基本信息
- 項目名稱：
- Al/TiO2海泡石復合水處理材料
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 人口的激增和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使污水排放量日益增加，世界尤其是中國面臨著巨大的水處理任務。但目前國內(nèi)大部分水處理系統(tǒng)體系龐大，耗資過高，達不到及時治理的目的。 基于上述問題，本研究小組制備了新型復合水處理材料，將鋁離子、 二氧化鈦、海泡石纖維三者有機結(jié)合，實現(xiàn)了絮凝、吸附、光催化降解、離子交換等水處理方法的優(yōu)化整合，衛(wèi)生環(huán)保、無二次污染且制作工藝簡單，可行性強，適應國內(nèi)外市場需求。
- 詳細介紹：
- 1、制備原理： ⑴ 改性的二氧化鈦在可見光下即可光催化降解水中污染成分 ⑵ 熱改后的海泡石比表面積增加，孔隙率增大，吸附性能增強。 ⑶ 鋁離子可絮凝水中各種水解聚合物，與海泡石復合增強了其離子交換能力。 ⑷ 將這三種水處理材料有機整合，制備具有多重水處理功能鋁、二氧化鈦及海泡石復合水處理材料。 2、制備方法： 在制備原理的指導下首先對海泡石和二氧化鈦進行改性，之后是海泡石的鋁離子固定化，再將固定化完畢的海泡石與改性完的二氧化鈦混合、機械攪拌、抽濾、壓膜和烘干，即可制成鋁、二氧化鈦及海泡石復合水處理材料。 3、發(fā)展前景和經(jīng)濟效益： 該復合水處理材料聯(lián)合物理和化學手段，可深度處理多種污染物，且成本低廉，效果顯著，為環(huán)保行業(yè)及其它行業(yè)奠定技術基礎，實現(xiàn)水處理材料的更新?lián)Q代，同時不會對水體產(chǎn)生二次污染，可回收利用，避免了材料的浪費。因此，該研究具有廣泛的推廣前景。 據(jù)理論計算，該復合水處理材料成本2.3萬元/噸，一經(jīng)投產(chǎn)，每噸污水的硫酸鋁投資成本0.31元，因此，若污水日處理量為100萬噸，每噸排污費0.8元，每年將盈利1.34億元。該復合材料在實際應用中將會顯示巨大的節(jié)能減排優(yōu)勢，為我國經(jīng)濟發(fā)展起到推動作用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 為有效控制水體污染，力求可持續(xù)發(fā)展，針對目前國內(nèi)大部分水處理系統(tǒng)體系龐大，耗資過高的問題，我們進行了鋁、二氧化鈦和海泡石復合水處理材料的研究。其創(chuàng)新點有： (1) 熱活化后的海泡石纖維,吸附性及離子交換性提高，且為鋁和二氧化鈦的搭載提供固定化環(huán)境。 (2) 鋁改性后的海泡石纖維吸附性和離子交換能力增強，且增加絮凝作用。 (3) 改性后的二氧化鈦在可見光下即可進行光催化，同時可解決紫外線照射所需能源消耗問題。 (4) 將海泡石纖維、鋁離子和二氧化鈦三者化學結(jié)合，增強了對污染物的吸附、混凝、催化、降解等效果。 2、基本思路 海泡石纖維250℃加熱活化2h , 在5%的 Al2(SO4)3溶液中浸泡2h，抽濾制得鋁復合海泡石纖維。將原位改性的二氧化鈦與鋁復合海泡石纖維混合，滴加粘合劑、機械攪拌、抽濾、壓模后，熱壓、烘干得樣品。 3、技術關鍵 ⑴控制熱改海泡石纖維的溫度和時間，增大其吸附和離子交換能力。 ⑵控制鋁鹽的添加量，使鋁離子與海泡石纖維中的鎂離子充分進行離子交換，達到相對平衡。 ⑶對二氧化鈦進行原位改性，控制攪拌時間，制備納米級二氧化鈦，使其在可見光下發(fā)生光催化作用。 4、主要技術指標 通過該材料處理過的水高于國家中水水質(zhì)標準GB/T18920-2002
科學性、先進性
- 該新型復合水處理材料的研究科學先進： 1.熱活化使海泡石的Si-OH基轉(zhuǎn)變?yōu)镾i-O四面體結(jié)構，擴大了晶體內(nèi)部通道的橫截面積, 提高了表面活性, 吸附力增強。研究表明，使鋁離子進入海泡石晶格取代鎂離子，提高了與重金屬離子的交換能力，且鋁鹽的絮凝作用，能高效去除污水中懸浮顆粒物。實驗表明， 鋁改性海泡石對5 mg/L的高氟水的去氟率達86.5%,且與臭氧氧化技術比，不引起二次污染。 2.二氧化鈦的光催化降解是新興水處理技術。且通過對二氧化鈦原位改性可克服耗能大，活性成分損失大，回收難等問題，使二氧化鈦具有良好的化學穩(wěn)定性，大大節(jié)約了成本。