剩餘汙泥負載光催化劑及其製備方法與應用的製作方法
2023-04-23 18:31:26
剩餘汙泥負載光催化劑及其製備方法與應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種剩餘汙泥負載光催化劑，所述光催化劑負載於在剩餘汙泥載體上，並經煅燒、研磨，得到可高效降解甲醛和有機廢水的剩餘汙泥負載光催化劑。本發明公開了剩餘汙泥負載光催化劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟：按質量比6:1稱取剩餘汙泥與TiO2光催化劑，混勻後置於540℃馬弗爐煅燒，並研磨成粉末狀或粒狀。本發明還公開了剩餘汙泥負載光催化劑的應用，其特徵在於，包括以下步驟：將待降解物質置於反應器中，加入剩餘汙泥負載光催化劑，打開紫外燈照射，完成甲醛降解並回收光催化劑。本發明所述剩餘汙泥負載光催化劑負載率高、不易脫落，且光催化效率高、效果穩定；本發明所提供的製備方法和應用簡便，成本低廉，可在空氣淨化和有機廢水處理中推廣應用。
【專利說明】剩餘汙泥負載光催化劑及其製備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汙水處理領域，具體涉及一種汙水處理廠剩餘汙泥資源化利用方法。 本發明還涉及光催化技術實際應用領域，尤其涉及一種新型剩餘汙泥負載光催化劑。
【背景技術】
[0002] 目前，活性汙泥法和生物膜法等生物法被廣泛應用於城市汙水處理中，但在汙水 處理過程中通常會產生大量剩餘汙泥。
[0003] 剩餘汙泥是指汙水處理過程中所產生的固態、半固態及液態的廢棄物，是汙水處 理廠的必然產物。據《2013-2017年中國汙泥處理處置深度調研與投資戰略規劃分析報告》 統計2010年我國城鎮汙水處理廠已經建有2500多座，城市汙水處理能力已達到每天1. 22 億噸，為實現國家的減排目標和水環境改善，做出了巨大貢獻。但是汙水廠的建設及運行伴 隨產生了大量剩餘汙泥，以含水率80%計，全國年汙泥總產水量將很快突破3000萬噸，汙 泥處理形勢十分嚴峻。剩餘汙泥的處理費用佔整個汙水廠投資及運行費用的25 %?65%。 因此，剩餘汙泥的處理與處置是城市汙水廠亟待解決的問題。
[0004] 目前，汙泥處置的一般方法包括填埋、焚燒等，但是這些方法存在一些弊端。因此， 汙泥的根本出路是資源化利用。目前，剩餘汙泥資源化利用的主要途徑有農業利用、建材利 用、能源利用、製取微生物絮凝劑等。
[0005] 剩餘汙泥的資源化利用目前正處於市場推廣與工程放大的上升期，其不但解決了 汙泥的處置問題，同時也解決能源的出路問題，具有廣闊的應用前景。然而，由於技術尚不 成熟，以及各種現實因素的阻礙，剩餘汙泥的資源化利用效率仍較低，穩定性有待提高。
[0006] 光催化技術是近年來發展起來的一種高效的汙染物降解技術，二氧化鈦（Ti02)作 為一種綠色環保型光催化劑具有較高的光催化活性，且具有穩定高效、無毒價廉、常溫常壓 下即可操作等優點，在空氣淨化、抗菌消毒以及汙水處理等領域中得到廣泛研究與應用。
[0007] Ti02負載於適當的載體後，可獲得較大的表面結構和適合的孔結構，並具有一定 的機械強度和較好的流化性能，以便在各種反應床上應用。活性炭具有較強的吸附性，能將 水中的微量汙染物富集在光催化劑表面，可為光催化劑提供高濃度的汙染物環境而加快汙 染物光催化降解速率。因此，將光催化劑負載於活性炭上是提高光催化劑催化效率的一種 很好的途徑。
[0008] 目前，製備負載型光催化劑的技術很多，主要有粉體燒結法、偶聯法、水解沉澱法、 離子交換法和溶膠-凝膠法等。這些方法雖技術成熟且應用廣泛，但操作複雜，成本較高。 有研究先將汙水廠的絮凝汙泥或剩餘汙泥活化成活性炭，再通過溶膠-凝膠法將光催化劑 負載於活性炭上，製備出活性炭負載光催化劑。活性炭具有吸附作用，能為光催化降解甲醛 提供一定的吸附力，因而從一定程度上提升了光催化活性。然而，活化成本較高，操作繁瑣， 且將光催化劑負載於活性炭在技術上較難實現，負載率低，易脫落。以上不足使得活性炭負 載光催化劑製備成本較高，且性能不穩定。本發明將光催化劑直接負載於剩餘汙泥上，經煅 燒、研磨，研發出一種新型剩餘汙泥負載光催化劑，不僅簡化了製備工藝、降低了製備成本， 還提升了光催化劑的光催化性能，因而具有巨大的應用潛力。
