一种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸 盐吸附剂的方法。
【背景技术】
[0002] 本世纪以来，我国养牛业发展迅速。但同时，牛粪便的排放也给环境带来了巨大 的压力，污染问题日趋凸显。牛是草食性动物，牛粪中除了水分外，还含有大量的纤维素， 木质素，蛋白质，各种氨基酸、胶体物质和其它有机大分子。对于牛粪中这些宝贵的资源， 传统的利用方法是发酵制作农用肥料。但是传统的堆肥发酵方法周期长，营养素利用率 低，养分易流失，污染环境。近些年，已有一些关于牛粪利用新方法的发明专利公开，如：发 电（201110339298. 5)，造纸（200610016594.0)，制作饲料（201410527786. 2,95120635· 4， 200710034265. 3)、裂解制气（200510095448. 7)、制沼气（200810235526. 2)和制作活性炭 (201110071341. 4,201110071341· 4,200610152143· X)等。但是，这些方法由于成本等原因 尚未大规模应用，目前，还不能完全消耗利用养牛场排放的牛粪。开发牛粪新的应用领域也 是解决牛粪问题的一条出路。
[0003] 牛是反刍性动物，草料经牛的咀嚼和消化，部分营养物质被吸收，残渣和一部分营 养物以粪尿的形式排泄出来。牛粪中的纤维素、木质素和蛋白质等有机物的分子结构和性 能都发生了变化，表现出许多优异的特性，如络合性，分散性，粘结性等，通过物理和化学方 法处理后，可以在溶胶凝胶合成等领域得到应用。
[0004] 纳米钛酸盐，是一类稳定的高性能重金属吸附剂，目前最常用的合成方法是溶胶 凝胶及由此法衍生的一些方法（张东，侯平，化学学报，2009年，67卷12期：pl336-1342 ;张 东，王敏，谭玉玲，化学学报，2010 年，16 期，pl641_1648 ;Dong Zhang，Chun-li Zhang，Pin Zhou，Journal of Hazardous Materials，2011 年，186 卷 2-3 期，p971 - 977)，这些方法一 般都是采用柠檬酸、油酸、醋酸和醇类试剂等为助剂，分别以钛酸四丁酯和碱土金属硝酸盐 为钛和碱土金属源，通过溶胶-凝胶工艺合成得到。所用的材料和试剂价格都很高，合成的 钛酸盐的成本很高，限制钛酸盐吸附剂在实际中的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，是提供一种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法， 利用牛粪为助剂，成本低，同时解决了牛粪的污染问题。
[0006] 采用的技术方案是：
[0007] -种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下 工艺步骤：
[0008] (1)、取新鲜牛粪，调整含水率为86-92%，制成粪浆，按粪浆和氨水质量比为 1:0. 05-0. 8取质量浓度为25-28 %的氨水，将氨水加入粪浆中，置于捣碎匀浆机内，捣碎匀 浆20-30min，密闭，在60-90°C条件下保温反应8-24h，得到均质氨化牛粪胶，备用；
[0009] (2)、按氨化牛粪胶的质量千克数与钛的摩尔数之比为1:0. 5-4称取含钛化合物， 另取体积为含钛化合物的〇. 8-1. 5倍的无水乙醇，将含钛化合物溶于无水乙醇中，配制成 钛的乙醇溶液；在持续搅拌条件下，将钛的乙醇溶液缓慢滴加入步骤（1)中得到的氨化牛 粪胶中，搅拌反应完全，得到含钛牛粪胶，备用；
[0010] (3)、按碱土金属和钛摩尔比为1:1称取碱土金属化合物，将碱土金属化合物加入 到步骤（2)中制得的含钛牛粪胶中，搅拌均匀，加热煮沸，搅拌反应、蒸干，于105°C条件下 烘干，制成钛-碱土金属-牛粪干凝胶，备用；
[0011] (4)、将步骤（3)中制备的钛-碱土金属-牛粪干凝胶于650°C -1000°C条件下，空 气氛围中煅烧5-8h，即得。
[0012] 上述步骤（1)中捣碎勾衆时，捣碎搅拌速度彡4000r/min。
[0013] 上述步骤（2)中含钛化合物为钛酸四丁酯或四氯化钛。
[0014] 上述步骤（3)中碱土金属化合物为氯化钙、氯化镁、氯化钡或氯化锶。
[0015] 本发明的优点在于：
