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基本信息

項目名稱：
Al/TiO2海泡石復(fù)合水處理材料
小類：
能源化工
簡介：
人口的激增和經(jīng)濟(jì)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(wù)。但目前國內(nèi)大部分水處理系統(tǒng)體系龐大，耗資過高，達(dá)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(fù)合水處理材料，將鋁離子、 二氧化鈦、海泡石纖維三者有機(jī)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(qiáng)，適應(yīng)國內(nèi)外市場需求。
詳細(xì)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(qiáng)。 ⑶ 鋁離子可絮凝水中各種水解聚合物，與海泡石復(fù)合增強(qiáng)了其離子交換能力。 ⑷ 將這三種水處理材料有機(jī)整合，制備具有多重水處理功能鋁、二氧化鈦及海泡石復(fù)合水處理材料。 2、制備方法： 在制備原理的指導(dǎo)下首先對海泡石和二氧化鈦進(jìn)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(jī)械攪拌、抽濾、壓膜和烘干，即可制成鋁、二氧化鈦及海泡石復(fù)合水處理材料。 3、發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益： 該復(fù)合水處理材料聯(lián)合物理和化學(xué)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(shù)基礎(chǔ)，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(fèi)。因此，該研究具有廣泛的推廣前景。 據(jù)理論計算，該復(fù)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(fèi)0.8元，每年將盈利1.34億元。該復(fù)合材料在實際應(yīng)用中將會顯示巨大的節(jié)能減排優(yōu)勢，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到推動作用。

作品圖片

  • Al/TiO2海泡石復(fù)合水處理材料
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作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

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(jìn)行了鋁、二氧化鈦和海泡石復(fù)合水處理材料的研究。其創(chuàng)新點(diǎn)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(qiáng)，且增加絮凝作用。 (3) 改性后的二氧化鈦在可見光下即可進(jìn)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(xué)結(jié)合，增強(qiáng)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(fù)合海泡石纖維。將原位改性的二氧化鈦與鋁復(fù)合海泡石纖維混合，滴加粘合劑、機(jī)械攪拌、抽濾、壓模后，熱壓、烘干得樣品。 3、技術(shù)關(guān)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(jìn)行離子交換，達(dá)到相對平衡。 ⑶對二氧化鈦進(jìn)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(shù)指標(biāo) 通過該材料處理過的水高于國家中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18920-2002

科學(xué)性、先進(jìn)性

該新型復(fù)合水處理材料的研究科學(xué)先進(jìn)： 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(gòu)，擴(kuò)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(qiáng)。研究表明，使鋁離子進(jìn)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(dá)86.5%,且與臭氧氧化技術(shù)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(shù)。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(xué)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(dá)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(jī)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(qiáng)，適應(yīng)國內(nèi)外市場需求。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

該復(fù)合水處理材料在2009年河北省團(tuán)省委舉辦的“河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)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(fù)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(zhǔn)備進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化

技術(shù)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(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(dá)到凈水目的。 技術(shù)特點(diǎn)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(fù)合而成。熱改后海泡石吸附性能增強(qiáng)；具有絮凝作用的鋁鹽與海泡石復(fù)合使其離子交換能力增強(qiáng)；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(fù)載技術(shù)，對其實現(xiàn)工業(yè)化具有重要意義。 適應(yīng)范圍及推廣前景：該材料以二氧化鈦復(fù)合海泡石，鋁復(fù)合海泡石研究為基礎(chǔ)，物理化學(xué)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(kuò)大了在水處理方面的應(yīng)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(yīng)用中具有較大社會經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(fèi)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(fèi)每噸水0.8元，每年將會盈利1.34億元，為我國經(jīng)濟(jì)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(guān)課題。 對海泡石進(jìn)行鋁離子交換改性擴(kuò)大了晶體中的通道且結(jié)構(gòu)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(jī)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(jìn)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(yīng)用于廢水處理。而我國對復(fù)合海泡石纖維材料的研究起步較晚，近年來復(fù)合海泡石纖維材料已引起科研人員的重視，湖南大學(xué)、武漢大學(xué)及南昌大學(xué)等作了較多的研究工作。海泡石的Al3+改性研究促進(jìn)了水處理領(lǐng)域的進(jìn)展，改善海泡石纖維的吸附性能、比表面積等物化性能，復(fù)合海泡石纖維材料在水中污染物的處理上有了進(jìn)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(dú)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(fèi)，這與我國積極倡導(dǎo)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(lǐng)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(yán)重和復(fù)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(fù)合的材料已不能使處理過的水源滿足國家的水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。本研究小組基于當(dāng)前研究程度，本著填補(bǔ)水處理復(fù)合劑的目的，合成制備了Al/TiO2海泡石復(fù)合水處理材料，有效的將三種水處理纖維復(fù)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(dāng)前世界水污染日趨復(fù)雜等問題。
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