溫度為80°C的熱風干燥機中干燥2h，得到預處理完的活性炭;所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17 %的HNO3水溶液的體積比為I g: 41.7mL;
[0044]二、T12/活性炭復合粉體制備:將步驟一中預處理完的活性炭加入P25型T12的水溶液中，放于超聲波清洗儀中振蕩至不再有氣泡從活性炭顆粒中冒出為止，然后在暗處攪拌Ih，過濾，然后放入電熱干燥箱中，在溫度為110°C的條件下烘干2h，在溫度為5000C的馬弗爐下熱處理lh，自然冷卻至室溫，得到T12/活性炭復合粉體;所述的P25型T12的水溶液中P25型T12的濃度為1000mg/L;所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為I g: 66.7mL;
[0045]三、網負載復合粉體:在尼龍網上涂上一層防水凝膠，然后將步驟二得到的T12/活性炭復合粉體均勻覆蓋在尼龍網上的防水凝膠上，覆蓋的T12/活性炭復合粉體厚度為1.5mm，即完成網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備;組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為1mm。
[0046]圖3為試驗一步驟二得到T12/活性炭復合粉體的SEM圖，圖4為試驗二步驟二得到T12/活性炭復合粉體的SEM圖，從圖中可以看出= (I)T12成功負載在活性炭表面；(2)隨著P25型T12的水溶液中P25型T12的濃度的升高，T12負載量呈上升趨勢。
[0047]試驗三:分別用試驗一和試驗二步驟二得到T12/活性炭復合粉體降解亞甲基藍，圖5是試驗一的處理亞甲基藍降解曲線圖，箭頭方向代表處理時間的增加，圖6是處理亞甲基藍降解率對比圖，曲線I是試驗一，曲線2是試驗二，圖由圖中可以看出，試驗一步驟二得至IjT12/活性炭復合粉體的降解效率最高，即活性炭浸漬在500mg/L的T12溶液中所得的復合粉體擁有最高效的光催化性能。當浸漬濃度過大時，T12會造成活性炭上中孔的堵塞，從而消減了吸附能力，造成降解率下降。
[0048]試驗四:在哈爾濱馬家溝(哈爾濱市重污染河流)進行實地實驗。取一密閉水箱，加入馬家溝河水，將試驗一制備的網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料放入水箱中，011、311、611、1211后分別再次在水箱中取樣并測量處理后水樣吸光度。
[0049]通過測量兩組水樣的有機污染物的濃度，來計算有機污染物降解率:
[0050]n=(Cl-C2)/Cl (4-1)
[0051]其中，η為降解率;Cl為處理前有機物污染物濃度;C2為處理后有機污染物濃度。
[0052]又因分光光度計所測得的吸光度正比于溶液濃度，SP
[0053]q=(Al-A2)/Al (4-2)
[0054]已知△1=0.012^2 = 0.001;將上述數據帶入(4-2)中，得降解率11 = 91.67%。
[0055]總結與分析
[0056]經過12h自然光下網材料催化降解后，污水的臭味基本消失。復合粉體對污水的降解是快速而高效的，有機污染物的降解率η多90 %，且能夠回收使用，有望推廣。
[0057]試驗一和二的優點:
[0058](I)利用二氧化鈦與高吸附性的活性炭制備復合粉體，達到協同吸附-光催化的效果，解決了湖域有機污染物低濃度不易降解的問題；
[0059](2)負載T12/活性炭復合粉體于抗腐蝕的柔性尼龍網上，使得復合粉體固定化且能夠循環利用，解決了粉體在水相環境中不易收集的問題，同時降低了污染處理的成本。
【主權項】
1.一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，其特征在于網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法是按以下步驟進行的: 一、活性炭預處理:將顆粒活性炭與體積分數為17%的HNO3水溶液均勻混合，然后在溫度為100°C的條件下用磁力攪拌器加熱攪拌Ih?3h，再用蒸餾水抽濾洗滌6次?7次，在溫度為80°C的熱風干燥機中干燥2h，得到預處理完的活性炭;所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17%的HNO3水溶液的體積比為lg: (35mL?45mL); 二、T12/活性炭復合粉體制備:將步驟一中預處理完的活性炭加入P25型T12的水溶液中，放于超聲波清洗儀中振蕩至不再有氣泡從活性炭顆粒中冒出為止，然后在暗處攪拌lh，過濾，然后放入電熱干燥箱中，在溫度為110°C的條件下烘干2h，在溫度為500°C的馬弗爐下熱處理lh，自然冷卻至室溫，得到T12/活性炭復合粉體;所述的P25型T12的水溶液中P25型Ti〇2的濃度大于等于500mg/L且小于等于1000mg/L;所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為lg: (60mL?70mL)； 三、網負載復合粉體:在尼龍網上涂上一層防水凝膠，然后將步驟二得到的T12/活性炭復合粉體均勻覆蓋在尼龍網上的防水凝膠上，覆蓋的T12/活性炭復合粉體厚度為Imm?2mm，即完成網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備;組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為2mm?20_。2.根據權利要求1所述的一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的顆粒活性炭的質量與體積分數為17%的HNO3水溶液的體積比為 lg:41.7mL03.根據權利要求1所述的一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的P25型T12的水溶液中P25型T12的濃度為500mg/L。4.根據權利要求1所述的一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的步驟一中預處理完的活性炭的質量與P25型T12的水溶液的體積比為I g: 66.7mL。5.根據權利要求1所述的一種網載T12/活性炭的吸附-光催化凈水復合材料的制備方法，其特征在于步驟三中組成所述的尼龍網的尼龍繩的截面直徑為10_。
【文檔編號】B01J20/20GK105944673SQ201610356260
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】丁雅妮, 宋欣, 程指揚, 高繼慧
【申請人】哈爾濱工業大學