专利名称：一种轻质污水处理材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理材料的制备方法，特别涉及一种通孔轻质污水处理材料的制备方法。
背景技术：
上世纪的工业发展，人口剧增。造成目前环境的急剧恶化。进入21世纪，人类面临着诸多危机，水资源短缺是人类面临的最大危机。水资源紧缺加剧，水污染问题日益严重不断地威胁着人类。为了解决这一危机，各国科学家纷纷寻找有效的方法和途径来获取纯净的水资源。海水淡化和污水处理再利用是两个有效的方法。目前已有许多国家通过海水淡化技术获得了纯净的饮用水和生活用水。从而部分解决了水资源危机。但是若不解决水污染问题，随着水污染加剧，终究有一天海水也会被污染。那时人类将不会再看到浩瀚的大海，生存受到威胁，游泳将成为人类最美好的回忆。所以，解决水污染问题是关键，是治标之本。寻找一种有效的水处理技术已成为当今科学家们研究的热门课题。用于处理废水的方法有很多种，主要有活性炭处理法、曝气法、厌氧生物处理法、膜法、化学氧化处理法和光催化氧化处理法等。光催化氧化法是一个具有广泛发展前途的新方法，对它的研究具有深远的意义。目前，传统的水处理方法，如吸附法、混凝法、活性污泥法等。但在实际处理这些难降解有机污染物时均存在着一定的困难，处理效果尚不理想。因此，寻求一种经济、有效的方法以降解这些污染物，成为各国环境科学工作者高度重视的研究课题。T^2光催化降解有望成为解决该难题的方法之一。TiO2具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价廉等优点。利用半导体催化剂进行有机物氧化是高级氧化技术的一种，它对环境污染问题中突出的毒性大、难生物降解的烃类、卤代芳烃、染料、农药、油类等物质具有很好的氧化分解作用。此外，由于光催化反应具有反应条件温和、设备简单、二次污染小、易于操作控制、对低浓度污染物具有很好的去除效果等优点，是目前光化学方法用于污染控制的诸多研究中最活跃的领域，受到广泛的关注。在最近的10年中，水和废水中有毒有害污染物(包括有机氯化物及含氮有机化合物)的光催化降解技术己作为一种深度强化处理技术而得到研究。研究表明，利用 TiO2进行光催化氧化处理，可有效地将大多数有机氯化物及多种杀虫剂、除锈剂、表面活性剂、致色基团等彻底氧化为CO2、HCI和水等无毒产物。在污水处理中，主要是将废水通过装有吸附剂的设备，废水中的一些有害离子与吸附剂的其他离子或基团交换而留在吸附剂上从而被除去，吸附剂则通过再生来恢复交换能力。目前应用比较多的为无机类吸附剂。无机类吸附剂主要有氧化锆、粉煤灰、氢氧化铝、天然沸石、改性分子筛、活性氧化镁、蛇纹石、活性氧化铝、羟基磷灰石，载铝离子、铝土矿、聚合铝盐、活化铝，二氧化钛、硅胶负载_二氧化钛等。在这些无机吸附剂中，由于二氧化钛、硅胶负载二氧化钛具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、反应速度快， 对有机物的降解无选择性且易使之彻底矿化、无二次污染等优点，因此用二氧化钛类吸附剂在废水处理中的应用越来越广泛。—般来说，一种好的载体应具备以下条件(1)不会严重影响薄膜对光的吸收 (2) TiO2与机体之间有较强的物理或化学键合作用，而且这种键合作用不会消除催化活性；C3)可提供较高的比表面积；(4)对降解物有较好的吸附作用；( 有固定的物理形状， 便于最终的两相分离；(6)本身稳定性高，呈化学惰性，不会被氧化或还原。因为纳米TW2 在光照下能催化氧化并分解有机物，故所用载体大多数为无机材料，以硅酸类为主，其次为金属、活性炭等。用各种玻璃制品做载体是光催化剂固定化的一个主要研究方向，已尝试过的有玻璃纤维，多孔玻璃珠、玻璃片、石英玻璃和钠钙玻璃等(李志军，王红英.纳米二氧化钛的性质及应用进展[J].牙膏工业，2006，3 :48-51 ；席北斗.负载刮催化剂氧化五氯苯酚钠的效果[J].环境科学，2001，22(1) :4;古政荣，陈爱平，戴智铭，等.活性炭-纳米TW2 复合光催化剂空气净化网的研究[J].华东理工大学学报，2000，367 ；江力文.负载型TiO2固定相光催化固定化技术研究[J].工业水处理，2000，20 (9) :8)。由于各种玻璃载体的组成、结硅胶由于吸附性好，一直是各种催化剂负载的主要载体。因玻璃廉价易得，本身对光具有良好的透光性能，而且便于设计成各种形状的光反应器，故绝大多数实验室研究性工作和开发性工作以玻璃作为载体。具体而言，有玻璃片、玻璃纤维网或布、空心玻璃微球、玻璃珠、螺旋形玻璃管、多孔硼酸盐耐热玻璃片(赵英娜，张文丽，吴印林.负载型纳米光催化材料的制备及在污水处理中的应用[J].河北理工大学学报，2008，2 :114)、玻璃滤片以及光导纤维等。基于研究目的不同，选择不同形式的玻璃。因为对玻璃片上负载技术的研究，是开发各种形状的玻璃质光化学反应器的前期研究，所以，一般实验研究以玻璃片形式进行，侧重于某种固定方法在玻璃上对被光催化降解物的降解效果。用网状、布状、微球状等比表面积较大的存在形式，可以增大反应面积，提高反应效率。由于玻璃表面十分光滑平整，故对TiO2的附着性能相对较差。在其表面负载透光性好、附着牢固、均一、光催化活性高的TiO2膜需较先进的工艺，所以目前仍有很大的研究价值。P. Keim(P. Keim.