CN1210101C - 纳米二氧化钛多孔微球及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米二氧化钛多孔微球，其特征在于：其主要成分为锐钛矿相的纳米二氧化钛，粒径为60目至180目，微孔孔径为20纳米至80纳米，比表面积为80平方米/克至140平方米/克。该纳米二氧化钛多孔微球的制造方法为，将纳米二氧化钛粉末与纳米二氧化钛胶体混合、研磨，获得纳米二氧化钛的混合浆料；采用喷雾造粒；经热处理获得纳米二氧化钛多孔微球。本发明获得的纳米二氧化钛多孔微球是一种高效的光催化剂，并且具有易于与水分离、回收再用的优点，因此特别适用于深度处理饮用水或者含有低浓度的有害有机物的工业废水。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂领域，具体涉及一种由纳米二氧化钛构成的多孔微球及其制造方法，特别适用于饮用水净化或低浓度工业有机废水的深度处理。
背景技术
在自来水供水处理过程中，通常使用氯气净化，其残留会转化为有害的有机物如氯仿等；另一方面，在处理各种污水如生活污水、工业废水等时，经去除悬浮物或高度处理后，仍存留有包括表面活性剂有机氯化物的有机物，如三氯乙烯、三卤甲烷，甚至更有害的有机物如二噁英和多氯联苯等。为去除这类有机物，目前公知的一种方法是采用光催化剂处理，利用光催化剂的氧化反应来分解水中的微量有机物。
半导体二氧化钛对紫外光具有很强的吸收能力，受到波长小于388纳米的紫外光激发，二氧化钛粒子内部产生电子和空穴(e-，h+)，当二氧化钛与水接触时，表面吸附的OH-，H2O被光激发产生的h+氧化，生成OH·自由基，二氧化钛的光催化活性就是由这种具有很强氧化性的OH·自由基引起的，它可以将水中的微量有机物逐步氧化分解，直至完全分解为二氧化碳和水等无机物。基于这种降解原理，二氧化钛光催化技术具有其它传统水处理技术无法替代的先进性——无二次污染和广泛的适用性(能非选择性地氧化各类有机物)，因此，近几十年来，二氧化钛光催化治污技术引起了世界各国的高度重视，竞相研制开发新型高效的二氧化钛光催化剂。
在进行该类净化处理时，通常先把二氧化钛颗粒分散进入待处理的水中，用紫外光照射，从而在光催化剂上发生氧化反应，然而，光催化剂的氧化反应只是在分散的二氧化钛颗粒表面进行，因此，为提高反应效率，重要的是分散入处理流体中的二氧化钛颗粒应具有大的比表面积，由此提高二氧化钛颗粒与处理流体之间的接触面积。
纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，致使其表面吸附能力大大增加，可将水中的有机物分子大量吸附在其表面；同时，由于纳米二氧化钛粒径小，处于表面态的原子数多，光激发产生电子和空穴的几率大大增加，致使其光催化反应速率大大提高，能将其表面吸附的有机物分子很快地氧化分解掉，因此纳米二氧化钛是一种高效光催化剂。目前的纳米二氧化钛主要有粉体和胶体两种类型，其中用于水净化处理的是粉体型的纳米二氧化钛。如中国专利CN1044463C公开了一种纳米二氧化钛的制造方法，其制备出的是纳米二氧化钛的粉体，其中用于废水处理的主要是锐钛矿相的纳米二氧化钛粉体。
然而，粉体型的纳米二氧化钛是以悬浮的方式分散入水中构成催化体系的，当反应结束时，由于其沉降性能很差，因此难以与水分离、回收、再用。目前的研究集中在粉体与水的分离上，通常采用的膜分离法，需要使用较大的动力，在中国发明专利申请CN1269330A中公开了一种水净化装置及其方法，其采用的是利用无机絮凝剂分离及回收催化剂颗粒的方法，其分离效果较好。但这类方法，必然造成水净化装置中光催化剂分离部分的复杂和庞大，以及成本的提高，只有改变作为光催化剂的纳米二氧化钛的形态，使其本身具有与水的易分离性，才能从根本上解决问题。
发明内容
本发明目的是提供一种纳米二氧化钛多孔微球，其应具有较大的粒径及高的比表面积；
本发明同时提供该种二氧化钛多孔微球的制造方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米二氧化钛多孔微球，其主要成分为锐钛矿相的纳米二氧化钛，粒径为60目至180目，微孔孔径为20纳米至80纳米，比表面积为80平方米/克至140平方米/克。
进一步的技术方案，所述粒径为80目至140目，所述比表面积为80平方米/克至100平方米/克。