【發明內容】
[0009] 本發明所要解決的技術問題是：為了克服目前負載型光催化劑負載率較低、製備 工藝複雜、費用較高等難題，提供一種負載率高且成本低的新型剩餘汙泥負載Ti02光催化 齊U，該剩餘汙泥負載光催化劑將光催化劑直接負載於剩餘汙泥上，並提供一種操作簡單、成 本低廉的剩餘汙泥負載光催化劑製備方法及其在空氣淨化中的應用。
[0010] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案：一種新型剩餘汙泥負載光催化劑，其 特徵在於：所述剩餘汙泥負載光催化劑以剩餘汙泥為載體，所述載體上負載有Ti〇2光催化 齊U，所述載體與光催化劑質量比為6:1。
[0011] 上述技術方案中，所述剩餘汙泥採用城市汙水廠經濃縮、調治、脫水、穩定後的剩 餘汙泥。若汙水廠進水中含有重金屬或其他有毒有害物質，剩餘汙泥應進行重金屬析出及 消毒等預處理。
[0012] 本發明還提供了一種剩餘汙泥負載光催化劑的製備方法，其特徵在於，包括以下 步驟：（1)稱重：按一定比例稱取剩餘汙泥和Ti0 2光催化劑；（2)混勻：將稱好的剩餘汙泥 載體與光催化劑混合均勻；（3)煅燒：將混勻後的混合物在馬弗爐中煅燒；(4)研磨：將煅 燒後的剩餘汙泥負載光催化劑研磨成粉末狀或粒狀。
[0013] 所述剩餘汙泥與二氧化鈦質量比為6:1。
[0014] 所述煅燒操作溫度為540°C。
[0015] 所述研磨使用研缽，研磨後粒徑不大於5_。
[0016] 本發明通過將光催化劑負載在剩餘汙泥上並經煅燒，得到可高效降解甲醛的汙泥 負載光催化劑。所述剩餘汙泥經煅燒後具有疏鬆多孔結構，可為光催化劑降解汙染物質提 供較大的比表面積，因而可提升光催化劑的光催化降解性能。所述剩餘汙泥負載光催化劑 不僅可高效降解室內空氣汙染物質甲醛，對其他室內空氣汙染物質及有機廢水也有較好降 解效果。所述剩餘汙泥負載光催化劑的製備方法簡單，成本低廉，具有廣闊的應用前景和市 場價值。
[0017] 本發明還提供了剩餘汙泥負載光催化劑的應用，利用剩餘汙泥負載光催化劑降解 甲醛，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 將甲醛溶液注入反應器； (2) 利用加熱裝置將甲醛溶液氣化； (3) 將所述剩餘汙泥負載光催化劑置於反應器中； (4) 打開紫外燈照射； (5) 完成甲醛降解，回收光催化劑。
[0018] 所述甲醛初始濃度為18. 34?26. 72mg/m3時，剩餘汙泥負載光催化劑對甲醛具有 良好的降解效果。
[0019] 利用剩餘汙泥負載光催化劑降解有機廢水，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 向反應器中加入有機廢水； (2) 將所述汙泥負載光催化劑加入至有機廢水中； (3) 打開紫外燈照射； (4) 對反應器進行攪拌2h ; (5) 沉澱靜置30min，排出上清液水； (6) 重複步驟⑴操作。
[0020] 所述甲醛濃度為618. 3?1326. 8mg/L時，剩餘汙泥負載光催化劑對有機廢水具有 良好的處理效果。
[0021] 本發明的有益效果：本發明所述剩餘汙泥負載光催化劑負載率高，不易脫落，且處 理效率高，煅燒後的剩餘汙泥為光催化提供載體和吸附力，不僅能有效淨化環境，還能有效 解決剩餘汙泥處置難題；本發明所述汙泥負載光催化劑製備方法簡單，成本低廉，可在空氣 淨化和有機廢水處理中廣泛推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明所述剩餘汙泥負載光催化劑掃描電鏡圖。
[0023] 圖2為本發明所述剩餘汙泥負載光催化劑降解甲醛濃度效果圖。
[0024] 圖3為本發明所述剩餘汙泥負載光催化劑降解有機廢水生化需氧量（C0D)變化。
【具體實施方式】