开发大孔玻璃作为流化床三维生长载体用厌氧处理工业污水的实例.Korrespondenz Abwasser, 1989, 36 (6) :657-687)报道的是用颗粒状大孔玻璃作为流化床进行污水处理，文中通过实际测试，较高的COD去除率至今文献未见报道。但是文中所采用的玻璃为颗粒状，还不能用于轻质的浮力污水处理材料。赵英娜(赵英娜，张文丽， 吴印林.负载型纳米光催化材料的制备及在污水处理中的应用[J].河北理工大学学报， 2008,2 114)以Na2O-B2O3-SiO2玻璃系统为基础体系，以工业用硼砂，硼酸，石英，TiO2，盐酸，氯化铵等为原料，组成选在玻璃分相区中，并在基础体系中加入8%的TiO2，在1300°C熔融并保温3小时，制成玻璃。然后进行热处理。用浓度为2M的HCl进行化学处理，并在酸中加入饱和NH4Cl作为缓冲剂。在92°C水浴4天，之后用大量的蒸馏水浸泡2 3天，放到 50°C左右烘干记得负载型纳米光催化材料。该方法制备温度高达1300°C，处理时间长，而且得到的催化材料密度大，不能用于轻质污水处理材料来使用。CN1911845A公开了一种通孔泡沫玻璃制备方法，将废平板玻璃粉、二氧化锰、三氧化二铁和硼酸混合；然后再加入聚乙烯醇和蒸馏水球磨制成浆料；将塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入发泡窑中，经干燥、海绵燃烧、发泡稳泡、冷却和退火得通孔泡沫玻璃。本发明以工业废料为原料，添加少量添加剂，并以泡沫海绵作为泡孔形成剂，采用海绵浸浆法成型，制备了通孔泡沫玻璃。不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的通孔泡沫玻璃连通开孔气孔率达90%以上、质轻、 高强、气孔分布均勻。该方法制备的通孔泡沫玻璃可大量作为良好的吸音材料和特种过滤材料(例如用来吸收和过滤HF气体或含有氢氟酸的液体)，但是不能用作污水处理材料。 此外，该材料耐水性、耐酸碱性能还达不到污水处理材料的要求。CN1356270公开了一种天然膨润土污水处理材料的制备方法，包括膨润土钠离子置换、溴化十六烷基三甲铵的吸附步骤，其特征在于天然膨润土钠离子置换之后，溴化十六烷基三甲铵的吸附之前增加如下步骤用结晶氯化铝溶液和钠基膨润土按照1 2 #/w 的比例混合均勻后，振荡10 36小时，离心，干燥，研磨成粉；将12 16%致孔剂加入到膨润土中制成颗粒状，马弗炉中450 600°C焙烧1 5小时。本发明所制备的膨润土污水处理能力得到很大提高，同时很容易与水分离。但是，所制备污水处理材料密度大，气孔率低。 CN1559923及CN1014^873公开了一种多功能粉煤灰污水处理材料的制备方法，其制备过程如下以重量份计，取粉煤灰45 70份，铝盐、铁盐、聚硅酸钠共2 15份，氧化剂4 10份，水泥或水泥熟料10 20份，20 50目细纱5 15份，混勻，再加入前述物总质量 10 20%的凝胶态水，混勻，装入厚度为5 IOcm的长方形模块中，压平，加热至80°C 160°C，保温0. 5 1. 5小时，冷却至20 30°C，风干，浇水养护4 10小时，风干，破碎， 筛分得产品。用本发明制备的粉煤灰污水处理材料集絮凝、吸附、化学降解等功能于一体， 该材料为微孔蜂窝状固体颗粒，具有吸附性、絮凝性和氧化性，不仅增强了粉煤灰的吸附性能，而且可显著减少絮凝剂的用量。该方法所制备的多功能粉煤灰污水处理材料密度大，气孔率低，试样的表面积较小，不能用于轻质的污水处理材料。CN1772636公开了一种复合光催化污水处理材料，该材料是由具有光催化特性的半导体粉体TiO2与具有超顺磁性的粉末I^e3O4复合而成，TW2半导体粉末摩尔百分比为75 90%，超顺磁性纳米!^e3O4粉末摩尔百分比为10 25%。制备TiO2粉体包覆!^e3O4颗粒的复合粉体的工艺，采用溶胶-凝胶方法和水热沉淀法。将具有光催化特性的TW2半导体粉体包覆在具有磁性的I^e3O4粉末表面，从而赋予新型复合材料同时具备光催化特性与磁性。外加可控的交变磁场，可以控制半导体复合材料粉末在污水中运动、分离与回收。本方法通过具有光催化特性与磁性的复合粉体的制备，与外加磁场控制的方法，进行污水处理，克服了 TiO2粉体易沉积而降低污水净化能力的弊端，使该材料可以长期的使用。该方法所制备的污水处理材料在处理水体表面污染时，需要借用强磁性装置将材料吸附于水体表面，使用过程工艺复杂，且制备的污水处理材料比表面积较小。CN1798704公开了一种污水处理材料，用于处理含有砷、铅、镉、锑、 铀、磷、硒及氟等有害物质的污水，其由负载在含有硅酸质纤维或硅酸盐质纤维的材料上的含氧铁化合物构成。该处理材料通过使石绒等含有硅酸盐质纤维的材料与含铁酸性水接触发生反应得到，其具有石绒中的碱成分减少、硅酸成分增加的纤维的表面上含氧铁化合物呈鞘状附着的微细结构。通过使该处理材料与溶解有砷等有害金属化合物的溶液接触，除去有害金属。该方法所制备的材料依然存在比表面积小，密度大，不能处理有机污染物等缺点οCN101306838公开了一种高稳定中性混晶纳米TW2水溶胶的制备方法，属光催化活性纳米二氧化钛材料制备工艺技术领域。本发明方法包括以下主要步骤(1).将钛化合物用碱溶液水解沉淀。过滤，洗涤；( .加入酸溶液，在60 100°C下解胶，并加入一定量的SiO2溶胶作为稳定剂和金属盐作为掺杂剂，持续反应一段时间；(3).加入碱液调节溶液的 PH值至7 8 ;(4).过滤，洗涤，将滤饼溶于一定量的水中，重新分散，最终获得稳定中性混晶的纳米TiO2溶胶。