基本信息
- 项目名称：
- Al/TiO2海泡石复合水处理材料
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 人口的激增和经济的迅速发展，使污水排放量日益增加，世界尤其是中国面临着巨大的水处理任务。但目前国内大部分水处理系统体系庞大，耗资过高，达不到及时治理的目的。 基于上述问题，本研究小组制备了新型复合水处理材料，将铝离子、 二氧化钛、海泡石纤维三者有机结合，实现了絮凝、吸附、光催化降解、离子交换等水处理方法的优化整合，卫生环保、无二次污染且制作工艺简单，可行性强，适应国内外市场需求。
- 详细介绍：
- 1、制备原理： ⑴ 改性的二氧化钛在可见光下即可光催化降解水中污染成分 ⑵ 热改后的海泡石比表面积增加，孔隙率增大，吸附性能增强。 ⑶ 铝离子可絮凝水中各种水解聚合物，与海泡石复合增强了其离子交换能力。 ⑷ 将这三种水处理材料有机整合，制备具有多重水处理功能铝、二氧化钛及海泡石复合水处理材料。 2、制备方法： 在制备原理的指导下首先对海泡石和二氧化钛进行改性，之后是海泡石的铝离子固定化，再将固定化完毕的海泡石与改性完的二氧化钛混合、机械搅拌、抽滤、压膜和烘干，即可制成铝、二氧化钛及海泡石复合水处理材料。 3、发展前景和经济效益： 该复合水处理材料联合物理和化学手段，可深度处理多种污染物，且成本低廉，效果显著，为环保行业及其它行业奠定技术基础，实现水处理材料的更新换代，同时不会对水体产生二次污染，可回收利用，避免了材料的浪费。因此，该研究具有广泛的推广前景。 据理论计算，该复合水处理材料成本2.3万元/吨，一经投产，每吨污水的硫酸铝投资成本0.31元，因此，若污水日处理量为100万吨，每吨排污费0.8元，每年将盈利1.34亿元。该复合材料在实际应用中将会显示巨大的节能减排优势，为我国经济发展起到推动作用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为有效控制水体污染，力求可持续发展，针对目前国内大部分水处理系统体系庞大，耗资过高的问题，我们进行了铝、二氧化钛和海泡石复合水处理材料的研究。其创新点有： (1) 热活化后的海泡石纤维,吸附性及离子交换性提高，且为铝和二氧化钛的搭载提供固定化环境。 (2) 铝改性后的海泡石纤维吸附性和离子交换能力增强，且增加絮凝作用。 (3) 改性后的二氧化钛在可见光下即可进行光催化，同时可解决紫外线照射所需能源消耗问题。 (4) 将海泡石纤维、铝离子和二氧化钛三者化学结合，增强了对污染物的吸附、混凝、催化、降解等效果。 2、基本思路 海泡石纤维250℃加热活化2h , 在5%的 Al2(SO4)3溶液中浸泡2h，抽滤制得铝复合海泡石纤维。将原位改性的二氧化钛与铝复合海泡石纤维混合，滴加粘合剂、机械搅拌、抽滤、压模后，热压、烘干得样品。 3、技术关键 ⑴控制热改海泡石纤维的温度和时间，增大其吸附和离子交换能力。 ⑵控制铝盐的添加量，使铝离子与海泡石纤维中的镁离子充分进行离子交换，达到相对平衡。 ⑶对二氧化钛进行原位改性，控制搅拌时间，制备纳米级二氧化钛，使其在可见光下发生光催化作用。 4、主要技术指标 通过该材料处理过的水高于国家中水水质标准GB/T18920-2002
科学性、先进性
- 该新型复合水处理材料的研究科学先进： 1.热活化使海泡石的Si-OH基转变为Si-O四面体结构，扩大了晶体内部通道的横截面积, 提高了表面活性, 吸附力增强。研究表明，使铝离子进入海泡石晶格取代镁离子，提高了与重金属离子的交换能力，且铝盐的絮凝作用，能高效去除污水中悬浮颗粒物。实验表明， 铝改性海泡石对5 mg/L的高氟水的去氟率达86.5%,且与臭氧氧化技术比，不引起二次污染。 2.二氧化钛的光催化降解是新兴水处理技术。且通过对二氧化钛原位改性可克服耗能大，活性成分损失大，回收难等问题，使二氧化钛具有良好的化学稳定性，大大节约了成本。且优良的载体-海泡石具有较大的比表面积，可提高二氧化钛的利用率，将两者结合，作为光催化活性材料使用，达到高效降解污水的目的。 3.与传统水处理材料相比，将铝离子、二氧化钛、海泡石纤维三者有机结合，实现了絮凝、吸附、光催化降解、离子交换等水处理方法的优化整合，卫生环保、无二次污染且制作工艺简单，可行性强，适应国内外市场需求。
