CN106984262A - 钛掺杂介孔材料Ti‑SBA‑15、其制备方法和应用 - Google Patents

钛掺杂介孔材料Ti‑SBA‑15、其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛掺杂介孔材料Ti‑SBA‑15、其制备方法和应用。本发明以乳酸作为金属离子络合剂与Ti(SO4)2络合后的配合物作为钛源、正硅酸乙酯作为硅源在SBA‑15型介孔材料的制备基础上进行钛掺杂，从而制备制备出钛掺杂介孔材料Ti‑SBA‑15。本发明利用乳酸与Ti(SO4)2络合生成稳定的络合物，从而解决了Ti(SO4)2在水溶液中极易水解生成TiO2从而导致制备的Ti‑SBA‑15结构不均一、钛分布不均匀的问题。本发明中所制备的Ti‑SBA‑15可作为吸附材料吸附处理染料废水。

Description

钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15、其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及金属杂化介孔材料制备技术领域，具体涉及到一种钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15、其制备方法和应用。
背景技术
“介孔材料”是一类具有均匀孔道结构、比表面积很大的多孔材料。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定，孔径介于2~50nm的多孔材料可称为“介孔材料”。介孔材料具有孔道大小均一、排列有序、孔径大小可调节，且具有很大的比表面积及较好的热稳定性和水热稳定性等优点。因此，介孔材料在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用前景。
但是，由于氧化硅分子筛组成的局限性，近年来，过渡金属负载氧化硅基介孔材料及非硅组成的过渡金属氧化物介孔分子筛的合成与应用已成为研究的热点。过渡金属氧化物在作为工业催化剂以及催化剂载体等方面具有重要的地位。目前关于过渡金属掺杂介孔材料的制备方法主要有“直接合成法”和“后接枝法”。常用的金属源有有机金属化合物和无机金属盐，有机金属化合物价格比较昂贵，并且毒性比较大。而无机金属盐作为金属源在金属掺杂介孔材料的制备过程存在水解速度过快的问题，通常会导致金属氧化物颗粒的生成，从而堵塞介孔材料的孔道，影响其应用性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钛分布相对均匀的钛掺杂介孔材料（Ti-SBA-15）及其制备方法，并将其作为吸附材料吸附处理染料废水。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将2.00 g三嵌段共聚物模板剂P123——聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇和1.18g NaCl加入60mL去离子水中，于40℃水浴加热条件下搅拌至P123完全溶解，之后滴加4.5mL正硅酸乙酯（TEOS），使混合溶液在40 ℃水浴加热条件下搅拌预水解4 h；
步骤二：称取乳酸0.09~0.18 g，在20 mL去离子水中溶解，之后加入0.48~0.96 g Ti(SO4)2用磁力搅拌器搅拌至溶液透明；
步骤三：将步骤二中得到的透明溶液加入到步骤一中，之后继续在40℃水浴条件下水解24h；
步骤四：将步骤三水解结束的溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，置于90~100℃烘箱中静置水热反应24h，反应结束后得白色固体沉淀，将其过滤后滤渣在50℃下烘干干燥；
步骤五：将步骤四中烘干的样品在马弗炉中焙烧，焙烧温度为：250℃ 3h→500℃ 3h→600℃ 1h，最终得到Ti-SBA-15。
上述金属离子络合剂乳酸和Ti(SO4)2的摩尔比优选n(乳酸)/n(Ti(SO4)2)=1:1。
上述制备方法制得的钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15。
上述钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15应用于染料溶液的吸附处理中。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、合成过程中采用廉价无毒的Ti(SO4)2作为钛源，取代了常用的价昂且毒性大的异丙醇钛；
2、在Ti-SBA-15合成过程中采用金属离子络合剂乳酸对Ti(SO4)2进行络合，从而避免了Ti(SO4)2在水溶液极易水解生成TiO2粒子，从而避免了最终产物Ti-SBA-15结构不均一、钛分布不均匀的问题；
3、制得的Ti-SBA-15对水溶液中的染料分子具有很好的吸附性能。
4、所制备的Ti-SBA-15中Ti分布均匀。
附图说明
图1为实施例1的N2吸附-脱附等温线。
图2为实施例1的孔径分布图。
图3为实施例1的染料吸附应用对比图。
图4为实施例2的TEM图。
图5为实施例2的吸附剂用量与亚甲基蓝染料去除率关系。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明涉及的钛掺杂介孔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将2.00g三嵌段共聚物模板剂P123——聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇和1.18gNaCl溶于60mL去离子水中，于40℃水浴加热条件下搅拌至P123完全溶解，之后滴加4.5mL正硅酸乙酯（TEOS），使混合溶液在40℃水浴加热条件下搅拌预水解4h；
