專利名稱：一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其是涉及一種活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國城市化進程的加快、城市人口的增加，城市生活污水排放量日益增多，城市污泥的產(chǎn)出量也相應(yīng)迅速增加。大量的城市污泥如果不加處置將會污染環(huán)境，占用土地， 甚至傳播疾病。而城市污泥中的主要物質(zhì)是一些微生物及其死亡后的殘留物，其中大約含有60% 70%的粗蛋白質(zhì)，25%左右的碳水化合物，而無機灰分僅占5%左右，有機組分含有大量離子化的官能團，如羧基、磷?；⒘u基、氨基和巰基，這些集團具有吸附活性，常用來制造吸附劑進行資源化利用。有關(guān)城市污泥吸附劑的制備方法，陳春云等(陳春云、王鵬、莊源益環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，四(8))、曾景海等(曾景海，楊建州，齊鴻雁，等.環(huán)境工程學(xué)報，2007，1(6))、張君等(張君、谷晉川、張蔓.化工科技，2009，17 G))公開了多種城市污泥吸附劑的制備方法，這些方法都以活性污泥為原料，加入活化劑制成前驅(qū)體漿液，浸漬后再烘干、炭化。這些方法存在以下缺陷一是制備時間長、成本高；二是單獨使用城市污泥作為吸附劑，其吸附性能和效果具有一定的局限性，而且城市污泥吸附污染物并沒有將污染物破壞以解除毒素，這使得活性污泥的吸附能力隨著使用時間的延長而逐漸降低，并不可避免地產(chǎn)生二次污染問題，需要開發(fā)多功能型城市污泥復(fù)合材料來提高其處理能力。 近年來，在廢水處理過程中，二氧化鈦光催化技術(shù)已倍受關(guān)注，但由于粉末狀二氧化鈦存在分離回收難度大、用量大、壽命短、光能利用率低等問題，使其未能在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作時間短、制作成本低、在活性污泥表面形成均勻二氧化鈦光催化層從而明顯提高吸附能力和光催化性能的活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明包括以下步驟1)活性污泥的預(yù)處理將城鎮(zhèn)生活污水處理廠的活性污泥烘干后破碎，過篩備用；2)前驅(qū)混合物的制備將乙醇、鈦酸四正丁酯和冰醋酸混合，得溶液A ；將步驟1) 得到的預(yù)處理后的活性污泥與溶液A混合，得混合物B ；將乙醇用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH = 2 3，得到溶液C ；將溶液C加到混合物B中，直至成為凝膠；3)凝膠干燥將步驟2)得到的凝膠烘干；4)煅燒將烘干后的凝膠轉(zhuǎn)移到坩堝中煅燒后，洗滌，抽濾，烘干，即得活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料。在步驟1)中，所述活性污泥取自城鎮(zhèn)生活污水處理廠的剩余污泥，所述烘干的溫度可為105 120°C，烘干的時間可為20 Mh。所述破碎可采用球磨機破碎，通過不同篩網(wǎng)得到不同粒度的污泥，污泥粒度可為60 100目。在步驟幻中，所述乙醇、鈦酸四正丁酯和冰醋酸按體積百分比可為(50% 60% ) (30% 40%) (5% 10% )；所述活性污泥與溶液A混合時，溶液A的加入量為每克活性污泥加入10 20mL溶液A ；所述將溶液C加到混合物B中的溶液C的加入量可為每克活性污泥加入2 4mL溶液C。在步驟3)中，所述烘干的溫度可為100 120°C，烘干的時間可為1 5h，最好為 2 4h。在步驟4)中，所述煅燒的溫度可為400 600°C，煅燒的時間可為1 池；所述洗滌可采用蒸餾水洗滌，所述烘干的溫度可為100 120°C，烘干的時間可為0. 5 池，最好為1 2h。本發(fā)明以污水處理廠的活性污泥為載體，鈦酸四正丁酯為鈦源，采用溶膠-凝膠法制備復(fù)合材料，操作步驟包括活性污泥的預(yù)處理、前驅(qū)混合物的制備、凝膠干燥和煅燒， 鈦酸四正丁酯在一定的條件下，經(jīng)水解縮聚反應(yīng)形成網(wǎng)絡(luò)狀鈦的醇凝膠，使二氧化鈦均勻的負載在活性污泥載體上，提高了材料應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域中的吸附能力和光催化性能。 本發(fā)明增強了活性污泥的吸附性能，同時解決了目前二氧化鈦應(yīng)用于光催化氧化處理廢水中存在的分離回收難度大、壽命短、光能利用率低等問題。此外，該方法原材料價格低、制備時間短，可大幅度降低生產(chǎn)成本。由于活性污泥的粒徑分布范圍寬，表面積大，絮體呈網(wǎng)狀機構(gòu)，是良好的載體，開發(fā)活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料將能提高活性污泥的吸附能力，增強二氧化鈦的光催化性能，具有較高的社會效益和環(huán)境效益。