本发明所得的TiO2水溶胶喷涂操作方便。该水溶胶可以利用太阳能进行污水处理，空气净化，抗菌处理，玻璃镀膜处理等。该方法的主要特点在于制备了高性能的光催化纳米TiO2，没有制备出实际中广泛使用的污水处理材料。CN1208670公开了一种多孔性、大比表面固体超强酸光催化剂，即以半导体氧化物TW2或含TiO2的二元复合氧化物(如Ti02-Si02、Ti02-Zr02、TiO2-Al2O3)为基体，用硫酸或硫酸盐溶液处理并经高温热处理制成。该催化剂对有机物具有很强的光催化氧化分解性能，并具有强力杀菌性能。可应用于室内空气和饮用水的净化、工业废气及污水处理、花卉及水果保鲜、抗菌玻璃及陶瓷材料制备等领域。该方法的特点在于制备了高性能的光催化纳米TiO2，没有设计实际中广泛使用的轻质污水处理材料。CN201678522U —种利用人工湿地模块的污水处理设备，包括表流人工湿地模块和潜流人工湿地模块，均由框体和内部填料及各种湿地植物组成，所述框体为玻璃钢盒体，钢结构支撑，设置进水管和出水管，所述内部填料填充在框体内的沙石缝隙中，主要采用球型轻质多孔生物滤料，所述湿地植物种植在表面层的腐殖土上。本发明管理简单、不需要曝气、搅拌等耗电耗能设备，处理污水运行成本底，且体积较小，可根据用户水量制作，吊装方式安装，安装方便，管理简单，不易堵塞，水量可调，方便检修，适用范围广， 尤其适用于我国广大农村地区的生活污水处理。该方法涉及的污水处理材料为多孔的球形滤料，其可降解水污染的催化材料存在于球形滤料的表面。该滤料颗粒小，使用时须填充在框体内的沙石缝隙中，使用过程工艺复杂。CN101186384公开了一种无须固定、适应性强的污水生物处理无机填料，以蒙脱石粉、发泡剂、水玻璃、氢氧化镁等为原料，氢氧化镁和水玻璃作胶结剂，填料易于成型，发泡剂可调节填料的疏松度，控制填料的比重，制作工艺简单， 成本低，可在室外长期存放，因填料具有微孔结构，表面积大而粗糙，适宜微生物的存活，大大增强了微生物对生活污水的净化能力，处理污水效果好，且使用方便，直接投入生化反应器中，无须固定，污水中的杂质，最终转化成植物细胞和动物蛋白，使污水净化达到三级处理水平，不产生二次污染，通过自我调控达到生态平衡，尤其适用于小城镇污水处理。该方法所制备的污水处理材料很难制备成大块状，以便用于大批量过滤处理污水及浮在水体表面处理污水。另外，该方法制备温度高达1100°C，且在此温度下煅烧时间长达7-9小时，制备工艺复杂。CN1792865公开了一种污染水体处理设备的制造方法，所使用的载体材料为玻璃纤维编织材料。该方法不能用于制备轻质的污水处理材料。CN1884U8公开了一种用于污水处理中的微生物复合载体，主料为腐殖土壤、粉煤灰、硅酸钙、高岭土、褐铁矿或/和沸石；亲水物质为硅藻土 ；粘结剂为水玻璃和/或水泥；本载体具有亲水性好、比表面积大、微溶于水、无毒，能够迅速增殖一般代谢功能的土壤微生物，处理污水过程中不会产生臭气， 且能高效除磷除氮，广泛适用于生活污水、高浓度有机废水处理工程中。该方法所制备的污水处理材料密度大，比表面积小，不能用于制备轻质污水处理材料。
泡沫玻璃是一种性能优越的新型轻，质高强建筑材料和装饰材料，使用温度范围为零下196°C到450°C，A级不燃与建筑物同寿命，导热系数为0. 058，透湿系数几乎为0。虽然其他新型隔热材料层出不穷，但是泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性在低热绝缘、 防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位。它的生产是废弃固体材料再利用，是保护环境并获得丰厚经济利益的范例。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种轻质、大块状、高通孔率、可批量生产的轻质污水处理材料的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至250 300目，然后按质量分数取 73%的球磨后的玻璃粉，12%的硼砂，4. 5%的碱式碳酸镁，4. 0%的氧化锆，3. 5%的氢氧化铝和3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量3 5%的聚乙烯醇，0. 1 0.3%羧甲基纤维素和8%的蒸馏水球磨1 3小时制成浆料；然后将密度为10 30kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段， 升温速度为rC/min，自室温升温至200°C并保温2 3小时；海绵燃烧阶段，升温速度为 3°C /min,升温至400°C保温1 2小时；发泡稳泡阶段，升温速度为15 20°C /min升温至 830 880°C保温30 60分钟；冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温40 60分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C /min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入50 70ml乙醇；然后，再向烧杯中加入3 5ml乙醇胺，并搅拌5 IOmin ；然后，再加入16 18ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后， 再逐滴加入8 IOml乙醇和0. 