[发明专利]一种新型二氧化钛微粒材料及其制备方法、在环保领域中的应用

说明书

本发明提供了一种二氧化钛微粒材料，所述二氧化钛微粒材料为多孔二氧化钛微粒材料；二氧化钛微粒具有表面皱褶的形貌。本发明提供的新型的二氧化钛微粒材料，具有表面皱褶的形貌，且宏观形貌可控，粒径均一可调，比表面积高且具有可调的孔径，晶粒大小与晶相也可控，其表面具有羟基与Ti³⁺化学价态，对重金属离子吸附能力强，具有良好的静态吸附性能，且能将部分吸附的高价金属离子还原成毒性小的低价离子，较大的微米粒径使其可作为吸附床的填充物，用于动态流动吸附，可快速去除重金属离子，具有与静态吸附一致的吸附容量及优异的吸附‑脱附循环稳定性，能够高效快速去除各类重金属离子，且易重生，可多次循环利用而不发生明显的性能下降。

技术领域

本发明属于二氧化钛材料制备技术领域，涉及一种二氧化钛微粒材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种新型二氧化钛微粒材料及其制备方法、在环保领域中的应用。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种白色两性氧化物，无毒，不透明，具有高的白度与光亮度，在涂料行业有着广泛的应用。纳米TiO₂具有优秀的光学性质、高的化学与热稳定性、超亲水性与非迁移性，可与食品接触，被广泛应用于抗紫外材料、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜等方面。此外，TiO₂材料在环境治理中也扮演重要角色，例如、纳米TiO₂可直接利用太阳光或紫外光，分解有机或无机的有毒污染物；再比如，TiO₂利用其高比表面积与表面丰富的活性位点，对废水中一些不可降解无机物，如汞、铅、镉、铬等重金属，有着良好的吸附去除能力。

目前，TiO₂颗粒的制备方法主要有水热法、自组装法与气溶胶法。在水热法中，含Ti前驱体、溶剂与水解催化剂以一定的比例混合，也可引入额外造孔剂，在较高的温度下进行水热处理，得到TiO₂材料。在自组装方法中，Ti源在一定的pH[值下进行预水解，再与成孔剂混合，通过溶剂挥发，使Ti源在聚合过程中与成孔剂组装形成介观结构，进一步热处理去除成孔剂，得到多孔TiO₂颗粒。这些方法操作步骤较多，耗时长，不易连续、规模化制备，且得到的TiO₂粒径小(在纳米范畴)、分布不均。气溶胶法结合了自组装与干燥工艺，具有操作简单、快速高效、可连续批量制备的特点。近年来，利用气溶胶法，人们制备了多种球形颗粒。然而，受限于干燥工艺，前驱液被分散成的液滴大小不一，导致所得颗粒的粒径分布广，且粒径较小，一般在几十纳米到十几微米之间，且产量及收集率较低。常见的工业生产TiO₂的方法有固相法与气相法。传统的固相法是将钛盐与含铵无机盐按一定的比例充分混合与研磨，随后进行煅烧得到最终产物。其主要优点是经济、工艺过程和设备简单，但其耗能较大、产物的纯度与均一度难以得到控制。因此，固相法只适用于对产品纯度和粒度要求不高的情况。气相法直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米TiO₂，如气相合成法和气相沉积法。用气相法制备的TiO₂纳米粒子具有粒度细、化学活性高、粒子呈球形、可见光透过性好、吸收紫外线的能力强等特点。但所得颗粒的粒径小，粒径分布宽，不利于直接用于吸附与催化，往往需要成型制备更大粒径的颗粒。

而且现有的大部分关于TiO₂的研究聚焦在纳米粉体的制备，其粒径分布宽，但是作为吸附剂或异相催化剂时，粒径大小与均一性对实际应用至关重要，纳米颗粒难以实现固液分离，而难以直接用于流动吸附或催化；小粒径与均一性差的颗粒会导致压力降差过大等等。

因此，如何得到一种更合适的TiO₂制备方法，制备的TiO₂颗粒粒径大小均一可控，能够解决上述问题，已成为领域内具有前瞻性的研究者广泛关注的焦点之一。

发明内容