一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其包括按照物料出口和入口依次連接的預(yù)制罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)、固溶體復(fù)合裝置、噴霧干燥機(jī)和管式振蕩燒結(jié)爐；根據(jù)制備工藝設(shè)計(jì)了適合工業(yè)化的生產(chǎn)裝置，解決了銳鈦型納米級(jí)氧化鈦容易自發(fā)形成團(tuán)聚體的技術(shù)問(wèn)題，降低了成品的生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]納米材料是當(dāng)今國(guó)際上的研究熱點(diǎn)和前沿之一。由于具有宏觀材料所不具備的小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)以及量子效應(yīng)，納米材料會(huì)表現(xiàn)出與常規(guī)材料截然不同的性質(zhì)(光、電、聲、熱、化學(xué)和力學(xué)等方面)，即納米效應(yīng)。同樣，對(duì)于多孔固體材料而言，當(dāng)孔隙率達(dá)到一定值后，若孔尺寸足夠小，也會(huì)表現(xiàn)出孔的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而產(chǎn)生一系列異于常規(guī)材料的特殊性能。氣凝膠便是一種應(yīng)用前景非常廣闊的新型納米多孔材料。其中二氧化硅氣凝膠的孔隙率可高達(dá)99.8%，孔洞尺寸在I?60nm，比表面積高達(dá)1000m2/g，密度可在3?500kg/m3之間變化。利用氣凝膠的高比表面積可將其用作吸附劑，實(shí)踐表明，氣凝膠吸附劑可以有不同的形狀、尺寸和化學(xué)組成，在不同的環(huán)境條件下吸附凈化空氣中的污染性氣體。
[0003]納米二氧化鈦是一種優(yōu)良的光催化材料，在光照條件下，二氧化鈦可使甲醛、甲苯、PM2.5等氣體污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，將污染物從根本上予以光解消除，是消除大氣及室內(nèi)污染物最有效的方法之一。納米二氧化鈦光催化材料所面臨的問(wèn)題主要是:1、其晶相必須是經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的銳鈦型；2、由于納米級(jí)銳鈦型二氧化鈦比表面積很大，表面能也很大，能夠自發(fā)形成團(tuán)聚體，生產(chǎn)成本很高，不便推廣使用。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?01210453899.3的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種具有分解甲醛功能的墻面裝飾材料及其制備方法。具體來(lái)說(shuō)是將微粉顆粒粘結(jié)固定在裝飾圖案層上，微粉顆粒包括二氧化硅氣凝膠微粉顆粒和納米二氧化鈦微粉顆粒；納米二氧化鈦微粉顆粒與被甲醛污染的空氣進(jìn)行接觸，并與甲醛接觸而催化反應(yīng)，起到凈化室內(nèi)空氣的作用。其不足之處在于:
[0005]1、納米二氧化鈦的成分比例小，凈化空氣的效果非常有限；
[0006]2、納米二氧化鈦造價(jià)較高，成本居高不下；
[0007]3、納米二氧化鈦與污染空氣進(jìn)行直接接觸，其表面無(wú)任何保護(hù)措施，雖然短期內(nèi)能夠與甲醛進(jìn)行催化反應(yīng)，但是很快就會(huì)出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象，從而失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，它能夠使銳鈦型納米級(jí)氧化鈦與稀土固溶體均勻地附著于硅氣凝膠的孔洞表面，制備出能夠長(zhǎng)效、強(qiáng)效地吸附分解空氣中甲醛、甲苯等氣態(tài)污染物的光催化材料。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，包括按照物料出口和入口依次連接的預(yù)制罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)、固溶體復(fù)合裝置、噴霧干燥機(jī)和管式振蕩燒結(jié)爐。
[0010]優(yōu)選的，物料傳輸?shù)膭?dòng)力源優(yōu)選為壓縮空氣的壓力，所述預(yù)制罐凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)和固溶體復(fù)合裝置分別連通至壓縮空氣發(fā)生裝置。
[0011]優(yōu)選的，所述固溶體復(fù)合裝置的物料出口和所述噴霧干燥機(jī)的物料入口之間安裝有漿料輸送泵，這是因?yàn)樗龉倘荏w復(fù)合裝置內(nèi)的漿料固含量需要大于％，粘稠度較高，采用較大動(dòng)力的漿料輸送泵能夠使?jié){料順利的進(jìn)入所述噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥。
[0012]所述老化沉降裝置為并聯(lián)設(shè)置的二個(gè)老化沉降罐。
