申請日2016.05.18
公開(公告)日2016.09.07
IPC分類號B01J20/24; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28
摘要
本發明提供了一種顆粒型污水凈化劑的制備方法。包括：步驟1：將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，得到混合液A，將氫氧化鈉溶液滴加到混合液A中;然后反應得到溶膠A;步驟2：將鈦酸丁酯、無水乙醇混合，得到混合液B;將鹽酸溶液、無水乙醇與水混合，得到混合液C;將混合液C滴加到混合液B中;然后反應得到溶膠B;步驟3：將溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂混合均勻，得到混合溶膠，將混合溶膠陳化后進行溶劑置換，得到混合凝膠;步驟4：采用超臨界流體進行干燥，并粉碎粒徑至毫米級別，得到顆粒型污水凈化劑。本發明方法制備的顆粒型污水凈化劑吸附效果好，吸附容量高，凈化時間短，效率高。
權利要求書
1.一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟1：將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1-2:3:0.3-0.5:0.1-0.3:0.5-1.5:0.4-0.6:100混合，攪拌均勻后得到混合液A，在攪拌條件下將濃度為0.02mol/L的氫氧化鈉溶液滴加到混合液A中直至混合液A的pH值為7-8;然后在55-65℃下反應16-48h，得到溶膠A;
步驟2：將鈦酸丁酯、無水乙醇按質量比1:30-50混合，得到混合液B;將3mol/L的鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比3-5:5-15:5進行混合，得到混合液C;在攪拌條件下將混合液C滴加到等體積的混合液B中;然后在50-60℃下反應8-16h，得到溶膠B;
步驟3：將溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂按質量比2-4:1:0.1-0.2混合均勻，得到混合溶膠，將混合溶膠陳化24-48h后，用過量的有機溶劑A對混合溶膠進行溶劑置換16-32h，接著用過量的有機溶劑B對混合溶膠進行溶劑置換12-24h，然后除去有機溶劑B，得到混合凝膠;
步驟4：采用超臨界流體對混合凝膠進行干燥，并粉碎粒徑至毫米級別，得到顆粒型污水凈化劑。
2.根據權利要求1所述的一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，其特征在于，步驟1中所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為15-25mL/min。
3.根據權利要求1所述的一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，其特征在于，所述海泡石粉和納米埃洛石管經過活化處理：將海泡石粉和納米埃洛石管分別在其400-600倍質量的4wt%鹽酸溶液中浸泡4-6h，得到活化的納米埃洛石管和海泡石粉。
4.根據權利要求1所述的一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，其特征在于，步驟2中所述混合液C的滴加速度為15-20mL/min。
5.根據權利要求1所述的一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，其特征在于，步驟3中途所述有機溶劑A為無水乙醇，所述有機溶劑B為正己烷。
6.根據權利要求1所述的一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，其特征在于，步驟4條件為：采用二氧化碳作為干燥介質，溫度40-50℃，壓力5-15MPa，時間6-24h。
說明書
一種顆粒型污水凈化劑的制備方法
技術領域
本發明涉及水凈化技術領域，特別地，涉及一種顆粒型污水凈化劑的制備方法。
背景技術
近幾十年來，我國工業發展迅速。但是在過去，我國的工廠企業不注重環境保護，普遍存在將不經過凈化后的污水直接排放的情況。今年來，隨著環境的不斷惡化，我國環境保護部分也對污水的排放進行了嚴格管制。所有的企業工廠，污水必須經過凈化后，水質符合國家排放標準后，才能進行排放。
目前，工業污水的凈化方法通過包括有靜置沉降，絮凝沉淀等步驟。如授權公告號為CN101928069 B的中國專利公開了一種污水凈化劑，由聚羥基烷酸酯、硅藻土、腐殖酸、生物活性劑、無機金屬鹽以及其他物質組成，本發明還公開了利用該污水凈化劑的污水凈化方法。本發明由于使用可完全生物降解材料聚羥基烷酸酯為生物活性劑的緩釋材料，該可完全生物降解材料緩慢降解并釋放生物活性劑，實現生物活性劑的長期高效凈化功能。并結合水生植物聯合作用對實現污水磷、氮、多環芳烴、重金屬的凈化處理。
除上述污水凈化劑外，目前市場上還有大量以活性炭為主要材料的污水凈化劑，其原理為利用活性炭的吸附性對水體進行凈化。
但是上述凈水劑對污水的凈化效果有限，且對雜質的吸附效果差，吸附容量低，凈化時間長，效率低下。
