專利名稱：一種負(fù)載TiO₂的填料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物填料，還涉及該生物填料的制備方法，具體的說，是采用生物膜法處理污水，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物膜法是目前廣泛應(yīng)用的一種污水處理技術(shù)，生物填料是該技術(shù)的核心之一，它的材質(zhì)和表面性能將直接影響微生物的附著、生長，進(jìn)而影響污水的處理效果。廣泛應(yīng)用的生物填料分為無機(jī)填料和有機(jī)填料兩種，其中，無機(jī)填料主要由頁巖、焦炭、石英砂、活性炭、沸石、粘土陶粒等；有機(jī)填料主要分為軟性填料、半軟性填料、組合式填料、分散式填料等。目前在已報道的各種填料中，大多數(shù)是以單一組分為主，而且脫氮除磷效率不高。無機(jī)填料的比表面積大，但是水流阻力大，容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；有機(jī)填料不容易堵塞，但是表面光滑且比表面積小，微生物掛膜困難。二氧化鈦光催化作為高級氧化工藝的一種，由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難溶、無毒、成本低、催化效率高，在難降解有機(jī)物如含苯系、氯系有機(jī)物等處理中相對于其他傳統(tǒng)工藝具有無可比擬的優(yōu)勢。將光催化應(yīng)用于染料廢水處理的報道很多，但是大都將光催化作為主要處理工藝即高級氧化工藝，后來又出現(xiàn)用光催化與生化組合工藝來處理印染廢水。組合工藝的出現(xiàn)較之前單獨(dú)應(yīng)用光催化或者生化處理的效果大為提高，但是仍然存在問題，過度氧化會浪費(fèi)氧化劑增加處理成本，生物降解能力不足使得下游生物降解目標(biāo)實現(xiàn)困難。如果高級氧化工藝與生物降解能夠同時發(fā)生，順序組合工藝的問題就能夠解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種負(fù)載TiO2的聚氨酯海綿塊填料。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供上述負(fù)載TiO2的聚氨酯海綿塊填料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種負(fù)載TiO2的填料，所述填料包括聚氨酯海綿塊和TiO2，所述TiO2負(fù)載于所述聚氨酯海綿塊上。上述負(fù)載TiO2填料的制備方法，將聚氨酯海綿塊浸入經(jīng)過濃縮和油浴處理的富含TiO2的溶液中，對溶液進(jìn)行熱處理直到溶液被蒸干，再用去離子水沖洗，干燥后即可制得負(fù)載TiO2的聚氨酯海綿塊填料。其中，上述方法具體包括如下步驟:(1)將四異丙氧基鈦(Ti (OCHCH3CH3)4)加入到硝酸溶液中進(jìn)行反應(yīng)，生成TiO2,所述四異丙氧基鈦(Ti (OCHCH3CH3) 4)與硝酸的摩爾比為17:15，對溶液水浴加熱；(2)將步驟(I)水浴加熱后的溶液進(jìn)行油浴加熱，得到懸浮溶液；

(3)將所述聚氨酯海綿塊放入步驟(2)所得的懸浮溶液中，其中，聚氨酯海綿塊與懸浮溶液中TiO2的質(zhì)量比為20:13 20:14，將放有聚氨酯海綿塊的懸浮溶液置于干燥裝置中，直到懸浮溶液被蒸干；(4)將步驟(3)所得的負(fù)載有TiO2的聚氨酯海綿塊用大量去離子水沖洗，沖洗掉負(fù)載不牢固的TiO2，沖洗后干燥。其中，所述聚氨酯海綿塊的邊長為4.0mm，孔隙度為88%以上。其中，步驟(I)中，水浴加熱的溫度為75 85°C。其中，步驟(2)中，油浴加熱的溫度為110 130°C，油浴的時間為15 20h。其中，步驟(2)中，油浴加熱時，用鋁箔將裝有溶液的裝置密封住。其中，步驟(3)中，所述干燥裝置為烘箱，干燥溫度為70 80°C。有益效果:本發(fā)明提供的填料使用具備多孔結(jié)構(gòu)的聚氨酯海綿塊為基料，海綿塊孔隙度可達(dá)88%甚至更高，比表面積很大，對于微生物掛膜很有利；并且聚氨酯具有粘合性，有利于TiO2的負(fù)載。使用本發(fā)明中的方法制成的填料的TiO2負(fù)載層更薄更均勻，并且不影響填料內(nèi)部生物的生長，成功的將光催化降解與生物降解耦合在一起，同時結(jié)合了高級氧化過程與生物降解的優(yōu)點(diǎn)，對含有復(fù)雜難降解有機(jī)物特別是印染廢水的處理效果更好。另外，本發(fā)明中所用的TiO2的原料豐富，成本低廉，同時本發(fā)明填料具有較好的懸浮性，使用方便，無需特殊固定。既可以單獨(dú)使用在生物膜反應(yīng)器中，也可以置于聚氯乙烯空心球形或鮑爾環(huán)形有機(jī)填料中制成組合填料。