[0016] 本发明利用牛粪中的各种有用成分，通过机械力破碎，利用氨水对牛粪羟基化和 氨化改性，进一步提高牛粪的络合和分散作用，制备一种低成本的、高性能的多孔钛酸盐类 重金属吸附材料，本发明制造工艺简单、操作方便，使用原料成本较低，适于广泛应用，具有 较好的经济效益和社会效益。
【附图说明】
[0017] 图1为实施例3中纳米钛酸钙3的XRD谱。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1
[0019] -种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下 工艺步骤：
[0020] 取新鲜的牛粪，调整含水率为86%，按牛粪与氨水质量比为1:0. 05取氨水，将氨 水加入牛粪中，置于捣碎匀浆机内，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭反应24h， 得到均质氨化牛粪胶；取190g四氯化钛溶于150mL无水乙醇中，得到钛醇溶液；在持续搅 拌条件下，将钛的醇溶液滴加入Ikg氨化牛粪胶中，搅拌均匀，反应完全，得到含钛牛粪胶； 称取Illg氯化钙，加入含钛牛粪胶中，搅拌反应完全，加热煮沸，搅拌蒸发，于l〇5°C条件下 烘干，制成钛-钙-牛粪干凝胶，置于箱式电炉中，于750°C条件下，空气氛围中煅烧6h，得 到纳米钛酸钙1 ;
[0021] 上述氯化钙（CaCl2)为分析纯试剂；氨水为分析纯，质量浓度（NH3)为26%。
[0022] 实施例2
[0023] -种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下 工艺步骤：
[0024] 取新鲜的牛粪，调整含水率为88%，按牛粪与氨水质量比为1:0. 2取氨水，将氨水 加入牛粪中，置于捣碎匀浆机内，以5000r/min搅拌速度，捣碎匀浆30min，密闭反应16h，得 到均质氨化牛粪胶；取190g四氯化钛溶于150mL无水乙醇中，得到钛醇溶液；在持续搅拌 条件下，将钛的醇溶液滴加入IKg氨化牛粪胶中，搅拌均匀，反应完全，得到含钛牛粪胶；称 取Illg氯化钙，加入含钛牛粪胶中，搅拌反应完全，加热煮沸，搅拌蒸发，于105°c条件下烘 干，制成钛-钙-牛粪干凝胶，置于箱式电炉中，于750°C条件下，空气氛围中煅烧6h，得到 纳米钛酸钙2 ;
[0025] 上述氯化钙（CaCl2)为分析纯试剂；氨水为分析纯，质量浓度（NH3)为26%。
[0026] 实施例3
[0027] -种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下 工艺步骤：
[0028] 取新鲜的牛粪，调整含水率为89%，按牛粪与浓氨水质量比为1:0. 4取氨水，将氨 水加入牛奠中，置于捣碎勾衆机内，以5000r/min搅拌速度，捣碎勾衆30min，密闭反应16h， 得到均质氨化牛粪胶；取341g钛酸四丁酯溶于300mL无水乙醇中，得到钛醇溶液；在持续 搅拌条件下，将钛的醇溶液滴加入IKg氨化牛粪胶中，搅拌均匀，反应完全，得到含钛牛粪 胶，称取Illg氯化钙，加入含钛牛粪胶中，搅拌反应完全，加热煮沸，搅拌蒸发，于l〇5°C条 件下烘干，制成钛-钙-牛粪干凝胶，置于箱式电炉中，于750°C条件下，空气氛围中煅烧 6h，得到纳米钛酸钙3 ;
[0029] 上述氯化钙（CaCl2)为分析纯试剂；氨水为分析纯，质量浓度（NH3)为26%。
[0030] 实施例4
[0031] -种利用氨水预处理牛粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法，其特征在于，包括如下 工艺步骤：
[0032] 取新鲜的牛粪，调整含水率为90%，按牛粪与浓氨水质量比为1:0. 5取氨水，将氨 水加入牛奠中，置于捣碎勾衆机内，以5000r/min搅拌速度，捣碎勾衆30min，密闭反应8h， 得到均质氨化牛粪胶；取341g钛酸四丁酯溶于300mL无水乙醇中，得到钛醇溶液；在持续 搅拌条件下，将钛的醇溶液滴加入IKg氨化牛粪胶中，搅拌均匀，反应完全，得到含钛牛粪 胶；称取Illg氯化钙，加入含钛牛粪胶中，搅拌反应完全，加热煮沸，搅拌蒸发，于l〇5°C条 件下烘干，制成钛-钙-牛粪干凝胶，置于箱式电炉中，于750°C条件下，空气氛围中煅烧 6h，得到纳米钛酸钙4;
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