[0013]所述固溶體復(fù)合裝置為并聯(lián)設(shè)置的二個(gè)固溶體復(fù)合釜。
[0014]另外，所述管式振蕩燒結(jié)爐連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐，所述水循環(huán)冷卻罐連接有用于收集成品和驅(qū)散熱風(fēng)的旋風(fēng)分離器，所述旋風(fēng)分離器連接至布袋分離器；所述布袋分離器用于再一次分離并收集成品，所述布袋分離器連接有引風(fēng)機(jī)，所述引風(fēng)機(jī)將所述布袋分離器分離出來(lái)氣體引出并通入所述布袋分離器進(jìn)行循環(huán)分離。
[0015]具體的，所述管式振蕩燒結(jié)爐包括爐體和水平放置的爐基礎(chǔ)架；所述爐體的內(nèi)部設(shè)置有爐管，所述爐管與水平面形成5°?8°的坡度，所述爐管較高的一端連接有下料斗；所述爐體的一側(cè)安裝振動(dòng)電機(jī)，爐體的下方與所述爐基礎(chǔ)架之間設(shè)置有多個(gè)橡膠彈性墊。上述的管式振蕩燒結(jié)爐具備振動(dòng)功能，物料在下料斗進(jìn)入后進(jìn)入爐管，物料沿著爐管的坡度均勻向前，按照設(shè)定好的時(shí)間通過(guò)爐管。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)制備工藝設(shè)計(jì)了適合工業(yè)化的生產(chǎn)裝置，解決了銳鈦型納米級(jí)氧化鈦容易自發(fā)形成團(tuán)聚體的技術(shù)問(wèn)題，而氧化鈦團(tuán)聚問(wèn)題是導(dǎo)致制備成本居高不下的主要原因；本發(fā)明的所制備的催化材料的載體與活性組分結(jié)合牢固、附著包覆均勻，光催化性能良好，能夠長(zhǎng)效、強(qiáng)效的吸附分解空氣中的甲醛、甲苯等氣態(tài)污染物，更重要的是，本發(fā)明生產(chǎn)裝置很好解決了氧化鈦團(tuán)聚的問(wèn)題，降低了成品的生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1所示為本發(fā)明生產(chǎn)裝置的示意圖；
[0018]圖2所示為管式振蕩燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1所示為本發(fā)明生產(chǎn)裝置示意圖，其包括按照物料出口和入口依次連接的預(yù)制罐1、凝膠釜2、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)5、固溶體復(fù)合裝置、噴霧干燥機(jī)9和管式振蕩燒結(jié)爐10。
[0021]優(yōu)選的，物料傳輸?shù)膭?dòng)力源優(yōu)選為壓縮空氣的壓力，所述預(yù)制罐I凝膠釜2、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)5和固溶體復(fù)合裝置分別連通至壓縮空氣發(fā)生裝置。
[0022]優(yōu)選的，所述固溶體復(fù)合裝置的物料出口和所述噴霧干燥機(jī)的物料入口之間安裝有漿料輸送泵8，這是因?yàn)樗龉倘荏w復(fù)合裝置內(nèi)的漿料固含量需要大于40%，粘稠度較高，采用較大動(dòng)力的漿料輸送泵8能夠使?jié){料順利的進(jìn)入所述噴霧干燥機(jī)9進(jìn)行噴霧干燥。
[0023]所述老化沉降裝置為并聯(lián)設(shè)置的二個(gè)老化沉降罐3、4。
[0024]所述固溶體復(fù)合裝置為并聯(lián)設(shè)置的二個(gè)固溶體復(fù)合釜6、7。
[0025]所述管式振蕩燒結(jié)爐10連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐11，所述水循環(huán)冷卻罐11連接有用于收集成品和驅(qū)散熱風(fēng)的旋風(fēng)分離器12，所述旋風(fēng)分離器12連接至布袋分離器13 ;所述布袋分離器13用于再一次分離并收集成品，所述布袋分離器連接有引風(fēng)機(jī)14，所述引風(fēng)機(jī)將所述布袋分離器13分離出來(lái)氣體引出并通入所述布袋分離器13進(jìn)行循環(huán)分離。
[0026]預(yù)制罐I用于混合硅氣凝膠和氨水，凝膠釜2用于混合硫酸鈦和去離子水，固溶體復(fù)合裝置和老化沉降裝置在工作時(shí)所需耗時(shí)較長(zhǎng)，分別設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)的二個(gè)固溶體復(fù)合釜6、7和二個(gè)老化沉降罐3、4目的在于實(shí)現(xiàn)交替工作，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。
[0027]如圖2所示，所述管式振蕩燒結(jié)爐10包括爐體15和水平放置的爐基礎(chǔ)架16 ;所述爐體15的內(nèi)部設(shè)置有爐管17，所述爐管17與水平面形成5°?8°的坡度，所述爐管17較高的一端連接有下料斗18 ;所述爐體15的一側(cè)安裝振動(dòng)電機(jī)19，爐體15的下方與所述爐基礎(chǔ)架16之間設(shè)置有多個(gè)橡膠彈性墊20。上述的管式振蕩燒結(jié)爐10具備振動(dòng)功能，物料在下料斗18進(jìn)入后進(jìn)入爐管15，物料沿著爐管15的坡度均勻向前，按照設(shè)定好的時(shí)間通過(guò)爐管。
