一种功能性陶瓷材料、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种功能性陶瓷材料、其制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 城市废水处理厂采用活性污泥法处理废水产生大量的多余污泥，我国每年吐出的 "脱水污泥"则接近2200万吨，该些污泥主要含有70~80 %的细菌、病毒、重金属，并且活性 污泥常温下难以干化(数年都不能干燥），因而无法直接利用。活性污泥中含有的微生物(细 菌和病毒），细菌细胞壁不容易破坏，常规方法只有在温度大于298°C时才发生破裂，在干化 过程中消耗大量的能源，因此脱水和减量十分困难。
[0003] 目前对于这些活性污泥的处理办法有用作堆肥产生肥料、干化填埋、压滤干化焚 烧、制作陶瓷滤砖。但是，用作堆肥产生肥料存在重金属析出和病原菌、病毒的问题;干化填 埋会污染地下水;压滤干化焚烧产生废气和二恶英，并且消耗大量能源；制作陶瓷滤砖，需 要添加50 %以上的黏土，消耗资源，成本高，效益低。
[0004] 申请号为200810238351.0,申请日为2008-12-15的发明涉及一种生化陶瓷及其制 备方法与应用。该生化陶瓷是以废水污泥为主料，配加碳酸钙或石膏、黏土、二水氢氧化钙、 液体蜡、铁粉或氧化铁粉等辅料缺氧烧制而成。该生化陶瓷必须在1000°c以上的温度下进 行煅烧，污泥中的细菌被完全烧掉，因而不会形成模板，也不会形成介孔，从而生化陶瓷不 具有介孔，仅具有微孔，该生化陶瓷能够用于水处理中，以去除水体中的TC0D、氨、氧化氨和 硫化氢等，也能够用作细菌筛选的生物介质。但是，该生化陶瓷的煅烧温度高，能耗大，成本 高，不具有介孔，功能较为单一。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有选择吸附功能 且功能多样的功能性陶瓷材料、其制备方法和应用，该功能性陶瓷材料以污泥为主要原料， 制备时能耗小，成本低。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采取的一种技术方案是：
[0007] -种功能性陶瓷材料，按重量百分百计，其原料配方为：0.1 %~0.5%的铁粉， 20%~25%的膨润土，其余为污泥(干重），所述的功能性陶瓷材料具有孔径为1~50纳米的 介孔和孔径大于50微米的微孔。
[0008] 优选地，所述的铁粉采用粒径为20~80纳米的纳米零价铁。
[0009] 优选地，所述的污泥为采用活性污泥法处理废水产生的多余污泥。
[0010] 优选地，所述的功能性陶瓷材料由所述的铁粉、所述的膨润土和所述的污泥经搅 拌混合后，在厌氧条件及温度800°C~900°C下煅烧制得。
[0011] -种所述的功能性陶瓷材料的制备方法，将所述的铁粉、所述的膨润土和所述的 污泥搅拌混合，然后在厌氧条件下、升温至800°C~900°C下，进行煅烧得到所述的功能性陶 瓷材料。
[0012] 优选地，所述的铁粉、所述的膨润土和所述的污泥在0 °C~40 °C下搅拌混合，搅拌 速度为40~80r/min，
[0013] 优选地，控制所述的搅拌混合的时间为1~4h。
[0014] 优选地，在830 °C~870 °C下进行所述煅烧。
[0015] 优选地，以4~6°C/min的速度进行升温。
[0016] 优选地，控制所述煅烧的时间为4~6h。
[0017] 本发明还涉及所述的功能性陶瓷材料用于净化水体或空气的用途。
[0018] -种去除或减少海水或废水中的石油残毒和/或铀和/或重金属离子的方法，采用 所述的功能性陶瓷材料对海水或废水进行处理。
[0019] 本发明中，所述的石油残毒指的是苯系物和多环芳烃，其中，苯系物包括苯、甲苯、 乙苯、间对二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯；多环芳烃包括萘、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、 屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并(G，H，I)茈、茚并[1,2,3-cd]花、危稀。
[0020] -种去除或减少水体中COD和/或氨氮的方法，以所述的功能性陶瓷材料为载体， 在该载体上培养细菌得到生化陶瓷，并使水体通过该生化陶瓷。
[0021] -种去除或减少空气和/或水体中放射性碘-131的方法，采用所述的功能性陶瓷 材料对空气和/或水体进行处理。