圖1為本發(fā)明的填料對活性黑5的降解去除率的實驗結(jié)果圖； 圖2為本發(fā)明的填料的說明示意圖。
具體實施例方式根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。實施例1一種負(fù)載TiO2的填料，該填料包括聚氨酯海綿塊和TiO2, TiO2全部負(fù)載于聚氨酯海綿塊上，其中，聚氨酯海綿塊，邊長為4.0mm,比表面積為4.8m2/g，孔隙度為88%，浸水后密度為 1.01g/cm3。上述負(fù)載TiO2填料制備方法:將23.9g異丙氧基鈦加入到150mL HNO3 (0.5mol/L)溶液中，在80°C下水浴加熱至溶液體積濃縮至50mL，冷卻至室溫后加入適量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的苯均三酸(苯均三酸為常用的粘合劑)；用鋁箔將裝有溶液的燒杯蓋住，在130°C下油浴18h后得到懸浮溶液，冷卻至室溫；將IOg聚氨酯海綿塊放入懸浮溶液中，置于80°C烘箱中5h，每30min用玻璃棒混合攪拌I次，直到懸浮溶液被蒸干，TiO2全部負(fù)載在聚氨酯海綿塊上；將負(fù)載TiO2聚氨酯海綿塊冷卻至室溫后再用大量去離子水沖洗，在105°C的烘箱中烘干。制得A填料。實施例2一種負(fù)載TiO2的填料，該填料包括聚氨酯海綿塊和TiO2，所述TiO2負(fù)載于所述聚氨酯海綿塊上，其中，聚氨酯海綿塊， 邊長為4.0mm,比表面積為4.8m2/g，孔隙度為92%，浸水后密度為1.01g/cm3。上述負(fù)載TiO2填料制備方法:將23.9g異丙氧基鈦加入到150mL HNO3 (0.5mol/L)溶液中，在75°C下水浴加熱至溶液體積濃縮至67mL，冷卻至室溫后加入適量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的苯均三酸(苯均三酸為常用的粘合劑)；用鋁箔將裝有溶液的燒杯蓋住，在110°C下油浴15h后得到懸浮溶液，冷卻至室溫；將IOg聚氨酯海綿塊放入懸浮溶液中，置于70°C烘箱中5h，每30min用玻璃棒混合攪拌I次，直到懸浮溶液被蒸干，TiO2全部負(fù)載在聚氨酯海綿塊上；將負(fù)載TiO2聚氨酯海綿塊冷卻至室溫后再用大量去離子水沖洗，在105°C的烘箱中烘干。制得B填料。實施例3一種負(fù)載TiO2的填料，該填料包括聚氨酯海綿塊和TiO2，所述TiO2負(fù)載于所述聚氨酯海綿塊上，其中，聚氨酯海綿塊，邊長為4.0mm,比表面積為4.8m2/g，孔隙度為95%，浸水后密度為1.02g/cm3。上述負(fù)載Ti O2填料制備方法:將23.9g異丙氧基鈦加入到150mL HNO3 (0.5mol/L)溶液中，在85°C下水浴加熱至溶液體積濃縮至75mL，冷卻至室溫后加入適量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的苯均三酸(苯均三酸為常用的粘合劑)；用鋁箔將裝有溶液的燒杯蓋住，在120°C下油浴20h后得到懸浮溶液，冷卻至室溫；將IOg聚氨酯海綿塊放入懸浮溶液中，置于75°C烘箱中5h，每30min用玻璃棒混合攪拌I次，直到懸浮溶液被蒸干，TiO2全部負(fù)載在聚氨酯海綿塊上；將負(fù)載TiO2聚氨酯海綿塊冷卻至室溫后再用大量去離子水沖洗，在105°C的烘箱中烘干。制得C填料。實施例4取3個250mL的燒杯，各放入IOOmL含量40 μ M活性黑5溶液，再分別放入1.0gA,B、C填料。然后將它們置于磁力攪拌器上，室溫下進(jìn)行紫外光照射。在0、5、10、15、20、30、45、60min時取樣，用0.2 μ m的針筒式過濾器過濾后進(jìn)行紫外可見分光光度計測試(活性黑5的最大吸收波長為600nm)。即可得到本發(fā)明提供的方法制得的填料對活性黑5的降解去除率。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載TiO2的填料，其特征在于:所述填料包括聚氨酯海綿塊和TiO2,所述TiO2負(fù)載于所述聚氨酯海綿塊上。