發明內容
本發明目的在于提供一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，以解決現有技術中污水凈化劑吸附效果差，吸附容量低，凈化時間長，效率低下的技術問題。
為實現上述目的，本發明提供了一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟1：將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1-2:3:0.3-0.5:0.1-0.3:0.5-1.5:0.4-0.6:100混合，攪拌均勻后得到混合液A，在攪拌條件下將濃度為0.02mol/L的氫氧化鈉溶液滴加到混合液A中直至混合液A的pH值為7-8;然后在55-65℃下反應16-48h，得到溶膠A。
步驟2：將鈦酸丁酯、無水乙醇按質量比1:30-50混合，得到混合液B;將3mol/L的鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比3-5:5-15:5進行混合，得到混合液C;在攪拌條件下將混合液C滴加到等體積的混合液B中;然后在50-60℃下反應8-16h，得到溶膠B。
步驟3：將溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂按質量比2-4:1:0.1-0.2混合均勻，得到混合溶膠，將混合溶膠陳化24-48h后，用過量的有機溶劑A對混合溶膠進行溶劑置換16-32h，接著用過量的有機溶劑B對混合溶膠進行溶劑置換12-24h，然后除去有機溶劑B，得到混合凝膠。
步驟4：采用超臨界流體對混合凝膠進行干燥，并粉碎粒徑至毫米級別，得到顆粒型污水凈化劑。
在本發明的技術方案中，不以傳統的絮凝劑或者活性炭作為主要成分，改為采用以炭材料和二氧化鈦材料為主要基體的復合氣凝膠。與活性炭相比，氣凝膠擁有更高的孔隙率、比表面積和吸附容量，因此對于水中有害物質的吸附性更強。但是傳統的氣凝膠，在凝膠經過干燥制備氣凝膠的過程中，由于其內部的三維網絡結構的強度不高，原有的結構容易坍塌，導致孔隙率和比表面積降低，且成型后材料脆性較高，機械強度、韌性、耐水性差，嚴重影響了實際應用。
本發明的氣凝膠材料，以炭-二氧化鈦-海泡石-納米埃洛石管-納晶纖維素的復合材料為基體，其中海泡石具有納米尺寸的孔隙，對色素、重金屬離子等物質具有很強的吸附能力;納米埃洛石管為具有中空結構的短纖維管狀，具有納米尺寸的孔道，制得復合氣凝膠后能夠大幅提高材料的強度，而且同時還能夠提高氣凝膠材料的韌性，由于海泡石、納米埃洛石管的存在，能夠在氣凝膠材料干燥過程中起到支撐作用，氣凝膠內的三維網絡結構不易坍塌，從而保持溶膠狀態時的孔隙結構以及比表面積。并且，由于海泡石、納米埃洛石管自身也擁有納米孔道，也具有強吸附性，因此能夠彌補被海泡石、納米埃洛石管占據的空間所損失的孔隙。二氧化鈦作為氣凝膠時孔隙率高，比表面積大，作為污水凈化劑使用，能夠在光催化作用下對有機油系等物質進行有效降解，因此當本發明的污水凈化劑能夠一邊對污染物進行吸附，一邊進行降解，間接地提升了吸附容量。
納晶纖維素不僅自身能夠吸附鉛、鉻等重金屬離子，而且在制備溶膠時能夠輔助各物質的結合;聚乙烯吡咯烷酮作為致孔劑，能夠制成微米級別的孔道，豐富污水凈化劑的孔道尺寸，從而能夠對各類污染物進行吸附。
其中在將溶膠A與溶膠B混合的過程中，添加有聚酚氧樹脂，聚酚氧樹脂不僅具有粘合作用，而且其能夠提高復合材料的耐水性、機械強度和耐收縮性。能夠使得污水凈化劑長時間在水中作業。
進一步地，步驟1中所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為15-25mL/min。
進一步地，所述海泡石粉和納米埃洛石管經過活化處理：將海泡石粉和納米埃洛石管分別在其400-600倍質量的4wt%鹽酸溶液中浸泡4-6h，得到活化的納米埃洛石管和海泡石粉。
對納米埃洛石管進行酸活化處理，能夠提高其自身的吸附效率，能夠提高污水凈化劑的吸附效率。
進一步地，步驟2中所述混合液C的滴加速度為15-20mL/min。
進一步地，步驟3中途所述有機溶劑A為無水乙醇，所述有機溶劑B為正己烷。
進一步地，步驟4條件為：采用二氧化碳作為干燥介質，溫度40-50℃，壓力5-15MPa，時間6-24h。采用超臨界流體對混合溶膠進行干燥，能夠較大程度的保留混合溶膠內部的孔道結構。
本發明具有以下有益效果：
本發明方法制備的顆粒型污水凈化劑，在干燥過程中孔隙易成型，具有超高的孔隙率和比表面積且質輕，吸附容量高，能夠解決現有技術中污水凈化劑吸附效果差，吸附容量低，凈化時間長，效率低下的技術問題。
除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將對本發明作進一步詳細的說明。
具體實施方式
以下對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例1
