具有光催化和吸附負(fù)離子功能的復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水廢氣處理的環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種具有光催化和吸附負(fù)離子功 能的復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光催化半導(dǎo)體技術(shù)自1967年在日本被發(fā)現(xiàn)以來，世界各國眾多科研機(jī)構(gòu)都進(jìn)行 了大量的研發(fā)，除作為居室內(nèi)空氣凈化之用，在工業(yè)廢水處理中始終沒能大規(guī)模推廣，究其 原因是光催化材料的技術(shù)特點：1.光催化降解反應(yīng)只在界面發(fā)生；2.光催化對降解對象沒 有選擇性，有機(jī)聚合物載體受光蝕破壞；3.無機(jī)載體材料受到制造、化學(xué)腐蝕、防水性等諸 多影響，一直影響了光催化材料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。目前應(yīng)用中走在前沿的為二氧化硅 包覆納米二氧化鈦核殼材料，有了一定規(guī)模的產(chǎn)用和效果。但核殼材料對紫外光吸收利用 率在30-40 %左右，也是不盡理想。
[0003] 吸附材料在廢水廢氣處理中得到了廣泛的應(yīng)用，并有較好的效果，但存在著脫附 費(fèi)用較高（高溫活化或化學(xué)活化），并且脫附時不能連續(xù)作業(yè)等普遍性問題。
[0004] 負(fù)離子材料能夠持續(xù)釋放羥基負(fù)離子，發(fā)射遠(yuǎn)紅外線，對居室空氣凈化應(yīng)用得到 了一定的推廣，但對廢水降解活化獨(dú)立完成效果不夠顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種具有光催化和吸附負(fù)離子功能的復(fù)合材料及其生產(chǎn)方 法，是一種集吸附、催化分解、脫附、釋放羥基負(fù)離子，發(fā)射遠(yuǎn)紅外線功能于一體的無機(jī)復(fù)合 性多孔大比表面積型材；具有球、塊、棒、板多孔型材。
[0006] 本發(fā)明一種具有光催化和吸附負(fù)離子功能的復(fù)合材料，原料包括固體干材料和 水，固體干材料組成質(zhì)量百分比如下：
[0007] 無機(jī)凝膠材料：40-70 ;
[0008] 光催化材料：5-15 ;
[0009] 活性吸附材料：10-30 ;
[0010] 負(fù)離子材料：5-10 ;
[0011] 增強(qiáng)纖維材料：5-10;
[0012] 無機(jī)透明顆粒：4-6;
[0013] 發(fā)泡劑：0.5-3;
[0014] 低密度有機(jī)材料；
[0015] 低密度有機(jī)材料與無機(jī)凝膠材料、光催化材料、活性吸附材料、負(fù)離子材料、增強(qiáng) 纖維材料和無機(jī)透明顆粒的的容積比：1_9:1。
[0016] 固體干材料與水的比例為1 :0. 5-2,成品容重60-700kg/m3。
[0017] 發(fā)泡劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、動物蛋白或 植物蛋白型中的一種或多種。發(fā)泡劑優(yōu)選十二烷基苯磺酸鈉。
[0018] 無機(jī)凝膠材料是支撐基材功能材料的載體，優(yōu)選硅酸鹽水泥、鎂質(zhì)硫酸鹽水泥、硅 酸鈣、鋁酸鹽水泥、氯氧鎂水泥或陶土。無機(jī)凝膠材料中含有常規(guī)的助劑。