且優(yōu)良的載體-海泡石具有較大的比表面積，可提高二氧化鈦的利用率，將兩者結(jié)合，作為光催化活性材料使用，達到高效降解污水的目的。 3.與傳統(tǒng)水處理材料相比，將鋁離子、二氧化鈦、海泡石纖維三者有機結(jié)合，實現(xiàn)了絮凝、吸附、光催化降解、離子交換等水處理方法的優(yōu)化整合，衛(wèi)生環(huán)保、無二次污染且制作工藝簡單，可行性強，適應國內(nèi)外市場需求。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該復合水處理材料在2009年河北省團省委舉辦的“河北省大學生課外學術科技作品競賽”中，經(jīng)過專家的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎，鑒定結(jié)果為：Al/TiO2海泡石復合水處理材料榮獲河北省特等獎
作品所處階段
- 實驗室研發(fā)完畢，準備進行產(chǎn)業(yè)化
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)商洽談
作品可展示的形式
- 圖片、樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：將污水倒入該污水處理裝置中，使之與材料充分接觸，經(jīng)過吸附、離子交換、絮凝和光催化降解作用，達到凈水目的。 技術特點和優(yōu)勢：該材料是熱改鋁改后的海泡石搭載改性二氧化鈦復合而成。熱改后海泡石吸附性能增強；具有絮凝作用的鋁鹽與海泡石復合使其離子交換能力增強；改性后納米二氧化鈦在可見光下即可催化；實現(xiàn)了二氧化鈦的固體負載技術，對其實現(xiàn)工業(yè)化具有重要意義。 適應范圍及推廣前景：該材料以二氧化鈦復合海泡石，鋁復合海泡石研究為基礎，物理化學手段聯(lián)合，集多種水處理方法于一體，解決了要求處理程度各異問題，擴大了在水處理方面的應用范圍。 市場分析：該材料成本低廉，原料來源廣泛，可處理多種污水，效果顯著，易于操作和實現(xiàn)，在實際推廣和應用中具有較大社會經(jīng)濟效益。 經(jīng)濟效益預測：據(jù)理論計算，該材料制作成本2.3萬元/噸，一經(jīng)投產(chǎn)，主要費用為硫酸鋁的投入，每噸污水硫酸鋁投資成本0.31元，若污水日處理量100萬噸，排污費每噸水0.8元，每年將會盈利1.34億元，為我國經(jīng)濟發(fā)展起到推動作用。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外已研究海泡石改性、鋁鹽活化海泡石、海泡石搭載二氧化鈦形成的水處理材料等相關課題。 對海泡石進行鋁離子交換改性擴大了晶體中的通道且結(jié)構框架不變,比表面積增加、表面活性提高。二氧化鈦通過改性并搭載于海泡石纖維上，在可見光下即可光催化降解水中的有機污染物。美國、俄羅斯、西班牙等國家在海泡石纖維的活化改性、金屬離子置換、光催化降解方面進行了大量較深入的試驗研究，取得了很多具有實際意義的研究成果，并初步應用于廢水處理。而我國對復合海泡石纖維材料的研究起步較晚，近年來復合海泡石纖維材料已引起科研人員的重視，湖南大學、武漢大學及南昌大學等作了較多的研究工作。海泡石的Al3+改性研究促進了水處理領域的進展，改善海泡石纖維的吸附性能、比表面積等物化性能，復合海泡石纖維材料在水中污染物的處理上有了進展,并將吸附、絮凝、離子交換的水處理方法優(yōu)化整合，對有毒重金屬和有毒污染物又獨特的處理能力，從而使水處理的效果更明顯。但目前國內(nèi)外市場上對海泡石初級加工產(chǎn)品和低附加值產(chǎn)品占的比例較高,造成一種隱性的資源浪費，這與我國積極倡導的節(jié)能減排不相符，因此,積極開發(fā)海泡石高附加值產(chǎn)品是未來幾年此領域科研工作者的主要研究方向。 隨著世界工業(yè)化的腳步，水污染問題日趨嚴重和復雜，污水中的污染物呈現(xiàn)多樣性，因此，僅僅用類似單一或兩者復合的材料已不能使處理過的水源滿足國家的水質(zhì)量標準。本研究小組基于當前研究程度，本著填補水處理復合劑的目的，合成制備了Al/TiO2海泡石復合水處理材料，有效的將三種水處理纖維復合材料優(yōu)化結(jié)合，不僅滿足了開發(fā)海泡石高附加值產(chǎn)品的要求，而且可對水中多種污染物起到處理作用，解決了當前世界水污染日趨復雜等問題。
