一種TiO2基混凝劑及其應用制造技術

本發明專利技術提供一種TiO2基混凝劑及其應用，該TiO2基混凝劑是通過如下方法獲得：將乙酰丙酮與乙醇混合均勻后，滴入四氯化鈦，為A液；將去離子水與乙醇混合成B液；將B液滴入A液中，攪拌至溶膠，然后老化至恒重，即獲得TiO2基混凝劑；該TiO2基混凝劑可應用于廢水以及藻類爆發水體的處理，沉淀污染物，混凝效果好、穩定性高，且克服了目前無機鈦鹽強酸性導致混凝出水pH值過低的缺點，有利于后續出水的處理。

【技術實現步驟摘要】
一種TiO2基混凝劑及其應用
本專利技術涉及水處理
，特別是一種TiO2基混凝劑及其應用。
技術介紹
混凝沉淀是飲用水和廢水處理技術中常用的單元操作，其中鋁鹽和鐵鹽類無機混凝劑是目前使用最為廣泛的混凝劑，但是以鋁鹽混凝劑處理后的水中存在鋁含量超標的問題，長期飲用鋁超標的水會引起老年癡呆；而鐵鹽混凝劑雖然不具有生物毒性，但如果過量投加會使處理后的水色度增加，而且水解產生的鐵離子對水處理設備存在強腐蝕性；此外，在使用鋁鹽或鐵鹽混凝劑時，均產生大量化學污泥，不恰當的污泥處理即可能帶來嚴重的二次污染，因此，新型、高效且能滿足當代水和廢水處理要求的無機混凝劑的開發成為近年來混凝的研究熱點。鈦鹽是近年來逐漸受到研究人員關注的一類一種新型水處理劑，與傳統混凝劑鐵鹽、鋁鹽相比，鈦鹽具有更強的電中和能力，所形成的絮體大而密實、沉降速度快，更有利于固液分離，提高去污效果；此外，鈦鹽對水處理設備腐蝕性小，不會引起色度問題，且鈦不具有毒性，水體中殘留的鈦對人體健康不構成威脅。同時已有研究報道TiCl4在低溫條件下，混凝效果明顯優于傳統鋁鹽和鐵鹽混凝劑，這對我國西北及東北地區冬季廢水的處理具有十分重要的現實意義；此外，相關研究報道，硫酸鈦和四氯化鈦用作混凝劑時，對有機物去除率明顯高于傳統鋁鹽和鐵鹽，且混凝后所得污泥經高溫煅燒后，可得具有廣泛應用價值的二氧化鈦光催化劑，有效解決了混凝過程中產生的大量污泥的后續處理問題，具有水質凈化和污泥回用的雙重功效。但是，四氯化鈦和硫酸鈦等鈦鹽混凝劑在使用過程中，由于本身呈強酸性且Ti4+在水解作用下會釋放出大量的H+，導致混凝后出水pH值偏低，影響出水的進一步利用；另一方面，四氯化鈦和硫酸鈦等鈦鹽在水中水解速度非常迅速，不能形成最有效的鈦羥基水解產物，影響混凝效能的發揮。通過人工控制的方法對混凝劑進行修飾，可以達到更好的混凝效果。基于鈦鹽的水解特性，目前主要采用通過制備聚合鈦鹽混凝劑或與有機高分子絮凝劑復配的方法，對鈦鹽無機混凝劑進行優化。專利CN102701387A公開了一種四氯化鈦與聚二甲基二烯丙基氯化銨無機有機復合絮凝劑，該專利技術通過無機絮凝劑和有機高分子絮凝劑的復配使用克服單一絮凝劑的不足，提高適應范圍，降低殘留金屬離子濃度，減少二次污染；專利CN103964554A公開了一種聚合硫酸鈦-聚二甲基二烯丙基氯化銨復合混凝劑，其利用硫酸鈦的水解特性，首先通過加堿預水解硫酸鈦制備出聚合硫酸鈦，再通過與有機高分子絮凝劑復配得到穩定性較高的混凝劑材料。預制聚合鈦鹽混凝劑和與有機高分子混凝劑復配的方法雖然提高了混凝效果，拓寬了混凝劑的應用范圍，但這兩種材料均需要在使用前對無機鈦鹽進行現場制備，過程繁瑣，且配制好的液體不宜長時間存放，降低了鈦鹽混凝劑在水處理使用過程中的時效性。因此，尋求鈦鹽混凝劑更高效方便的前處理方法，具有重要的意義。溶膠-凝膠法是制備二氧化鈦材料的一種常用方法，其以無機鈦鹽或鈦醇酯為原料，經水解直接形成溶膠，再進一步縮聚得到凝膠，凝膠經煅燒處理后得到二氧化鈦顆粒。在溶膠-凝膠制備過程中，通常通過加入水解抑制劑來調節水解-縮聚的速率以控制凝膠的合成。最終所得材料的性能可通過調節溶膠階段各組分的比例來實現。溶膠-凝膠法制備二氧化鈦的工藝通常以TiO2納米顆粒為終產物，用于光催化降解等領域。對于合成過程中的中間體－TiO2干凝膠的關注甚少，目前僅有將TiO2干凝膠用作吸附劑的少數報道。例如，專利ZL201210509803.3公開了一種可用作吸附劑的TiO2干凝膠材料及其制備方法與應用。該專利利用鈦酸四丁酯為鈦源，乙酰丙酮為水解抑制劑，通過調節原料的配比，利用溶膠-凝膠法合成了一種TiO2干凝膠。該干凝膠對偶氮染料具有良好的吸附性能，吸附容量可與常規的活性炭材料相媲美。需要注意的是作為吸附劑使用的TiO2干凝膠是不溶于水的。對于混凝劑而言，良好的水溶性是其發揮絮凝沉降性能的一個重要前提條件。目前尚未見有水溶性TiO2干凝膠材料的公開報道。無機鈦鹽作為混凝劑使用時存在的最突出的問題是：水解速率過快以及由此所導致的出水pH偏低。為克服這一問題，通過溶膠-凝膠法對無機鈦鹽進行改性處理，所得水溶性TiO2干凝膠的水解速率可控，具有作為混凝劑使用的潛力。