利用羊粪制备具有光催化功能的纳米钛酸盐吸附剂的方法

利用羊粪制备具有光催化功能的纳米钛酸盐吸附剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境技术领域，具体设及一种利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁 酸盐吸附剂的方法，利用羊粪为助剂，溶胶-凝胶法制备具有光催化降解有机物功能的纳 米铁酸盐重金属吸附剂的方法，处理和利用羊粪的同时，得到低成本的、可W同步分解有机 物和吸附去除水中重金属的水处理材料。 技术背景
[0002] 水的污染物主要有重金属和有机物两大类。重金属包括儒、铅、隶、铭、神、锋、铜、 儀等，它们毒性大，不能在环境中降解，并可在生物链中循环累积富集；有机污染物成分复 杂，是W毒性、致癌性和使水体溶解氧减少而对人和生态环境系统产生影响。
[0003] 对于单纯的重金属废水，采用吸附法可实现废水的达标排放，同时还能回收有用 金属；对于单纯的有机废水，用生化法或光催化氧化法等处理也取得显著效果。但在实际 中，重金属和有机物往往同时存在于水中。对于有机物和重金属混合废水，由于有机物络合 作用的存在，采用吸附法去除重金属很困难；而生化法不能去除重金属，同时，重金属的毒 性降低了废水的可生化性。运些方法都不能实现有机无机混合废水的同步净化。半导体光 催化氧化法利用紫外光无害化分解矿化有机物，是一种非常有前途的有机废水处理方法。 虽然光催化过程
[0004] 中产生的电子，可W还原一部分重金属，但是对重金属的处理能力很弱，而且只适 用于氧化还原电位远高于光催化剂的导带点的金属价态的改变，不能彻底去除或回收金 属。
[0005] 如若将重金属的吸附和光催化降解有机物结合起来，制备一种具有光催化降解有 机物的重金属吸附剂，可W高效地实现同步净化水中的有机物和重金属。发明专利（苏海 佳化200610081112.讶公开了一种负载有二氧化铁光催化剂的壳聚糖交联树脂；徐孝文 等狂L200610040680. 5)制备了一种沸石基纳米二氧化铁双功能材料；刘俊莉等（发明专 利，申请号201410395773. 4)将氧化锋负载于陶瓷网基底上得到光催化和重金属吸附功能 的废水处理材料。运些方法虽然提供一种既可W吸附重金属离子，又可W光催化降解水中 的有机污染物的双功能材料，但是运些方法都是基于负载或两种不同材料复合在一起，合 成工艺复杂，制备成本高，而且存在着功能组分易脱落和流失，失去双重功能的弊端。
[0006] 铁酸盐是一种用途广泛的介电陶瓷材料，具有特定结构的铁酸盐具有一定的光 催化能力（冯秀丽等，化学进展，2005, 17卷6期：1019-1027 ;郑伟，浙江大学硕±论文， 2012)。发明人也曾研究发现，具有一定形貌的纳米铁酸盐对重金属具有很强的吸附净化 能力（张东，侯平，化学学报，2009年，67卷12期：P1336-1342 ;张东，王敏，谭玉玲，化学 学报，2010 年，16 期，pl641-1648;DongZhang,Qum-liZhang,PinZhou,Journalof 化zardousMaterials, 2011 年，186 卷 2-3 期，p971 - 977 ;发明专利，201110169169. 6)。但 是，目前尚未合成出同时具备光催化和吸附重金属双重功能的铁酸盐材料。另一方面，现有 的制备技术中，为了获得特殊形貌和结构，合成时都要使用大量的巧樣酸、醋酸、聚乙締醇 等络合剂和分散剂w及各种模板剂或模板材料，运导致了铁酸盐合成成本都很高，限制了 铁酸盐的应用。发明人也曾经采用甲基丙締酸废水为络合剂（发明专利，201310305418.9 ; 201310305420. 6)，制备了雾舱状铁酸盐吸附剂，降低了铁酸盐吸附剂的合成成本，但是该 法合成出来的铁酸盐吸附剂不具备光催化功能。
[0007] 随着人们生活水平的提高，人们对羊肉、羊奶和羊毛的需求量越来越大，促进了养 羊业的发展，无论在草原、平原还是山区，羊的数量逐年增加，在养羊业发展的同时，羊粪 排放量越来越大，羊粪中含有大量的有机物、病原菌和寄生虫等，若得不到及时有效处理， 会对环境造成污染。目前，对于羊粪的处理和利用方法是制作农用肥料（何诚慧，申请号 201310056916. 4 ;下群，申请号201310500125. 6)。但是，传统的堆肥发酵方法周期长，营养 元素易流失，易污染周围环境。羊是草食性动物，但很少饮水，粪便干而细，羊粪中富含纤维 素，木质素，蛋白质，各种氨基酸和其他有机大分子。由于羊是反当动物，饲草经过羊的巧嚼 和消化作用，羊粪中的纤维素、木质素和蛋白质等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，是可利用的宝贵资源。近些年，已有一些羊粪利用方法的报道，如： 用于污水治理的助凝剂（彭江晨巧旭婷，ZL201210484952. 6);制备消毒杀菌剂和液体锭钟 复合肥（刘伟等，ZL201310251712. 6);防沙固沙（陈文业等，申请号201310748256. 6)等。 但是，运些方法对羊粪的处理和消耗能力有限，还不能满足日益增长的羊粪处理的需求。

