一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于含菌廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法，其步驟為將活性炭加入蒸餾水中攪拌3-8分鐘，超聲清洗20-40分鐘，然后將活性炭加入HCl溶液中，攪拌20-40分鐘，靜置、過濾，并洗滌至中性，最后將活性炭烘烤1-3小時(shí)，冷卻；將鈦酸正四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，攪拌后加入冰醋酸、活性炭，浸漬4-6小時(shí)；在混合液中加入去離子水，并將pH值調(diào)節(jié)至1-3后攪拌8-20小時(shí)，在65-75℃下干燥2-3小時(shí)，在300-700℃下煅燒2-3小時(shí)。所述光催化劑的孔隙率高、滅菌性好、易分離，回收率高且可重復(fù)利用，降低了水處理的生產(chǎn)成本。本方法不需要惰性氣體的保護(hù)，簡(jiǎn)單易操作。
【專利說明】一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于含菌廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染問題的加劇，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)代人的共識(shí)，而且水資源的匱乏使得城市污水再生利用成為當(dāng)今的熱點(diǎn)。城市污水經(jīng)二級(jí)處理后，水質(zhì)已經(jīng)改善，帶上細(xì)菌的絕對(duì)數(shù)量任很可觀，并存在病原菌的可能，必須在去除這些微生物后，廢水才可以安全排入水體或循環(huán)再用。隨著居民對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高，污水處理廠的二級(jí)處理出水對(duì)城市水體造成的影響引起了人們對(duì)健康和安全問題的更多關(guān)注，消毒是城市污水再生利用水質(zhì)安全保障的重要技術(shù)。
[0003]消毒主要是殺死對(duì)人體健康有害的病源微生物。常規(guī)的水中微生物消毒技術(shù)可以分為機(jī)械消毒，物理消毒和化學(xué)消毒這三種。機(jī)械消毒比如格柵等去除效率較低。化學(xué)方法是利用各種化學(xué)藥劑進(jìn)行消毒，常用的化學(xué)消毒劑有多種氧化劑(液氯、臭氧、溴、碘、高錳酸鉀等)、某些重金屬離子(銀、銅等)及陽(yáng)離子型表面活性劑等。液氯消毒是應(yīng)用最廣的消毒劑，但余氯對(duì)水生物有毒害，而且發(fā)現(xiàn)氯可與水中多種物質(zhì)形成致癌或致病變的產(chǎn)物。在給水處理中，臭氧的殺菌效果好，但是運(yùn)行成本高、持續(xù)性短。重金屬常用于除藻及工業(yè)用水消毒。以加熱、冷凍、輻照、高能輻射、紫外線和微波消毒為代表的物理殺菌等方法相對(duì)而言能耗較大，運(yùn)行成本高，維護(hù)困難，阻礙了在工業(yè)應(yīng)用中大量推廣。特別目前廣泛采用的紫外線用于污水消毒面臨某些特定的問題。首先，該工藝對(duì)水質(zhì)有一定要求，比如當(dāng)污水中有較高濃度的懸浮固體，色度等物質(zhì)的時(shí)候，消毒效果會(huì)大受影響。其次，由于目前消毒設(shè)備的布置方式大部分采取浸沒式，水質(zhì)問題還能影響紫外燈的工作周期和壽命，可能會(huì)出現(xiàn)紫外燈結(jié)垢，甚至破裂等問題。因此，紫外消毒系統(tǒng)存在一定的不穩(wěn)定性。
[0004]和傳統(tǒng)的方法相比，T12光催化和紫外聯(lián)合消毒技術(shù)不僅能殺死細(xì)菌，而且能同時(shí)降解細(xì)菌釋放出的有毒化合物，徹底消除細(xì)菌的危害。已經(jīng)有大量的研究表明，T12光催化技術(shù)能有效降解以印染廢水，農(nóng)藥廢水，表面活性劑，鹵代物和油類為代表的有機(jī)污染物。
[0005]然而，T12只有在紫外光的激發(fā)下才能表現(xiàn)光催化活性，反應(yīng)速率相對(duì)較低，而且現(xiàn)有技術(shù)中采用的納米T12粉體懸浮體系，存在粉體容易團(tuán)聚，難回收和重復(fù)利用性差的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑，該復(fù)合光催化劑的殺菌效果優(yōu)異，易分離，回收率高且可重復(fù)利用。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了提供上述活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0009](I)活性炭載體的預(yù)處理:將活性炭加入蒸餾水中攪拌3-8分鐘，超聲清洗20-40分鐘，然后將活性炭加入HCl溶液中，攪拌20-40分鐘，靜置、過濾，并洗滌至中性，最后將活性炭烘烤1-3小時(shí)，冷卻；優(yōu)選的，所示HCl的濃度為0.lmol/L。
