專利名稱：大球徑納米晶粒TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大球徑納米晶粒TiO2微球的制備方法及其應(yīng)用于光催化降解有機污染廢水。
目前，國內(nèi)外解決這一問題的常用方法是將TiO2納米粉末固定于某一載體上制備負(fù)載型TiO2光催化劑。負(fù)載型TiO2光催化劑雖然在一定程度上克服了TiO2納米粉末難于分離回收的缺點，但由于TiO2納米粉末僅僅是靠物理吸附作用負(fù)載在載體表面，因此，在重復(fù)使用過程中易于從載體表面脫落，從而造成光催化劑的流失。
本發(fā)明大球徑納米晶粒TiO2微球的物化參數(shù)為微球直徑 200μm～500μm晶粒大小 10-40nm晶型 銳鈦型/金紅石型(100/1-6)比表面(m2/g) 80-120孔體積(cm3/g)0.1-0.2微孔平均孔徑大小(nm) 8-10本發(fā)明大球徑納米晶粒TiO2微球的制備方法如下(1)鈦酸四丁酯與無水乙醇(摩爾比＝1∶4-6)充分混合，攪拌，用鹽酸調(diào)至pH值為2.5-3.5進行酸性水解制備TiO2溶膠。
(2)將尿素水溶液加入到TiO2溶膠中(摩爾比＝1∶5-7)，攪拌，充分混合，再加入甲醛，(尿素與甲醛摩爾比＝1∶1-1.3)充分混合后，混合液加到液體石蠟分散介質(zhì)中，在攪拌下升溫至70℃，反應(yīng)1-3小時即得到乳白色的聚合物-TiO2復(fù)合微球。
(3)涼干，焙燒爐中焙燒1-2個小時，升溫至500℃，通空氣(流量1-500L/小時)焙燒1-1.5小時將聚合物分解，即得到TiO2多孔微球。大球徑納米晶粒TiO2微球在陽光下光降解有機染料活性艷藍KN-R 本發(fā)明TiO2多孔微球光降解染料廢水的流動床光催化降解染料廢水裝置流動床采用長50.0cm、內(nèi)徑為1.5cm、外徑為1.8cm的石英管作為填充管。管與地面成30°角放置，管內(nèi)填充15.0g TiO2多孔微球，約占石英管體積的1/2，在石英管的背面5mm處加一個平面鏡用以反射陽光。
本發(fā)明結(jié)合高分子合成技術(shù)，設(shè)計并制備了一種高效、易于回收和重復(fù)使用的新型TiO2光催化劑，即以聚合物單體液滴為模板，采用反相懸浮聚合方法，通過凝膠-溶膠過程，首先制備聚合物-TiO2微球，在適當(dāng)?shù)臏囟瘸绦蛳卤簾?，將其轉(zhuǎn)化為納米晶粒TiO2多孔微球。系統(tǒng)的測試結(jié)果表明所制備納米晶粒TiO2多孔微球的主要由高催化活性的銳鈦型TiO2納米晶粒組成，球徑在200～500μm，晶粒大小在10到40nm之間，微球具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，比表面為80～120m2/g。進一步的光催化活性實驗結(jié)果表明，其與TiO2納米粉末一樣具有較高的光催化活性，而其大球徑的特征又使其具有了易于回收，可重復(fù)使用的特征。這是迄今為止其它TiO2納米光催化材料所不能比擬的，對處理環(huán)境污染廢水具有重要的理論意義和實用價值，尤其對天津乃至全國亟待解決的工業(yè)有機廢水的處理具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。
取4g尿素溶于30ml水中，并將此尿素水溶液在攪拌下加入到60mlTiO2溶膠中使之充分混合，然后再滴加7ml甲醛，充分混合后，將此混合液加到3000ml液體石蠟分散介質(zhì)中，攪拌，升溫至70℃下反應(yīng)2.5小時，得到乳白色的聚合物-TiO2復(fù)合微球，涼干，在高溫焙燒爐中焙燒一個小時升溫至500℃，在通空氣(流量110L/小時)焙燒1.5小時將聚合物分解，即得到TiO2多孔微球。所得微球見表1。