8 Iml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡10 20min 后取出放入烘箱中，于100°c下保温5 IOmin后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡10 20min后，如此重复涂覆3 5次，即得涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有T^2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至660 750°C保温1 2h，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质TW2催化污水处理材料。由于本发明以工业废料为原料，通过在高开孔气孔率的玻璃载体上涂覆TW2催化剂来制备轻质污水处理材料，不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的污水处理材料密度小，比表面积大，强度高，耐水性，耐酸碱性优良，制备工艺简单，所制备的轻质污水处理材料可用于大块过滤用污水处理材料以及用于水体表面的污染物处理材料。本发明可以有效地降污水处理材料的生产成本，保护环境，变废为宝，具有明显的经济效益和环保效益， 应用前景十分广阔。
图1是本发明实施例1所制备的轻质污水处理材料在扫描电子显微镜下的照片。
具体实施例方式实施例1，第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目，然后按质量分数取73 %的球磨后的玻璃粉，12 %的硼砂，4. 5 %的碱式碳酸镁，4. 0 %的氧化锆，3. 5 %的氢氧化铝和 3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量3%的聚乙烯醇，0. 羧甲基纤维素和8% 的蒸馏水球磨1小时制成浆料；然后将密度为10kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为l°c /min,自室温升温至200°C并保温2小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C /min, 升温至400°C保温1小时；发泡稳泡阶段，升温速度为15°C /min升温至830°C保温30分钟； 冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温40分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C / min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入50ml乙醇；然后，再向烧杯中加入3ml乙醇胺， 并搅拌5min ；然后，再加入16ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入8ml乙醇和0. 8ml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡IOmin后取出放入烘箱中，于100°c下保温5min后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡 IOmin后，如此重复涂覆3次，即得涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至660°C保温lh，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质T^2催化污水处理材料。所形成的泡沫玻璃结构均勻，采用读数显微镜测量试样的表面平均泡径；采用排水法测定试样的表观密度；采用万能材料试验机测定试样的抗折强度。测试相关性能为表观密度0.32g · cnT3 ；平均泡径1.64mm;抗折强度3.IMPa ；参见附图1，由附图可以看出，所制备的轻质污水处理材料为多孔结构。实施例2，第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至沈0目，然后按质量分数取73 %的球磨后的玻璃粉，12 %的硼砂，4. 5 %的碱式碳酸镁，4. 0 %的氧化锆，3. 5 %的氢氧化铝和 3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量3%的聚乙烯醇，0.2%羧甲基纤维素和8% 的蒸馏水球磨1. 2小时制成浆料；
