[发明专利]一种TiO2/SiO2双层中空球的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂/SiO₂双层中空球吸附重金属离子的技术领域，特指以硬模板法制备TiO₂/SiO₂双层中空球的方法，也涉及用TiO₂/SiO₂双层中空球吸附重金属离子的方法。

背景技术

水是生命之源，为人类生活、生物生长和农业生产所必需。地球上可供利用的地表水只占0.02%，地下水约占0.6%。然而，随着世界经济的快速发展，重金属废水的排放量不断增加，具有高毒性、持久性、难降解性的重金属使得目前为数不多的水源遭到了大量的污染。所有重金属对生物都有潜在的危害作用，大部分重金属能在生物体内积蓄,当积累超过一定的量时即可引起生物中毒。

纳米二氧化钛是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料，由于具有一系列新异的物理化学特性,使其在许多领域得到广泛应用。纳米二氧化钛具有较多的表面原子数,较大的表面积、表面能和表面结合能，具有比一般的吸附材料更大的吸附容量。此外,纳米二氧化钛具有较高的化学活性，其表面原子能够与金属离子以静电作用等方式相结合,因此纳米二氧化钛对一些金属离子具有很强的吸附能力。可见,纳米二氧化钛是一种颇有潜力的固相吸附材料。因此以硬模板法制备纳米TiO₂/SiO₂双层中空球，将其用于处理含重金属的废水具有独特的应用价值。

发明内容

本发明提供一种TiO₂/SiO₂双层中空球的制备及用于吸附重金属离子的方法，特指以硬模板法制备TiO₂/SiO₂双层中空球的方法，并用于TiO₂/SiO₂双层中空球吸附Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺重金属离子的方法。

一种TiO₂/SiO₂双层中空球的制备方法，包括如下步骤：

（1）聚苯乙烯甲基丙烯酸共聚微球PSM的制备：

将减压蒸馏后的精制苯乙烯、甲基丙烯酸和蒸馏水，搅拌均匀，通氮气除氧，先将水浴温度升至聚合反应温度，再加入过硫酸钾溶液以引发聚合，恒温反应后，得到聚苯乙烯甲基丙烯酸共聚微球PSM；

（2）中空二氧化硅的制备：

将步骤（1）制得的PSM均匀分散在蒸馏水中，调节水浴温度60-85℃，加入十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液，搅拌30-70min，用NaOH溶液A将pH值调为6.0-8.0；不断搅拌下，同时滴加偏硅酸钠溶液与硫酸溶液维持反应系统pH=6.0-8.0；滴加完成后，用NaOH溶液将pH值调为9.5，继续搅拌陈化2-6h得到中空二氧化硅；

（3）TiO₂/SiO₂双层中空球的制备：

将步骤（2）制备的中空二氧化硅均匀分散到蒸馏水中，调节水浴温度70-85℃，用HCl溶液将pH值调为2.0-4.0，不断搅拌下，同时滴加TiCl₄酸溶液与NaOH溶液B维持反应系统pH=2.0-4.0，滴加完成后，pH值维持2.0-4.0，不断搅拌下陈化，洗涤，干燥，从室温开始程序升温至煅烧温度，以除去共聚微球。

步骤（1）中，所述的苯乙烯与甲基丙烯酸的体积比为4~12:1,蒸馏水与苯乙烯的体积比为9~4:1；所述过硫酸钾溶液的浓度为12.5g/L，过硫酸钾溶液与苯乙烯的体积比为0.167-0.75:1。

步骤（1）中，所述聚合反应温度为65-80℃，反应时间为24h；

步骤（2）中，所述CTAB溶液的浓度为12.5g/L，其中CTAB与共聚微球的质量比为0.06-0.12：1；

步骤（3）中，所述陈化时间为3h；所述煅烧为方式：从室温开始程序升温加热到550℃，于550℃保持4h。

步骤（2）中，所述NaOH溶液A的浓度为10mol/L；硫酸溶液的浓度为1mol/L；所述偏硅酸钠溶液的浓度为0.1mol/L；所述共聚微球和偏硅酸钠的质量比为2.5g：5.535g。