获奖情况及鉴定结果
- 该复合水处理材料在2009年河北省团省委举办的“河北省大学生课外学术科技作品竞赛”中，经过专家的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖，鉴定结果为：Al/TiO2海泡石复合水处理材料荣获河北省特等奖
作品所处阶段
- 实验室研发完毕，准备进行产业化
技术转让方式
- 协商洽谈
作品可展示的形式
- 图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：将污水倒入该污水处理装置中，使之与材料充分接触，经过吸附、离子交换、絮凝和光催化降解作用，达到净水目的。 技术特点和优势：该材料是热改铝改后的海泡石搭载改性二氧化钛复合而成。热改后海泡石吸附性能增强；具有絮凝作用的铝盐与海泡石复合使其离子交换能力增强；改性后纳米二氧化钛在可见光下即可催化；实现了二氧化钛的固体负载技术，对其实现工业化具有重要意义。 适应范围及推广前景：该材料以二氧化钛复合海泡石，铝复合海泡石研究为基础，物理化学手段联合，集多种水处理方法于一体，解决了要求处理程度各异问题，扩大了在水处理方面的应用范围。 市场分析：该材料成本低廉，原料来源广泛，可处理多种污水，效果显著，易于操作和实现，在实际推广和应用中具有较大社会经济效益。 经济效益预测：据理论计算，该材料制作成本2.3万元/吨，一经投产，主要费用为硫酸铝的投入，每吨污水硫酸铝投资成本0.31元，若污水日处理量100万吨，排污费每吨水0.8元，每年将会盈利1.34亿元，为我国经济发展起到推动作用。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外已研究海泡石改性、铝盐活化海泡石、海泡石搭载二氧化钛形成的水处理材料等相关课题。 对海泡石进行铝离子交换改性扩大了晶体中的通道且结构框架不变,比表面积增加、表面活性提高。二氧化钛通过改性并搭载于海泡石纤维上，在可见光下即可光催化降解水中的有机污染物。美国、俄罗斯、西班牙等国家在海泡石纤维的活化改性、金属离子置换、光催化降解方面进行了大量较深入的试验研究，取得了很多具有实际意义的研究成果，并初步应用于废水处理。而我国对复合海泡石纤维材料的研究起步较晚，近年来复合海泡石纤维材料已引起科研人员的重视，湖南大学、武汉大学及南昌大学等作了较多的研究工作。海泡石的Al3+改性研究促进了水处理领域的进展，改善海泡石纤维的吸附性能、比表面积等物化性能，复合海泡石纤维材料在水中污染物的处理上有了进展,并将吸附、絮凝、离子交换的水处理方法优化整合，对有毒重金属和有毒污染物又独特的处理能力，从而使水处理的效果更明显。但目前国内外市场上对海泡石初级加工产品和低附加值产品占的比例较高,造成一种隐性的资源浪费，这与我国积极倡导的节能减排不相符，因此,积极开发海泡石高附加值产品是未来几年此领域科研工作者的主要研究方向。 随着世界工业化的脚步，水污染问题日趋严重和复杂，污水中的污染物呈现多样性，因此，仅仅用类似单一或两者复合的材料已不能使处理过的水源满足国家的水质量标准。本研究小组基于当前研究程度，本着填补水处理复合剂的目的，合成制备了Al/TiO2海泡石复合水处理材料，有效的将三种水处理纤维复合材料优化结合，不仅满足了开发海泡石高附加值产品的要求，而且可对水中多种污染物起到处理作用，解决了当前世界水污染日趋复杂等问题。