步骤二：称取乳酸0.09~0.18 g，在20mL去离子水中溶解，之后加入0.48~0.96 g Ti(SO4)2用磁力搅拌器搅拌至溶液透明；
步骤三：将步骤二中得到的透明溶液加入到步骤一中，之后继续在40℃水浴条件下水解24h。
步骤四：将步骤三水解结束的溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，置于90℃烘箱中静置水热反应24h，反应结束后得白色固体沉淀，将其过滤后滤渣在50℃下烘干干燥；
步骤五：将步骤四中烘干的样品在马弗炉中焙烧，焙烧温度为：250℃ 3h→500℃ 3h→600℃ 1h。最终得到Ti-SBA-15。
实施例1
一种钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15及其制备方法，包括下述步骤：
步骤一：将2.00g三嵌段共聚物模板剂P123——聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇和1.18gNaCl溶于60mL去离子水中，于40℃水浴加热条件下搅拌至P123完全溶解。之后滴加4.5mL正硅酸乙酯（TEOS），使混合溶液在40℃水浴加热条件下搅拌预水解4h；
步骤二：称取乳酸0.18 g，在20mL去离子水中溶解，之后加入0.96 g Ti(SO4)2用磁力搅拌器搅拌至溶液透明；
步骤三：将步骤二中得到的透明溶液加入到步骤一中，之后继续在40℃水浴条件下水解24h。
步骤四：将步骤三水解结束的溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，置于90℃烘箱中静置水热反应24h，反应结束后得白色固体沉淀，将其过滤后滤渣在50℃下烘干干燥；
步骤五：将步骤四中烘干的样品在马弗炉中焙烧，焙烧温度为：250℃ 3h→500℃ 3h→600℃ 1h。最终得到Ti-SBA-15。
所制得Ti-SBA-15为白色粉末状。
该条件下制得的Ti-SBA-15的N2吸附-脱附曲线参见图1，由图可以看出Ti-SBA-15的N2吸附-脱附等温线为IV型等温线，是典型的介孔材料吸附等温线类型。并且吸附与脱附分支在毛细管凝结段平行且几乎完全垂直于横坐标，是H1型滞后环，表明该介孔材料的孔径高度均一。
该条件下制得的Ti-SBA-15的孔径分布图参见图2，由图可以看出孔径分布比较均一。
用该条件下制备的Ti-SBA-15吸附处理亚甲基蓝染料溶液，吸附剂用量为0.25mg/L时对浓度10mg/L的亚甲基蓝溶液去除率可达93%。图3为亚甲基蓝染料溶液吸附对比图。
实施例2
步骤一：将2.00g三嵌段共聚物模板剂P123——聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇和1.18gNaCl溶于60mL去离子水中，于40℃水浴加热条件下搅拌至P123完全溶解。之后滴加4.5mL正硅酸乙酯（TEOS），使混合溶液在40℃水浴加热条件下搅拌预水解4h；
步骤二：称取乳酸0.09 g，在20mL去离子水中溶解，之后加入0.48 g Ti(SO4)2用磁力搅拌器搅拌至溶液透明；
步骤三：将步骤二中得到的透明溶液加入到步骤一中，之后继续在40℃水浴条件下水解24h。
步骤四：将步骤三水解结束的溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，置于90℃烘箱中静置水热反应24h，反应结束后得白色固体沉淀，将其过滤后滤渣在50℃下烘干干燥；
步骤五：将步骤四中烘干的样品在马弗炉中焙烧，焙烧温度为：250℃ 3h→500℃ 3h→600℃ 1h，最终得到Ti-SBA-15。
该条件下制得的Ti-SBA-15的TEM图参见图4。由图中可以看出该介孔材料的孔道结构比较明显，孔道结构比较均一。
用该条件下制备的Ti-SBA-15吸附处理浓度为10mg/L的亚甲基蓝染料溶液，吸附剂用量与亚甲基蓝染料去除率关系为图5。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：将2.00 g三嵌段共聚物模板剂P123——聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇和1.18g NaCl加入60mL去离子水中，于40℃水浴加热条件下搅拌至P123完全溶解，之后滴加4.5mL正硅酸乙酯（TEOS），使混合溶液在40 ℃水浴加热条件下搅拌预水解4 h；
步骤二：称取乳酸0.09~0.18 g，在20 mL去离子水中溶解，之后加入0.48~0.96 g Ti(SO4)2用磁力搅拌器搅拌至溶液透明；
步骤三：将步骤二中得到的透明溶液加入到步骤一中，之后继续在40℃水浴条件下水解24h；
步骤四：将步骤三水解结束的溶液转移至有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，置于90~100℃烘箱中静置水热反应24h，反应结束后得白色固体沉淀，将其过滤后滤渣在50℃下烘干干燥；
步骤五：将步骤四中烘干的样品在马弗炉中焙烧，焙烧温度为：250℃ 3h→500℃ 3h→600℃ 1h，最终得到Ti-SBA-15。
2.根据权利要求1所述的钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15的制备方法，其特征在于：
金属离子络合剂乳酸和Ti(SO4)2的摩尔比满足n(乳酸)/n(Ti(SO4)2)=1:1。
3.如权利要求1所述钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15的制备方法制得的产品。
4.如权利要求3所述的钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15应用于染料溶液的吸附处理中。
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