[发明专利]利用牛粪制备具有光催化功能的多孔钛酸盐吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境技术领域，涉及一种牛粪无害化利用和同时具备光催化和吸附功能的水处理材料制备的方法，具体涉及利用牛粪制备具有光催化功能的多孔钛酸盐吸附剂的方法，利用牛粪，溶胶-凝胶法制备多孔纳米钛酸盐，处理和利用牛粪的同时，得到可以同步分解有机物和吸附去除水中重金属的水处理材料。

技术背景

水的化学污染物主要有重金属和有机物两大类。重金属包括镉、铅、汞、铬、砷、锌、铜、镍等，它们毒性大，不能在环境中降解，并可在生物链中循环累积富集；有机污染物成分复杂，是以毒性、致癌性和使水体溶解氧减少而对人和生态环境系统产生影响。

对于单纯的重金属废水，采用吸附法可实现废水的达标排放，同时还能回收有用金属；对于单纯的有机废水，用生化法或光催化氧化法等处理也取得显著效果。但在实际中，重金属和有机物往往同时存在于水中，如化学镀镍、镀铜的废水含有EDTA、柠檬酸、苹果酸等有机络合剂。对于有机物和重金属混合废水，由于有机物络合作用的存在，采用吸附法去除重金属很困难；而生化法不能去除重金属，同时，重金属的毒性降低了废水的可生化性。这些方法都不能实现有机无机混合废水的同步净化。半导体光催化氧化法利用紫外光无害化分解矿化有机物，是一种非常有前途的有机废水处理方法。虽然光催化过程中产生的电子，可以还原一部分重金属。但是对重金属的处理能力很弱，而且只适用于氧化还原电位远高于光催化剂的导带点的金属价态的改变，不能彻底去除或回收重金属。

如若将重金属的吸附和光催化降解有机物结合起来，制备一种具有光催化降解有机物的重金属吸附剂，可以高效地实现同步净化水中的有机物和重金属。发明专利(苏海佳ZL 200610081112.X)公开了一种负载有二氧化钛光催化剂的壳聚糖或葡聚糖交联树脂；徐孝文等(ZL 200610040680.5)制备了一种沸石基纳米二氧化钛双功能材料；刘俊莉等(发明专利，申请号201410395773.4)将氧化锌负载于陶瓷网基底上得到光催化和重金属吸附功能的废水处理材料。这些方法虽然提供一种既可以吸附重金属离子，又可以光催化降解水中的有机污染物的双功能材料，但是这些方法都是基于负载或两种不同材料复合在一起，合成工艺复杂，制备成本高，而且存在着功能组分易脱落和流失，失去双重功能的弊端。

钛酸盐是一种用途广泛的介电陶瓷材料，具有特定结构的钛酸盐具有一定的光催化能力(冯秀丽等，化学进展，2005,17卷6期：1019-1027；郑伟，浙江大学硕士论文，2012)。发明人也曾研究发现，具有一定特殊形貌和结构的纳米钛酸盐对重金属具有很强的吸附净化能力(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；发明专利，201110169169.6)。但是，目前尚未发现和合成出同时具备光催化和吸附重金属双重功能的钛酸盐材料。另一方面，现有的制备技术中，为了获得特殊形貌和结构，合成时都要使用大量的柠檬酸、醋酸、聚乙烯醇等络合剂和分散剂以及各种模板剂或模板材料，这导致了钛酸盐合成成本都很高，限制了钛酸盐的应用。发明人也曾经采用甲基丙烯酸废水为络合剂(发明专利，201310305418.9；201310305420.6)，制备了雾凇状钛酸盐吸附剂，降低了钛酸盐的合成成本，但是该法合成出来的钛酸盐不具备光催化功能。