一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟1：將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1.5:3:0.4:0.2:1:0.5:100混合，攪拌均勻后得到混合液A，在攪拌條件下將濃度為1mol/L的氫氧化鈉溶液以20mL/min的滴加速度滴加到混合液A中直至混合液A的pH值為7-8;然后在60℃下反應32h，得到溶膠A。
所述海泡石粉和納米埃洛石管經過活化處理：將海泡石粉和納米埃洛石管分別在其500倍質量的4wt%鹽酸溶液中浸泡5h，得到活化的納米埃洛石管和海泡石粉。
步驟2：將鈦酸丁酯、無水乙醇按質量比1:40混合，得到混合液B;將3mol/L的鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比4:10:5進行混合，得到混合液C;在攪拌條件下將混合液C以18mL/min的滴加速度滴加到等體積的混合液B中;然后在55℃下反應12h，得到溶膠B。
步驟3：將溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂按質量比3:1:0.15混合均勻，得到混合溶膠，將混合溶膠陳化36h后，用過量的無水乙醇對混合溶膠進行溶劑置換24h，接著用過量的正己烷對混合溶膠進行溶劑置換18h，然后除去正己烷，得到混合凝膠。
步驟4：采用超臨界流體對混合凝膠進行干燥，并粉碎粒徑至毫米級別，得到顆粒型污水凈化劑。其中干燥條件為：采用二氧化碳作為干燥介質，溫度45℃，壓力10MPa，時間15h。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為878m2/g，孔隙率為91%。
實施例2
一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟1：將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1:3:0.3:0.1:0.5:0.4:100混合，攪拌均勻后得到混合液A，在攪拌條件下將濃度為1mol/L的氫氧化鈉溶液以15mL/min的滴加速度滴加到混合液A中直至混合液A的pH值為7-8;然后在55℃下反應8h，得到溶膠A。
所述海泡石粉和納米埃洛石管經過活化處理：將海泡石粉和納米埃洛石管分別在其400倍質量的4wt%鹽酸溶液中浸泡4h，得到活化的納米埃洛石管和海泡石粉。
步驟2：將鈦酸丁酯、無水乙醇按質量比1:30混合，得到混合液B;將3mol/L的鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比3:5:5進行混合，得到混合液C;在攪拌條件下將混合液C以15mL/min的滴加速度滴加到等體積的混合液B中;然后在50℃下反應16h，得到溶膠B。
步驟3：將溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂按質量比2:1:0.1混合均勻，得到混合溶膠，將混合溶膠陳化24h后，用過量的無水乙醇對混合溶膠進行溶劑置換16h，接著用過量的正己烷對混合溶膠進行溶劑置換12h，然后除去正己烷，得到混合凝膠。
步驟4：采用超臨界流體對混合凝膠進行干燥，得到顆粒型污水凈化劑。其中干燥條件為：采用二氧化碳作為干燥介質，溫度40℃，壓力5MPa，時間24h。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為793m2/g，孔隙率為89%。
實施例3
一種顆粒型污水凈化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟1：將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比2:3:0.5:0.3:1.5:0.6:100混合，攪拌均勻后得到混合液A，在攪拌條件下將濃度為1mol/L的氫氧化鈉溶液以25mL/min的滴加速度滴加到混合液A中直至混合液A的pH值為7-8;然后在65℃下反應16h，得到溶膠A。
所述海泡石粉和納米埃洛石管經過活化處理：將海泡石粉和納米埃洛石管分別在其600倍質量的4wt%鹽酸溶液中浸泡6h，得到活化的納米埃洛石管和海泡石粉。
步驟2：將鈦酸丁酯、無水乙醇按質量比1:50混合，得到混合液B;將3mol/L的鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比5:15:5進行混合，得到混合液C;在攪拌條件下將混合液C以20mL/min的滴加速度滴加到等體積的混合液B中;然后在60℃下反應8h，得到溶膠B。
步驟3：將溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂按質量比4:1:0.0.2混合均勻，得到混合溶膠，將混合溶膠陳化48h后，用過量的無水乙醇對混合溶膠進行溶劑置換32h，接著用過量的正己烷對混合溶膠進行溶劑置換24h，然后除去正己烷，得到混合凝膠。
步驟4：采用超臨界流體對混合凝膠進行干燥，并粉碎粒徑至毫米級別，得到顆粒型污水凈化劑。其中干燥條件為：采用二氧化碳作為干燥介質，溫度50℃，壓力15MPa，時間6h。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為809m2/g，孔隙率為90%。