【发明内容】

[0008] 本发明的目的是，提出利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方 法。
[0009] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0010] (1 )、取新鲜的羊粪，调整含水率为80-92 %，放入到捣碎匀浆机中，捣碎匀浆 15-30min，制成粪浆，按粪浆质量的千克数与碱±金属化合物摩尔数比为1:0. 2-2. 5取碱 ±金属化合物，将碱±金属化合物加入粪浆中，继续捣碎匀浆，得到含碱±金属的胶状粪 浆，备用；
[0011] (2)、按铁和碱±金属摩尔比为1:1称取铁酸四下醋，在持续揽拌条件下，将 铁酸四下醋逐滴加入步骤（1)中得到的胶状粪浆中，继续揽拌20-40min，混合均匀，于 100-110°C条件下烘干，制成铁-碱±金属-粪干凝胶，备用；
[0012] (3)、将步骤似中制备的铁-碱±金属-粪干凝胶置于电炉中，于950°c-110(rc， 空气氛围中般烧化，炉内自然冷却到室溫，即得。
[0013] 上述步骤（1)中的碱±金属化合物为硝酸巧、硝酸锁、氯化巧或氯化锁；
[0014] 上述步骤（1)中的捣碎匀浆时，捣碎揽拌速度不低于5000r/min。
[0015] 本发明的优点在于：
[0016] 本发明工艺方法简单高效，利用羊粪完全代替合成铁酸盐过程中的所有助剂，合 成成本低，同时具备吸附重金属和光催化降解有机物双重功能的纳米铁酸盐，同时解决了 羊粪污染等问题，可反复利用，适于广泛应用。
【附图说明】
[0017] 图1为实施例2中纳米铁酸巧B的X-射线衍射谱； 阳01引图2为实施例2中纳米铁酸巧B的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0021] 取新鲜的羊粪，调整含水率为82%，称取化g，置于捣碎匀浆机内，W5000r/min揽 拌速度，捣碎匀浆30min，加入47. 23gCa(N〇3)2?他2〇,继续W5000r/min捣碎揽拌30min， 得到含巧的粪胶；在持续揽拌条件下，将称取68. 072g铁酸四下醋逐滴加入粪胶中，继续揽 拌30min，混合均匀，于105°C条件下烘干，制成铁酸巧-羊粪干凝胶；置于箱式电炉中，于 1000°C，空气氛围中般烧化，炉内自然冷却到室溫，得到纳米铁酸巧A。 阳0巧实施例2
[0023] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0024] 取新鲜的羊粪，调整含水率为90%，称取化g，置于捣碎匀浆机内，W5000r/min揽 拌速度，捣碎匀浆15min，加入118. 075gCa(N03)2.A&O,继续W5000r/min捣碎揽拌15min， 得到含巧的粪胶；在持续揽拌条件下，将称取170. 18g铁酸四下醋逐滴加入粪胶中，继续揽 拌30min，混合均匀，于105°C条件下烘干，制成铁酸巧-羊粪干凝胶；置于箱式电炉中，于 1050°C，空气氛围中般烧化，炉内自然冷却到室溫，得到纳米铁酸巧B。 阳〇2引实施例3
[00%] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0027] 取新鲜的羊粪，调整含水率为87%，称取化g，置于捣碎匀浆机内，W5000r/min揽 拌速度，捣碎匀浆20min，加入472. 3gCa(N〇3)2?他2〇,继续W5000r/min捣碎揽拌20min， 得到含巧的粪胶；在持续揽拌条件下，将称取680. 72g铁酸四下醋逐滴加入粪胶中，继续揽 拌30min，混合均匀，于105°C条件下烘干，制成铁酸巧-羊粪干凝胶；置于箱式电炉中，于 1050°C，空气氛围中般烧化，炉内自然冷却到室溫，得到纳米铁酸巧C。 阳0測实施例4
[0029] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0030] 取新鲜的羊粪，调整含水率为82%，称取化g，置于捣碎匀浆机内，W5000r/min揽 拌速度，捣碎匀浆15min，加入236. 15gCa(N〇3)2.A&O,继续W5000r/min捣碎揽拌30min， 得到含巧的粪胶；在持续揽拌条件下，将称取的340. 36g铁酸四下醋逐滴加入粪胶中，继续 揽拌30min，混合均匀，于105°C条件下烘干，制成铁酸巧-羊粪干凝胶；置于箱式电炉中，于 1000°C，空气氛围中般烧化，炉内自然冷却到室溫，得到多孔铁酸巧D。 阳0川实施例5
[0032] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0033] 取新鲜的羊粪，调整含水率为85%，称取化g，置于捣碎匀浆机内，W5000r/min揽 拌速度，捣碎匀浆30min，加入472. 3g Ca(N〇3)2?他2〇,继续W5000r/min捣碎揽拌15min， 得到含巧的粪胶；在持续揽拌条件下，将称取680.72g铁酸四下醋逐滴加入粪胶中，继续 揽拌30min，混合均匀，于105°C条件下烘干，制成铁酸巧-粪干凝胶；置于箱式电炉中，于 1050°C，空气氛围中般烧化，炉内自然冷却到室溫，得到纳米铁酸巧E。
[0034] 实施例6
[0035] 利用羊粪制备具有光催化功能的纳米铁酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如 下工艺步骤：
[0036]取新鲜的羊粪，调整含水率为85%，称取化g，置于捣碎匀浆机内，W5000r/min揽 拌速度，捣碎匀浆30min，加入266. 62gSrClz? 6&0,继续W5000r/min捣碎揽拌30m