圖1為本發(fā)明實施例的城市污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料X-射線衍射圖。在圖1中， 橫坐標為衍射角2 θ廣，縱坐標為相對強度Relative Intensity.,
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1以活性污泥為載體，鈦酸四正丁酯為鈦源，采用溶膠-凝膠法制備活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料，具體實施步驟是將污水處理廠的活性污泥在105°C的烘箱內(nèi)干燥Mh，再將其破碎，過40目篩備用。將無水乙醇、鈦酸四正丁酯、冰醋酸按體積百分比60% 35 5%混合，在室溫下攪拌lOmin，得到溶液A ；稱取5g活性污泥與70mL溶液A混合，繼續(xù)攪拌30min，得到混合物 B ；量取體積百分比為90%的乙醇溶液，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH = 2. 0，得到溶液C ；將15mL 溶液C倒入梨形滴液漏斗中，調(diào)整滴液漏斗中的活塞，使溶液C以1 2滴/S的速度，滴加到勻速攪拌的混合物B中，整個滴加過程控制在20min內(nèi)，并繼續(xù)攪拌，直至成為凝膠。將形成的凝膠轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，在105°C的烘箱內(nèi)干燥池。將烘干后的復(fù)合材料轉(zhuǎn)移到坩堝中，在400°C無氧環(huán)境中進行煅燒Ih后冷卻取出，將煅燒后的復(fù)合材料用蒸餾水洗滌、抽濾，將抽干后的復(fù)合材料在105°C的烘箱內(nèi)烘干lh，即得到活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料。實施例2將污水處理廠的活性污泥在105°C的烘箱內(nèi)干燥Mh，再將其破碎，過60目篩備用。將無水乙醇、鈦酸四正丁酯、冰醋酸按體積百分比50% 30 10%混合，在室溫下攪拌lOmin，得到溶液A ；稱取5g活性污泥與50mL溶液A混合，繼續(xù)攪拌30min，得到混合物B ；量取體積百分比為90%的乙醇溶液，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH = 3. 0，得到溶液C ；將 20mL溶液C倒入梨形滴液漏斗中，調(diào)整滴液漏斗中的活塞，使溶液C以1 2滴/s的速度， 滴加到勻速攪拌的混合物B中，整個滴加過程控制在30min內(nèi)，并繼續(xù)攪拌，直至成為凝膠。將形成的凝膠轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，在105°C的烘箱內(nèi)干燥池。將烘干后的復(fù)合材料轉(zhuǎn)移到坩堝中，在500°C無氧環(huán)境中進行煅燒Ih后冷卻取出，將煅燒后的復(fù)合材料用蒸餾水洗滌、抽濾，將抽干后的復(fù)合材料在105°C的烘箱內(nèi)烘干2h，即得到活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料。實施例3將污水處理廠的活性污泥在105°C的烘箱內(nèi)干燥Mh，再將其破碎，過100目篩備用。將無水乙醇、鈦酸四正丁酯、冰醋酸按體積百分比55% 40 5%混合，在室溫下攪拌lOmin，得到溶液A ；稱取5g活性污泥與60mL溶液A混合，繼續(xù)攪拌30min，得到混合物 B ；量取體積百分比為90%的乙醇溶液，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH = 2. 5，得到溶液C ；將IOmL 溶液C倒入梨形滴液漏斗中，調(diào)整滴液漏斗中的活塞，使溶液C以1 2滴/S的速度，滴加到勻速攪拌的混合物B中，整個滴加過程控制在20min內(nèi)，并繼續(xù)攪拌，直至成為凝膠。將形成的凝膠轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，在105°C的烘箱內(nèi)干燥池。將烘干后的復(fù)合材料轉(zhuǎn)移到坩堝中，在400°C無氧環(huán)境中進行煅燒Ih后冷卻取出，將煅燒后的復(fù)合材料用蒸餾水洗滌、抽濾，將抽干后的復(fù)合材料在105°C的烘箱內(nèi)烘干2h，即得到活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料。稱取以上制備的活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料與單獨的干燥后的活性污泥、納米級二氧化鈦0. Ig依次添加到25mg/L的甲基橙溶液和10mg/L苯酚溶液中，室溫下，在磁力攪拌下用紫外光照射Ih后離心，取上清液測定殘存的甲基橙吸光度，單體和復(fù)合材料對甲基橙溶液和苯酚溶液的降解率如表1所示。