CN106861667B - 一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，使用空心玻璃微球为内核，在空心玻璃微球上合成TiO2涂层，选择乙醇、丁二醇、钛酸异丙醇酯、聚乙二醇10000和导向剂AP‑3为主要原料，首先通过加热回流合成TiO2溶胶，再通过干燥和高温煅烧在空心玻璃微球表面包覆TiO2膜，制备出低密度的空心TiO2微球，该微球可在静止状态下浮于水面，可用于废水的光催化处理过程。
Description
技术领域
本发明属于环境污染净化材料领域，具体涉及一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法。
背景技术
经过近半个世纪的深入研究，光催化污染净化技术成为一种高效污染净化手段，尤其在有机废水处理中发挥了重要作用。大规模的废水治理过程对光催化材料有特殊的限制，要求光催化材料与废水能够充分接触和快速分离。TiO2具有独特的优点而受到各界的广泛关注，被认为是一种极具发展前途的环境污染净化型光催化材料，围绕TiO2基材料的研究始终是光催化技术的热点。然而，纳米粉体TiO2催化剂用于消除水中污染物时，存在催化剂回收困难、催化剂容易失活等缺点。
在常见的连续流动废水处理装置中可以使用固定化的光催化材料，但不可避免地减弱了材料的处理能力。为了得到理想的污染物处理效率，必须使光催化材料与废水充分混合，能够最大限度地吸收光源辐射。作为能够满足工业生产需要的材料，还必须具备一定的机械强度，能够保持长时间的使用寿命。新型结构光催化剂如空心微球具有低密度、高比表面的特性，不仅能够在普通的水流循环条件下与废水充分混合，还易于在静止时浮出废水表面而与废水分离回收。空心TiO2微球材料作为一种新型的功能材料具有广阔的应用前景。本专利公开一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，可以用于废水的光催化处理工艺过程。
一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1：合成TiO2溶胶；
1.1：在200 mL圆底烧瓶中加入45~50 mL乙醇、13~16 mL乙二醇和16~20 mL 钛酸异丙醇酯，将烧瓶置于恒温电热包中，采用球形冷凝管，管内通自来水作为冷却液，在40 ℃加热回流50 min；
1.2：随后在圆底烧瓶中加入5~7 mL聚乙二醇10000、2.3~2.5 mL导向剂AP-3，继续在40 ℃加热回流30 min；
1.3：随后在圆底烧瓶中加入6.3~6.6 mL蒸馏水，并加入冰醋酸调节溶液pH值在2~5之间，继续在40 ℃加热回流60 min，形成TiO2溶胶，备用；
2：微球包覆和固化；
2.1：使用空心玻璃微球为内核，将玻璃微球200 mg分散于10 mL乙醇中，在超声波清洗器中超声处理10 min，使玻璃微球在乙醇中分散；
2.2：将上述分散有玻璃微球的乙醇液加入步骤1.3制备的TiO2溶胶中，使用电动搅拌机在200 r/min转速下搅拌20 min，将所得混合液放入超声波清洗器中超声处理30min；
2.3：将混合液在室温下静置2 h，离心分离，过滤，所得固体用蒸馏水、乙醇反复洗涤3次，移入电动鼓风干燥箱，在80 ℃干燥12 h；
2.4：将固体物质在程控箱式电炉中进行煅烧处理，从室温开始以5 ℃/min的升温速率升至煅烧温度，煅烧温度为450~550 ℃，煅烧时间为3~5 h，冷却后即制得TiO2微球。
所述的玻璃微球直径50 μm，壁厚2 μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的主要技术问题是解决在空心玻璃微球上合成TiO2涂层并提高其稳定性，选择乙醇、丁二醇、钛酸异丙醇酯、聚乙二醇10000 和导向剂AP-3为主要原料，通过精确控制TiO2溶胶合成、微球包覆和固化工艺，在空心玻璃微球表面包覆TiO2膜，制备出低密度的空心TiO2微球，该微球可在静止状态下浮于水面。
具体实施方式
实施例1
一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，主要包括以下步骤：
1：合成TiO2溶胶；
1.1：在200 mL圆底烧瓶中加入45 mL乙醇、13 mL乙二醇和16 mL 钛酸异丙醇酯，将烧瓶置于恒温电热包中，采用球形冷凝管，管内通自来水作为冷却液，在40 ℃加热回流50 min；
1.2：随后在圆底烧瓶中加入5 mL聚乙二醇10000、2.3 mL导向剂AP-3，继续在40℃加热回流30 min；
1.3：随后在圆底烧瓶中加入6.3 mL蒸馏水，并加入冰醋酸调节溶液pH值在2~5之间，继续在40 ℃加热回流60 min，形成TiO2溶胶，备用；
2：微球包覆和固化；
2.1：使用空心玻璃微球为内核，玻璃微球直径50 μm，壁厚2 μm。将玻璃微球200mg分散于10 mL乙醇中，在超声波清洗器中超声处理10 min，使玻璃微球在乙醇中分散；
2.2：将上述分散有玻璃微球的乙醇液加入步骤1.3制备的TiO2溶胶中，使用电动搅拌机在200 r/min转速下搅拌20 min，将所得混合液放入超声波清洗器中超声处理30min；
