专利名称：纳米二氧化钛悬浮式填料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米二氧化钛悬浮式填料及其制备方法，属于水处理装置中光催化填料材料制造工艺技术领域。
背景技术：
纳米多相光催化氧化技术是近30年才出现的新技术。随着对环境污染控制研究的日益重视，光催化氧化法被应用于气相和水相中一些难降解污染物的治理研究，并取得了显著的效果。
到目前为止，纳米TiO2光催化剂在研究与开发应用中，主要用于废水处理和空气净化上。在使用时主要以两种形式进行，一种是将纳米TiO2粉末混入溶液中，通过气体动力搅拌，或直接机械搅拌，使TiO2与被光分解产物充分混合，这时TiO2悬浮在溶液中，称为悬浮体系。另一种即将纳米TiO2负载在某种载体上进行。相对而言，悬浮体系较为简单方便；而且由于其比表面积较大，与被光分解物接触更充分，受光也较充分，一般光解效率较高。
一般传统的悬浮体系中因纳米TiO2颗粒极为细小，难以回收、容易中毒，而且当溶液中存在高价阳离子时，催化剂不易发散。随着研究工作的推进，现阶段的研究工作一般主要着眼于催化剂的固定化和非悬浆体系反应器的研制，并在此基础上对光降解体系的反应机理、反应动力学、产物的生成及分布等问题进行更加详尽的研究。
目前普遍使用的悬浮式填料是一种颗粒状的、不论粒子大小均具有巨大比表面积，这种填料在不曝气时浮于水池表面，曝气时能均布全池并流化，停止曝气时，又能立即全部上浮于水池表面，恢复未曝气前的状态，并且不论在挂膜前还是挂膜后均具有以上三种状态的性能。这种情况下不能完全达到污水处理的理想效果。
采用纳米材料不仅具有上述性能，而且由于纳米材料本身的性质特点，还会具有其他的特性，如吸收、催化、吸附、降解等许多特性，这将会极大提高污水的处理效果。利用纳米材料制成的悬浮式填料，关键问题还取决于纳米材料的负载体的选择及相关负载工艺技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛的负载工艺技术，将纳米二氧化钛负载到经选择的载体上，制成纳米二氧化钛悬浮式填料。本发明的另一目的是利用本发明方法所制备得到的二氧化钛悬浮式填料能适用于光催化氧化和生物氧化的高性能污水处理装置。
本发明一种纳米二氧化钛悬浮式填料的制备方法，其特征是具有以下的工艺过程和步骤a.先将纳米二氧化钛粉末放置于水中，粉末与水的质量比为2.5/100～5/100；用超声波分散，并使混合均匀，制得溶液，称之为A溶液；b.另将事先用超声波清洗过的聚丙烯多面球浸入到用乙醇溶液稀释的钛酸酯偶联剂中，乙醇溶液和钛酸酯的质量配合比为1∶1，随后缓慢搅拌10～30分钟；c.将上述聚丙烯多面球取出，将其放入上述的A溶液中，继续搅拌10～30分钟，然后置于烘箱中，在80℃下干燥2小时，制得纳米二氧化钛悬浮式填料。
本发明方法所采用纳米二氧化钛填料的基本原理如下二氧化钛在光的激发下形成电子(e-)和空穴(h+)对，电子起还原作用，而空穴起氧化作用，纳米TiO2表面的光生电子易被水中溶解氧等氧化性物质所俘获；空穴则可氧化吸附于纳米TiO2表面的有机物，或先将H2O分子氧化成·OH自由基，而·OH自由基能氧化去除水体中绝大部分的有机物。
考虑到由于纳米粒子悬浮体系存在回收难等缺点，本发明将纳米二氧化钛负载到聚丙烯多面球上，制成负载TiO2光催化剂的球粒填料，利用该填料可用作光催化氧化和生物氧化高性能污水处理装置中的悬浮填料。使用本发明方法制得的纳米二氧化钛悬浮填料可提高污水处理效果。这是由于本发明方法制得的纳米悬浮式填料具有较高的活性，特别对有机物具有较好的去除效果，并可连续使用，其使用寿命较长，运行费用较低，而且不会产生二次污染。