目前尚未見有將TiO2基材料用作混凝劑進行水處理的報道。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提供一種TiO2基混凝劑，可廣泛應用于廢水處理領域和藻類爆發的天然水體，混凝效果好，沉淀率高，本專利技術是這樣實現的：一種TiO2基混凝劑，其特征在于，該混凝劑是通過如下方法獲得的：（a）將乙酰丙酮與乙醇按體積比1:7~166混合均勻后，滴入四氯化鈦，然后以100~300rpm的速率攪拌10min，獲得A液；所滴入四氯化鈦與乙酰丙酮的摩爾比為32~2.7:1；（b）將體積比為1:2~23的去離子水與乙醇混合成B液；（c）將B液滴入A液中，然后以100~300rpm的速率攪拌30-60min，獲得溶膠；所加入的去離子水與四氯化鈦的摩爾比為1~8:1；（d）將溶膠置于15~55℃溫度下老化至恒重，即獲得所述TiO2基混凝劑。進一步，本專利技術中，步驟c所述將B液滴入A液中是指，將B液以0.5-1.5mL/min的滴加速率逐滴滴入A液中。本專利技術所述的TiO2基混凝劑在廢水處理中的應用。進一步，本專利技術所述TiO2基混凝劑在廢水處理中的應用是指：將廢水pH值調整為4~11，將TiO2基混凝劑以20~100mg/L的投加量投入廢水中，用以沉降污染物。本專利技術所述的TiO2基混凝劑在藻類爆發水體處理中的應用。進一步，本專利技術所述的TiO2基混凝劑在藻類爆發水體處理中的應用是指：將廢水pH值調整為6~10，將TiO2基混凝劑以20~100mg/L的投加量投入藻類爆發水體中，用以沉降污染物。本專利技術中，廢水包括工業廢水和生活污水，藻類爆發水體為天然水體。本專利技術采用溶膠-凝膠法，以四氯化鈦為鈦源前驅體，乙酰丙酮作為抑制劑，通過調節各原料的配比以及凝膠的形成條件制備TiO2基混凝劑，相較于現有技術，具有以下有益效果：（1）本專利技術的TiO2基混凝劑的制備方法步驟簡單，制備過程環境友好，所獲得的TiO2基混凝劑混凝效果好、穩定性高，且室溫下該混凝劑為淡黃色顆粒，方便長時間存儲；（2）本專利技術制備的TiO2基混凝劑，克服了無機鈦鹽本身強酸性導致混凝出水pH值過低的缺點，在提高混凝效果的基礎上也提高了出水pH值，有利于后續出水處理；（3）本專利技術制備的TiO2基混凝劑，通過抑制劑的添加控制鈦鹽的水解速度，有利于混凝過程中最有效的鈦羥基水解產物的形成，從而拓寬了鈦基混凝劑的應用范圍。附圖說明圖1是實施例1中TiO2基混凝劑在不同投加量時對腐殖酸-高嶺土模擬廢水的處理效果示意圖；圖2是實施例1中不同初始pH下TiO2基混凝劑對萊茵衣藻的處理效果示意圖；圖3是實施例1中TiO2基混凝劑對銅綠微囊藻模擬廢水的處理效果示意圖；圖4是實施例1中TiO2基混凝劑對Cr(Ⅲ)模擬廢水的處理效果示意圖；圖5是實施例1中TiO2基混凝劑對AO7模擬廢水去除效果示意圖；圖6是實施例1中TiO2基混凝劑與聚合FeCl3對鉻鞣廢水混凝效果對比圖示意圖；圖7是實施例1中TiO2基混凝劑與聚合FeCl3對工業園區廢水混凝本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種TiO2基混凝劑，其特征在于，該混凝劑是通過如下方法獲得的：（a）將乙酰丙酮與乙醇按體積比1:7~166混合均勻后，滴入四氯化鈦，然后以100~300?rpm的速率攪拌10min，獲得A液；???所滴入四氯化鈦與乙酰丙酮的摩爾比為32~2.7:1；（b）將體積比為1:2~23的去離子水與乙醇混合成B液；（c）將B液滴入A液中，然后以100~300?rpm的速率攪拌30?60min，獲得溶膠；????所加入的去離子水與四氯化鈦的摩爾比為1~8:1；（d）將溶膠置于15~55℃溫度下老化至恒重，即獲得所述TiO2基混凝劑。

【技術特征摘要】
1.一種TiO2基混凝劑，其特征在于，該混凝劑是通過如下方法獲得的：（a）將乙酰丙酮與乙醇按體積比1:7~166混合均勻后，滴入四氯化鈦，然后以100~300rpm的速率攪拌10min，獲得A液；所滴入四氯化鈦與乙酰丙酮的摩爾比為32~2.7:1；（b）將體積比為1:2~23的去離子水與乙醇混合成B液；（c）將B液滴入A液中，然后以100~300rpm的速率攪拌30-60min，獲得溶膠；所加入的去離子水與四氯化鈦的摩爾比為1~8:1；所述將B液滴入A液中是指，將B液以0.5-1.5mL/min的滴加速率逐滴滴入A液；（d）將溶膠置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張淑娟，王曉萌，李明慧，宋孝杰，吳兵黨，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32