[发明专利]一种固定化二氧化钛悬浮载体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环保水处理填料制造工艺技术领域，具体涉及一种固定化纳米二氧化钛悬浮填料的制备方法。

背景技术

光催化反应是以TiO₂等半导体氧化物为光催化剂，在大于其禁带能量的光能照射下，激发形成光生电子和光生孔穴。污染物质在光催化剂颗粒表面产生一系列的氧化还原反应，被分解为小分子物质，并进一步被完全矿化为水和二氧化碳等无害物质。最终达到预定目标。

当前纳米二氧化钛在研究与使用过程中，主要以两种形式：一种是将粉末纳米二氧化钛直接加入溶液之中，通过一定途径使粉末与液体充分混合接触，在紫外光或可见光照下分解目标物质。这种状态下，粉末在溶液中是悬浮的，为悬浮体系。另一种是将纳米二氧化钛通过一定的固定化方法固定于某特定载体上，这种载体可以是悬浮的，也可以是固定的。这两种形式，因为粉末形式的二氧化钛与目标物质接触均匀充分，比表面积较大，因此其光降解效率较高。然而，粉末二氧化钛悬浮体系存在着粉末颗粒细小，因此存在着回收困难的弊端，不利于重复使用，多在研究实验中所用。而固定化二氧化钛于其上的载体是现阶段研究的主要方向之一，固定化TiO₂载体具有易于分离，便于重复使用的优点，具有良好的工程应用前景。

悬浮式载体是指在曝气时全反应器能够达到流化状态的载体，且在不曝气的时候能够悬浮于水面之上。将具有光催化活性的纳米TiO₂固定于悬浮式载体上具有明显的优势，这是光催化的降解步骤所决定的：辐照情况下，纳米TiO₂受激发所产生的具有强氧化性的羟基自由基只存在于纳米TiO₂颗粒表面附近，也就是载体表面附近。而污染物质也通过扩散，到达纳米TiO₂表面附近，发生了光催化降解。如果扩散速度要比表面化学反应过程小，则成为速度控制步骤。而在流化状态下，使固定有TiO₂的载体在反应体系中流化，消除了扩散的影响。故而能提高了降解效率。

近年来，国内外均有固定式二氧化钛催化剂的相关发明出现。悬浮式的有徐高田等人以粘结剂法将商品纳米二氧化钛固定于聚丙酯多面球上(CN200510025858.4)。更多的是固定式的载体，如李田等以溶胶-凝胶法在玻璃纤维网表面生成纳米二氧化钛颗粒(CN200510026139.4)。在空气净化领域，固定式载体有更广泛的应用。如Choi Sungwook等发明的将固定式二氧化钛载体用于去除异味和挥发性有机物(KR100413543B)，Rengakuji Seiichi等通过二氧化钛溶胶涂覆、高温焙烧等将TiO₂固定于载体上(US2002025428)为空气净化领域的应用代表。从相关发明的载体类型和应用领域来看，悬浮式载体采用较少，水处理领域中应用较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固定化二氧化钛悬浮载体的制备方法。

本发明提出的固定化二氧化钛悬浮载体的制备方法，其具体步骤如下：

(1)配制氟钛酸铵和硼酸的混合水溶液，然后向混合水溶液中加入结晶诱导剂，搅拌10～30分钟，过滤，得到透明的沉积反应液；其中，氟钛酸铵与硼酸的摩尔浓度比为1∶2～1∶5，结晶诱导剂采用纳米TiO₂粉末，每升氟钛酸铵和硼酸组成的混合水溶液中，纳米TiO₂粉末加入量为0.5g/L～2g/L；

(2将聚氨酯泡沫块浸没于步骤(1)所得沉积反应液中，然后将反应液置于微波辐照环境下，在500-1000W的功率下，在90℃～100℃温度下，辐照沉积时间为15分钟～40分钟；

(3)沉积完毕后，将聚氨酯泡沫块取出，洗涤，冲去泡沫表面沉积不牢固的颗粒，直至无明显TiO₂脱落为止，干燥，即得所需产品。

本发明中，步骤(1)中所述纳米TiO₂粉末的粒径为10nm～20nm之间。

本发明中，步骤(2)中所使用的聚氨酯泡沫块将预先经稀硝酸、无水乙醇、蒸馏水超声洗涤。

本发明中，步骤(3)中所述洗涤采用蒸馏水洗涤4-6次。

本发明中，步骤(3)中所述干燥为在60℃～100℃下烘干或自然风干之一种。

本发明采用微波辅助液相沉积法，将二氧化钛负载到聚氨酯泡沫表面，制作成悬浮式光催化剂载体，适用于流化床形式的光催化氧化和生物氧化的水处理装置中。