[0028]依照上述一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其制備方法包括以下步驟:
[0029](I)將硅氣凝膠顆粒經(jīng)300目篩，在預(yù)制罐I中浸泡于20°氨水中30?36h，得到料A ;將稀土硝酸鹽以1:1重量比溶于去離子水中，過(guò)濾后得到料B ;
[0030](2)由于硫酸鈦在采購(gòu)時(shí)的標(biāo)定方法和標(biāo)準(zhǔn)各有不同，為了更加準(zhǔn)確的加入硫酸鈦的量，以硫酸鈦轉(zhuǎn)化為氧化鈦的量為標(biāo)定手段；以硫酸鈦轉(zhuǎn)化為氧化鈦的重量比計(jì)為5%，在凝膠釜2中將所需的硫酸鈦與重量比計(jì)為95%的去離子水進(jìn)行混合制成溶液；對(duì)溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌并加熱到75?90°C，保持恒溫，攪拌轉(zhuǎn)速控制在500?800轉(zhuǎn)/分鐘的同時(shí)開(kāi)啟超聲振動(dòng)，在60?90分鐘內(nèi)勻速加入步驟(I)制取的料A，這些步驟是在凝膠釜2中完成的；加入料A的量是由硅氣凝膠的重量來(lái)決定，硅氣凝膠的重量是以硫酸鈦轉(zhuǎn)化為氧化鈦的重量的0.36?0.5倍；
[0031](3)繼續(xù)加入適量氨水將pH值為調(diào)節(jié)至8.0?9.5，然后在老化沉降罐(3、4)中以30?80轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度繼續(xù)攪拌，攪拌的同時(shí)開(kāi)啟超聲振動(dòng)；反應(yīng)60?90分鐘，得到漿料C ；
[0032](4)通過(guò)壓力過(guò)濾機(jī)5將漿料C過(guò)濾、洗滌，控制漿料C的pH值為7?8，同時(shí)使過(guò)濾、洗滌后的漿料C的固含量>40%;然后物料轉(zhuǎn)移至復(fù)合釜出、7)，加入其2倍的去離子水，同時(shí)加入料B(稀土硝酸鹽容易吸潮，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，所以為了準(zhǔn)確定量稀土硝酸鹽的加入量，將稀土硝酸鹽以稀土氧化物計(jì))，其中，料B中稀土硝酸鹽以氧化物計(jì)的重量是氧化鈦重量的3?7%，攪拌轉(zhuǎn)速控制在500?800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌升溫至75?90°C時(shí)，滴加氨水調(diào)pH值為7?7.5，加入雙氧水，雙氧水的加入量為料B中稀土硝酸鹽以氧化物計(jì)的重量的10%，攪拌反應(yīng)30分鐘；洗滌、過(guò)濾后至物料固含量>40%時(shí)，收集并得到漿料D ;
[0033]這時(shí)，稀土硝酸鹽與氨水發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥翚溲趸铮蛩徕伵c氨水反應(yīng)生成氫氧化鈦；稀土氫氧化物包覆在氫氧化鈦的表面，共同填充在硅氣凝膠的比表面上，硅氣凝膠的微孔結(jié)構(gòu)里面充滿了稀土氫氧化物和氫氧化鈦；經(jīng)過(guò)噴霧干燥和高溫?zé)Y(jié)后，稀土氫氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥裂趸?，氫氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，其體積縮小到原來(lái)的0.2?0.4倍，使硅氣凝膠重新形成微孔結(jié)構(gòu)；稀土氫氧化物和氫氧化鈦的陰陽(yáng)離子緊密結(jié)合。
[0034](5)將通過(guò)漿料輸送泵將漿料D泵入噴霧干燥機(jī)9進(jìn)行噴霧干燥，干燥后進(jìn)入管式振蕩燒結(jié)爐10，管式振蕩燒結(jié)爐內(nèi)的加熱溫度為450?600°C，使包覆在硅氣凝膠表面的氫氧化鈦與稀土氫氧化物轉(zhuǎn)換成納米級(jí)銳鈦型氧化鈦與稀土氧化物，最終得到納米氧化鈦與稀土氧化物固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的成品。
[0035]另外，所述管式振蕩燒結(jié)爐10連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐11，冷卻后的物料傳輸至用于第一次收集成品和驅(qū)散熱風(fēng)的旋風(fēng)分離器12，所述旋風(fēng)分離器12連接至布袋分離器13 ;所述布袋分離器13用于第二次次分離并收集成品，所述布袋分離器連接有引風(fēng)機(jī)14，所述引風(fēng)機(jī)將所述布袋分離器13分離出來(lái)氣體引出并通入所述布袋分離器13進(jìn)行循環(huán)分離。
[0036]上述步驟(I)中的稀土硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸鈰或硝酸釹。
[0037]上述步驟(2)或步驟(3)中超聲振動(dòng)的頻率為20?35KHz，功率密度為0.3?
