[发明专利]一种纳米级钛硅分子筛的微波合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛硅分子筛及其合成工艺，该分子筛主要应用于去除环境中的放射性污染物及重金属污染物或进行核素提纯，属于环境保护和应用化学技术领域。

背景技术

分子筛孔道化合物由于具有均匀的微孔结构可以选择适当的分子进入其骨架内部，因此在气体和液体分离、离子交换及催化反应等方面有着广泛的工业应用。随着工业需求的不断增加，人们对于分子筛的骨架结构及孔道的大小形状等进行着新的设计和合成，分子筛的品种不断增加，其结构更丰富且其性能也更加齐全。

2001年12月，北京清华大学于波等人采用水热合成法首次合成出一种新型的纳米级钛硅分子筛(Na_1±XTi_1.5+YSi_1±ZO₅，其中X值为0.01～0.2，Y值为0.1～0.5，Z值为0.1～0.2)。在样品的合成过程中，通过使用水解性能更好的原材料、调整原材料配比和添加顺序及溶液pH值、控制滴加速度和水热合成温度等方法克服了以往合成的样品晶粒大(＞1μm)，且合成中需要使用价格昂贵的模板剂等缺点。合成的钛硅分子筛晶粒细小，在10～20nm之间，具有很高的反应活性，对放射性元素铯具有极强的去除能力，分配系数高达3×10⁵ml/g。该种钛硅分子筛对重金属元素和放射性元素具有很高的交换容量，热稳定性及耐辐照性能好，可广泛应用于去除环境中的重金属污染物和放射性污染物及核素提纯等。此项发明详见中国发明专利“一种纳米级钛硅分子筛及其合成工艺”(申请号：01144586.6)。

但是，此项发明中使用的水热法是由表及里传递能量，体系中存在着温度梯度，所以钛硅分子筛一般合成时间较长，晶化时间需要5天以上，大工业化生产周期长，成本高。

发明内容

本发明的目的是在上述现有技术的基础上，利用微波方法合成一种纳米级钛硅分子筛，可有效克服现有技术中存在的合成时间长、成本较高的不足和缺陷，以满足大工业化生产的需要。

本发明的技术方案如下：一种纳米级钛硅分子筛的合成方法，采用钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯为钛源，以正硅酸乙酯为硅源，利用溶胶凝胶法，首先配制氢氧化钠的水溶液，在持续搅拌下，先将钛源滴加到氢氧化钠的水溶液中，控制溶液的pH值，再将硅源以一定的速度滴加到混合液中，得到白色胶体；然后将白色胶体转移到微波反应釜中，在微波辐射条件下加热，使其进行结晶反应，微波反应釜压力0.3～0.6MPa，时间30分钟～2小时，功率为300～700W；得到的生成物经冷却，分别用丙酮和去离子水洗涤，离心分离后在烘箱内烘干即可得到纳米级钛硅分子筛Na_1±XTi_1.5+YSi_1±ZO₅，其中X值为0.01～0.2，Y值为0.1～0.5，Z值为0.1～0.2。

本发明采用微波法合成纳米级钛硅分子筛，大大缩短了晶化时间，样品的合成仅需几十分钟或几小时就可完成，极大简化了工艺流程。由于微波加热是从物质内部加热，加热速度快且加热均匀，不存在着温度梯度，合成的纳米级钛硅分子筛与用传统水热合成法合成的样品相比粒度均匀，杂晶少，性能更加优良。

附图说明

图1为利用微波法和水热法合成样品的XRD比较图。

具体实施方式

本发明所提供的一种纳米级钛硅分子筛的微波合成方法，是指采用微波炉合成纳米级钛硅分子筛Na_1±XTi_1.5±YSi_1±ZO₅，其中X值为0.01～0.2，Y值为0.1～0.5，Z值为0.1～0.2。

合成原材料包括以5％～15％钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯为钛源、5％～15％正硅酸乙酯为硅源、1％～10％氢氧化钠和65％～80％的水(以上均为重量百分比)。

合成方法是由溶胶凝胶法和微波合成法共同完成。具体的合成步骤如下：

配制氢氧化钠的水溶液，在持续搅拌下，先将钛源滴加到氢氧化钠的水溶液中，溶液pH值控制在10～12左右；再将硅源以0.01ml/s～0.1ml/s速度滴加到混合液中，得到白色胶体。然后将胶体转移到微波反应釜中，将反应釜置于微波炉中接受辐射。在微波辐射条件下加热，微波反应釜压力0.3～0.6MPa，时间30分钟～2小时，功率为300～700W。在微波炉中晶化反应结束后，冷却，生成物分别用丙酮和去离子水洗涤，离心分离后在烘箱内烘干得到白色粉末状样品。