利用TiO2光催化剂进行光催化降解，是利用光使催化剂激发，通过电子、空穴及在溶液中产生的强氧化性·OH自由基使水中的有机物降解，它对污染物几乎没有选择性，而且可以使有机物完全降解，与单纯的光分解相比，光催化降解具有明显的优越性。
具体实施例方式现将本发明的实施例进一步详细叙述于后。
实施例1本发明的一种纳米二氧化钛悬浮式填料的制备过程和步骤如下所述
1.先将纳米二氧化钛粉末放置于水中，粉末与水的质量比为5∶100；用超声波分散，并使混合均匀，制得溶液，称之为A溶液；2.另将事先用超声波清洗过的聚丙烯多面球浸入到用乙醇溶液稀释的钛酸酯偶联剂中，乙醇溶液和钛酸酯的质量配合比为1∶1，随后缓慢搅拌20分钟；3.将上述聚丙烯多面球取出，将其放入上述的A溶液中，继续搅拌20分钟，然后置于烘箱中，在80℃下干燥2小时，制得纳米二氧化钛悬浮式填料。
将本发明实施例中所制得的二氧化钛悬浮式填料，通过检测其对酸性红B染料的脱色率，鉴定纳米TiO2悬浮式填料的催化活性。
检测试验过程如下取1000mL浓度为20mg/L的酸性红B溶液放置于烧杯中，同时加入一定数量的25.2克的纳米二氧化钛悬浮式填料，烧杯底部用磁力搅拌器搅拌，使球粒填料与溶液充分接触，烧杯上方设有一功率为500W紫外线高压汞灯，光源高度可调节，此即构成实验用光催化反应器。在稳定的紫外光源照射下，经过一定时间反应，测定溶液在其最大吸收波长处(λ＝515nm)的吸光度变化，然后计算出酸性红B染料的脱色率。
对填料进行多次平行实验，通过脱色率的变化，可得知纳米TiO2悬浮式填料的催化活性，其试验结果示于下表1。
表1纳米TiO2悬浮式填料活性实验
由实验可知，在连续处理废水7次以后，负载TiO2光催化剂对酸性红B染料废水在100分钟后的降解脱色率依然保持在95％以上。可见重复使用TiO2催化剂，其催化活性基本上没有变化。而且每次实验后并未见有TiO2粉末掉落，质量无太大变化，第一次使用重量25.2克，第七次使用后重量为25.0克。因此所制得的纳米TiO2悬浮填料性能稳定，粘结牢固，可以连续重复使用。
为了探讨光催化效果的优越性，对放入负载有TiO2(质量比2.5％)的聚丙烯多面球光催化降解和无催化剂的直接光解进行了比较，其比较结果示于表2。
表2光催化氧化和直接光解比较
权利要求
1.一种纳米二氧化钛悬浮式填料的制备方法，其特征是具有以下的工艺过程和步骤a.先将纳米二氧化钛粉末放置于水中，粉末与水的质量比为2.5/100～5/100；用超声波分散，并使混合均匀，制得溶液，称之为A溶液；b.另将事先用超声波清洗过的聚丙烯多面球浸入到用乙醇溶液稀释的钛酸酯偶联剂中，乙醇溶液和钛酸酯的质量配合比为1∶1，随后缓慢搅拌10～30分钟；c.将上述聚丙烯多面球取出，将其放入上述的A溶液中，继续搅拌10～30分钟，然后置于烘箱中，在80℃下干燥2小时，制得纳米二氧化钛悬浮式填料。
全文摘要
本发明涉及一种纳米二氧化钛悬浮式填料及其制备方法，属污水处理装置中光催化填料材料制造工艺技术领域。本发明一种纳米二氧化钛悬浮式填料的制备方法的过程和步骤是将TiO
文档编号C09C1/36GK1696209SQ200510025858
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月17日 优先权日2005年5月17日
发明者徐高田, 王宇晖, 曾旭, 董黎静, 肖梅 申请人:上海大学