一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛 酸盐吸附剂的方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对牛肉和牛奶需求量的逐年增加，养牛业迅速发展，牛粪的排放量逐年 增大，环境污染问题日益严重。对于牛粪，传统的处理方法是发酵制作农用肥料。但是传统 的堆肥发酵方法周期长，营养素利用率低，养分易流失，污染环境。近些年，已有一些关于牛 粪利用新方法的发明专利公开，如：发电（201110339298. 5)，造纸（200610016594. 0)，制作 饲料（201410527786. 2,95120635· 4,200710034265. 3)、裂解制气（200510095448. 7)、制沼 气（200810235526.2)和制作活性炭（201110071341. 4, 201110071341. 4, 200610152143. X) 等。但是，这些方法由于成本等原因尚未大规模应用，目前，还不能完全消耗利用养牛场排 放的牛粪。开发牛粪新的应用领域也是解决牛粪问题的一条出路。
[0003] 牛是反刍性草食动物，草料经牛的咀嚼和消化，部分营养物质被吸收，残渣和一部 分营养物以粪尿的形式排泄出来。牛粪中含有大量的纤维素，木质素，蛋白质，各种氨基酸、 胶体物质和其它有机大分子。经过牛的消化道处理，这些有机物的分子结构和性能都发生 了变化，表现出许多优异的特性，如络合性，分散性，粘结性等，可以在溶胶凝胶合成等领域 得到应用。
[0004] 纳米钛酸盐是一类稳定的高性能重金属吸附剂，（张东，侯平，化学学报，2009 年，67卷12期：pl336-1342 ;张东，王敏，谭玉玲，化学学报，2010年，16期，pl641-1648 ; Dong Zhang，Chun-li Zhang, Pin Zhou，Journal of Hazardous Materials，2011 年，186 卷2-3期，p971 - 977)，其合成方法是溶胶凝胶法，该方法必须用到柠檬酸、油酸、醋酸和聚 乙二醇等试剂作为络合、分散和催化剂，这些材料和试剂价格较高，导致了纳米钛酸盐的合 成成本过高，限制其在实际中的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，是提供一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方 法，利用牛粪为助剂，成本低，同时解决了牛粪污染的问题。
[0006] 采用的技术方案是：
[0007] -种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0008] (1)、取新鲜牛粪，调整含水率为89-91%，制成粪浆，加入粪浆质量的2-10%的氢 氧化钠固体，捣碎匀浆20-30min，在50-80°C条件下保温反应20-24h ;得到碱化牛粪胶，备 用；
[0009] (2)、按牛粪与钛酸四丁酯质量比为1:0. 25-4取钛酸四丁酯，在持续搅拌条件下， 将钛酸四丁酯缓慢滴加入步骤（1)中得到的碱化牛粪胶中，滴完后，继续搅拌20-30min，得 到含钛牛粪胶，备用；
[0010] (3)、按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属化合物，配制成乙醇溶液，将 碱土金属化合物的乙醇溶液加入到步骤⑵制得的含钛牛粪胶中，搅拌均匀，加热至 85-95Γ，继续保温搅拌反应、蒸发多余的水分，于100-1KTC条件下烘干，制成钛-碱土金 属-牛粪干凝胶，备用；
[0011] (4)、将步骤（3)中制备的钛-碱土金属-牛粪干凝胶于600-950°C条件下，空气氛 围中煅烧4-6h，即得。
[0012] 上述步骤（1)中捣碎勾衆时，捣碎搅拌速度彡4000r/min。
[0013] 上述步骤（3)中碱土金属化合物为硝酸妈、硝酸镁、氯化钙、氯化镁。
[0014] 本发明的优点在于：
[0015] 本发明处理和无害化利用牛粪的同时，降低了合成纳米钛酸盐的成本，提高了纳 米钛酸盐的吸附重金属的能力，本发明制造工艺简单、操作方便，使用原料成本较低，适于 广泛应用，具有较好的经济效益和社会效益。
【附图说明】
[0016] 图1为实施例2中纳米钛酸钙2的XRD谱。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1
[0018] -种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0019] 取新鲜的已调整含水率为89%的牛粪100g，加入2g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以4000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭，在60°C条件下保温反应24h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入50g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min， 得到含钛牛粪胶；称取34. 7g硝酸钙，配制成硝酸钙的乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌 均匀，加热至90°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于105°C条件下干燥，制成钛-钙-牛粪干凝 胶，置于箱式电炉中，于650°C条件下，煅烧6h，得到纳米钛酸钙1 ;
[0020] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0021] 实施例2
[0022] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0023] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以4000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭，在60°C条件下保温反应24h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入50g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min， 得到含钛牛粪胶；称取34. 7g硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均 匀，加热至90°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于105°C条件下干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶， 置于箱式电炉中，于650°C条件下，煅烧6h，得到纳米钛酸钙2 ;
[0024] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0025] 实施例3
[0026] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0027] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以6000r/min搅拌速度，捣碎勾衆20min，密闭，在50°C条件下保温反应20h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入50g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应20min， 得到含钛牛粪胶。称取34. 7g硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均 匀，加热至85°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于100°C干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶，置于箱 式电炉中，于600°C，煅烧6h，得到纳米钛酸钙3 ;
[0028] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0029] 实施例4
[0030] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0031] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆25min，密闭，在80°C保温反应22h，得到均质碱化牛粪 胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入50g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min，得到含 钛牛粪胶；称取34. 7g硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均匀，加热 至95°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于IKTC干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶，置于箱式电炉 中，于950°C，煅烧6h，得到纳米钛酸钙4 ;
[0032] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0033] 实施例5
[0034] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0035] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以4000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭，在60°C条件下保温反应24h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入25g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min， 得到含钛牛粪胶；称取17. 3g硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均 匀，加热至90°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于105°C条件下干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶， 置于箱式电炉中，于650°C条件下，煅烧6h，得到纳米钛酸钙5 ;
[0036] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0037] 实施例6
[0038] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0039] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以4000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭，在60°C条件下保温反应24h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入80g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min， 得到含钛牛粪胶；称取55. 5g硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均 匀，加热至90°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于105°C条件下干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶， 置于箱式电炉中，于650°C条件下，煅烧6h，得到纳米钛酸钙6 ;
[0040] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0041] 实施例7
[0042] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0043] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以4000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭，在60°C条件下保温反应24h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入100g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min， 得到含钛牛粪胶；称取69. 4g硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均 匀，加热至90°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于105°C条件下干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶， 置于箱式电炉中，于650°C条件下，煅烧6h，得到纳米钛酸钙7 ;
[0044] 上述硝酸妈（CaNO3 · 4H20)和氢氧化钠均为分析纯试剂。
[0045] 实施例8
[0046] 一种氢氧化钠辅助处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0047] 取新鲜的已调整含水率为90%的牛粪100g，加入5g氢氧化钠，置于捣碎匀浆机 内，以4000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭，在60°C条件下保温反应24h，得到均质碱 化牛粪胶；在持续搅拌条件下，逐滴加入200g钛酸四丁酯，滴加完后，继续搅拌反应30min， 得到含钛牛粪胶。称取138. Sg硝酸钙，配制成近饱和乙醇溶液，滴加入含钛粪胶中，搅拌均 匀，加热至90°C，继续保温搅拌反应、蒸发，于105°C条件下干燥，制成钛-钙-牛粪干凝胶， 置于箱式电炉中，于650°C条件下，煅烧6h，得到纳米钛酸钙8 ;
[0048]