[发明专利]一种二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛是一种典型的光催化剂，具有催化活性高、化学性质稳定、无毒、使用安全等优点，在废水处理中有着广阔的应用前景。然而在纳米二氧化钛的实际使用过程中存在着分散性差、回收困难等缺点，从而限制了其工业化的应用。近年来，利用各种载体制备负载型二氧化钛光催化剂已备受关注，其中硅酸盐矿物作为光催化剂载体具有储量丰富、价格低廉、比表面积大、优异的吸附性能和易回收等优点而得到了广泛应用。中国专利CN1970149A公开了一种硅藻土微粒负载纳米TiO₂的制备方法，先用稀硫酸酸处理硅藻土，将制得的精土分散在尿素溶液中，然后加入硫酸氧钛溶液，水浴加热混合液得到复合物浆液，最后在300～800℃下煅烧，制得硅藻土微粒负载纳米TiO₂产品。该方法的不足之处在于：使用稀硫酸处理原土，产生的废液污染环境，如果另作处理成本增加；煅烧后纳米二氧化钛粒子易团聚，从而影响光催化效果且回收利用价值不高。中国专利CN101607194A公开了一种锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料的制备方法，该方法使用钛酸酯做钛源，价格昂贵，制备过程使用了大量的有机溶剂，不利于环保。

发明内容

鉴于背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料及其的制备方法，制备该复合材料的原料来源丰富、价格低廉，该方法制备工艺简单且能有效提高二氧化钛光催化效率。

本发明提供一种二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1、首先将硅酸盐矿物加入四氯化钛溶液，利用四氯化钛溶液水解产生的盐酸对硅酸盐矿物进行活化并溶解杂质离子；

2、然后加入一定碱性溶液将溶液中的钛离子转化为二氧化钛水合物沉淀，洗去其他杂质离子，得到二氧化钛水合物/硅酸盐矿物复合体滤饼；

3、再将滤饼加入四氯化钛溶液中，利用四氯化钛溶液水解产生的酸性环境实现二氧化钛水合物的溶解、硅酸盐矿物的二次活化、纳米二氧化钛在硅酸盐矿物上的低温晶化和生长，过滤、洗涤、干燥、粉碎，最后制得二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料。

作为优选，本发明提供一种二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料的制备方法，复合材料中二氧化钛与硅酸盐矿物的质量比(二氧化钛∶硅酸盐矿物)为0.2～1∶1。该复合材料的制备方法包括如下步骤：

1、将硅酸盐矿物加入0.5～3.0摩尔/升的四氯化钛溶液中，室温下浸渍3～60小时，得到二氧化钛前躯体/硅酸盐矿物浆液；

2、调节步骤1所得的二氧化钛前躯体/硅酸盐矿物浆液的温度为10～50℃，一边搅拌，一边加入0.5～4.0摩尔/升的碱性溶液调节体系的pH值为1.6～3.0，过滤，洗涤至滤液的电导率≤200μS/cm，得到二氧化钛水合物/硅酸盐矿物复合体滤饼；

3、将步骤2所得的二氧化钛水合物/硅酸盐矿物复合体滤饼加入0.2～1.0摩尔/升的四氯化钛溶液中，升温至60～100℃，保温搅拌反应1～12小时，用1.0～4.0摩尔/升的碱性溶液调节体系的pH值为6.5～7.5，得到二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料浆液；

4、将步骤3所得的复合材料浆液过滤，洗涤，60-180℃干燥，粉碎，即得二氧化钛/硅酸盐矿物纳米复合材料粉体。

步骤1中所述的硅酸盐矿物为凹凸棒土、蒙脱土、硅藻土、海泡石、云母、滑石、累托石、伊利石、叶腊石、膨胀珍珠岩中的一种。

所述的四氯化钛溶液用量按其完全反应所生成二氧化钛的质量计，步骤1中二氧化钛与硅酸盐矿物质量比(二氧化钛∶硅酸盐矿物)为0.1～0.8∶1；步骤3中二氧化钛与硅酸盐矿物质量比(二氧化钛∶硅酸盐矿物)为0.1～0.2∶1。

步骤2、3中所述的碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的一种。

本发明的优点在于：

1、步骤1中利用四氯化钛溶液水解产生的盐酸把硅酸盐矿物中的部分酸溶性杂质以离子形式溶出，同时钛离子与硅酸盐矿物中阳离子进行交换，增大了粘土的比表面积和吸附性能，提高负载能力；四氯化钛同时作为钛源和酸源，不仅节约了成本而且减小了对环境的污染。

2、步骤2体系中钛离子完全转化为二氧化钛水合物沉淀，同时杂质离子没有形成难溶物，经多次洗涤可完全除去杂质离子，一方面消除了杂质对复合材料光催化效果的影响，另一方面为下一步纳米二氧化钛低温晶化创造了条件。