[0010](2)將鈦酸正四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，攪拌后加入冰醋酸，加入步驟(I)中的活性炭，浸潰4小時(shí)-6小時(shí)；在混合液中加入去離子水，并將pH值調(diào)節(jié)至1-3后攪拌8-20小時(shí)，即得活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體。
[0011](3)將步驟(2)中的前驅(qū)體在65-75°C下干燥2-3小時(shí)，在300-700°C下煅燒2-3小時(shí)。
[0012]所述步驟⑴中，將洗滌至中性的活性炭在80°C下烘烤2小時(shí)，冷卻。
[0013]所述步驟⑵中，鈦酸正四丁酯、無(wú)水乙醇和冰醋酸的體積比為1-5:15-20:1。
[0014]所述步驟(2)中，鈦酸正四丁酯和活性炭的加入量配比為ImL:0.08-0.12g。優(yōu)選的，鈦酸正四丁酯和活性炭的加入量配比為lmL:0.09g。鈦酸正四丁酯和活性炭采用合適的加入量配比，既不會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，又能很好地滿足活性的負(fù)載量需求。
[0015]所述步驟⑵中，pH調(diào)節(jié)劑為硝酸，該硝酸的濃度為I mol/L。
[0016]所述步驟(3)中，前驅(qū)體在70°C下干燥2小時(shí)，在400°C下煅燒2小時(shí)。較為完好的空隙結(jié)構(gòu)的活性炭吸附的細(xì)菌數(shù)多，反應(yīng)速率快，水處理比較徹底。合適的煅燒溫度，不會(huì)破壞活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于提高催化劑的滅菌效果。
[0017]通過上述制備方法可制得到活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1、所述活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的孔隙率高、滅菌性好，在1.5小時(shí)內(nèi)，大腸桿菌的滅菌率為100%，可有效消滅城市污水中的細(xì)菌，提聞了城市生活用水的品質(zhì)。
[0020]2、所述活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑不會(huì)團(tuán)聚，易分離，回收率高且可重復(fù)利用，降低了水處理的生產(chǎn)成本。
[0021]3、本發(fā)明的制備方法不需要惰性氣體的保護(hù)，制備方法簡(jiǎn)單，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例1中制得的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的滅菌效果對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0024]實(shí)施例1
[0025](I)活性炭載體的預(yù)處理
[0026]首先將一定量的活性炭載體，加入到蒸餾水中均勻攪拌5min后置入超聲波清洗器中清洗30min ;然后將活性炭載體放入濃度為0.lmol/L的HCl溶液中，充分混合30min后，靜置24h，過濾后用蒸餾水洗滌至中性。將活性炭放入烘箱中80°C烘烤2h，冷卻后備用。本步驟的主要目的是將活性炭載體進(jìn)行清洗。
[0027](2)活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體的制備
[0028]將5mL鈦酸正四丁酯溶于34mL無(wú)水乙醇中，攪拌后加入2mL冰醋酸，加入0.45g步驟(I)中的活性炭，浸潰4小時(shí)；將混合液在劇烈攪拌下緩慢加入2mL去離子水，用lmol/L的硝酸將PH值調(diào)節(jié)至2，攪拌15小時(shí)，即得活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體；
[0029](3)活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備
[0030]將步驟(2)中活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體在70°C下干燥2小時(shí)，在400°C下焙燒2小時(shí)即可。
[0031]測(cè)試結(jié)果:
[0032]在500mL的待測(cè)水樣中加入實(shí)施例1中制得的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑
0.5g，充分分散，在紫外線高壓汞燈照射下進(jìn)行光消毒滅活反應(yīng)，光照90分鐘后，在無(wú)菌條件下取2mL的待測(cè)水樣，涂布培育平皿，于37°C恒溫培養(yǎng)24h后對(duì)菌懸液中的大腸桿菌進(jìn)行計(jì)數(shù)，比較活菌數(shù)，計(jì)算E.coli (大腸桿菌)數(shù)時(shí)，進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，使其平均相對(duì)誤差小于 10%。
[0033]在待測(cè)水樣中投加lg/L的顆粒狀的活性炭負(fù)載的T12光催化劑后，對(duì)大腸桿菌的滅活率有了很大程度的影響，在1.5小時(shí)內(nèi)，大腸桿菌的滅活率達(dá)到100%，具體如圖1所示，本實(shí)施例中制得的光催化劑的滅菌效果明顯好于單獨(dú)使用紫外線殺菌效果，。
[0034]實(shí)施例2
[0035](I)活性炭載體的預(yù)處理過程同實(shí)施例1。
[0036](2)活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體的制備
[0037]將3mL鈦酸正四丁酯溶于34mL無(wú)水乙醇中，攪拌后加入2mL冰醋酸，加入0.27g步驟(I)中的活性炭，浸潰5小時(shí)；將混合液在劇烈攪拌下緩慢加入2mL去離子水，用lmol/L的硝酸將PH值調(diào)節(jié)至2，攪拌10小時(shí)，即得活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體；
[0038](3)活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備過程同實(shí)施例1。
[0039]測(cè)試結(jié)果:
[0040]檢測(cè)過程同實(shí)施例1，在待測(cè)水樣中投加lg/L的顆粒狀的活性炭負(fù)載的T12光催化劑后，對(duì)大腸桿菌的滅活率有了很大程度的影響，在1.5小時(shí)內(nèi)，大腸桿菌的滅活率也達(dá)到 100%。
【權(quán)利要求】
1.一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其步驟包括: (1)活性炭載體的預(yù)處理:將活性炭加入蒸餾水中攪拌3-8分鐘，超聲清洗20-40分鐘，然后將活性炭加入HCl溶液中，攪拌20-40分鐘，靜置、過濾，并洗滌至中性，最后將活性炭烘烤1-3小時(shí)，冷卻； (2)將鈦酸正四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，攪拌后加入冰醋酸，加入步驟(I)中的活性炭，浸潰4-6小時(shí)；在混合液中加入去離子水，并將pH值調(diào)節(jié)至1-3后攪拌8-20小時(shí)，即得活性炭負(fù)載的T12光催化劑的前驅(qū)體； (3)將步驟(2)中的前驅(qū)體在65-75°C下干燥2-3小時(shí)，在300-700°C下煅燒2-3小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，HCl的濃度為0.lmol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，將洗滌至中性的活性炭在80°C下烘烤2小時(shí)，冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，鈦酸正四丁酯、無(wú)水乙醇和冰醋酸的體積比為1-5:15-20:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，鈦酸正四丁酯和活性炭的加入量配比為ImL:0.08-0.12g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟⑵中，PH調(diào)節(jié)劑為硝酸，該硝酸的濃度為I mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟⑶中，前驅(qū)體在70°C下干燥2小時(shí)，在400°C下煅燒2小時(shí)。
8.一種活性炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合光催化劑，其特征在于，通過權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法制備。
【文檔編號(hào)】B01J21/06GK104162418SQ201410269932
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】吳立俊, 陸泉寶, 肖海彥, 丁宏 申請(qǐng)人:寶鋼發(fā)展有限公司