[發明專利]一種銳鈦礦與蒙脫石的層疊復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710721552.5
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107469801B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 李芳菲;霍明遠;薛兵;蔣引珊;夏茂盛;郭宏剛;巨昊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J21/16
• 分類號: B01J21/16;B01J37/03;B01J37/10;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明屬于礦物基復合材料領域，具體涉及一種利用酸堿環境調控蒙脫石微片層重組過程獲得的一種銳鈦礦與蒙脫石的層疊復合材料及其制備方法。首先將pH值為6～10的含鈦前驅體漿液滴入鈉化蒙脫石的堿性分散液中，隨后將體系pH值調整至3～6的范圍，在120～220℃進行水熱反應以實現氧化鈦的結晶化以及蒙脫石微片層與銳鈦礦的層疊交替組裝，所得復合物兼具優異的催化和吸附功能。該方法過程簡單、原料廉價、不使用有機添加劑和有機鈦源、無需煅燒、環境成本低、產品性價比高，可實現大規模的工業化生產，所得產品在催化、吸附、污水處理等領域有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于礦物基復合材料領域，涉及一種銳鈦礦與蒙脫石層疊復合光催化功能材料及其制備方法，具體涉及一種利用不同酸堿環境下蒙脫石微片層的重組過程來實現銳鈦礦型氧化鈦與蒙脫石層疊組裝的方法。

背景技術

銳鈦礦型二氧化鈦體具有良好的光催化降解有機污染物的作用，然而納米級銳鈦礦型二氧化鈦粉體分散性差、回收利用困難，因此一般需要固載后使用。具有層狀結構的天然硅酸鹽礦物表面一般帶有與氧化鈦微粒相反的電荷，因而更容易實現銳鈦礦與載體的牢固結合。其中，以蒙脫石為代表的2:1型層狀粘土礦物，由于水相分散性好、片層間距可調等特性，因此以蒙脫石負載TiO₂的研究也頗受關注。

利用有機鈦源可以方便的使用溶膠凝膠法制備二氧化鈦/蒙脫石復合材料，如孫紅娟、彭同江等人在中國專利CN102515188A中公開了一種在長鏈季銨鹽改性過的有機改性蒙脫石層間，利用鈦酸四丁酯原位水解法制備TiO₂/蒙脫石層間化合物的方法。王晨靜、余江等人在《聚合物調控氧化鈦層柱蒙脫石的結構和性能研究》以長鏈聚合物-端氨基聚甲基環氧乙烷為結構調節劑，合成了聚合物氧化鈦層柱蒙脫石材料，該研究表明相對小分子量的改性劑大分子長鏈的表面活性劑可以大幅提高層柱蒙脫石中的二氧化鈦的含量。但有機鈦源和有機改性劑成本居高不下，原料中游離出的有機基團也給后期廢水處理帶來很大壓力，限制了這種復合材料的推廣應用。

為此，很多研究者考慮使用更廉價的無機鈦源合成氧化鈦/蒙脫石復合材料。廖立兵、王麗娟等人在中國專利CN1724358A中公開了一種利用四氯化鈦水解法制備二氧化鈦柱撐蒙脫石的技術，并探討了干燥溫度、干燥方法對柱撐蒙脫石的性能以及結構的影響。GaoK.Zhang等在《Low-temperature synthesis andphotocatalytic activityofTiO2pillared montmorillonite》中用TiCl₄和HCl為原料在低溫下利用層間水解的方法合成了二氧化鈦插層蒙脫石的復合樣品，并探討了煅燒對其性能的影響。但是，四氯化鈦水解反應速度非常快，在生產過程中很難精確控制水解過程，容易導致產品出現較大的質量波動。而且，水解反應產物的結晶程度很差，一般都需要后續的煅燒處理來強化結晶、獲得光催化性能，不僅拉高了生產過程的能源消耗，而且也容易破壞蒙脫石層狀結構，給復合材料的催化活性帶來不利影響。

為了獲得高活性的TiO₂，銳鈦礦與蒙脫石的復合過程往往是在酸性條件下進行的，有些復合方法甚至在復合前就對蒙脫石進行酸處理，以清理礦物表面、降低礦物漿料與TiO₂合成體系之間的差異。但是，在酸性環境下，蒙脫石片層之間由于受到H⁺離子強烈的吸引作用，微片層之間是彼此夾緊的，很難繼續引入大尺寸的其它離子，導致負載的TiO₂主要集中在蒙脫石顆粒表面，而對蒙脫石層間區域的利用較為困難。這就大大限制了蒙脫石載體上TiO₂的有效負載量，導致在較大TiO₂/蒙脫石比例的復合材料中大部分TiO₂處于游離狀態，無法發揮蒙脫石載體與TiO₂的固載作用和協同效應，因而復合催化劑的活性往往難以超過純相銳鈦礦。