[0019] 光催化材料為納米金屬氧化物或硫化物，優(yōu)選CuO、Ti02、ZnO、ZnS、CdS、W0 3、Fe203、 PbS、Sn02、SiTi03、SiO2S Pt、Rn、Pd螫合型納米光催化材料中的一種或多種復(fù)合。
[0020] 光催化材料為粒徑為5-80nm的粉體。
[0021] 活性吸附材料為活性白土、活性炭、硅藻土、沸石、埃絡(luò)石納米管、二氧化硅、麥飯 石中一種或多種復(fù)合?；钚晕讲牧蠈τ袡C(jī)污染物及病菌病毒微生物的吸附捕捉功能。
[0022] 活性吸附材料為粒徑為10-5000目之間粉體。由于活性吸附材料的吸水量較大， 當(dāng)添加量較大時，根據(jù)漿料的稀稠程度進(jìn)行添加，成品容重60_700kg/m3。
[0023] 負(fù)離子材料為電氣石、六環(huán)石、黃土石及稀土材料中一種或多種復(fù)合，負(fù)離子材料 粉體粒徑為150um-10nm，負(fù)離子釋放量1000-80000個/cm3;核素限量：內(nèi)照指數(shù)1. 0,外照 指數(shù)1.3。負(fù)離子材料具有釋放羥基負(fù)離子，增加水中溶解活性氧表面活性作用；能夠浸潤 分散和溶解有機(jī)物，殺滅微生物，發(fā)射遠(yuǎn)紅外線。
[0024] 增強(qiáng)纖維為玻纖、玄武巖纖維、碳纖維及其織物或短切纖維中的一種或兩種，其 中，增強(qiáng)纖維為兩種時，一種為織物或三維織物，另一種為短切纖維。增強(qiáng)纖維為凝膠體，提 高支撐強(qiáng)度。
[0025] 無機(jī)透明材料為玻璃微珠或粉，粒徑在30_500um之間。無機(jī)透明材料能夠提高型 材界面及孔隙界面的紫外光透過性。
[0026] 低密度有機(jī)材料為塑料發(fā)泡顆粒，優(yōu)選EPS發(fā)泡顆粒、化纖、天然纖維、棉麻纖維、 動物毛發(fā)、植物種子、秸桿、木粉或淀粉制品中的一種或多種。低密度有機(jī)材料是通過高溫 燒結(jié)碳化即燒蝕，形成活性炭和在型材上產(chǎn)生球狀孔或線性孔洞，增大比表面積。
[0027] 低密度有機(jī)材料為nm、um、mm級復(fù)合多孔材料，即有大小各種粒徑或纖維形成球 狀和線性孔洞，多形狀多孔材料。該材料是增加比表面積的主要材料。由于該類材料為輕 質(zhì)低密度材料，低密度有機(jī)材料與其他原料比采用容積比。該材料的添加量決定型材的密 度。
[0028] 本發(fā)明具有光催化和吸附負(fù)離子功能的復(fù)合材料的制備方法：
[0029] 本發(fā)明以無機(jī)凝膠材料及增強(qiáng)纖維材料為基料，在基料中添加光催化材料、負(fù)離 子材料、活性吸附材料、低密度有機(jī)材料、無機(jī)透明顆粒、水，使上述材料充分均勻地分散在 基料中混合分散制漿，鑄型、固化、低溫?zé)Y(jié)造孔、冷卻、沖洗、干燥后得到光催化及吸附負(fù) 離子多功能大比表面積復(fù)合材料。
[0030] 增強(qiáng)纖維材料優(yōu)選無機(jī)纖維增強(qiáng)材料。
[0031] 低溫?zé)Y(jié)碳化為：窯溫控制在300-550°C，密閉絕氧或低氧環(huán)境，燒結(jié)時間2-20h。
[0032] 1.混合分散制衆(zhòng)：本發(fā)明終端制品為粒球、塊、棒、板形狀，在制板或塊、棒狀材料 時采用混合分散制漿；在造粒時直接將各種干料按配方攪拌混合分散后直接送入造粒機(jī)， 進(jìn)行噴淋水造粒。
[0033] 造粒機(jī)優(yōu)選圓盤造粒機(jī)。
