CN113398910A - 一种抗菌性废水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌性废水处理剂及其制备方法，利用溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，过程中将钆元素掺杂其中制备钆掺杂的纳米二氧化钛，干燥后浸于氨水中一段时间，再进行碱烧结制备钆掺杂的纳米二氧化钛颗粒；浸于氨水时向溶液中通电，更有利于烧结时沿着表面能高的面方向生长，通电停止后改变氨水浓度，溶液pH降低，增强对亚甲基蓝染料废水的处理能力；烧结时先在常压、光照下进行短暂预处理，一段时间后通碱蒸汽后进行阶梯式加压的方式进行烧结，制得钆掺杂的纳米二氧化钛颗粒，提高光催化活性的同时加速对亚甲基蓝染料废水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体为一种抗菌性废水处理剂及其制备方法。
背景技术
人类对水资源的需求正在以惊人的速度扩火，同时日益严重的水污染蚕食了大量可供消费的水资源。据近年调查资料，我国有1/3以上的河流受到污染，近50％的重点城镇水源地不符合饮用水标准，90％以上的城市水域污染严重。工业废水，是造成环境污染的主要污染源。其中含重会属离子废水的污染尤为严重。重金属是具有潜在危害的重要污染物，对人体健康和生念环境产生极大的危害。发展重金属废水处理技术，不仅有利于坏境保护，而且口可以促进工业发展和人类社会的进步。
染料废水是重要的难处理有害工业废水之一，会使水体色度急剧增大，并对阳光进行吸收，影响水生植物的光合作用，进而使水中含氧量下降，影响水生生物的正常呼吸，破坏水体生态平衡。所以针对亚甲基蓝染料废水研究制备一种废水处理能力强、速度快的抗菌性废水处理剂是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌性废水处理剂，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供如下技术方案：一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，制备抗菌性废水处理剂的工艺流程为：
溶液A制备，溶液B制备，二氧化钛溶胶制备，二氧化钛凝胶制备，浸泡氨水，碱烧结制得废水处理剂。
优选的，包括以下具体步骤：
(1)将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，磁力搅拌0.5～3h，充分溶解制得溶液A；
(2)将浓硝酸、去离子水、和六水合硝酸钆加入到无水乙醇中，磁力搅拌0.5～1h，充分溶解制得溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，磁力搅拌6～12h，制得二氧化钛溶胶；
(4)将二氧化钛溶胶在室温下静置陈化2天，制得二氧化钛凝胶；
(5)将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥10～15h，干燥后将产物浸于氨水中，通电反应5～10h后，停止通电后，加入去离子水稀释，磁力搅拌6～12h，制得二氧化钛湿料；
(6)将湿料置于球磨机中进行球磨，球磨时间为2～3h；
(7)将球磨后的二氧化钛置于烧结炉中进行预处理；
(8)预处理后保持温度不变，通入碱蒸汽，烧结10～15min后，进行阶梯加压，加压完成后，烧结5～10h后，自然冷却至室温，制得成品。
优选的，所述上述步骤(1)中：钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1：2～2.2。
优选的，所述上述步骤(2)中：浓硝酸、去离子水和无水乙醇体积比为5；11：110；六水合硝酸钆与钛的摩尔比为1：10。
优选的，所述上述步骤(5)中：氨水浓度为25％；通220V直流电。氨水与去离子水体积比为1：0.5～1.5。
优选的，所述上述步骤(5)中：氨水与去离子水体积比为1：0.5～1.5。
优选的，所述上述步骤(7)中：预处理时压力为常压，光照同时升温至1300～1500℃，时间为15～30min。
优选的，所述上述步骤(8)中：通入碱蒸汽的体积为固体体积的10～15倍。
优选的，所述上述步骤(8)中：加压时，第一次加压至1～5MPa，烧结1～2h后进行第二次加压，加压至10～20MPa，烧结1～2h后，进行第三次加压，加压至30～40MPa
本发明第二方面，抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述抗菌性废水处理剂的制备方法制得的处理剂括以下重量份数的原料：20～40份钛酸四丁酯、80～160份无水乙醇、1～2份浓硝酸、8～16份去离子水、2～4份六水合硝酸钆。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