2.3：将混合液在室温下静置2 h，离心分离，过滤，所得固体用蒸馏水、乙醇反复洗涤3次，移入电动鼓风干燥箱，在80 ℃干燥12 h；
2.4：将固体物质在程控箱式电炉中进行煅烧处理，从室温开始以5 ℃/min的升温速率升至煅烧温度，煅烧温度为450 ℃，煅烧时间为5 h，冷却后即制得TiO2微球。
实施例2
一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，主要包括以下步骤：
1：合成TiO2溶胶；
1.1：在200 mL圆底烧瓶中加入47 mL乙醇、15 mL乙二醇和18 mL 钛酸异丙醇酯，将烧瓶置于恒温电热包中，采用球形冷凝管，管内通自来水作为冷却液，在40 ℃加热回流50 min；
1.2：随后在圆底烧瓶中加入6 mL聚乙二醇10000、2.4 mL导向剂AP-3，继续在40℃加热回流30 min；
1.3：随后在圆底烧瓶中加入6.5 mL蒸馏水，并加入冰醋酸调节溶液pH值在2~5之间，继续在40 ℃加热回流60 min，形成TiO2溶胶，备用；
2：微球包覆和固化；
2.1：使用空心玻璃微球为内核，玻璃微球直径50 μm，壁厚2 μm。将玻璃微球200mg分散于10 mL乙醇中，在超声波清洗器中超声处理10 min，使玻璃微球在乙醇中分散；
2.2：将上述分散有玻璃微球的乙醇液加入步骤1.3制备的TiO2溶胶中，使用电动搅拌机在200 r/min转速下搅拌20 min，将所得混合液放入超声波清洗器中超声处理30min；
2.3：将混合液在室温下静置2 h，离心分离，过滤，所得固体用蒸馏水、乙醇反复洗涤3次，移入电动鼓风干燥箱，在80 ℃干燥12 h；
2.4：将固体物质在程控箱式电炉中进行煅烧处理，从室温开始以5 ℃/min的升温速率升至煅烧温度，煅烧温度为490 ℃，煅烧时间为4 h，冷却后即制得TiO2微球。
实施例3
一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，主要包括以下步骤：
1：合成TiO2溶胶；
1.1：在200 mL圆底烧瓶中加入50 mL乙醇、16 mL乙二醇和20 mL 钛酸异丙醇酯，将烧瓶置于恒温电热包中，采用球形冷凝管，管内通自来水作为冷却液，在40 ℃加热回流50 min；
1.2：随后在圆底烧瓶中加入7 mL聚乙二醇10000、2.5 mL导向剂AP-3，继续在40℃加热回流30 min；
1.3：随后在圆底烧瓶中加入6.6 mL蒸馏水，并加入冰醋酸调节溶液pH值在2~5之间，继续在40 ℃加热回流60 min，形成TiO2溶胶，备用；
2：微球包覆和固化；
2.1：使用空心玻璃微球为内核，玻璃微球直径50 μm，壁厚2 μm；将玻璃微球200mg分散于10 mL乙醇中，在超声波清洗器中超声处理10 min，使玻璃微球在乙醇中分散；
2.2：将上述分散有玻璃微球的乙醇液加入步骤1.3制备的TiO2溶胶中，使用电动搅拌机在200 r/min转速下搅拌20 min，将所得混合液放入超声波清洗器中超声处理30min；
2.3：将混合液在室温下静置2 h，离心分离，过滤，所得固体用蒸馏水、乙醇反复洗涤3次，移入电动鼓风干燥箱，在80 ℃干燥12 h；
2.4：将固体物质在程控箱式电炉中进行煅烧处理，从室温开始以5 ℃/min的升温速率升至煅烧温度，煅烧温度为550 ℃，煅烧时间为3 h，冷却后即制得TiO2微球。
Claims (1)
1.一种可悬浮在水中的TiO2微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：合成TiO2溶胶； 1.1：在200 mL圆底烧瓶中加入45~50 mL乙醇、13~16 mL乙二醇和16~20 mL 钛酸异丙醇酯，将烧瓶置于恒温电热包中，采用球形冷凝管，管内通自来水作为冷却液，在40℃加热回流50 min； 1.2：随后在圆底烧瓶中加入5~7 mL聚乙二醇10000、2.3~2.5 mL导向剂AP-3，继续在40 ℃加热回流30 min； 1.3：随后在圆底烧瓶中加入6.3~6.6 mL蒸馏水，并加入冰醋酸调节溶液pH值在2~5之间，继续在40 ℃加热回流60 min，形成TiO2溶胶，备用；步骤2：微球包覆和固化； 2.1：使用空心玻璃微球为内核；将玻璃微球200 mg分散于10 mL乙醇中，在超声波清洗器中超声处理10 min，使玻璃微球在乙醇中分散； 2.2：将上述分散有玻璃微球的乙醇液加入步骤1.3制备的TiO2溶胶中，使用电动搅拌机在200 r/min转速下搅拌20 min，将所得混合液放入超声波清洗器中超声处理30 min； 2.3：将混合液在室温下静置2 h，离心分离，过滤，所得固体用蒸馏水、乙醇反复洗涤3次，移入电动鼓风干燥箱，在80 ℃干燥12 h； 2.4：将固体物质在程控箱式电炉中进行煅烧处理，从室温开始以5 ℃/min的升温速率升至煅烧温度，煅烧温度为450~550 ℃，煅烧时间为3~5 h，冷却后即制得TiO2微球；
所述的空心玻 璃微球直径50 μm，壁厚2 μm。
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