[发明专利]一种醋酸预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及牛粪的利用和重金属吸附剂的制备，特别涉及一种醋酸预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，人们生活水平不断提高，对牛肉和牛奶的需求量逐年增加，促进了养牛业的发展。然而，无论是草原、山区牧养，还是规模化养殖场的现代化养殖，牛粪便的排放均给环境带来了很大的压力，污染问题日趋凸显。牛是草食性动物，牛粪中除了水分外，还含有大量的纤维素，木质素，蛋白质，各种氨基酸、胶体物质和其它有机大分子。对于牛粪中这些宝贵的资源，传统的利用方法是发酵制作农用肥料。但是传统的堆肥发酵方法周期长，营养素利用率低，养分易流失，污染环境。近些年，已有一些关于牛粪利用新方法的发明专利公开，如：发电(201110339298.5)，造纸(200610016594.0)，制作饲料(201410527786.2，95120635.4，200710034265.3)、裂解制气(200510095448.7)、制沼气(200810235526.2)和制作活性炭(201110071341.4，201110071341.4，200610152143.X)等。但是，这些方法由于成本等原因尚未大规模应用，目前，还不能完全消耗利用养牛场排放的牛粪。开发牛粪新的应用领域也是解决牛粪问题的一条出路。

牛是反刍性动物，草料经牛的咀嚼和消化，部分营养物质被吸收，残渣和一部分营养物以粪尿的形式排泄出来。经牛的消化道的处理，牛粪中的纤维素、木质素和蛋白质等有机物的分子结构和性质都发生了变化，表现出许多优异的特性，如络合性，分散性，粘结性等，可以在溶胶凝胶合成等领域得到应用。

纳米钛酸盐，是一类稳定的高性能重金属吸附剂，目前最常用的合成方法是溶胶凝胶及由此法衍生的一些方法(张东，侯平，化学学报，2009年,67卷12期：p1336-1342；张东，王敏，谭玉玲，化学学报，2010年，16期，p1641-1648；Dong Zhang，Chun-li Zhang，Pin Zhou，Journal of Hazardous Materials，2011年，186卷2-3期，p971–977)，这些方法一般都是采用柠檬酸、油酸、醋酸和醇类试剂等为助剂，分别以钛酸四丁酯和碱土金属硝酸盐为钛和碱土金属源，通过溶胶-凝胶工艺合成得到。所用的材料和试剂价格都很高，合成的钛酸盐的成本很高，限制钛酸盐吸附剂在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的，是提供一种醋酸预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，本方法生产工艺简单，成本低，同时解决了牛粪污染的问题。

采用的技术方案是：

一种醋酸预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

(1)、取新鲜牛粪，调整含水率为84-94％，制成粪浆，按粪浆和冰醋酸质量比为1:0.3-1，将冰醋酸加入粪浆中，捣碎匀浆15-30min，密闭，在40-60℃条件下保温12-24h，得到均质醋酸改性牛粪胶，备用；

(2)、按醋酸改性牛粪胶与钛酸四丁酯质量比为1:0.25-2取钛酸四丁酯，在持续搅拌条件下，缓慢滴加入步骤(1)中得到的牛粪胶中，滴完后，继续搅拌20-40min，得到含钛牛粪胶，备用；

(3)、按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属化合物，加入到步骤(2)中制得的含钛牛粪胶中，搅拌均匀，加热至85-95℃，继续保温搅拌反应，蒸发水分，于100-110℃条件下烘干，制成钛-碱土金属-牛粪干凝胶，备用；

(4)、将步骤(3)中制备的钛-碱土金属-牛粪干凝胶于650-1000℃条件下，空气氛围中煅烧4-6h，即得。

上述步骤(1)捣碎匀浆时捣碎搅拌速度≥4000r/min。

上述步骤(3)碱土金属化合物粉体为硝酸钙、硝酸镁、硝酸钡、硝酸锶、碳酸钙、碳酸钡、碳酸锶和白云石、石灰石中的一种或几种。

上述的碱土金属化合物粉体的粒径≤25微米。

上述牛粪为奶牛养殖场排放的新鲜牛粪。

上述方法处理并利用了牛粪，利用牛粪中纤维素、木质素、蛋白质和胶体物质的特性，通过机械力破碎，利用冰醋酸对牛粪羧基化改性，进一步提高牛粪的络合和分散作用，用于溶胶-凝胶法制备纳米钛酸盐类吸附剂。

本发明的优点在于：

本发明具有制造工艺简单、操作方便，产品的化学稳定性好，对重金属的吸附能力强，由于是废物利用，合成的纳米钛酸盐合成成本低，具有较好的社会和环境效益。

附图说明