申请日2016.04.29
公开(公告)日2016.07.27
IPC分类号C02F1/30; C02F1/32; B01J31/38
摘要
本发明公开了一种用于污水处理的悬浮膜板、制备方法及其应用。悬浮模板的制备方法包括以下步骤：S1，制备铁氮共掺杂的TiO2粉末;其中，按摩尔比，TiO2：Fe：N=1：(0.00108～0.00132)：(0.252～0.308);S2，配制三羟甲基乙烷的水溶液，按照三羟甲基乙烷与所述铁氮共掺杂的TiO2粉末的质量比为0.005～0.008：1混合，用超声波机振荡混合均匀，得到二氧化钛浆料;S3，配置硅烷偶联剂的水溶液，将可悬浮的板材浸入所述硅烷偶联剂水溶液中60～120min后，取出沥干;S4，将可悬浮的板材浸入所述二氧化钛浆料，浸润10～20min后取出干燥;S5，重复步骤S4，直至板材表面的膜的厚度达到设定厚度。本发明制得的悬浮膜板可有效降解污染物，且使用便捷。
权利要求书
1.一种用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，制备铁氮共掺杂的TiO2粉末;其中，按摩尔比，TiO2：Fe：N=1：(0.00108～0.00132)：(0.252～0.308);S2，配制三羟甲基乙烷的水溶液，按照三羟甲基乙烷与所述铁氮共掺杂的TiO2粉末的质量比为0.005～0.008：1混合，用超声波机振荡混合均匀，得到二氧化钛浆料;S3，配置硅烷偶联剂的水溶液，将可悬浮的板材浸入所述硅烷偶联剂水溶液中60～120min后，取出沥干;S4，将可悬浮的板材浸入所述二氧化钛浆料，浸润10～20min后取出干燥;S5，重复步骤S4，直至板材表面的膜的厚度达到设定厚度，制得表面负载有铁氮共掺杂的TiO2膜的悬浮膜板。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，其特征在于：所述步骤S3之前还包括对所述板材进行磺化处理：用去离子水清洗所述板材多次后烘干，将所述板材放于水、硫酸和重铬酸钾配制的磺化液中，置于水浴锅中加热，使所述板材表面磺化，然后取出，冲洗多次，干燥。
3.根据权利要求1所述的用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：a，将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀，制得透明黄色溶液;b，将无水乙醇、硝酸、蒸馏水、含三价铁的化合物和脲充分混合，形成混合溶液;c，在搅拌情形下，将所述混合溶液滴加到所述透明黄色溶液中，得到均匀透明的溶胶，陈化后得到凝胶;d，将凝胶烘干、研磨成粉末，置于箱式电阻炉中，升温至470～530℃，在该温度下恒温煅烧1.5～2.5h，冷却至室温，制得铁氮共掺杂的TiO2粉末。
4.根据权利要求1所述的用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，其特征在于：所述TiO2：Fe：N=1：0.0012：0.28。
5.根据权利要求1所述的用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，其特征在于：所述步骤S5之后，还包括步骤S6，将步骤S5制得的悬浮膜板用超声波清洗，干燥。
6.根据权利要求1所述的用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，其特征在于：所述可悬浮的板材的材质为塑胶。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的用于污水处理的悬浮膜板。
8.一种根据权利要求7所述的悬浮膜板的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：将所述悬浮膜板置于需处理的水体中，所述悬浮膜板浮于水体表面直接利用太阳光进行光催化降解水体中的氨氮物质。
9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于：所述需处理的水体为污水处理系统中的二沉池中或者从二沉池中溢出的水。
10.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于：还包括设置白炽灯、汞灯、卤素灯或者紫外灯，通过灯光照射所述悬浮膜板进行光催化降解。
说明书
一种用于污水处理的悬浮膜板、制备方法及其应用
【技术领域】
本发明涉及污水处理方法，特别是涉及一种用于污水处理的悬浮膜板、制备方法及其应用。
【背景技术】
水资源作为一种重要的自然资源，是经济发展、社会稳定和人民生活不可缺少、不可替代的重要物质，是经济社会可持续发展和稳定的重要保障。水环境的污染和水资源的短缺是目前我国社会发展所面临的两个重大问题。城市污水厂的兴建，减轻了污水对环境的污染。而水资源的不足，则需要依靠新水源的开发以及水资源的重复利用来解决。城市污水作为一种稳定可靠的水资源，对其再生利用已经成为世界上不少国家解决水资源不足的战略性对策。但污水厂尾水中的氮含量高，使得污水厂尾水回收以应用于农业灌溉、工业冷却水、工业生产用水、景观水体或市政杂用水时受到限制，因此如何深度脱氮具有重要的意义。