利用溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，过程中将钆元素掺杂其中制备钆掺杂的纳米二氧化钛，干燥后浸于氨水中一段时间，再进行碱烧结制备钆掺杂的纳米二氧化钛颗粒；干燥后的钆掺杂的纳米二氧化钛形状为棒状和十面体状，浸于氨水时向溶液中通电，使溶液中存在大量定向的负离子，使无定型的钆掺杂的纳米二氧化钛各个镜面的电荷性质发生改变，更有利于烧结时沿着表面能高的面方向生长，增强钆掺杂纳米二氧化钛的氧化活性；通电停止后改变氨水浓度，溶液pH降低，使纳米二氧化钛的晶型锐钛矿和金红石的比例增加，使其活性最大，增强对亚甲基蓝染料废水的处理能力。
烧结时先在常压、光照下进行短暂预处理，一段时间后通碱蒸汽后进行阶梯式加压的方式进行烧结，制得钆掺杂的纳米二氧化钛颗粒；掺杂钆的纳米二氧化钛晶格畸变产生应变能，在常压、光照下的预处理将钆掺杂的纳米二氧化钛，不易复合的产生空穴，增大颗粒表面积，提高光催化活性；同时预处理后表面的端羟基和桥羟基全部暴露出来，再通入碱蒸汽后使连接在酸性位的端羟基减少，打破端羟基与桥羟基的平衡；再通过阶梯式的加压，晶粒得生长沿着表面能高的面方向生长，同时表面产生更多的桥羟基，更多的桥羟基在纳米二氧化钛染料废水中处理时，会将等电点降低，并且表面带大量的负电荷，更有利于光生载流子的转移，从而促进自由基的产生，进而加速对亚甲基蓝染料废水的处理。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面提供如下技术方案：一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，制备抗菌性废水处理剂的工艺流程为：
溶液A制备，溶液B制备，二氧化钛溶胶制备，二氧化钛凝胶制备，浸泡氨水，碱烧结制得废水处理剂。
优选的，包括以下具体步骤：
(1)将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，磁力搅拌0.5～3h，充分溶解制得溶液A；
(2)将浓硝酸、去离子水、和六水合硝酸钆加入到无水乙醇中，磁力搅拌0.5～1h，充分溶解制得溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，磁力搅拌6～12h，制得二氧化钛溶胶；
(4)将二氧化钛溶胶在室温下静置陈化2天，制得二氧化钛凝胶；
(5)将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥10～15h，干燥后将产物浸于氨水中，通电反应5～10h后，停止通电后，加入去离子水稀释，磁力搅拌6～12h，制得二氧化钛湿料；
(6)将湿料置于球磨机中进行球磨，球磨时间为2～3h；
(7)将球磨后的二氧化钛置于烧结炉中进行预处理；
(8)预处理后保持温度不变，通入碱蒸汽，烧结10～15min后，进行阶梯加压，加压完成后，烧结5～10h后，自然冷却至室温，制得成品。
优选的，所述上述步骤(1)中：钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1：2～2.2。
优选的，所述上述步骤(2)中：浓硝酸、去离子水和无水乙醇体积比为5；11：110；六水合硝酸钆与钛的摩尔比为1：10。
优选的，所述上述步骤(5)中：氨水浓度为25％；通220V直流电。氨水与去离子水体积比为1：0.5～1.5。
优选的，所述上述步骤(5)中：氨水与去离子水体积比为1：0.5～1.5。
优选的，所述上述步骤(7)中：预处理时压力为常压，光照同时升温至1300～1500℃，时间为15～30min。
优选的，所述上述步骤(8)中：通入碱蒸汽的体积为固体体积的10～15倍。
优选的，所述上述步骤(8)中：加压时，第一次加压至1～5MPa，烧结1～2h后进行第二次加压，加压至10～20MPa，烧结1～2h后，进行第三次加压，加压至30～40MPa
本发明第二方面，抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述抗菌性废水处理剂的制备方法制得的处理剂括以下重量份数的原料：20～40份钛酸四丁酯、80～160份无水乙醇、1～2份浓硝酸、8～16份去离子水、2～4份六水合硝酸钆。
实施例1：抗菌性废水处理剂一：
一种抗菌性废水处理剂，该处理剂组分以重量份计：
钛酸四丁酯重量分数为20份、无水乙醇重量分数为80份、浓硝酸重量分数为1份、去离子水重量分数为8份、六水合硝酸钆重量分数为2份。
该处理剂的制备方法如下：
(1)将钛酸四丁酯与无水乙醇按体积比为1：2混合，磁力搅拌0.5h，充分溶解制得溶液A；
(2)将浓硝酸、去离子水、和六水合硝酸钆加入到无水乙醇中，浓硝酸和去离子水体积比为5；11；去离子水与无水乙醇体积比为1：10，六水合硝酸钆与钛的摩尔比为1：10，磁力搅拌0.5h，充分溶解制得溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，磁力搅拌6h，制得二氧化钛溶胶；