[0025] 本發明提供了一種剩餘汙泥負載光催化劑及其製備方法與應用，下面結合具體實 施方式對本發明做進一步說明。
[0026] 實施例1 : 一種本發明的剩餘汙泥負載光催化劑，所述光催化劑負載於剩餘汙泥 載體上，經煅燒、研磨，得到剩餘汙泥負載光催化劑（圖1)。將所得剩餘汙泥負載光催化劑 置於含有甲醛的容器中，並進行紫外燈照射，從而達到降解甲醛的目的。
[0027] 上述剩餘汙泥負載光催化的製備方法，包括以下步驟： (1) 稱重：按照質量比6:1稱取剩餘汙泥載體與Ti02光催化劑； (2) 混勻：將稱好的剩餘汙泥載體與光催化劑混合均勻； (3) 煅燒：將混勻後的混合物在馬弗爐中煅燒，溫度設置為540°C ; (4) 研磨：將煅燒後的剩餘汙泥負載Ti02光催化劑研磨成粉末狀或粒狀。
[0028] 上述剩餘汙泥負載光催化劑降解甲醛的應用，包括以下步驟： (1) 將甲醛溶液注入反應器； (2) 利用加熱裝置將甲醛溶液氣化； (3) 將汙泥負載光催化劑置於反應器中； (4) 打開紫外燈照射； (5) 完成甲醛降解，回收光催化劑。
[0029] 如圖2所示,反應開始後甲醒被迅速降解，lh後甲醒濃度由22. 5mg/m3降至2. 4mg/ m3,降解率達89. 3%。
[0030] 實施例2 :-種本發明的剩餘汙泥負載光催化劑，所述光催化劑負載於剩餘汙泥 載體上，經煅燒、研磨，生成剩餘汙泥負載光催化劑，將所得剩餘汙泥負載光催化劑置於有 機廢水中，並進行紫外燈照射，從而達到處理有機廢水的目的。
[0031] 上述剩餘汙泥負載光催化劑的製備方法，包括以下步驟： (1)稱重：按照質量比6:1稱取剩餘汙泥載體與Ti02光催化劑； (2) 混勻：將稱好的剩餘汙泥載體與Ti02光催化劑混合均勻； (3) 煅燒：將混勻後的混合物在馬弗爐中煅燒，溫度設置為540°C ; (4) 研磨：將煅燒後的剩餘汙泥負載1102光催化劑研磨成粒狀。
[0032] 上述剩餘汙泥負載光催化劑降解有機廢水的應用，包括以下步驟： (1) 向反應器中加入有機廢水； (2) 將所述汙泥負載光催化劑加入至有機廢水中； (3) 打開紫外燈照射； (4) 對反應器進行攪拌2h ; (5) 沉澱靜置30min，排出上清液水。
[0033] 如圖3所示，反應開始後有機廢水C0D被迅速降解，2h後C0D濃度由初始濃度 1123mg/L 降至 172mg/L，降解率達 84. 7 %。
【權利要求】
1. 一種剩餘汙泥負載光催化劑及其製備方法與應用，其特徵在於：所述光催化劑負載 於城市汙水廠經濃縮、調治、脫水、穩定後的剩餘汙泥上，經煅燒、研磨，得到可高效降解甲 醛和有機廢水的剩餘汙泥負載光催化劑。
2. 根據權利要求1所述剩餘汙泥負載光催化劑的製備方法，其特徵在於，包括以下步 驟： (1) 稱重：按照質量比6:1稱取剩餘汙泥載體與Ti02光催化劑； (2) 混勻：將稱好的剩餘汙泥載體與光催化劑混合均勻； (3) 煅燒：將混勻後的混合物在馬弗爐中煅燒，溫度設置為540°C ; (4) 研磨：將煅燒後的剩餘汙泥負載Ti02光催化劑研磨成粉末狀或粒狀。
3. 根據權利要求1所述剩餘汙泥負載光催化劑降解甲醛的應用，其特徵在於，包括以 下步驟： (1) 將甲醛溶液注入反應器； (2) 利用加熱裝置將甲醛溶液氣化； (3) 將所述汙泥負載光催化劑置於反應器中； (4) 打開紫外燈照射； (5) 完成甲醛降解，回收光催化劑。 利用剩餘汙泥負載光催化劑降解有機廢水，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 向反應器中加入有機廢水； (2) 將所述汙泥負載光催化劑加入至有機廢水中； (3) 打開紫外燈照射； (4) 對反應器進行攪拌2 h ; (5) 沉澱靜置30 min，排出上清液水； (6) 重複步驟⑴操作。
【文檔編號】B01J21/06GK104117348SQ201410308740
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】陳洪波, 李小明, 朱格, 葉淑靜, 王貝貝, 李煒琦, 柳虹, 楊麒, 曾光明 申請人:湖南大學