城市污泥-二氧化钛复合材料制备研究

1、城市污泥二氧化钛复合材料制备研究试验研究中国资源综合利用Chi naResourcesComprehe nsiveUtilizatio nVOI.29,No.82011年8月城市污泥一二氧化钛复合材料制备研究黄明强，张宇，吴骥，程诚,吴婷桦，蒋小娇,王小铎(厦门大学嘉庚学院环境科学与工程系，福建漳州363105)摘要:为使城市生活污泥得以无害化，资源化综合利用，以过50目城市 污泥作为栽体，钛酸四正丁酯为钛源，采用溶胶一凝胶法制备城市污泥二氧化钛复合材料，并就其对甲基橙的光降解催化作用进行了研究实验结果表明污泥与钛酸四正丁酯质量比为1:5所制备的城市污泥二氧化钛复合材料经过500CM烧1小时后

2、，对甲基橙具有较好的光催化降解作用，可在印染 废水中推广使用.关键词:城市污泥；二氧化钛;复合材料;光催化降解中图分类号：X703 文献标识码:A 文章编号:1008 9500(2011)08- 0040 03Study on thePreparatio no fSewageSludge-TiO2CompositeHuangMin gqia ng,Zha ngYu, Wu,Che ngChe ng,WuT in ghua,Jia ngXiaojiao, Wan gXiaoduo(Departme ntofE nvir onmen talScie ncea ndEngin eeri ng,Ta

3、nKahKeeCollege,Xiame nUn iversity,Zha ngzhou363105,Chi na)Abstract:Toe nhan cetheutilizatio no fdetoxifiedcitysewagesludge,sewageslu dge-TiOzcompositeswerepreparedbysolgeltech niqueswithtetrabutyti nan ateasthetita niumsource,a nd 50meshsewagesludgeasthesupport.A ndthephotocatalyticdegradati on proc

4、essesofmethyl-ora ngewit hsewagesludge-TiO2compositeswerestudied.Theexperime ntalresultsi ndicatedthatthesewagesludgeTiO2 compositewhichwaspreparedwithmassratioofsewagesludgea ndtetrabutyti nan atewas1:5,si nteredat500o Cforlhourhavethebetterphotocatalyticability in themethyl oran gedegradati on,can

5、 beusedi nprintin gan ddye in gwastewater.Keywords:sewagesludge;TiO2;composite;photocatalyticdegradatio n 随着我国城市化进程的加快，城市人口的增关注，已成为一种具有广阔 发展前景的废水处理技加，城市生活污水排放量日益增多，污泥的产出量术具有多相光催化 性能的半导体光催化剂包括等其中TiO:由于本身无些微生物及其死亡后的残留物，其中大约含有60毒，化学性质稳定等 特点而受到广泛关注E7-8.然70%的粗蛋白质，25%左右的碳水化合物，而无机而，纳米TiO.在使用过 程中呈现失活，团聚，回收困

6、灰分仅占5%左右，有机组分含有大量离子化的官难等缺陷，需要将其 负载到载体上以增强实用性活能团如羧基，磷酰基,羟基，氨基和巯基,这些集团性炭，黏土，硅胶，玻璃 珠负载TiO:的研究已有报具有吸附活性 .利用城市污泥制造的吸附剂，用道.而城市污泥由絮 体颗粒构成，絮体颗粒不规于印染废水和重金属废水的处理，是污泥材料化资则，粒径分布范围宽 表面积大，絮体呈网状机构，源利用的主要研究热点.但单一使用城市污泥是良好的载体，但是以城市污泥为载体负载TiO作为吸附剂，其吸附性能和效果具有一定的局限的研究鲜见报道.因此本文以漳州开发区污水处理性而且城市污泥吸附污染物并没有将污染物破坏厂的城市污泥和钛酸四正丁

7、酯为原料采用凝胶法以解除毒素，这使得活性污泥的吸附能力随着使用制备城市污泥一TiO复合材料，并考察复合材料对时间的延长而逐渐降低，并不可避免的产生了二次甲基橙的光降解性 能.此，开发多功能型城市污泥复合材料具有1材料与方法皇妥恧义.近年来，在废水处理过程中，光催化技术倍受1.1城市污泥一 TiO复合 材料的制备收稿日期：2011-0423基金项目：”水专项”课题”城市污水处理厂污泥减量化，无害化与综合利用关键技术研究与工程示范”项目(2009ZX07317003).作者简介：黄明强(1980 一)，男，福建漳州人，副教授,博士，研究方向:污水 处理与资源化利用.40-第8期黄明强等：城市污泥一

8、二氧化钛复合材料制备研究.试验研究 城市污泥采自福建漳州开发区污水处理厂剩余污泥，在120qc烘箱内烘干并研磨成粉末，经过充分筛分，取过50目的污泥粉末作为制备原料.采用溶胶凝胶法制备城市污泥一 TiO复合材料移取35mL无水乙醇于锥形瓶中，再加入20g钛酸四正丁酯和5mL冰醋酸，搅拌20min.加入一定量的活性污泥再搅拌40min得到溶液A.量取20mL无水乙醇和2mL蒸馏水混合，用0.06mol/L的HNO,溶液调节其pH值为1.80,得到溶液B.再 继续搅拌，于20 30min内往溶液A滴加完溶液B,并继续搅拌直至成为凝胶，然后在120C烘箱内 烘干4h;转移到坩埚中并在一定温度下进行煅