目前，污水厂的脱氮主要是依靠生物脱氮，其基本原理是通过生物化学反应将污水中的有机氮转化为氨氮;然后在好氧条件下通过硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，最后通过反硝化作用将硝化过程产生的硝态氮转化为氮气等气体形式产物排入大气，从而达到废水脱氮的目的。生物脱氮是一种相对经济的方法，但是该工艺运行操作严格，工艺运行稳定性差，对进水的有机物浓度依赖性强，当水中有机物浓度较低，氮含量较高时，氮的去除率较低，大多数污水处理厂的实际运行中往往由于进水碳源不足或者进水的氮含量过高以及生物脱氮与除磷的矛盾等原因造成生物脱氮不稳定，处理过程受进水水质、水温、溶解氧等外界因素的影响，因此单纯的依靠生物脱氮时，一旦进水异常或者是系统自身的微生物等出现问题，整个污水处理系统就会崩溃。而对于生物系统崩溃后的恢复时间也会比较长。整体来说，生物脱氮难以确保持续稳定达到国家一级A排放标准。
目前，也有部分方案是通过化学氧化、活性炭吸附法等脱氮。但虽然有一定效果，但总体上这些处理工艺还不十分令人满意，一方面成本较高，另一方面容易造成二次污染。更主要的是，这些脱氮方法只是将污染物从一种介质转移到另一介质中，并未从根本上降解污染物，不能有效地将污染物彻底无害化。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种用于污水处理的悬浮膜板、制备方法及其应用，制得的悬浮膜板可有效降解污染物，且使用便捷。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种用于污水处理的悬浮膜板的制备方法，包括以下步骤：S1，制备铁氮共掺杂的TiO2粉末;其中，按摩尔比，TiO2：Fe：N=1：(0.00108～0.00132)：(0.252～0.308);S2，配制三羟甲基乙烷的水溶液，按照三羟甲基乙烷与所述铁氮共掺杂的TiO2粉末的质量比为0.005～0.008：1混合，用超声波机振荡混合均匀，得到二氧化钛浆料;S3，配置硅烷偶联剂的水溶液，将可悬浮的板材浸入所述硅烷偶联剂水溶液中60～120min后，取出沥干;S4，将可悬浮的板材浸入所述二氧化钛浆料，浸润10～20min后取出干燥;S5，重复步骤S4，直至板材表面的膜的厚度达到设定厚度，制得表面负载有铁氮共掺杂的TiO2膜的悬浮膜板
优选的技术方案中，
所述步骤S3之前还包括对所述板材进行磺化处理：用去离子水清洗所述板材多次后烘干，将所述板材放于水、硫酸和重铬酸钾配制的磺化液中，置于水浴锅中加热，使所述板材表面磺化，然后取出，冲洗多次，干燥。
所述步骤S1包括以下步骤：a，将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀，制得透明黄色溶液;b，将无水乙醇、硝酸、蒸馏水、含三价铁的化合物和脲充分混合，形成混合溶液;c，在搅拌情形下，将所述混合溶液滴加到所述透明黄色溶液中，得到均匀透明的溶胶，陈化后得到凝胶;d，将凝胶烘干、研磨成粉末，置于箱式电阻炉中，升温至470～530℃，在该温度下恒温煅烧1.5～2.5h，冷却至室温，制得铁氮共掺杂的TiO2粉末。
所述TiO2：Fe：N=1：0.0012：0.28。
所述步骤S5之后，还包括步骤S6，将步骤S5制得的悬浮膜板用超声波清洗，干燥。
所述可悬浮的板材的材质为塑胶。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
一种根据如上所述的制备方法制得的用于污水处理的悬浮膜板。
一种悬浮膜板的应用方法，包括以下步骤：将所述悬浮膜板置于需处理的水体中，所述悬浮膜板浮于水体表面直接利用太阳光进行光催化降解水体中的氨氮物质。
优选的技术方案中，
所述需处理的水体为污水处理系统中的二沉池中或者从二沉池中溢出的水。
还包括设置白炽灯、汞灯、卤素灯或者紫外灯，通过灯光照射所述悬浮膜板进行光催化降解。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的用于污水处理的悬浮膜板的制备方法中，通过铁氮共掺杂的TiO2粉末与三羟甲基乙烷的水溶液按一定质量比混合后制得二氧化钛浆料，然后将经过硅烷偶联剂浸润处理的悬浮板材浸入二氧化钛浆料中，从而在悬浮板材上负载上铁氮共掺杂的TiO2膜。TiO2中掺杂铁、氮，掺杂的阴阳离子产生协同作用，使得负载的TiO2膜不仅在紫外光下具有降解活性，而且可响应长波长的可见光部分，从而高效地利用自然光发挥降解活性。相配合地，悬浮膜板采用可悬浮的板材，这样使用时，悬浮膜板直接置于需处理的水体中，悬浮在水体表面，直接接收太阳光照射，发挥活性，降解污染物。使用中，不会造成二次污染。使用后，直接回收板材即可。本发明制得的用于污水处理的悬浮膜板，可高效利用太阳光辐射发挥活性，从而有效降解污染物，且使用回收都很方便。
