[发明专利]导电玻璃为负载的纳米二氧化钛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种导电玻璃为负载的纳米二氧化钛及其制备方法。

背景技术

近年来，随着工业和农业的迅速发展，全球水体中含硝态氮的污染物、硝酸盐等含氧阴离子及多种有害阳离子的浓度呈增加趋势。水体中的这些有害阳离子和含氧阴离子会对人体造成严重的危害，因此控制水体中所含有害阳离子和含氧阴离子的量显得尤为重要。

纳米级二氧化钛，亦称钛白粉。物理性质为细小微粒，直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。

纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。

纳米TiO₂具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO₂还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。

目前，已有很多种方法控制水体中所含有害阳离子和含氧阴离子，如离子交换，反渗透，化学还原等。其中电化学方法由于其绿色、高效等优点引起人们的广泛关注。在众多的电化学催化剂中，铁元素因其储量丰富成本较低，且零价铁具有较强还原性，已被广泛研究用于去除水中多种污染物。

目前，缺乏一种有效去除水中有害阳离子和含氧阴离子的导电玻璃为负载的纳米二氧化钛及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种有效去除水中有害阳离子和含氧阴离子的导电玻璃为负载的纳米二氧化钛及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：本发明提供了一种导电玻璃为负载的纳米二氧化钛，以导电玻璃作为载体，负载到导电玻璃上的纳米二氧化钛的平均粒径为20~200 nm。

本发明所述的导电玻璃为负载的纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

（1）将导电玻璃裁剪成大小规则的方块；

（2）导电玻璃的清洗：利用超纯水将裁剪过后的导电玻璃进行超声清洗；然后将无水乙醇对导电玻璃进行超声清洗，在惰性气体中吹干；

（3）制备导电玻璃为负载的纳米二氧化钛在温度为30-50℃下，将二氧化钛置于去离子水中，搅拌均匀制成二氧化钛溶液；向二氧化钛溶液通入气体CO₂，同时搅拌，加热升温到70-85℃，保温40-80min，停止通入气体CO₂和加热；将反应后的溶液烘干，粉碎，焙烧；然后将粉碎物和导电玻璃置于400-700℃上施加电场，所述电池的充电电压范围为10V到20V，时间为200~450 s，使用电化学程序电位阶跃处理方法在导电玻璃上沉积制得导电玻璃为负载的纳米二氧化钛；

（4）材料清洗：将反应完全的材料取出，用除氧超纯水清洗3~4次，去除反应剩余的离子，然后用无水乙醇清洗3~4次；

（5）材料的保存：将清洗后的材料完全浸没于无水乙醇溶液中，在10-20℃的环境中密封保存。

进一步地，在步骤（3）中，将清洗后的材料完全浸没于无水乙醇溶液中，在15℃的环境中密封保存。

进一步地，在步骤（3）中，搅拌速率为900-1500r/min。

本发明所述的制备方法制得的导电玻璃为负载的纳米二氧化钛在污水处理中的应用。

有益效果：本发明的方法简单，去除污水效率高，无二次污染，可用于水中有害阳离子和含氧阴离子的去除、不受外界环境和水质因素的影响。在其表面通过“电化学程序电位阶跃处理方法”负载纳米二氧化钛，控制产生具有立方晶形的结构及其制备方法，以及它在水体中所含有害阳离子和含氧阴离子去除中的应用。与现有的制备纳米二氧化钛的方法相比，本发明具有以下突出的优点：

（1）本发明的制备方法可以在常温条件下进行，反应条件温和，制备过程简单，易于实现，对外界环境条件无特殊要求；