一種八鈦酸鉀晶須的制備方法及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于八鈦酸鉀晶須吸附重金屬離子的技術(shù)領(lǐng)域，特指以偏鈦酸、碳酸鉀為 原料，采用燒結(jié)法制備八鈦酸鉀的方法，也涉及用八鈦酸鉀吸附重金屬離子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，采礦、冶煉、蓄電池、電解電鍍、染料等工業(yè)每年都 要排放大量含重金屬離子的工業(yè)廢水和廢渣，引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，更為重要的是重金屬 可通過土壤、水、空氣，尤其是食物鏈，給人體健康帶來嚴(yán)重的危害。
[0003] 目前，國內(nèi)外常見的治理重金屬污染的方法有離子交換法、化學(xué)沉淀法、反滲透 法、電化學(xué)法、膜過濾法和吸附法等，其中吸附法因其操作成本低、去除效果好、可操作性強(qiáng) 而被廣泛應(yīng)用，特別是對低濃度、污染性強(qiáng)，其他方法難以處理的含重金屬廢水具有獨(dú)特的 應(yīng)用價值。
[0004] 鈦酸鉀晶須是一種針狀短纖維，鈦酸鉀晶須的化學(xué)式為K2O?nTi02(n= 1，2,4,6， 8,10,12)。其中，n= 6時為六鈦酸鉀，n= 8時為八鈦酸鉀，n= 6和8時鈦酸鉀晶須為 隧道式結(jié)構(gòu)。六鈦酸鉀晶須具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在一般情況下不與酸、堿和鹽起化學(xué)反 應(yīng)，不溶于有機(jī)溶劑等，經(jīng)過表面處理后使用，具有比表面積大，吸附力強(qiáng)的特點(diǎn)，是痕量金 屬離子理想的分離富集材料。八鈦酸鉀晶須，結(jié)構(gòu)與六鈦酸鉀類似，其對重金屬離子的吸附 效果更好，但八鈦酸鉀的生產(chǎn)工藝更復(fù)雜，成本更高，限制其發(fā)展。
[0005] 以硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品偏鈦酸為原料，制備八鈦酸鉀晶須，將在 很大程度上降低八鈦酸鉀晶須生產(chǎn)成本；同時，以其為吸附劑治理重金屬離子廢水，具有良 好的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種八鈦酸鉀晶須的制備方法及其用于 吸附重金屬離子的方法，特指以偏鈦酸、碳酸鉀為原料，采用燒結(jié)法制備八鈦酸鉀的方法， 并用其吸附Cu2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+重金屬離子的方法。
[0007] -種八鈦酸鉀晶須的制備方法，其特征是按下述步驟進(jìn)行的：
[0008] (1)八鈦酸鉀反應(yīng)前驅(qū)體的制備
[0009] 按比例將碳酸鉀與偏鈦酸在室溫下混合均勻，放入干燥箱內(nèi)干燥得反應(yīng)前驅(qū)體， 磨細(xì)備用；
[0010] (2)八鈦酸鉀晶須的制備
[0011] 將步驟（1)制備的反應(yīng)前驅(qū)體置于坩堝內(nèi)，放于馬弗爐內(nèi)，采用梯度升溫的方法 進(jìn)行焙燒，將焙燒后所得樣品放入恒沸水浴中煮沸，產(chǎn)物經(jīng)水浸取處理后，經(jīng)抽濾、洗滌、干 燥，即可得到八鈦酸鉀晶須。
[0012] 步驟（1)中，所述偏鈦酸中Ti02的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40wt% ;所述的碳酸鉀與偏鈦酸 中的Ti02的物質(zhì)的量之比[n(K2C03)/n(Ti02)]為1:4. 5。
[0013] 步驟⑴中，所述干燥溫度為150°C，干燥時間為24h;所述干燥過程中每半小時攪 拌一次。
[0014] 步驟⑵中，所述的梯度升溫方法為：首先升溫至200°C，保持Ih;繼續(xù)升溫至 300°C，并保持Ih;繼續(xù)升溫至400°C，并保持Ih;繼續(xù)升溫至500°C，并保持Ih;繼續(xù)升溫至 600°C，并保持8h;所述升溫速率均為20°C/min(該梯度升溫方法簡寫為：200°Clh+300°C1 h+400°Clh+500°Clh+600°C8h)〇
[0015] 步驟⑵中，所述樣品在恒沸水浴中煮沸的時間為10h。
[0016] 上述制備方法所制備的八鈦酸鉀晶須用于吸附重金屬離子的用途，具體使用方法 為：
[0017] 稱量一定量的八鈦酸鉀晶須于燒杯中，加入300mL-定濃度的某個金屬離子溶 液，勻速攪拌；分別在0、2、5、10、20、30、40、60、90、1201^11時取樣，并用原子吸收分光光度 計(jì)來檢測殘留金屬離子的濃度；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)產(chǎn)物與八鈦酸鉀晶須分離，分離出的八 鈦酸鉀晶須用10mL5wt%的硫酸溶液浸滯2h，經(jīng)抽濾、Iwt%NaOH溶液洗滌至中性、干燥，備 用。
[0018] 上述使用方法中，所述的金屬離子為Cu2+、Pb2+、Ni2+或Cr3+。
[0019] 上述使用方法中，所述的八鈦酸鉀的量為0. 5~lg，所述的金屬離子溶液中金屬 離子的濃度為20~300mg/L。
[0020] 本發(fā)明的有益效果為：
[0021] (1)本發(fā)明以硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品偏鈦酸為原料，制備八鈦酸鉀 晶須，很大程度上降低八鈦酸鉀晶須生產(chǎn)成本，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0022] (2)本發(fā)明以偏鈦酸、碳酸鉀為原料，采用燒結(jié)法制備八鈦酸鉀，制備方法簡單，制 取的八鈦酸鉀質(zhì)量高。