(4)将二氧化钛溶胶在室温下静置陈化2天，制得二氧化钛凝胶；
(5)将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥10h，干燥后将产物浸于氨水中，氨水浓度为25％，通220V直流电反应5h后，停止通电后，加入去离子水稀释，氨水与加入的去离子水体积比为1：0.5，磁力搅拌6h，制得二氧化钛湿料；
(6)将湿料置于球磨机中进行球磨，球磨时间为2h；
(7)将球磨后的二氧化钛置于烧结炉中进行预处理，压力为常压，光照同时升温至1300℃，时间为15min；
(8)预处理后保持温度不变，通入碱蒸汽，碱蒸汽的体积为固体体积的10倍，烧结10min后，进行阶梯加压，第一次加压至1MPa，烧结1h后进行第二次加压，加压至10MPa，烧结1h后，进行第三次加压，加压至30MPa，加压完成后，烧结5h后，自然冷却至室温，制得成品。
实施例2：抗菌性废水处理剂二：
一种抗菌性废水处理剂，该处理剂组分以重量份计：
钛酸四丁酯重量分数为40份、无水乙醇重量分数为160份、浓硝酸重量分数为2份、去离子水重量分数为16份、六水合硝酸钆重量分数为4份。
该处理剂的制备方法如下：
(1)将钛酸四丁酯与无水乙醇按体积比为1：2混合，磁力搅拌3h，充分溶解制得溶液A；
(2)将浓硝酸、去离子水、和六水合硝酸钆加入到无水乙醇中，浓硝酸和去离子水体积比为5；11；去离子水与无水乙醇体积比为1：10，六水合硝酸钆与钛的摩尔比为1：10，磁力搅拌1h，充分溶解制得溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，磁力搅拌12h，制得二氧化钛溶胶；
(4)将二氧化钛溶胶在室温下静置陈化2天，制得二氧化钛凝胶；
(5)将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥15h，干燥后将产物浸于氨水中，氨水浓度为25％，通220V直流电反应10h后，停止通电后，加入去离子水稀释，氨水与加入的去离子水体积比为1：0.5，磁力搅拌12h，制得二氧化钛湿料；
(6)将湿料置于球磨机中进行球磨，球磨时间为2h；
(7)将球磨后的二氧化钛置于烧结炉中进行预处理，压力为常压，光照同时升温至1500℃，时间为30min；
(8)预处理后保持温度不变，通入碱蒸汽，碱蒸汽的体积为固体体积的15倍，烧结10min后，进行阶梯加压，第一次加压至5MPa，烧结2h后进行第二次加压，加压至20MPa，烧结2h后，进行第三次加压，加压至40MPa，加压完成后，烧结5h后，自然冷却至室温，制得成品。
对比例1
对比例1的处方组成同实施例1。该抗菌性废水处理剂的制备方法与实施例1的区别仅在步骤(5)的不同，将步骤(4)修改为：将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥10h，干燥后将产物浸于氨水中，氨水浓度为25％，静置反应5h后，加入去离子水稀释，氨水与加入的去离子水体积比为1：0.5，磁力搅拌6h，制得二氧化钛湿料。其余制备步骤同实施例1。
对比例2
对比例2的处方组成同实施例1。该抗菌性废水处理剂的制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(5)的不同，将步骤(5)修改为：将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥10h，干燥后将产物浸于氨水中，氨水浓度为25％，通220V直流电反应5h后，停止通电后制得二氧化钛湿料。其余制备步骤同实施例1。
对比例3
对比例3的处方组成同实施例1。该抗菌性废水处理剂的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(7)的制备，步骤(8)保持温度不变，直接进行碱烧结。其余制备步骤同实施例1。
对比例4
对比例4的处方组成同实施例1。该抗菌性废水处理剂的制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(8)的不同，步骤(8)修改为：预处理后保持温度不变，进行进行阶梯加压烧结，第一次加压至1MPa，烧结1h后进行第二次加压，加压至10MPa，烧结1h后，进行第三次加压，加压至30MPa，加压完成后，烧结5h后，自然冷却至室温，制得成品。其余制备步骤同实施例1。
试验例1
1、试验方法
实施例1与对比例1、2为对照试验，称取1克实施例1与对比例1、2应用于亚甲基蓝染料废水处理，亚甲基蓝浓度为10mg/L，体积为200mL，在可见光和搅拌的作用下于常温常压催化降解亚甲基蓝3h，稳定后测亚甲基蓝降解率，进行对比。
2、试验结果
实施例1与对比例1、2亚甲基蓝降解率对比。
表1亚甲基蓝降解率
| 亚甲基蓝降解率(％) | |
| 实施例1 | 99.2 |
| 对比例1 | 97.3 |
| 对比例2 | 96.4 |