9、 烧;冷却后取出，用蒸馏水洗涤，抽滤，烘干，得到城 市污泥一 TiO复合材料.1.2复合材料光催化降解甲基橙研究取一定量的复合材料添加到 100mL12.5mg/L 的甲基橙溶液中，取样，在甲基橙最大吸收波长 464nm处测得其吸光度.在磁力搅拌下紫外光照 射一定时间后取样离心分离，取上清液并测定残存 甲基橙吸光度.根据光照前后的吸光度的变化，计 算复合材料的去除率：D=(A0 一 A),A0 X00%(1)式中:D为去除率,A.和A分别为甲基橙的初始吸 光度和光降解后的吸光度.2结果与讨论2.1煅烧温度对降解甲基橙的影响用4g城市污泥,20g钛酸四正丁酯形成凝胶, 在不同温度下煅烧lh制备得

10、到复合材料.准确称 取复合材料各0.1g,分别添加到100mL12.5mg/L 甲基橙溶液中.在磁力搅拌下，紫外光催化降解60 min后，取样，离心分离，取上清液并测定残存甲基 橙吸光浓度，结果如图1所示随着复合材料煅烧 温度的升高，其光催化甲基橙的降解率是先增后 降其中，在500C煅烧，可使甲基橙的降解率达到 最高，在600C以上煅烧则没有光催化降解能力. 这是因为随着温度的升高，TiO:由无定型逐步转变 为催化活性较高的锐钛矿型，光催化活性因之显着 增加，并在500 C时达到最佳；温度继续升高时， TiO则开始向活性较低的金红石型转化同时， TiO晶粒的增大也导致粒子的量子尺寸效应减弱 直

11、至消失因此最佳的煅烧温度为500cc8060斟40逝20O3004005006007008()】温度C)图1复合材料煅烧温度对甲基橙降解率的影响2.2煅烧时间对降解甲基橙的影响用4g城市污泥,20g钛酸四正丁酯形成凝胶, 在煅烧500C条件下，不同煅烧时间制备得到复合 材料.准确称取复合材料各0.1g.在磁力搅拌下.紫外光催化降解100ml12.5mg/L甲基橙溶液60 min,降解率如图2所示随着复合材料煅烧时间的 延长,其光催化甲基橙的降解率先增后降，最终趋 于稳定其中，经过1h的煅烧，可使甲基橙的降解 率达到最高，经过2h煅烧后降解率基本不变.这 是因为随着煅烧时问的延长,TiO由无定型

12、逐步转 变为催化活性较高的锐钛矿型，光催化活性逐渐增 强，并在1h后达到最佳；延长煅烧时间，会使部分 锐钛矿型TiO:向金红石型转化，降解率有所下降， 煅烧2h后复合材料已基本形成再延长煅烧时间 对降解率影响不大，煅烧时间应控制为1h.邀0.00.51.01.52.02.53.0时间(h)图2复合材料煅烧时间对甲基橙降解率的影响2-3污泥用量对降解甲基橙的影响41舳加 测加试验研究中国资源综合利用第8期用不同城市污泥用量，20g钛酸四正丁酯形成 凝胶，在500C煅烧1h制备得到准确称取复合材 料各O.1g分别添加到100mL12.5mg/L甲基橙溶 液中在磁力搅拌下，紫外光催化降解60min后

13、， 取样，离心分离.取上清液并测定残存甲基橙吸光 浓度，结果如图3所示城市污泥用量在4g以内 光降解率变化不大，城市污泥用量为10g时，光降 解率骤减到14%这是因为随着城市污泥用量的逐 渐增加，负载在上面的TiO:逐渐减少，光降解率逐 渐下降因此城市污泥的使用量以4g为宜.807060斜50醛世40U2468I0污泥(g)图3复合材料污泥用量对甲基橙降解率的影响2.4钛酸四正丁酯用量对降解甲基橙的影响 用城市污泥4g,不同用量钛酸四正丁酯形成 凝胶，在500oC煅烧lh制备得到复合材料准确称 取复合材料各0.lg,在磁力搅拌下，紫外光催化降 解100mL12.5me4L甲基橙溶液60rain

14、.降解率见 图4所示.随着钛酸四正丁酯用量的增加，其光催80706050堪遨4030200102030405060钛酸四正丁酯(g)图4钛酸四正丁酯用量对甲基橙降解率的影响42-化甲基橙的降解率先增后降其中，钛酸四正丁酯 的使用量为2Og时,可使甲基橙的降解率达到最 高这是因为随着钛酸四正丁酯用量的增加，TiO 在城市污泥表面的负载量逐渐增多，光催化活性逐 渐增强，但当TiO量过多时，会有较多的无定形 TiO 一起形成凝胶，这些无定形TiO在煅烧过程 中不能形成锐钛矿型，导致降解率下降钛酸四正 丁酯的使用量越大，降解率下降得越快因此，钛酸 四正丁酯用量应控制为20g.3结论采用溶胶凝胶法制备的

15、城市污泥二氧化钛复 合材料，城市污泥和钛酸四正丁酯质量比为1:5.经过500oC煅烧1h得到的复合材料具有较好的光催 化甲基橙降解活性.这为城市污泥资源化处理提供 了一条新的途径.并具有较高的社会效益和环境效、人益.参考文献J1.环境1钱春军.城市污泥固化处理工程技术研发与应用 卫生工程.2010.18(6):5561.2王怡,刘潘，彭党聪剩余污泥的超声处理及资源化利 用研究J.中国给水排水,2010,26(12):20-23.sludmpact on thequalityofa nalluvialagriculturalsoilJ.Chemosphere.2010,81(11):l53旷 1543.4孙文田，谢忠雷，赵晓波.剩余污泥的吸附特性及其在污水处理中的应用J.环境保护，2008,402(8B):7073.5陈春云，王鹏，庄源益.剩余污泥吸附剂的制备及其吸附性能研究J.环境科学与技术，2006,29(8):88 90.6曾景海，杨建州，齐鸿雁，等.预处理后的活性污泥对锌吸附的研究J.环境工程,200