[0022] 由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0023]本发明通过采用膨润土，膨润土能够在常温下快速将细菌的细胞壁刺破并吸收其 水份，使得活性细菌留下一个完整的壳体，在后期较低的温度和厌氧条件下煅烧，细菌的有 机物部分形成网状的炭化结构，然后和膨润土一起生成有微孔和介孔的功能性陶瓷材料， 失去水分的细菌实际上成为微观结构的模板，从而生成功能性陶瓷材料的网状介孔部分。 铁粉在煅烧过程中形成氧化亚铁、四氧化三铁的复合物，从而将污泥中含有的重金属固定 在内部，不析出。本发明的原料以污泥为主，原料成本低，能够以废治废，实现经济循环，此 外，本发明的煅烧温度仅为800°C~900°C，煅烧温度低，能耗小，从而使得成产成本低。
[0024] 由本发明制备得到的功能性陶瓷材料具有选择吸附功能，能应用于废水处理、空 气多环芳烃吸附和被污染海水的净化。特别的是，本发明的功能性陶瓷材料能够吸附海水 中的石油残毒;能够从海水中吸附铀;能够对废水进行过滤除去废水中的多种重金属(如铅 镉汞砷铊铀等）；功能性陶瓷材料中的微孔可以作为细菌生长的载体，从而用于水体过滤、 修复去除水体中的C0D、氨氮等;能够吸附水体和空气中的放射性碘-131。
【附图说明】
[0025] 附图1为实施例1制备的功能性陶瓷材料在1微米标尺下的扫描电镜图；
[0026] 附图2为实施例1制备的功能性陶瓷材料在500纳米标尺下的扫描电镜图；
[0027] 附图3为实施例1制备的功能性陶瓷材料在5微米标尺下的扫描电镜图。
[0028]附图4为实施例1制备得到的功能性陶瓷材料对48工(1、取、1'1、？13、1]的移除率的淋 洗曲线图。
【具体实施方式】
[0029] 以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施 例。以下所涉及的含量在无特别定义时，指的是质量含量。
[0030] 实施例1
[0031 ] -种功能性陶瓷材料的制备方法为：
[0032]将0.3 %的粒径为50纳米的纳米零价铁，22 %的膨润土，77.7 %的污泥，在常温下， 以40r/min的搅拌速度搅拌混合3h，然后在厌氧条件下，以5°C/min的速度升温至850°C，进 行煅烧6h，得到功能性陶瓷材料。如附图1至3可见，功能性陶瓷材料具有孔径为1~50纳米 的介孔和孔径大于50微米的微孔。
[0033] 实施例2
[0034] -种功能性陶瓷材料的制备方法为：
[0035]将0.1 %的粒径为20纳米的纳米零价铁，25 %的膨润土，74.9 %的污泥，在常温下， 以80r/min的搅拌速度搅拌混合3h，然后在厌氧条件下，以5°C/min的速度升温至870°C，进 行煅烧4h，得到功能性陶瓷材料。
[0036] 实施例3
[0037] -种功能性陶瓷材料的制备方法为：
[0038]将0.5 %的粒径为80纳米的纳米零价铁，20 %的膨润土，79.5 %的污泥，在常温下， 以50r/min的搅拌速度搅拌混合3h，然后在厌氧条件下，以5°C/min的速度升温至830°C，进 行煅烧4h，得到功能性陶瓷材料。
[0039] - :功能性陶瓷材料对1311吸附性能测试
[0040] 1、主要试剂和仪器
[0041]测试材料:催化微鼻过滤材料MN-10-20-1购自河南天源环保公司；实施例1至3制 得的功能性陶瓷材料；
[0042]放射性NamI溶液:活度约为3.79X 104Bq;
[0043]测试用自来水:取自中国原子能科学研究院工作区；
[0044] 去离子水:ELIX 3纯水系统生产，美国Millipore公司；
[0045]电子天平:PB3002-E型，d = 0.01g，梅特勒-托利多仪器有限公司；
[0046] 分离柱:玻璃材质，柱内径10_，床高160mm;
[0047] 低本底反康γ谱仪:HPGe探测器与DSPec谱仪均为美国0RTEC公司出品。
[0048] 2、实验过程
[0049] 2.1测试材料预处理
[0050]称取测试材料各10.00克，用去离子水浸泡过夜，放置备用。
[0051 ] 2.2各材料对1311吸附率的测定
[0052] 2.2.1将放射性NamI溶液分成五等份，一份用100ml自来水稀释，直接用于γ谱仪 测量，样品编号为DIYYPH2;其它四份用50ml自来水稀释，其pH值约为2,放置备分析用。 [0053] 2.2.2.湿法装柱装材料MN-10-20-1，分离柱两端用少量聚四氟乙烯丝填充，加入 已制备的一份50ml含1311溶液，控制流速