然后将密度为12kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为l°c /min,自室温升温至200°C并保温2. 1小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C / min，升温至400°C保温1. 5小时；发泡稳泡阶段，升温速度为16°C /min升温至840°C保温 30分钟；冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温50分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C /min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入60ml乙醇；然后，再向烧杯中加入乙醇胺， 并搅拌IOmin ；然后，再加入18ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入IOml乙醇和Iml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡20min后取出放入烘箱中，于100°c下保温IOmin后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡 20min后，如此重复涂覆3次，即得涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至680°C保温lh，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质TW2催化污水处理材料。所形成的泡沫玻璃结构均勻，采用读数显微镜测量试样的表面平均泡径；采用排水法测定试样的表观密度；采用万能材料试验机测定试样的抗折强度。测试相关性能为表观密度0.36g · CnT3 ；平均泡径1. Mmm;抗折强度3.4MPa。实施例3，第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至观0目，然后按质量分数取73 %的球磨后的玻璃粉，12 %的硼砂，4. 5 %的碱式碳酸镁，4. 0 %的氧化锆，3. 5 %的氢氧化铝和 3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量4%的聚乙烯醇，0.2%羧甲基纤维素和8% 的蒸馏水球磨3小时制成浆料；然后将密度为30kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为l°c /min,自室温升温至200°C并保温3小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C /min, 升温至400°C保温2小时；发泡稳泡阶段，升温速度为20°C /min升温至850°C保温30分钟； 冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温60分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C / min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入70ml乙醇；然后，再向烧杯中加入5ml乙醇胺， 并搅拌Smin ；然后，再加入16. 5ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入IOml乙醇和Iml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡15min后取出放入烘箱中，于100°c下保温IOmin后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡 15min后，如此重复涂覆4次，即得涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有T^2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至700°C保温2h，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质T^2催化污水处理材料。所形成的泡沫玻璃结构均勻，采用读数显微镜测量试样的表面平均泡径；采用排水法测定试样的表观密度；采用万能材料试验机测定试样的抗折强度。测试相关性能为表观密度:0.31g · cnT3 ；平均泡径1. 74mm;抗折强度2.2MPa。实施例4，第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至观0目，然后按质量分数取73 %的球磨后的玻璃粉，12 %的硼砂，4. 5 %的碱式碳酸镁，4. 0 %的氧化锆，3. 5 %的氢氧化铝和 3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量4%的聚乙烯醇，0.2%羧甲基纤维素和8% 的蒸馏水球磨2小时制成浆料；然后将密度为20kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为l°c /min,自室温升温至200°C并保温2. 5小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C / min，升温至400°C保温1小时；发泡稳泡阶段，升温速度为18°C /min升温至860°C保温40 分钟；冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温60分钟；退火阶段，降温速度为 0. 