[發(fā)明專利]一種改性鈦酸鹽納米材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510331422.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN104923149B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宏芳;劉宏偉;張露;董爽;付朝陽;肖菲;王得麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/06
• 分類號(hào): B01J20/06;B01J20/30;C01G23/00;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/28
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料的制備和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改性鈦酸鹽納米材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

我國是染料的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，染料加工廠以及紡織工業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的含有各種有機(jī)染料的廢水，這些廢水具有很強(qiáng)的毒性，直接排放將會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的威脅，會(huì)造成水體環(huán)境中的微生物大量死亡，通過生物鏈甚至?xí)g接的危害到人的身體健康。因此對(duì)含有有機(jī)染料的廢水進(jìn)行有機(jī)染料的處理是解決這一重大環(huán)境問題的首要途徑。對(duì)含有有機(jī)染料廢水的處理有很多種方法，研究較多的包括：生物處理、化學(xué)氧化、光電催化降解和吸附劑的吸附脫除等等。其中，吸附劑的吸附脫除具有快速、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠同時(shí)脫除多種有機(jī)染料。

陽離子染料，又稱堿性染料，是印染工業(yè)常用的染料，其中亞甲基藍(lán)和中性紅廣泛應(yīng)用于棉紡制品、木材產(chǎn)品以及絲綢制品的印染。因此亞甲基藍(lán)和中性紅是吸附研究常用的模型吸附陽離子染料。

對(duì)于陽離子染料的吸附脫除目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多報(bào)道，其中活性碳類材料為報(bào)道較多的吸附劑。雖然這些材料具有價(jià)格低廉、易獲得等優(yōu)點(diǎn)，但是吸附量較低。

由于納米材料具有較大的比表面積，可以用于吸附多種有機(jī)染料污染物，如碳納米管及與磁性Fe₃O₄的復(fù)合材料等。其中新型石墨烯材料對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附容量可以達(dá)到714mg/g。但是已報(bào)道的納米材料對(duì)有機(jī)染料的吸附仍然存在吸附容量較小的問題，而且由于其生產(chǎn)成本較高以及會(huì)產(chǎn)生二次污染等原因很難實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種改性鈦酸鹽納米材料的制備方法及其應(yīng)用，以制備出一種對(duì)有機(jī)陽離子吸附量高的納米材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種改性鈦酸鹽納米材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一：反應(yīng)參與物的混合

將介孔TiO₂納米帶單體和量子點(diǎn)CdS單體共同作為反應(yīng)參與物混合于輔助溶液中；

其中所述輔助溶液為OH^-離子的濃度為0.3mol/L～0.8mol/L、乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％～60％的水溶液，所述介孔TiO₂納米帶單體和所述量子點(diǎn)CdS單體的質(zhì)量比為50:1～150:1，所述反應(yīng)參與物與所述輔助溶液的質(zhì)量比為3:1000～1:100；

步驟二：改性鈦酸鹽納米材料的制備

將步驟一制得的所述懸濁液超聲分散，并用水熱法使其充分反應(yīng)，由此制得改性鈦酸鹽復(fù)合物；最后，將上述復(fù)合物冷卻后反復(fù)洗滌直至洗滌液的pH為中性，干燥后即得到所需的改性鈦酸鹽納米材料。

優(yōu)選地，步驟一中所述介孔TiO₂納米帶單體與所述量子點(diǎn)CdS單體的質(zhì)量比進(jìn)一步設(shè)定為80:1～120:1。

優(yōu)選地，步驟一中所述輔助溶液中OH^-離子的濃度進(jìn)一步設(shè)定為0.4mol/L～0.6mol/L。

優(yōu)選地，對(duì)于步驟一而言，介孔TiO₂納米帶單體的制備方法如下：

將P25型TiO₂分散于輔助溶液中成濃度為10g/L～40g/L的懸濁液，并用水熱法使TiO₂與輔助溶液中的OH^-充分反應(yīng)；反應(yīng)生成的白色沉淀轉(zhuǎn)移至H⁺濃度為0.06mol/L～0.2mol/L的酸溶液中攪拌以中和所述白色沉淀上未反應(yīng)完全的OH^-，最后將所述白色沉淀反復(fù)洗滌并干燥后，研磨并煅燒處理即得到所需的介孔TiO₂納米帶單體；

其中所述輔助溶液為KOH或NaOH的濃度為3mol/L～8mol/L，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％～60％的水溶液。

優(yōu)選地，對(duì)于步驟一而言，量子點(diǎn)CdS單體的制備方法如下：

將硫化鈉或硫化鉀以及水溶性Cd鹽作為反應(yīng)物溶于去離子水，使得溶液中S^2-與Cd²⁺的摩爾比為1:1～2:1，再將聚乙烯吡咯烷酮作為保護(hù)劑并用水熱法充分反應(yīng)得到CdS粗產(chǎn)物；冷卻到室溫后，通過離心，再反復(fù)洗滌所述CdS粗產(chǎn)物，干燥后得到所需的量子點(diǎn)CdS單體；

其中，所述反應(yīng)物與去離子水的質(zhì)量比為1:20～1:40。

本發(fā)明還提供了一種以本發(fā)明所述方法制備的改性鈦酸鹽納米材料，在有機(jī)陽離子染料吸附上的應(yīng)用。

優(yōu)選地，所述有機(jī)陽離子染料為亞甲基藍(lán)或中性紅。