钛基净水材料的量产及应用

成果编号：27173

价格：面议

完成单位：南京大学

单位类别：985系统院所

完成时间：2020年

成熟程度：小批量生产阶段

服务产业领域：能源环保、新材料

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发布人：南京大学技术转移中心在线

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与铁铝（三价）相比，钛离子价态高（四价），水解驱动力大，电中和能力强，因此钛盐成为近年来受到广泛关注的新型水处理剂。然而，由于钛的水解速度快且反应剧烈，使得钛水处理剂的合成可控性差。目前多数研究中借鉴铁铝混凝剂的制备方法，采用加碱预聚合的方式制备出聚钛混凝剂。这种合成方式得到的产品均为液态，在长期储存和运输过程中不稳定，易发生聚沉而失效。针对以上问题，课题组创新性地采用简单的溶胶凝胶法合成出钛基吸附剂和混凝剂。通过添加有机配体调控钛离子的水解程度，使得材料的合成过程可控。通过该方法合成的材料，相较于铁盐和铝盐混凝剂，具有以下特点： 1）稳定性高：产品为固体，便于储存和运输；配成溶液，可稳定存放数月； 2）沉降性能好：絮体生长速率是铁/铝盐的 10-30 倍，絮体沉降速率较铁/铝盐高 3-10 倍； 3）适用范围宽：  混凝性能受温度和浊度的影响小；  对 As(III)、Sb(III)等重金属去除效果好；  混凝出水 pH 变化小，残留金属浓度低，尤其适用于膜前预处理； 4）混凝污泥经处理后可以资源化利用。相较于常规吸附剂，钛系吸附剂具有以下优势： 1）对 As(III)和 As(V)的吸附容量高达 257 和 306 mg/g； 2）吸附 As(III)时无需预氧化处理，绿色、经济、方便； 3）对 Pb、Cd、Cu、Hg 等重金属离子也均有很好的吸附去除效果. 此外，所合成的材料对印染废水、重金属废水、地表水及饮用水水源地的水等在净化方面具有优于铁铝的效果，有望解决印染行业中水回用膜污染及低温低浊水絮体沉降慢等困扰行业的瓶颈问题，在工业污/废水处理、饮用水净化领域市场前景非常广阔。目前相关净水剂已获得授权发明专利三项（中国两项：ZL201210509803.3，ZL201510301771.9；美国一项：US10392276 B2），已公开专利一项（申请号：202010028679.0）。前期的材料合成及性能评估均在实验室内开展，尚未实现成果的转让或转化。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新工艺、新材料

合作方式：技术转让、技术开发

参与活动： 2021年高校院所走进镇江产学研合作对接活动首届江苏产学研合作对接大会

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

创新要点

项目的技术方案及实施内容与效果（1）百千克级别材料的快速量产。课题组成员于 2020 年 6 月在淄博日启橡塑助剂有限公司（有机钛生产企业）进行了量产尝试实验，得出近百千克产品。但产品原料价格高、性能较实验室产品差、且合成所需时间久，不利于进一步量产。因此本项目拟在此基础上，更换钛源及配体种类，减少酸的投加。通过上述改变，以期望降低材料原料的成本（降低10%以上），减少三废的排放，提高产品性能。目前上述更改的合成方案正在实验室进行尝试，并取得了初步正面的结果。（2）印染、油墨行业水处理中试项目的开展。该项目前期已与深圳长隆科技公司开展合作，设计出水处理装备，并在苏州盛虹集团开展了相关现场实验，该示范工程拟处理水量为 5-6 吨/天，具体工艺流程如图 1 所示。初步结果表明，钛基混凝材料对实际印染废水除锑效果突出，且运行近一个月后，钛基材料对膜污染情况弱于现有的铝工艺。但是由于现场原因，该实验只进行了一个周期，所得出的结果说服力有待提高，因此，若该项目立项，拟在苏州另外印染企业开展至少 2 个循环周期的实验。除印染废水外，油墨行业的除浊也备受关注。现有药剂对油墨废水处理效果不佳，经前期实验室实验发现，钛基材料对油墨废水有突出的效果。不仅用量少，且除浊彻底。因此拟开展相关的现场实验，以达到高效除油的效果。（3）高效除砷净水设备的研发。现有市场上针对三价砷吸附的净水设备少，主要原因是对三价砷具有高效吸附性能的材料少。本项目拟在实验室合成出高效吸附三价砷材料的基础上，通过简单的浸渍法将该材料负载在活性炭或树脂等材料上，作为填料填充在滤盒内，开发出一款家用的除砷净水壶

技术指标

关键技术：采用有机配体调控材料合成的反应程度，得到适用于水处理深度净化的吸附和混凝剂。成熟度：在量产及现场中试应用方面均已开展相关工作，根据《科学技术研究项目评价通则》，本项目目前已达到 5-6 级技术成熟度，即相关环境中关键功能得到验证和中试环境中初样性能指标满足要求。  量产方面，已在现场进行了百千克级别的初步量产实验，所得材料性能在后期水处理中试实验中得到验证，达到 5 级技术成熟度；在此基础上，与钛生产企业进一步交流，为材料合成达到 6-7 级技术成熟度奠定理论基础；  应用方面，已在苏州一印染厂开展了一个月的中试实验（处理水量 6 吨/天），结果表明所量产的材料在中试条件下仍具有较现有铁铝材料突出的性能，出水指标满足相关排放标准，因此该材料应用方面达到了 6 级技术成熟度；后期拟完善和开展新的水处理现场中试实验，努力达到 7 级技术成熟度。创新处：与现有工艺结合，高效量产材料；采用新型水处理剂，从源头出发减缓膜污染；无需预氧化处理，高效去除饮用水中三价砷

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