5°C /min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入70ml乙醇；然后，再向烧杯中加入5ml乙醇胺， 并搅拌Smin ；然后，再加入17. 5ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入8. 5ml乙醇和0. 9ml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡IOmin后取出放入烘箱中，于100°c下保温Smin后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡 IOmin后，如此重复涂覆4次，即得涂覆有TiO2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至690°C保温1. 5h，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质T^2 催化污水处理材料。所形成的泡沫玻璃结构均勻，采用读数显微镜测量试样的表面平均泡径；采用排水法测定试样的表观密度；采用万能材料试验机测定试样的抗折强度。测试相关性能为表观密度:0.31g · cnT3 ；平均泡径1.71mm;抗折强度2.6MPa。实施例5，第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至270目，然后按质量分数取73 %的球磨后的玻璃粉，12 %的硼砂，4. 5 %的碱式碳酸镁，4. 0 %的氧化锆，3. 5 %的氢氧化铝和 3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量5%的聚乙烯醇，0.3%羧甲基纤维素和8% 的蒸馏水球磨2. 5小时制成浆料；然后将密度为25kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为l°c /min,自室温升温至200°C并保温3小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C /min, 升温至400°C保温2小时；发泡稳泡阶段，升温速度为17°C /min升温至880°C保温60分钟； 冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温55分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C / min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入65ml乙醇；然后，再向烧杯中加入5ml乙醇胺， 并搅拌9min ；然后，再加入17ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入9ml乙醇和0. 9ml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡ISmin后取出放入烘箱中，于100°c下保温9min后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡 ISmin后，如此重复涂覆5次，即得涂覆有TiO2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有TiA溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°c /min的升温速度自室温升温至720°C保温1. 5h，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质T^2 催化污水处理材料。所形成的泡沫玻璃结构均勻，采用读数显微镜测量试样的表面平均泡径；采用排水法测定试样的表观密度；采用万能材料试验机测定试样的抗折强度。测试相关性能为表观密度0.38g · cnT3 ；平均泡径1.79mm;抗折强度2.IMPa。实施例6，第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至250目，然后按质量分数取73 %的球磨后的玻璃粉，12 %的硼砂，4. 5 %的碱式碳酸镁，4. 0 %的氧化锆，3. 5 %的氢氧化铝和3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量3. 5%的聚乙烯醇，0.3%羧甲基纤维素和 8%的蒸馏水球磨1. 5小时制成浆料；然后将密度为16kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为rc /min,自室温升温至200°C并保温2小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C / min，升温至400°C保温1. 5小时；发泡稳泡阶段，升温速度为19°C /min升温至870°C保温 50分钟；冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温45分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C /min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体；第二步轻质TiA催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入55ml乙醇；然后，再向烧杯中加入4. 