CN105148890A - 煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，采用微波辅助溶胶-凝胶法制备煤渣负载纳米二氧化钛复合材料，操作步骤是：室温下在无水乙醇中加入钛酸四正丁酯和冰醋酸，充分搅拌后形成透明的淡黄色溶液，与煤渣充分搅拌后，再加入由无水乙醇、蒸馏水和稀硫酸调制成pH值2.3的混合液，充分搅拌后经微波加热、焙烧后制得。采用该煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法制得的产品，其纳米二氧化钛在煤渣表面分布分散、负载更均匀、制作成本低、产品质量好、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及用于处理印染废水和养殖废水的复合型光催化剂的制备方法，具体涉及煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法。
背景技术
现有技术常采用玻璃、陶瓷、吸附剂（活性炭）、金属氧化物等物质作为载体制备纳米二氧化钛复合材料，存在的缺点是制备成本较高；因而有人以煤渣作为负载物采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛复合材料，具有SiO2易与TiO2形成牢固的Ti-O-Si键、利于TiO2的固定使负载结合稳定、使用寿命长的优点，且大量的煤渣本身是固体废弃物，经过简单处理可以变废为宝，该方法制备煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的工艺是：室温下在无水乙醇中加入钛酸四正丁酯和冰醋酸，充分搅拌后形成透明的淡黄色溶液，与煤渣充分搅拌后，再加入由无水乙醇、蒸馏水和稀硫酸调制成pH值2.3的混合液，充分搅拌后经溶胶-凝胶、焙烧后制得。但该方法制备煤渣负载纳米二氧化钛复合材料存在以下缺陷：一是TiO2在煤渣表面分布不均匀，二是煤渣孔隙多、比表面积大的优势未得到充分利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛在煤渣表面分布分散、负载更均匀、制作成本低、产品质量好、使用寿命长的煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法。
为实现以上目的，本发明煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法采用微波辅助溶胶-凝胶法制备煤渣负载纳米二氧化钛复合材料，操作步骤如下：
第一步：A液制备：室温下在装有无水乙醇的容器中加入钛酸四正丁酯和冰醋酸，充分搅拌后形成透明的淡黄色溶液，记作A液；
第二步：B液制备：在另一容器中按容积比10:1的比例加入无水乙醇和蒸馏水，混合后用0.06mol/L稀硫酸调节pH值为2.3，记作B液；
第三步：将经处理的煤渣含量为14.44%-36.10%的煤渣倒入A液中，充分搅拌；
第四步：在搅拌条件下，将B液以每秒1滴的速度滴入到A液中，按此步骤配制多组，分别放入微波炉中依次加热2-7min，微波功率为240W-640W；
第五步：将微波加热后的各组物料转移到坩埚中，在恒温下充分干燥后，置于马沸炉300℃-600℃焙烧2-4h后断电冷却；
第六步：将焙烧后的物料用蒸馏水洗涤，抽滤，烘干制得纳米TiO2/煤渣复合材料。
所述操作步骤第一步中所述无水乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸三者的容积比是5：2：1。
所述操作步骤第三步至第五步中更佳的工艺参数是煤渣含量32.49%、微波时间为5min、微波功率为400W、马沸炉温度为400℃。
煤炭是当前世界各国的主要能源之一,其中84%以上是通过燃烧方式利用的。煤渣是燃煤电厂、工业和民用锅炉、炉窑等燃烧煤炭后排出的固体废弃物，我国每年用于各种不同用途锅炉燃烧的煤炭达到314亿吨,排放出的固体煤渣的数量十分惊人。由于煤炭的不完全燃烧,煤渣中还含有部分残渣(微小炭粒)，在煤炭燃烧过程中有部分空气进入煤中，冷却后又逃逸，使得煤渣形成多孔结构(其孔隙率在（50%～60%)，比表面积较大，表面能也较高，其中含有10%～30%的残炭，这些残炭的性质类似于活性炭，因而煤渣本身是一种很好的吸附剂。目前煤渣在废气、废水的处理上应用的比较多，但对煤渣的结构、性能的研究很少，而纳米二氧化钛粒径极小，在废水、废气的处理中存在着回收困难、易聚集等缺点，严重制约了其产业化，煤渣预处理后负载二氧化钛制备复合材料，能够对煤渣载体的特性进行充分应用，加以改进后使其负载型纳米材料的综合活性高于相应的纳米二氧化钛粉体。煤渣复合材料的制备和应用可利用廉价的工业、民用煤渣,有变废为宝、以废治废的优点，有着明显的社会效益和环境效益。
