[发明专利]一种锐钛型膨润土基多孔二氧化钛纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔纳米材料技术领域，具体涉及一种锐钛型膨润土基多孔二氧化钛纳米材料的制备方法。特别是以有机膨润土或处理有机废水后废弃的有机膨润土作为主体粘土原材料并提供阳离子表面活性剂制备多孔二氧化钛纳米材料的方法。

背景技术

纳米二氧化钛材料是材料和催化领域的研究热点，在催化降解水中和空气中有机污染物方面表现出独特的优势。自从1972年Fujishima等发现受辐射的TiO₂表面发生持续的氧化还原反应以来，学者们掀起了光催化的研究热潮(ZhaoJ，Yang XD.Building and Environment.2003，38，645-654)。该技术经紫外光照射，在室温条件下就能将诸多有机污染物如氯代物、醛类、酮类、醇类、芳香族等化合物氧化成无毒无害的CO₂和H₂O，同时可以氧化其他无机有害气体如CO、NOx等，同时能有效杀菌。

目前，用于制备纳米TiO₂的方法有很多，根据物理性质的不同通常可分为以下几种：固相法、气相法、液相法。液相法是目前研究和应用都最为广泛的一种纳米TiO₂的制备方法，比较典型的有溶胶-凝胶法、水解法、沉淀法、微乳液法和溶剂热法等。由于独特的纳米层间空间及微孔结构，层状粘土(如膨润土)在催化领域引起了人们的关注。人们从分子及原子水平上设计催化剂、调控催化性能的角度出发，设想在膨润土纳米层间嵌入半导体微粒能显示出很高的光催化性能。迄今膨润土基纳米二氧化钛材料主要的制备方法为(Stere JP.Clays Clay Miner.1996，34，655-664；Choudary BM，Rani SS，Narender N.Catal.Lett.1993，19，299-307)：无机钛源(TiCl₄或Ti(SO₄)₂等)或钛醇盐(钛酸丁酯等)在有机介质中水解、缩聚反应得到凝胶；凝胶经陈化，与膨润土水悬浮液反应所得成品在一定温度下煅烧后制得。这些制备方法均是在水溶液体系中进行，先合成钛凝胶并陈化，耗时较长；制备过程需要优化调节pH值，操作过程不易控制；由于钛源水解反应需要在苛刻的酸性条件下进行，极易造成膨润土结构的破坏和设备的腐蚀。

膨润土是以蒙脱石为主要矿物组成的典型的2∶1型层状粘土矿物，经表面活性剂进行有机化改性之后形成的有机膨润土对有机物表现出优异的吸附性能。本发明同时很好地解决了吸附了有机污染物的有机膨润土的综合利用问题，不仅能降低处理成本，而且可以避免二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨润土基多孔二氧化钛纳米材料的合成方法。本发明旨在简化合成路线，降低操作难度和实现稳定生产。

膨润土基多孔二氧化钛纳米材料的合成方法是以有机膨润土或吸附处理有机废水后的有机膨润土作为合成的主体粘土原材料，经模板一步合成所得的中间体焙烧后即得到多孔二氧化钛纳米材料，

具体制备步骤如下：

1)将膨润土与阳离子表面活性剂按质量比为1∶0.2～1∶2在水中混合反应制得有机膨润土，经固液分离，固体干燥2～48h以去除吸附态水分，备用；

2)将吸附处理废水后的有机膨润土固液分离，固体干燥2～48h以去除吸附态水分，备用；

3)将步骤1)、步骤2)干燥后的有机膨润土、助表面活性剂和钛酸酯类按有机膨润土∶助表面活性剂∶钛酸酯类的质量比为1∶0.5∶5～1∶2∶200混合，于20～90℃下搅拌反应2～8h；或将步骤1)、步骤2)干燥后的有机膨润土、钛酸酯类按有机膨润土∶钛酸酯类的质量比为1∶5～1∶200混合，于20～90℃下搅拌反应2～8h；

4)将上述产物固液分离，固体无需洗涤，在20～150℃干燥后得到中间体；

5)在空气气氛下，中间体以2～5℃/min速率升温至500～700℃，焙烧2～10h以去除表面活性剂和有机物质。

上述方法中有机膨润土为季铵盐型阳离子表面活性剂与膨润土进行反应得到的有机粘土。助表面活性剂为中性胺，中性胺的分子式为C_nH_n-1NH₂，其中n为碳原子数，范围为6～18。中性无机前驱体为钛酸甲酯、钛酸乙酯、钛酸正丙酯、钛酸异丙酯或钛酸丁酯。干燥方式为晾干、烘干、真空干燥的一种或几种。

与现有方法相比，本发明优点是：