通过实施例1与对比例1、2亚甲基蓝降解率对比，可以明显发现实施例1制备的抗菌性废水处理剂降解亚甲基蓝能力明显较强，说明浸入氨水后通电和停止通电后的对于氨水的稀释，都可以不同程度上加强处理剂对亚甲基蓝染料废水的处理能力，预示着本发明制备的抗菌性废水处理剂具备较强的亚甲基蓝染料废水的处理能力。
试验例2
1、试验方法
实施例1与对比例3、4为对照试验，称取1克实施例1与对比例1、2应用于亚甲基蓝染料废水处理，亚甲基蓝浓度为10mg/L，体积为200mL，在可见光和搅拌的作用下于常温常压催化降解亚甲基蓝1min，测亚甲基蓝降解速率，进行对比。
2、试验结果
实施例1与对比例3相同时间内亚甲基蓝降解速率对比
表2亚甲基蓝降解速率
| 亚甲基蓝降解率(％/min) | |
| 实施例1 | 94.3 |
| 对比例3 | 84.5 |
| 对比例4 | 89.3 |
通过实施例1与对比例3、4相同时间内亚甲基蓝降解速率对比，可以明显发现实施例1制备的抗菌性废水处理剂降解亚甲基蓝速率明显较快，说明这种特殊的碱烧结方式可以明显加快处理亚甲基蓝染料废水，预示着本发明制备的抗菌性废水处理剂不仅具有较强的亚甲基蓝染料废水的处理能力，还具备较快的处理速率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，制备抗菌性废水处理剂的工艺流程为：溶液A制备，溶液B制备，二氧化钛溶胶制备，二氧化钛凝胶制备，浸泡氨水，碱烧结制得废水处理剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
(1)将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，磁力搅拌0.5～3h，充分溶解制得溶液A；
(2)将浓硝酸、去离子水、和六水合硝酸钆加入到无水乙醇中，磁力搅拌0.5～1h，充分溶解制得溶液B；
(3)将溶液B与溶液A混合，磁力搅拌6～12h，制得二氧化钛溶胶；
(4)将二氧化钛溶胶在室温下静置陈化2天，制得二氧化钛凝胶；
(5)将二氧化钛凝胶在80℃的鼓风干燥箱中干燥10～15h，干燥后将产物浸于氨水中，通电反应5～10h后，停止通电后，加入去离子水稀释，磁力搅拌6～12h，制得二氧化钛湿料；
(6)将湿料置于球磨机中进行球磨，球磨时间为2～3h；
(7)将球磨后的二氧化钛置于烧结炉中进行预处理；
(8)预处理后保持温度不变，通入碱蒸汽，烧结10～15min后，进行阶梯加压，加压完成后，烧结5～10h后，自然冷却至室温，制得成品。
3.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中：钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1：2～2.2。
4.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中：浓硝酸、去离子水和无水乙醇体积比为5：11：110；六水合硝酸钆与钛酸四丁酯的摩尔比为1：10。
5.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(5)中：氨水浓度为25％；通220V直流电。氨水与去离子水体积比为1：0.5～1.5。
6.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(5)中：氨水与去离子水体积比为1：0.5～1.5。
7.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(7)中：预处理时压力为常压，光照同时升温至1300～1500℃，时间为15～30min。
8.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(8)中：通入碱蒸汽的体积为固体体积的10～15倍。
9.根据权利要求2所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，上述步骤(8)中：加压时，第一次加压至1～5MPa，烧结1～2h后进行第二次加压，加压至10～20MPa，烧结1～2h后，进行第三次加压，加压至30～40MPa。
10.根据权利要求1所述的一种抗菌性废水处理剂的制备方法，其特征在于，所述抗菌性废水处理剂的制备方法制得的废水处理剂包括以下重量份数的原料：20～40份钛酸四丁酯、80～160份无水乙醇、1～2份浓硝酸、8～16份去离子水、2～4份六水合硝酸钆。
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- 2021-05-21 CN CN202110558822.1A patent/CN113398910A/zh active Pending
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