實施例4
本實施例與實施例1的不同之處在于：
步驟1中，將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1.25:3:0.35:0.15:0.75:0.45:100混合。
步驟2中，鈦酸丁酯、無水乙醇質量比為1:35;鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比為3.5:7:5。
步驟3中，溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂質量比為2.5:1:0.125。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為841m2/g，孔隙率為90%。
實施例5
本實施例與實施例1的不同之處在于：
步驟1中，將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1.75:3:0.45:0.25:1.25:0.55:100混合
步驟2中，鈦酸丁酯、無水乙醇質量比為1:38;鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比為3.5:7:5。
步驟3中，步驟3中，溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂質量比為3.5:1:0.175。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為851m2/g，孔隙率為90%。
實施例6
本實施例與實施例1的不同之處在于：
步驟1中，將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比1:3:0.5:0.3:1.5:0.4:100混合。
步驟2中，鈦酸丁酯、無水乙醇質量比為1:35;鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比為4.5:12:5。
步驟3中，步驟3中，溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂質量比為3:1:0.1。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為812m2/g，孔隙率為90%。
對比實施例1
本實施例與實施例1的不同之處在于：
步驟1中，將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比0.75:3:0.25:0.75:0.4:0.35:100混合。氫氧化鈉溶液的滴加速度為12.5mL/min。
步驟2中，鈦酸丁酯、無水乙醇質量比為1:25;鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比為2:3:5。混合液C的滴加速度為10mL/min。
步驟3中，溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂質量比為4.5:1:0.1-0.2。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為748m2/g，孔隙率為86%。
對比實施例2
本實施例與實施例1的不同之處在于：
步驟1中，將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比2.25:3:0.6:0.35:1.75:0.7:100混合。氫氧化鈉溶液的滴加速度為27.5mL/min。
步驟2中，鈦酸丁酯、無水乙醇質量比為1:60;鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比為6:20:5。混合液C的滴加速度為25mL/min。
步驟3中，溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂質量比為1.5:1:0.1-0.2。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為752m2/g，孔隙率為85%。
對比實施例3
本實施例與實施例1的不同之處在于：
步驟1中，將甲醛、苯二酚、海泡石粉、納米埃洛石管、納晶纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和水按質量比0.75:3:0.6:0.075:1.75:0.3:100混合。氫氧化鈉溶液的滴加速度為15mL/min。
步驟2中，鈦酸丁酯、無水乙醇質量比為1:20;鹽酸溶液、無水乙醇與水按體積比為2:20:5。混合液C的滴加速度為10mL/min。
步驟3中，溶膠A、溶膠B、聚酚氧樹脂質量比為5:1:0.1-0.2。
本實施例制得的污水凈化劑的比表面積為738m2/g，孔隙率為87%。
從實施例1-3與對比實施例1-3的數據對比可知，實施例1-3制得的污水凈化劑的性能參數更優。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