本发明通过微波辅助溶胶凝胶法使煤渣上负载TiO2，其中TiO2分散在煤渣的表面和孔隙内，这种结构使TiO2/煤渣复合光催化剂兼备TiO2和载体两者的性质，有利于其光催化性能的提高，也提高了纳米二氧化钛的利用率，具有吸附、催化降解功能，可以产业化生产，拓展了其应用范畴，可广泛应用于印染废水、养殖废水等污水处理。
本发明煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法采用微波加热合成具有无温度梯度、快速而均匀、穿透性好且效率高等优点，相对于现有技术单纯的溶胶-凝胶法，制备的纳米二氧化钛分散程度更大、负载更均匀、更快捷，效率高、更经济。
附图说明
图1是本发明煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法制得的纳米二氧化钛复合材料的XRD图。
图2是本发明煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法制得的纳米二氧化钛复合材料SEM图片。
图3是本发明煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法制得的纳米二氧化钛复合材料的能谱仪图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法作进一步详细说明。
本发明采用微波辅助溶胶-凝胶法制备煤渣负载纳米二氧化钛复合材料，具体操作步骤如下：
1、室温下，在25.00mL无水乙醇中加入10.00mL钛酸四正丁酯和5.00mL冰醋酸，充分搅拌20min后形成透明的淡黄色溶液，记作A液；
2、在另一烧杯中加入20.00mL无水乙醇和2.00mL蒸馏水，混合后用0.06mol/L稀硫酸调节pH值为2.3，记作B液；
3、将一定量处理好的14.44%-36.10%煤渣倒入A液中，搅拌10min；
4、在搅拌条件下，将B液以每秒1滴的速度滴入到A液中，按此步棸配制6组，分别放入微波炉中依次加热2-7min；
5、微波加热完成后再转移到坩埚中，100℃恒温干燥4h，置于马沸炉400℃焙烧3h，断电冷却；
6、用蒸馏水洗涤，抽滤，烘干制得纳米TiO2/煤渣复合材料。
重复上述步骤，分别置于马沸炉焙烧温度为300℃-600℃制备纳米TiO2/煤渣复合材料。
重复上述步骤，分别改变微波功率为240W-640W制备纳米TiO2/煤渣复合材料。
经过反复试验得出，当煤渣含量32.49%、微波时间为5min，微波功率为400W，马沸炉温度为400℃时，其降解效果最好。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对复合材料做了表征，结果表明：煤渣表面负载了纳米二氧化钛，且TiO2具有锐钛矿型结构，平均粒径12nm，如图1-图3所示。
Claims (3)
1.一种煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征是：采用微波辅助溶胶-凝胶法制备煤渣负载纳米二氧化钛复合材料，操作步骤如下：
第一步：A液制备：室温下在装有无水乙醇的容器中加入钛酸四正丁酯和冰醋酸，充分搅拌后形成透明的淡黄色溶液，记作A液；
第二步：B液制备：在另一容器中按容积比10:1的比例加入无水乙醇和蒸馏水，混合后用0.06mol/L稀硫酸调节pH值为2.3，记作B液；
第三步：将经处理的煤渣含量为14.44%-36.10%的煤渣倒入A液中，充分搅拌；
第四步：在搅拌条件下，将B液以每秒1滴的速度滴入到A液中，按此步骤配制多组，分别放入微波炉中依次加热2-7min，微波功率为240W-640W；
第五步：将微波加热后的各组物料转移到坩埚中，在恒温下充分干燥后，置于马沸炉300℃-600℃焙烧2-4h后断电冷却；
第六步：将焙烧后的物料用蒸馏水洗涤，抽滤，烘干制得纳米TiO2/煤渣复合材料。
2.如权利要求1所述煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征是：所述操作步骤第一步中所述无水乙醇、钛酸四正丁酯和冰醋酸三者的容积比是5：2：1。
3.如权利要求1所述煤渣负载纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征是：所述操作步骤第三步至第五步中更佳的工艺参数是煤渣含量32.49%、微波时间为5min、微波功率为400W、马沸炉温度为400℃。
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