[发明专利]一种基于表面定向生长纳米棒的分等级二氧化钛微球填料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于表面定向生长纳米棒的分等级二氧化钛微球填料的制备方法，属于 水处理填料制造技术领域。

背景技术

生物膜法是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，与活性污泥法相比，在生 物膜法中，微生物固着在载体表面，生物相对更为丰富、稳定，对污水水质、水量的变化有 较强的适应性，产生的剩余污泥少，管理方便。在生物膜法中，水处理填料是污水处理的核 心部分，填料性能的优劣直接影响到污水处理效果、投资成本及运作费用。传统的水处理填 料仅仅依靠固着于载体表面的微生物对污水进行生物降解，降解速率慢，占地面积大。

二氧化钛光催化反应迅速，可以无选择地矿化几乎所有有机污染物，且无二次污染，稳 定性高，近年来在难降解污染物的处理方面备受关注。有报道称，将二氧化钛负载于填料表 面可制备出光催化填料，该填料在生物降解污染物的基础上，亦表现出光催化降解污染物性 能，这一方面提高了污水的处理效率，且增强了生物膜法对难降解污染物的处理能力。然而， 光催化填料制备过程中，二氧化钛基材不可避免地发生了粘连团聚，与污染物有效接触面积 不足，因此光催化活性不高。

中国专利文件CN104843786A公开了一种基于表面定向生长纳米棒的分等级二氧化钛微 球及其制备方法。该微球是由一簇拥有共同核心的一维纳米棒沿核心向外均匀辐射生长组成 的三维微米球，制备工艺主要是通过在间苯二酚-甲醛的缩聚反应过程中添加钛前驱体，后经 溶胶凝胶过程制备有机凝胶，再经高温炭化制得具有分等级结构的二氧化钛纳米棒微球。制 备的二氧化钛纳米棒微球拥有良好的吸附及光催化降解污染物性能，且用后与水分离简便， 易于实现光催化材料的回收再利用。然而，在该制备工艺中，二氧化钛纳米棒微球制备需经 过高温煅烧阶段，能量消耗大，制备成本高。且该二氧化钛纳米棒微球负载在填料的过程中， 二氧化钛纳米棒微球分散性较差，易团聚，严重影响光催化填料的污染物去除能力。另外， 二氧化钛纳米棒微球在填料中的附着力差，使用一两次后便从填料中脱落，导致填料循环利 用性能差，造成二氧化钛纳米棒微球的浪费，影响污水处理的工业化作业。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于表面定向生长纳米棒的分等级二氧化钛微球 填料的制备方法，该二氧化钛微球填料不仅在生物降解污染物的基础上，具有优良的光催化 降解污染物能力，且有效成分二氧化钛微球不易团聚，不容易从填料中脱落，可多次循环利 用，有利于污水处理的工业化作业，该二氧化钛微球填料制备工艺简单，适合大规模生产。

术语说明：

Pluronic：是聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)三嵌段聚合物的商品名(中 文名称：普兰尼克)，化学名为：Poloxamer(泊洛沙姆)，是一类重要的两亲性表面活性剂。 主要有两种型号的产品，分别为F127和P123。

本发明的技术方案如下：

一种基于表面定向生长纳米棒的分等级二氧化钛微球填料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将Pluronic溶解于水中，制得Pluronic质量浓度为0.1％-1％的溶液A；

(2)将间苯二酚与甲醛溶液按摩尔比例为1:1-1:8溶解于水中，控制水量，使间苯二酚 质量浓度为1.5％-15％，得溶液B；

(3)将溶液A和溶液B混合，得溶液C；搅拌条件下，向溶液C中逐滴加入三氯化钛 溶液，控制三氯化钛与间苯二酚摩尔比例为1:1-1:8，继续搅拌20-40min，得溶液D；

(4)将清洗后的空白载体在溶液D中浸泡10-30min，之后将溶液D连同载体一并于 120-180℃进行水热反应20-48h；

(5)反应完毕后，将所得载体用去离子水清洗，干燥后即得基于表面定向生长纳米棒的 分等级二氧化钛微球填料。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的Pluronic为PluronicF127或PluronicP123；

优选的，溶液A中Pluronic质量浓度为0.5％-0.8％。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的甲醛溶液的质量浓度为5-35％；

优选的，溶液B中间苯二酚质量浓度为5％-10％。

根据本发明，优选的，步骤(3)中所述的三氯化钛溶液中含有3wt％的盐酸；

优选的，三氯化钛溶液的浓度为0.05-1.5mol/L；