2.權(quán)利要求1所述的負(fù)載TiO2填料的制備方法，其特征在于:將聚氨酯海綿塊浸入經(jīng)過濃縮和油浴處理的富含TiO2的溶液中，對溶液進(jìn)行熱處理直到溶液被蒸干，再用去離子水沖洗，干燥后即可制得負(fù)載TiO2的聚氨酯海綿塊填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載TiO2填料的制備方法，其特征在于:具體包括如下步驟: (1)將四異丙氧基鈦加入到硝酸溶液中進(jìn)行反應(yīng)，生成TiO2，所述四異丙氧基鈦與硝酸的摩爾比為17:15，對溶液水浴加熱； (2)將步驟(1)水浴加熱后的溶液進(jìn)行油浴加熱，得到懸浮溶液； (3)將所述聚氨酯海綿塊放入步驟(2)所得的懸浮溶液中，其中，聚氨酯海綿塊與懸浮溶液中TiO2的質(zhì)量比為20:13 20:14，將放有聚氨酯海綿塊的懸浮溶液置于干燥裝置中，直到懸浮溶液被蒸干； (4)將步驟(3)所得的負(fù)載有TiO2的聚氨酯海綿塊用去離子水沖洗，沖洗后干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載TiO2的填料，其特征在于:所述聚氨酯海綿塊的邊長為4.0_，孔隙度為88%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)載TiO2填料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，水浴加熱的溫度為75 85°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)載TiO2填料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，油浴加熱的溫度為110 130°C，油浴時間為15 20h。
7.根據(jù)權(quán) 利要求3所述的負(fù)載TiO2填料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，油浴加熱時，用鋁箔將裝有溶液的裝置密封住。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)載TiO2填料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述干燥裝置為烘箱，干燥溫度為70 80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負(fù)載TiO2的填料，所述填料包括聚氨酯海綿塊和TiO2，所述TiO2負(fù)載于聚氨酯海綿塊上，本發(fā)明還公開了該填料的制備方法，將聚氨酯海綿塊浸入經(jīng)過濃縮和油浴處理的富含TiO2的溶液中，然后在烘箱中進(jìn)行熱處理直到懸浮液被蒸干TiO2全部負(fù)載在海綿塊上，再用去離子水充分沖洗，干燥后制得負(fù)載TiO2的海綿塊填料。本發(fā)明中制得TiO2的原料成本低廉，海綿塊外表面負(fù)載的TiO2膜又薄又均勻，并且不影響填料內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)中微生物的生長。經(jīng)試驗對活性黑5的降解去除率很高。本發(fā)明將光催化降解與生物降解耦合在一起，結(jié)合了高級氧化與生物降解的優(yōu)點(diǎn)，對含有復(fù)雜難降解有機(jī)物特別是印染廢水的處理效果很好。
文檔編號C02F3/10GK103214083SQ201310147179
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者李軼, 陳萌萌, 張文龍, 王晴, 王大偉 申請人:河海大學(xué)