表明以上各實施例制備的活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料均具有良好的吸附能力和光催化性能。實施例3制得的城市污泥-二氧化鈦復(fù)合材料的X-射線衍射圖如圖1所示；該復(fù)合材料在2 θ為25. 2°處的衍射峰與瑞鈦礦型二氧化鈦標準譜圖JCPDS71-167的特征峰相同，說明按本發(fā)明合成的復(fù)合材料中負載的二氧化鈦主要為銳鈦礦型。表1單體和復(fù)合材料對甲基橙溶液和苯酚溶液的降解率甲基橙降解率(％)苯酚降解率(％)
~50目污泥42 34
60目污泥44 35
100目污泥48 40 納米 TiO22732
實施例1復(fù)合材料9693
實施例2復(fù)合材料9594
實施例3復(fù)合材料979權(quán)利要求
1.一種活性污泥/ 二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)活性污泥的預(yù)處理將城鎮(zhèn)生活污水處理廠的活性污泥烘干后破碎，過篩備用；2)前驅(qū)混合物的制備將乙醇、鈦酸四正丁酯和冰醋酸混合，得溶液A；將步驟1)得到的預(yù)處理后的活性污泥與溶液A混合，得混合物B ；將乙醇用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH = 2 3， 得到溶液C ；將溶液C加到混合物B中，直至成為凝膠；3)凝膠干燥將步驟2、得到的凝膠烘干；4)煅燒將烘干后的凝膠轉(zhuǎn)移到坩堝中煅燒后，洗滌，抽濾，烘干，即得活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述烘干的溫度為105 120°C，烘干的時間為20 Mh。
3.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述污泥粒度為60 100目。
4.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述乙醇、鈦酸四正丁酯和冰醋酸按體積百分比為(50% 60% ) (30% 40% ) (5% 10% )。
5.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述活性污泥與溶液A混合時，溶液A的加入量為每克活性污泥加入10 20mL 溶液A ；所述將溶液C加到混合物B中的溶液C的加入量為每克活性污泥加入2 4mL溶液C。
6.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述烘干的溫度為100 120°C，烘干的時間為1 釙。
7.如權(quán)利要求6所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述烘干的時間為2 4h。
8.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述煅燒的溫度為400 600°C，煅燒的時間為1 池。
9.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述洗滌采用蒸餾水洗滌。
10.如權(quán)利要求1所述的一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述烘干的溫度為100 120°C，烘干的時間為0. 5 3h，最好為1 濁。
全文摘要
一種活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，涉及一種復(fù)合材料。提供一種制作時間短、制作成本低、在活性污泥表面形成均勻二氧化鈦光催化層從而明顯提高吸附能力和光催化性能的活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法。將城鎮(zhèn)生活污水處理廠的活性污泥烘干后破碎，過篩備用；將乙醇、鈦酸四正丁酯和冰醋酸混合，得溶液A；將預(yù)處理后的活性污泥與溶液A混合，得混合物B；將乙醇用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH＝2～3，得到溶液C；將溶液C加到混合物B中，直至成為凝膠；將凝膠烘干；將烘干后的凝膠轉(zhuǎn)移到坩堝中煅燒后，洗滌，抽濾，烘干，即得活性污泥/二氧化鈦復(fù)合材料。
文檔編號C02F1/72GK102259032SQ20111014684
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者盧昌義, 張宇, 黃強, 黃明強 申請人:廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院