[0023] (3)本發(fā)明制備的八鈦酸鉀晶須具有對重金屬離子吸附效果好、易于分離、重復(fù)使 用性能好、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的工業(yè)發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為碳酸鉀與偏鈦酸中的TiO2的摩爾比為1:4. 5,梯度升溫條件下焙燒制取的 八鈦酸鉀晶須的XRD譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于此。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] (1)八鈦酸鉀反應(yīng)前驅(qū)體的制備
[0028] 以偏鈦酸和碳酸鉀為原料，將碳酸鉀與偏鈦酸（含TiO2,40wt% )按摩爾比 [n(K2CO3)/n(TiO2)]為I:4. 5在室溫下混合均勾，放入150°C干燥箱內(nèi)，定時進(jìn)行攪拌，干燥 24h得反應(yīng)前驅(qū)體，磨細(xì)備用。
[0029] (2)八鈦酸鉀晶須的制備
[0030]取100g所得反應(yīng)前驅(qū)體放入250ml坩堝內(nèi)，放于馬弗爐內(nèi)，采用梯度升溫的方法 進(jìn)行焙燒（升溫程序?yàn)椋?00°Clh+300°Clh+400°Clh+500°Clh+600°C8h)。將焙燒完所得 樣品放入恒沸水浴中煮沸l(wèi)〇h，產(chǎn)物經(jīng)水浸取處理后經(jīng)抽濾、洗滌、干燥，即可得到八鈦酸鉀 晶須。圖1為碳酸鉀與偏鈦酸中的TiO2的摩爾比為1:4. 5,梯度升溫條件下焙燒制取的八 鈦酸鉀晶須的XRD譜圖。制取的樣品與八鈦酸鉀XRD標(biāo)準(zhǔn)譜圖（JP⑶S41-1100)相比較， 基本無雜質(zhì)峰，說明有效合成了純相八鈦酸鉀。
[0031] (3)八鈦酸鉀晶須吸附重金屬離子實(shí)驗(yàn)步驟
[0032] 稱量0? 5g的八鈦酸鉀晶須于500mL燒杯中，加入300mL濃度為20、40、80、100、 150mg/L的Cu2+離子溶液，勻速攪拌。分別在0、2、5、10、20、30、40、60、90、120min時取樣， 并用原子吸收分光光度計(jì)來檢測殘留金屬離子的濃度。
[0033] 八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Cu2+吸附效果如表1:
[0034] 表1八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Cu2+吸附情況
[0035]
[0037] 注：C1表示Cu2+起始濃度為20mg/L;C2表示Cu2+起始濃度為40mg/L;C3表示Cu2+ 起始濃度為80mg/L;C4表示Cu2+起始濃度為100mg/L;C5表示Cu2+起始濃度為150mg/L。
[0038] 反應(yīng)120min后，八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Cu2+吸附率情況如表2所示：
[0039] 表2八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Cu2+吸附率
[0040]
[0041] 注=X1表示Cu2+起始濃度為20mg/L的吸附率；X2表示Cu2+起始濃度為40mg/L的 吸附率；X3表示Cu2+起始濃度為80mg/L的吸附率；X4表示Cu2+起始濃度為100mg/L的吸附 率；X5表示Cu2+起始濃度為150mg/L的吸附率。
[0042] 表1、2反映了八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Cu2+吸附情況。從表中可以看出，八鈦 酸鉀晶須對Cu2+具有良好的吸附效果。隨著Cu2+起始濃度從100mg/L降低至20mg/L，Cu2+ 吸附率從53. 83%升至97. 20%。這表明，低濃度有利于八鈦酸鉀晶須對Cu2+的吸附。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 采用實(shí)施1同樣的方法制取八鈦酸鉀晶須，八鈦酸鉀晶須吸附重金屬離子實(shí)驗(yàn)步 驟同實(shí)施例1，改變離子溶液為80、120、160、200、300mg/L的Pb2+溶液，可得到八鈦酸鉀晶 須對不同濃度的Pb2+吸附效果，如表3 :
[0045] 表3八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Pb2+吸附情況
[0046]
[0048] 注=C1表示Pb2+起始濃度為80mg/L;C2表示Pb2+起始濃度為120mg/L;C3表示Pb2+ 起始濃度為160mg/L;C4表示Pb2+起始濃度為200mg/L;C5表示Pb2+起始濃度為300mg/L。
[0049] 反應(yīng)120min后，八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Pb2+吸附率情況如表4所示：
[0050] 表4八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Pb2+吸附率
[0051]
[0052] 注=X1表示Pb2+起始濃度為80mg/L的吸附率；X2表示Pb2+起始濃度為120mg/L的 吸附率；X3表示Pb2+起始濃度為160mg/L的吸附率；X4表示Pb2+起始濃度為200mg/L的吸 附率；X5表示Pb2+起始濃度為300mg/L的吸附率。
[0053] 表3、4反映了八鈦酸鉀晶須對不同濃度的Pb2+吸附情況。從表中可以看出，八鈦 酸鉀晶須對Pb2+吸附率隨著Pb2+濃度的升高而降低。當(dāng)Pb2+起始濃度為300mg/L時，八鈦 酸鉀晶須對其吸附率仍高達(dá)93. 27%，這表明八鈦酸鉀晶須對Pb2+具有良好的吸附