0.8W/cm2。采用超聲振動(dòng)能夠使攪拌時(shí)的混合更加均勻，促進(jìn)納米級(jí)顆粒的形成而不發(fā)生團(tuán)聚，能夠使包覆材料均勻地包覆硅氣凝膠。
[0038]上述步驟(5)中所用噴霧干燥進(jìn)口溫度200?300°C，出口溫度100?120°C。
[0039]上述步驟(5)中管式振蕩燒結(jié)爐的震動(dòng)頻率為300?380次/分鐘。
[0040]本發(fā)明的制備原理為:硅氣凝膠被認(rèn)為是世界上密度最小的固體，與傳統(tǒng)的吸附材料相比，比表面積更大，具有更強(qiáng)的吸附能力，是非常理想的催化劑載體。將氧化鈦制備成稀土氧化鈦固溶體，一方面，使氧化鈦具有更高的催化活性；另一方面，稀土(鑭、鈰或釹)氧化物使納米級(jí)氧化鈦在相對(duì)較低的溫度下較大量的實(shí)現(xiàn)銳鈦晶型轉(zhuǎn)化，其中部分銳鈦晶型的氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型的氧化鈦。納米氧化鈦附著在硅氣凝膠微孔的比表面上，使硅氣凝膠不僅具有吸附捕捉空氣中甲醛等氣態(tài)污染物的功能，而且能夠依靠負(fù)載于其表面的銳鈦型氧化鈦的光催化作用，分解被吸附捕捉的氣態(tài)污染物；在無(wú)光時(shí)吸附有害氣體，有光時(shí)催化分解釋放被轉(zhuǎn)化的無(wú)害氣體及水份；即硅氣凝膠具有納米級(jí)的微孔結(jié)構(gòu)，在污染空氣與納米級(jí)氧化鈦進(jìn)行接觸之前對(duì)污染空氣進(jìn)行了一個(gè)前期的篩選，使甲醛、甲苯等有害氣體與納米級(jí)進(jìn)入硅氣凝膠的微孔與氧化鈦發(fā)生催化反應(yīng)，避免了氧化鈦長(zhǎng)期暴露在污染空氣中發(fā)生“中毒”而導(dǎo)致失效的情況發(fā)生；本發(fā)明將硅氣凝膠的納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的前期篩選功能和納米級(jí)銳鈦型氧化鈦的催化功能的優(yōu)點(diǎn)集于一身，實(shí)現(xiàn)了該材料催化功能的長(zhǎng)效化和強(qiáng)效化。
[0041]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于，包括按照物料出口和入口依次連接的預(yù)制罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)、固溶體復(fù)合裝置、噴霧干燥機(jī)和管式振蕩燒結(jié)爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述預(yù)制罐凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過(guò)濾機(jī)和固溶體復(fù)合裝置分別連通至壓縮空氣發(fā)生裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述固溶體復(fù)合裝置的物料出口和所述噴霧干燥機(jī)的物料入口之間安裝有漿料輸送泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述老化沉降裝置為并聯(lián)設(shè)置的二個(gè)老化沉降罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述固溶體復(fù)合裝置為并聯(lián)設(shè)置的二個(gè)固溶體復(fù)合釜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述管式振蕩燒結(jié)爐連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐，所述水循環(huán)冷卻罐連接有用于收集成品和驅(qū)散熱風(fēng)的旋風(fēng)分離器，所述旋風(fēng)分離器連接至布袋分離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復(fù)合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述管式振蕩燒結(jié)爐包括爐體和水平放置的爐基礎(chǔ)架；所述爐體的內(nèi)部設(shè)置有爐管，所述爐管與水平面形成5°?8。的坡度，所述爐管較高的一端連接有下料斗；所述爐體的一側(cè)安裝振動(dòng)電機(jī)，爐體的下方與所述爐基礎(chǔ)架之間設(shè)置有多個(gè)橡膠彈性墊。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK104138752SQ201410310857
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】崔潔心 申請(qǐng)人:崔潔心