申请日2018.03.29
公开(公告)日2018.09.04
IPC分类号B01J20/04; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/16
摘要
本发明提供了一种Na4Ti5O12的制备方法及其在污水脱铵中的应用方法。该方法包括：称取一定质量的纳米级TiO2与Na2CO3置于行星式研磨机中研磨设定时间，得到反应前的原料混合物;将原料混合物放在坩埚中，再置于马弗炉中500‑800℃温度下焙烧设定时间，焙烧过程采用氮气进行气氛保护，得到反应后的混合粉体;将自然降温后的混合粉体取出，用去离子水清洗，剩下的固体不溶物即为钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12。将Na4Ti5O12置于含铵离子的水体中时，水体中的NH4+与Na4Ti5O12中的Na+进行交换，得到(NH4)4Ti5O12，降低水体中氨氮的浓度。本发明制备的脱铵材料适用于低浓度氨氮废水的处理，经过脱铵材料处理后的产水氨氮浓度<1ppm，达到地表Ⅲ类水的氨氮浓度要求，有利于提高脱铵材料的吸附位点的有效利用率。
权利要求书
1.一种钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12的制备方法，其特征在于，包括：
称取一定质量的纳米级TiO2与Na2CO3置于行星式研磨机中研磨第一设定时间，得到反应前的原料混合物;
将所述原料混合物放在坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中500-800℃温度下焙烧第二设定时间，焙烧过程采用氮气进行气氛保护，得到反应后的混合粉体;
将自然降温后的混合粉体取出，用去离子水清洗，剩下的固体不溶物即为钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TiO2与Na2CO3的重量比例为TiO2:Na2CO3=5:1～5:5。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一设定时间为1-4h，所述第二设定时间为5-10h。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12通过钛原子及氧原子形成负电性骨架，以正电性的钠离子或铵离子作为所述负电性骨架的中和电荷，形成具有开放性骨架和通道的晶体结构。
5.一种权利要求1至4任一项所述的方法制备的钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12在污水脱铵中的应用方法，其特征在于，包括：
将所述钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12置于含铵离子的水体中时，水体中的NH4+与所述钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12中的Na+进行交换，得到(NH4)4Ti5O12，降低水体中氨氮的浓度;
当对所述(NH4)4Ti5O12进行再生处理时，把所述(NH4)4Ti5O12置于指定浓度范围的Na+的盐溶液中，利用所述Na+的盐溶液中钠离子把所述(NH4)4Ti5O12的NH4+交换下来，得到Na4Ti5O12。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述指定浓度范围为1～5mol/L。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Na+的盐溶液为氯化钠溶液、硫酸钠溶液、硝酸钠溶液、碳酸钠溶液中的一种。
说明书
Na4Ti5O12的制备方法及其在污水脱铵中的应用方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种Na4Ti5O12的制备方法及其在污水脱铵中的应用方法。
背景技术
在污水处理过程中，传统的氨氮的处理工艺尚存在缺陷，氨氮的存在对于污水的处理与排放是一个比较棘手的难题。地表水排放标准中对氨氮的含量具有严格的标准，按照国家地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的规定，地表Ⅲ类水的氨氮(以N计)浓度为≤1ppm，针对如此高的水质要求，污水处理方法受到限制。
目前，能够满足产水氨氮(以N计)浓度为≤1ppm的污水处理方法有离子交换法、折点加氯法和生物法及膜吸收法。其中，生物法及膜吸收法虽然能够勉强达到要求，但是其停留时间长、占地面积大，难以完成处理量大的工程。折点加氯发与膜吸收法处理费用普遍较高，不适用于低浓度氨氮的去除。离子交换法能够有效避免生化法存在的问题，其吸附速率快，处理量大，产水氨氮浓度低，能够满足市政污水的处理要求，是未来处理低浓度氨氮的高效技术。
目前，用于水体脱铵的材料有沸石、改性分子筛、改性阳离子交换树脂等，但是这些现有的用于水体脱铵的材料存在选择性差、吸附容量低、循环性差的缺点。因此，急需提供一种选择性好、吸附容量高、循环性好的针对低浓度氨氮废水处理的脱铵材料。
发明内容
本发明的实施例提供了一种Na4Ti5O12的制备方法及其在污水 脱铵中的应用方法，以克服现有技术的缺点。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12的制备方法，包括：
称取一定质量的纳米级TiO2与Na2CO3置于行星式研磨机中研磨第一设定时间，得到反应前的原料混合物;
将所述原料混合物放在坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中500-800℃温度下焙烧第二设定时间，焙烧过程采用氮气进行气氛保护，得到反应后的混合粉体;
将自然降温后的混合粉体取出，用去离子水清洗，剩下的固体不溶物即为钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12。
进一步地，所述TiO2与Na2CO3的重量比例为TiO2:Na2CO3=5:1～5:5。
进一步地，所述第一设定时间为1-4h，所述第二设定时间为5-10h。
进一步地，所述钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12通过钛原子及氧原子形成负电性骨架，以正电性的钠离子或铵离子作为所述负电性骨架的中和电荷，形成具有开放性骨架和通道的晶体结构。
根据本发明的另一个方面，提供了一种所述方法制备的钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12在污水脱铵中的应用方法，包括：
将所述钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12置于含铵离子的水体中时，水体中的NH4+与所述钛酸盐类脱铵材料Na4Ti5O12中的Na+进行交换，得到(NH4)4Ti5O12，降低水体中氨氮的浓度;
当对所述(NH4)4Ti5O12进行再生处理时，把所述(NH4)4Ti5O12置于指定浓度范围的Na+的盐溶液中，利用所述Na+的盐溶液中钠离子把所述(NH4)4Ti5O12的NH4+交换下来，得到Na4Ti5O12。
进一步地，所述指定浓度范围为1～5mol/L。
进一步地，所述Na+的盐溶液为氯化钠溶液、硫酸钠溶液、硝酸钠溶液、碳酸钠溶液中的一种。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例制备的脱铵材料适用于低浓度氨氮废水的处理，经过脱铵材料处理后的产水氨氮浓度<1ppm，达到地表Ⅲ类水的氨氮浓度要求。本发明制备的脱铵材料在多种阳离子共存的实际水体中，对铵离子具有极高的选择性，该脱铵材料基本不吸附钙离子、镁离子、钾离子及钠离子，解决了市售脱铵材料的选择性低的问题，有利于提高脱铵材料的吸附位点的有效利用率。本发明制备的脱铵材料对氨氮的理论饱和吸附容量约为110mg/g，远高于市售的沸石、改性分子筛、改性阳离子交换树脂等脱铵材料，从合成上解决了脱铵材料的低吸附容量的问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