[0034] 當(dāng)無機(jī)凝膠為硅酸鹽水泥時，按配方將硅酸鹽水泥與活性吸附材料及無機(jī)透明材 料及短切纖維、無機(jī)增強(qiáng)纖維進(jìn)行干料攪拌分散混合，同時將光催化材料與負(fù)離子材料進(jìn) 行干粉混合，然后將水與其混合攪拌均勻后，將光催化材料與負(fù)離子材料的水漿料與水泥 及活性材料混合，攪拌，攪拌速度為100-400轉(zhuǎn)/min，5-10min后加入低密度有機(jī)材料，攪拌 均勻出料。
[0035] 2.鑄型：本發(fā)明終端制品是粒球、塊、棒、板形狀，制板時通過生產(chǎn)線連續(xù)成型或 在模板上成型，根據(jù)模板的尺寸規(guī)格制造，優(yōu)選規(guī)格1200 X 2400mm，1200 X 3000mm，優(yōu)選厚 度在5_60mm之間。
[0036] 當(dāng)采用澆筑法鑄型時，在模具內(nèi)澆筑成型。具體方法是澆筑在一個大模箱內(nèi)，待固 化后進(jìn)行切割開片，按所需要的規(guī)格切割。由于氯氧鎂水泥的耐水性軟化系數(shù)比硅酸鹽要 高得多，力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)也好于硅酸鹽，相同無機(jī)凝膠重量比時，產(chǎn)品的力學(xué)指標(biāo)相同時，需 要多添加一些輕質(zhì)低密度材料，得到相對容積大的制品。
[0037] 當(dāng)使用造粒機(jī)進(jìn)行造粒時，采用擠出型，在制漿后，直接通過造粒機(jī)擠出成型粒料 制品，如果采用擠出型時，相對加水量比制板澆筑要少。
[0038] 當(dāng)使用圓盤造粒機(jī)時，將所有按配方的固體粒徑干料分散后，送入造粒圓盤，然后 噴淋造粒，造粒粒徑在5-30mm之間，此種方法不適合氯氧鎂水泥反應(yīng)型凝膠。
[0039] 3.固化
[0040] 當(dāng)無機(jī)凝膠為硅酸鹽水泥與硅酸鈣基的制品時采用蒸氧固化技術(shù)；當(dāng)無機(jī)凝膠為 氯氧鎂水泥與鎂質(zhì)硫酸鹽水泥時采用保溫，固化后的制品進(jìn)入下一道工序。
[0041] 4.低溫?zé)Y(jié)碳化
[0042] 低溫?zé)Y(jié)碳化是本發(fā)明的重要工序，是通過低溫?zé)Y(jié)使所有的人造聚合物高分子 和有機(jī)質(zhì)全部碳化，燒失變?yōu)闊o機(jī)材料，使有機(jī)物碳化后成為多孔碳，同時由于燒失形成孔 洞，形成變化（mm)毫米級、（um)微米級、（nm)納米級共存的縱橫交錯的無規(guī)則多孔大比表 面積型材。由于納米光催化材料具有較大的分散性比表面積，因此通過碳化造孔相對顯著 增加其有效光催化界面面積，即受光面，同時增加吸附材料吸附面積和羥基負(fù)氧離子釋放。 電離界面和遠(yuǎn)紅外向水中發(fā)射光源面積，負(fù)離子材料主要向貴金屬整合二氧化鈦、磷酸二 氧化鈦、氧化銅、氧化錳近紅外及紅外催化的納米光催化材料的催化效率倍增的多效效果。
[0043] 低溫?zé)Y(jié)碳化在窯爐中進(jìn)行，窯爐優(yōu)選馬弗爐、燃?xì)鉅t、燒煤爐或燒油爐。窯溫控 制在300-550°C，密閉絕氧或低氧運(yùn)行。燒結(jié)時間2-20h，由于不同材質(zhì)的碳化時間不同，較 小粒狀型材碳化時間相對較短，大規(guī)格型材潛熱較多所需時間較長。如果碳化溫度較低的 材質(zhì)時，采用明焰煅燒。
[0044] 5.沖洗
[0045] 將燒結(jié)爐窯出窯的制品，用噴水沖洗，噴水壓力在0. 5_4MPa之間。沖洗將部分碳 化成分和碳粉用水沖刷干凈，露出成型孔洞。
[0046] 6.烘干
[0047] 將沖洗過的制品烘干或自然晾干，優(yōu)選通過烘干機(jī)進(jìn)行烘干，因為