表1大球徑納米晶粒TiO2微球光降解催化劑的基本物理化學(xué)特征微球直徑 200μm～500μm晶粒大小 10-40nm晶型 銳鈦型/金紅石型(100/1-6)比表面(m2/g)80-120孔體積(cm3/g) 0.1-0.2平均孔徑大小(nm) 8-10使用上述實施例制備的TiO2多孔微球進行光催化降解實驗。
陽光下光降解有機染料活性艷藍KN-R試驗過程和效果在石英玻璃管中配制pH＝2.5-3.5、初始濃度為10-30g/L的活性艷藍KN-R染料溶液，TiO2多孔微球光催化劑濃度為6-20g/L。然后置于室外振蕩器中與陽光成30度處進行光催化降解。每隔半小時測一次降解位置的陽光照度和大氣溫度。結(jié)果見表2與表3。
表2大球徑納米晶粒TiO2微球陽光降解活性艷藍KN-R染料數(shù)據(jù)表

降解條件平均照度為10-12萬Lux，平均溫度為25±2℃。
表3.TiO2多孔微球重復(fù)降解效果(降解百分率)·

·TiO2多孔微球用量8g/L。
由表中可以看出，TiO2多孔微球重復(fù)使用時，其光催化性能沒有明顯變化。降解的效果與平均照度呈正比關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種大球徑納米晶粒TiO2微球，其特征在于該大球徑納米晶粒TiO2微球的物化參數(shù)為微球直徑 200μm～500μm晶粒大小 10-40nm晶型 銳鈦型/金紅石型100/1-6比表面(m2/g)80-120孔體積(cm3/g) 0.1-0.2平均孔徑大小(nm) 8-10
2.權(quán)利要求1所述的大球徑納米晶粒TiO2微球的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)鈦酸四丁酯與無水乙醇充分混合，摩爾比＝1∶4-6，攪拌，pH值為2.5-3.5進行酸性水解制備得到TiO2溶膠；(2)將尿素水溶液加入到TiO2溶膠中，摩爾比＝1∶5-7，攪拌，充分混合，再加入甲醛，尿素與甲醛摩爾比＝1∶1-1.3，充分混合后，混合液加到液體石蠟分散介質(zhì)中，在攪拌下升溫至70℃，反應(yīng)1-3小時即得到乳白色的聚合物-TiO2復(fù)合微球。(3)自然涼干后于焙燒爐中500℃焙燒1-2小時，通空氣，流量1-500L/小時，焙燒1-1.5小時，即得到TiO2多孔微球。
3.權(quán)利要求1所述的大球徑納米晶粒TiO2微球的光催化應(yīng)用。
4.按照權(quán)利要求3所述的大球徑納米晶粒TiO2微球的光催化應(yīng)用，其特征在于在陽光或紫外光下光降解有機染料活性艷藍KN-R 具體條件在石英玻璃管中配制pH＝2.5-3.5、初始濃度為10-30g/L的活性艷藍KN-R染料溶液，TiO2多孔微球光催化劑濃度為6-20g/L，然后置于室外降解裝置中，平均照度為10-12萬Lux陽光或紫外光下進行光催化降解，每隔半小時測一次降解位置的陽光照度和大氣溫度。
5.按照權(quán)利要求4所述的大球徑納米晶粒TiO2微球的光降解有機染料活性艷藍KN-R的降解裝置，其特征在于采用流動床光催化降解，流動床采用長50.0cm、內(nèi)徑為1.5cm、外徑為1.8cm的石英管作為填充管，管與地面成30°角放置，管內(nèi)填充TiO2多孔微球，約占石英管體積的1/2，在石英管的背面處加一個平面鏡用以反射陽光。
全文摘要
本發(fā)明涉及大球徑納米晶粒TiO
文檔編號C02F1/30GK1415549SQ02146410
公開日2003年5月7日 申請日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者張保龍, 石可瑜, 何尚錦, 楊克蓮, 陳百順, 張育英, 杜宗杰 申請人:南開大學(xué)