一种含有钛酸钠纳米纤维的人工湿地新型填料的制备及其应用的制作方法

本发明涉及人工湿地填料领域，特别是一种应用钛酸钠纳米纤维制备人工湿地新型填料的方法。以本发明制备的新型填料，具有吸附容量高，不易脱附等优点，特别适用于去除废水中重金属离子。

背景技术：

在人工湿地去除重金属的研究中，植物的吸收和积累量是有限的，且植物的地域性和季节生长特性使得其应用与推广存在一定局限。由于人工湿地系统相较于其他传统工艺研究起步较晚，且前期人们更加注重植物在人工湿地中的作用，而对填料的研究局限于土壤、砾石、石灰石等传统天然填料和工业废料等，但这些填料普遍存在吸附量小，且吸附达到阈值后易脱附造成二次污染的问题，这限制了人工湿地在处理重金属污水中的应用。随着现代工业的迅速发展，污水中成分日益复杂，土地资源日益紧缺，吸附效率高、污染物负荷高、性能长效持久的新型人工湿地填料的研发成为解决当前人工湿地处理含重金属废水问题的重要途径。

近年来，新材料技术的发展为人工湿地新型填料去除重金属污水提供了新的可能性。有研究显示钛酸钠纳米纤维对于重金属的吸附具有吸附容量大、吸附不可逆等优点，用这种材料制作填料，可以解决当前人工湿地占地面积大，重金属吸附容量小，脱附造成二次污染等问题，然而目前关于其应用于人工湿地填料的研究未见报道。本发明中利用钛酸钠纳米纤维的特点制备人工湿地新型填料，其丰富的介孔、高吸附容量且不脱附的特性，为人工湿地处理重金属污水提供新的选择。

技术实现要素：

为了克服人工湿地传统填料在处理重金属方面的不足，本发明提供了一种钛酸钠纳米纤维制备人工湿地新型填料的方法。

本发明的一种钛酸钠纳米纤维制备人工湿地新型填料的制备方法采用以下技术方案：

将钛酸钠纳米纤维、nh4hco3(造孔剂)和固化剂混合，以此为前驱体，后经短时间高温固化得到人工湿地新型填料。

一种钛酸钠纳米纤维制备人工湿地新型填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)一定量的钛酸钠纳米纤维和nh4hco3粉末混合于一定量的固化剂中，后加入少量的去离子水使其混合均匀，以此为前驱体；

(2)将步骤(1)得到的混合样品填充到球状模具中，转移到烘箱内，并加热到110℃进行固化，然后自然降温到室温；

(3)取步骤(2)冷却到室温的模具，得到一定尺寸的球状样品；

(4)取球状样品用水反复冲洗几次，并浸泡一段时间，然后干燥。

优选的，步骤(1)中固化剂、钛酸钠纳米纤维和nh4hco3的添加比例为质量比：1∶1∶0.5、2∶1∶0.5和1∶1∶0.25。

优选的，步骤(2)中在110℃下固化时间4h。

优选的，步骤(3)中填料的直径为17mm左右，孔隙率42％，比表面积2.48m²/g，具有一定的硬度，适合作为人工湿地填料。

本发明使用的钛酸钠纳米纤维，可大量合成且合成方法简单。本发明制备的人工湿地新型填料，可用作废水中重金属的去除，具有较高的吸附容量和良好的稳定性。本发明制备过程简单，不需要昂贵设备，所制备的填料具备一定的硬度和孔隙率，在将来人工湿地填料的大规模应用中具有光明的前景。

附图说明

图1是人工湿地新型填料的制作过程图。

图2是人工湿地新型填料的sem和edx图以及热重分析图，可见明显的纤维结构。

图3-7是人工湿地新型填料吸附重金属的吸附性能图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种钛酸钠纳米纤维制备人工湿地新型填料的制备方法，首先将钛酸钠纳米纤维和固化剂、造孔剂(nh4hco3)混合均匀，填入模具中，后经高温短时间内固化得到人工湿地新型填料。

本发明提出的是人工湿地新型填料的制备方法，包括以如下步骤：

(1)一定量的钛酸钠纳米纤维和nh4hco3粉末混合于一定量的固化剂中，后加入少量的去离子水使其混合均匀，以此为前驱体。经过优选，其最佳制备方式为：固化剂、钛酸钠纳米纤维和nh4hco3的添加比例为1∶1∶0.5(质量比)。

(2)将步骤(1)得到的混合样品填充到球状模具中，转移到烘箱内，加热到110℃固化，然后自然冷却至室温。经过优选，其最佳制备方式为：固化时间4h。

(3)取步骤(2)冷却到室温的模具，得到一定尺寸的球状样品。

(4)取球状样品用水反复冲洗几次，并浸泡一段时间，然后干燥。

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例一：2g钛酸钠纳米纤维和1gnh4hco3混合于2g固化剂中，加入少量去离子水使其混合搅拌均匀，得到混合物前驱体。将混合样品填充到球状模具中，然后转移到烘箱内，在110℃下固化4h，然后自然冷却至室温；取出模具，收集产物，得到直径大约17mm的球状样品。取球状样品用水反复冲洗几次，并浸泡一段时间，然后在干燥箱中干燥。将多个形状规格相同的所制新型填料与普通沸石填料分别置于相同条件下的铜离子重金属废水中，进行重金属吸附试验。重金属测试结果表明，新型填料对铜离子的去除率达到90％左右，而普通沸石填料对铜离子的去除率只有25％左右。

实施例二：前驱体合成中：1g钛酸钠纳米纤维和0.5gnh4hco3混合于2g固化剂中，加入少量去离子水使其混合搅拌均匀，得到混合物前驱体。其它处理同实施例一。重金属测试结果表明，新型填料对铜离子的去除率达到64％左右，而普通沸石填料对铜离子的去除率只有25％左右。

实施例三：前驱体合成中：2g钛酸钠纳米纤维和0.5gnh4hco3混合于2g固化剂中，加入少量去离子水使其混合搅拌均匀，得到混合物前驱体。其它处理同实施例一。重金属测定结果表明，新型填料对铜离子的去除率达到80％左右，而普通沸石填料对铜离子的去除率只有25％左右。

实施例四：将在110℃下固化改为2h，其它处理同实施例一。实验后发现，由于固化的时间较短，新型填料的硬度不够，吸附后填料破裂。

实施例五：将实施例一中干燥的样品进行研磨，过60目筛，将上述所得到的最终产物进行实验室模拟重金属吸附的试验，以废水中常见的重金属离子cu²⁺、pb²⁺、zn²⁺和cd²⁺为例。重金属测定结果见图3-7。

应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地显示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在其中进行各种形式和细节的变化，可以进行各种实施方案的任意组合。

技术特征：

技术总结
一种钛酸钠纳米纤维制备人工湿地新型填料的制备方法，其特征在于，将钛酸钠纳米纤维、NH4HCO3(造孔剂)和固化剂混合，通过模具挤压成型，以此为前驱体，后经高温短时间内固化得到新型环境友好型填料。制备的填料具有较高的稳定性，且具备一定的硬度以及较大的孔隙率。填料应用于人工湿地后，可提高其脱氮除磷和去除重金属的性能。

技术研发人员：孔范龙;赵民;王森
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：2018.03.21
技术公布日：2019.10.01