[發(fā)明專利]一種銳鈦型膨潤土基多孔二氧化鈦納米材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710070703.1
• 申請日: 2007-08-06
• 公開（公告）號: CN101104525A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱利中;屈芳;楊坤;呂金澤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J20/06;B82B3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銳鈦型膨潤土基多孔二氧化鈦納米材料的制備方法。特別是以有機膨潤土或處理有機廢水后廢棄的有機膨潤土作為主體粘土原材料并提供陽離子表面活性劑制備多孔二氧化鈦納米材料的方法。

背景技術(shù)

納米二氧化鈦材料是材料和催化領(lǐng)域的研究熱點，在催化降解水中和空氣中有機污染物方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。自從1972年Fujishima等發(fā)現(xiàn)受輻射的TiO₂表面發(fā)生持續(xù)的氧化還原反應(yīng)以來，學(xué)者們掀起了光催化的研究熱潮(ZhaoJ，Yang?XD.Building?and?Environment.2003，38，645-654)。該技術(shù)經(jīng)紫外光照射，在室溫條件下就能將諸多有機污染物如氯代物、醛類、酮類、醇類、芳香族等化合物氧化成無毒無害的CO₂和H₂O，同時可以氧化其他無機有害氣體如CO、NOx等，同時能有效殺菌。

目前，用于制備納米TiO₂的方法有很多，根據(jù)物理性質(zhì)的不同通常可分為以下幾種：固相法、氣相法、液相法。液相法是目前研究和應(yīng)用都最為廣泛的一種納米TiO₂的制備方法，比較典型的有溶膠-凝膠法、水解法、沉淀法、微乳液法和溶劑熱法等。由于獨特的納米層間空間及微孔結(jié)構(gòu)，層狀粘土(如膨潤土)在催化領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注。人們從分子及原子水平上設(shè)計催化劑、調(diào)控催化性能的角度出發(fā)，設(shè)想在膨潤土納米層間嵌入半導(dǎo)體微粒能顯示出很高的光催化性能。迄今膨潤土基納米二氧化鈦材料主要的制備方法為(Stere?JP.Clays?Clay?Miner.1996，34，655-664；Choudary?BM，Rani?SS，Narender?N.Catal.Lett.1993，19，299-307)：無機鈦源(TiCl₄或Ti(SO₄)₂等)或鈦醇鹽(鈦酸丁酯等)在有機介質(zhì)中水解、縮聚反應(yīng)得到凝膠；凝膠經(jīng)陳化，與膨潤土水懸浮液反應(yīng)所得成品在一定溫度下煅燒后制得。這些制備方法均是在水溶液體系中進行，先合成鈦凝膠并陳化，耗時較長；制備過程需要優(yōu)化調(diào)節(jié)pH值，操作過程不易控制；由于鈦源水解反應(yīng)需要在苛刻的酸性條件下進行，極易造成膨潤土結(jié)構(gòu)的破壞和設(shè)備的腐蝕。

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物組成的典型的2∶1型層狀粘土礦物，經(jīng)表面活性劑進行有機化改性之后形成的有機膨潤土對有機物表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。本發(fā)明同時很好地解決了吸附了有機污染物的有機膨潤土的綜合利用問題，不僅能降低處理成本，而且可以避免二次污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種膨潤土基多孔二氧化鈦納米材料的合成方法。本發(fā)明旨在簡化合成路線，降低操作難度和實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。

膨潤土基多孔二氧化鈦納米材料的合成方法是以有機膨潤土或吸附處理有機廢水后的有機膨潤土作為合成的主體粘土原材料，經(jīng)模板一步合成所得的中間體焙燒后即得到多孔二氧化鈦納米材料，

具體制備步驟如下：

1)將膨潤土與陽離子表面活性劑按質(zhì)量比為1∶0.2～1∶2在水中混合反應(yīng)制得有機膨潤土，經(jīng)固液分離，固體干燥2～48h以去除吸附態(tài)水分，備用；

2)將吸附處理廢水后的有機膨潤土固液分離，固體干燥2～48h以去除吸附態(tài)水分，備用；

3)將步驟1)、步驟2)干燥后的有機膨潤土、助表面活性劑和鈦酸酯類按有機膨潤土∶助表面活性劑∶鈦酸酯類的質(zhì)量比為1∶0.5∶5～1∶2∶200混合，于20～90℃下攪拌反應(yīng)2～8h；或?qū)⒉襟E1)、步驟2)干燥后的有機膨潤土、鈦酸酯類按有機膨潤土∶鈦酸酯類的質(zhì)量比為1∶5～1∶200混合，于20～90℃下攪拌反應(yīng)2～8h；

4)將上述產(chǎn)物固液分離，固體無需洗滌，在20～150℃干燥后得到中間體；

5)在空氣氣氛下，中間體以2～5℃/min速率升溫至500～700℃，焙燒2～10h以去除表面活性劑和有機物質(zhì)。

上述方法中有機膨潤土為季銨鹽型陽離子表面活性劑與膨潤土進行反應(yīng)得到的有機粘土。助表面活性劑為中性胺，中性胺的分子式為C_nH_n-1NH₂，其中n為碳原子數(shù)，范圍為6～18。中性無機前驅(qū)體為鈦酸甲酯、鈦酸乙酯、鈦酸正丙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯。干燥方式為晾干、烘干、真空干燥的一種或幾種。

與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明優(yōu)點是：