5ml乙醇胺，并搅拌7min ；然后，再加入18ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入9. 5ml 乙醇和0. 8ml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡i:3min后取出放入烘箱中，于100°c下保温7min后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡 13min后，如此重复涂覆5次，即得涂覆有TiO2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体；最后，将涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至750°C保温lh，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质TW2催化污水处理材料。所形成的泡沫玻璃结构均勻，采用读数显微镜测量试样的表面平均泡径；采用排水法测定试样的表观密度；采用万能材料试验机测定试样的抗折强度。测试相关性能为表观密度0.36g · CnT3 ；平均泡径1.67mm ;抗折强度1.9MPa。由于本发明以工业废料为原料，通过在高开孔气孔率的玻璃载体上涂覆TiO2催化剂来制备轻质污水处理材料，不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的污水处理材料密度小，比表面积大，强度高，耐水性，耐酸碱性优良，制备工艺简单。所制备的轻质污水处理材料可用于大块过滤用污水处理材料以及用于水体表面的污染物处理材料。因而具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。
权利要求
1. 一种轻质污水处理材料的制备方法，其特征在于 第一步玻璃通孔催化剂负载载体的制备首先，将废平板玻璃清洗干净，烘干后球磨至250 300目，然后按质量分数取73 % 的球磨后的玻璃粉，12%的硼砂，4. 5%的碱式碳酸镁，4. 0%的氧化锆，3. 5%的氢氧化铝和 3. 0%的硝酸钠放入球磨罐中制成配合料；其次，在球磨罐中再加入配合料质量3 5%的聚乙烯醇，0. 1 0. 3%羧甲基纤维素和 8%的蒸馏水球磨1 3小时制成浆料；然后将密度为10 30kg/m3的塑料泡沫海绵浸入到料浆中，待塑料泡沫海绵中全部浸入料浆后，取出放于耐火材料上，并移入马弗炉中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为1°C /min,自室温升温至200°C并保温2 3小时；海绵燃烧阶段，升温速度为3°C / min,升温至400°C保温1 2小时；发泡稳泡阶段，升温速度为15 20°C /min升温至830 880°C保温30 60分钟；冷却阶段，降温速度为10°C /min,降温至650°C保温40 60分钟；退火阶段，降温速度为0. 5°C /min，退火至室温得玻璃通孔催化剂负载载体； 第二步轻质TW2催化污水处理材料的制备首先，向清洗烘干后的烧杯中加入50 70ml乙醇；然后，再向烧杯中加入3 5ml乙醇胺，并搅拌5 IOmin ；然后，再加入16 18ml钛酸丁酯，再继续搅拌IOmin ；然后，再逐滴加入8 IOml乙醇和0. 8 Iml蒸馏水，滴加过程中，当两相完全混合后再加第二滴，一边滴加，一边搅拌，直到溶液滴加完为止，继续搅拌IOmin后静置20min，得到稳定、均勻、透明的橙黄色溶胶；再次，将所制备的玻璃通孔催化剂负载载体放入橙黄色溶胶中，浸泡10 20min后取出放入烘箱中，于100°C下保温5 IOmin后，取出冷却至室温后再次放入橙黄色溶胶中浸泡10 20min后，如此重复涂覆3 5次，即得涂覆有TW2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体； 最后，将涂覆有T^2溶胶玻璃通孔催化剂负载载体放入马弗炉中，以8°C /min的升温速度自室温升温至660 750°C保温1 2h，关闭马弗炉电源，随炉冷却至室温，即得轻质 TiO2催化污水处理材料。
全文摘要
一种轻质污水处理材料的制备方法，以工业废料为原料，通过在高开孔气孔率的玻璃载体上涂覆TiO2催化剂来制备轻质污水处理材料，不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的污水处理材料密度小，比表面积大，强度高，耐水性，耐酸碱性优良，制备工艺简单，所制备的轻质污水处理材料可用于大块过滤用污水处理材料以及用于水体表面的污染物处理材料。本发明可以有效地降低污水处理材料的生产成本，保护环境，变废为宝，具有明显的经济效益和环保效益，应用前景十分广阔。
文档编号C03C17/23GK102258990SQ20111012719
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者刘盼, 周小华, 段新勇, 高档妮 申请人:陕西科技大学