上述技术方案获得的纳米二氧化钛多孔微球，保留了纳米二氧化钛粉末的比表面积大的优点，同时，其粒径为60目至180目，代替纳米二氧化钛粉末用于水处理时，可以营造出纳米二氧化钛多孔微球类悬浮(流态化)光催化体系，这种类悬浮体系相比纳米二氧化钛的悬浮体系而言，极易将多孔微球与水分离、回收。
为达到本发明制造该多孔微球的目的，采用的技术方案是：一种纳米二氧化钛多孔微球的制造方法，将纳米二氧化钛粉末与纳米二氧化钛胶体混合、研磨，获得纳米二氧化钛的混合浆料；采用喷雾造粒；经热处理获得纳米二氧化钛多孔微球。
上述技术方案中，在将纳米二氧化钛粉末与胶体混合时，可以加入1％至5％的扩孔剂，所述扩孔剂为水溶性高分子有机物。这类扩孔剂在热处理过程中会完全分解成二氧化碳和水，从而保证多孔微球的孔径，获得稳定的、高的比表面积；该类扩孔剂的例子有聚乙烯醇、羧甲基纤维素、吐温或聚乙二醇(PEG)等。
上述技术方案中，所述纳米二氧化钛粉末的粒径为20至25纳米，纳米二氧化钛胶体的粒径为15至20纳米；所述纳米二氧化钛胶体的用量为20％至90％。纳米二氧化钛胶体在本发明中起到粘合剂的作用，使获得的多孔微球有合适的强度，其用量过少将导致产品的强度下降。
上述技术方案中，所述的热处理温度在400℃至600℃之间，热处理时间在1小时至5小时。既保证水分的析出，又使产物的二氧化钛保持在锐钛矿相，当温度高于600℃时，其中的纳米二氧化钛会向金红石相转化，从而不利于在水的净化中使用。
本发明主要的应用领域有：
(1)深度处理饮用水，可完全去除水中的微量氯仿、四氯化碳、六六六或六氯苯等有毒有害的有机物，使之达到能直接饮用的高品质标准；
(2)深度处理低浓度有毒、有害、难生物降解的工业有机废水，使之达标排放或达到回用水的要求。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、由于本发明获得了粒径在60目至180目的多孔微球，因而用作水处理时，具有易于与水分离、回收再用的优点，并且可因此简化净水装置的结构，降低其造价；
2、由于本发明的多孔微球的构成颗粒仍为纳米级的二氧化钛，使得微球的比表面积保持在80至140平方米/克，因而是一种高效的光催化剂。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1所示，一种纳米二氧化钛多孔微球的制造方法，将30％的纳米二氧化钛粉末(20-25纳米)、65％的纳米二氧化钛胶体(15-20纳米)和5％的吐温混合、研磨，获得纳米二氧化钛的混合浆料；采用喷雾造粒；在400℃热处理3小时，获得纳米二氧化钛多孔微球。
本实施例获得的纳米二氧化钛多孔微球的技术指标为：
二氧化钛含量：＞99.0％
晶型：100％锐钛矿相
外观：本白色
造粒物粒径：60目至150目(250μm-100μm)
松堆密度：约0.8克/厘米3
比表面积：约80平方米/克-100平方米/克
孔容：0.38-0.40cc/g
孔径：20纳米至80纳米
吸收紫外光波长：λ＜380nm，100％吸收
Claims (8)
1.一种纳米二氧化钛多孔微球，其特征在于：其主要成分为锐钛矿相的纳米二氧化钛，粒径为60目至180目，微孔孔径为20纳米至80纳米，比表面积为80平方米/克至140平方米/克。
2.如权利要求1所述的纳米二氧化钛多孔微球，其特征在于：所述粒径为80目至140目，所述比表面积为80平方米/克至100平方米/克。
3.如权利要求1所述的纳米二氧化钛多孔微球的制造方法，其特征在于：将纳米二氧化钛粉末与纳米二氧化钛胶体混合、研磨，获得纳米二氧化钛的混合浆料；采用喷雾造粒；经热处理获得纳米二氧化钛多孔微球。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：在将纳米二氧化钛粉末与胶体混合时，加入重量百分比1％至5％的扩孔剂，所述扩孔剂为水溶性高分子有机物。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述扩孔剂可以是聚乙烯醇、羧甲基纤维素、吐温或聚乙二醇。
6.如权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛粉末的粒径为20至25纳米，纳米二氧化钛胶体的粒径为15至20纳米。
7.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛胶体的用量为重量百分比20％至90％。
8.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述的热处理温度范围为400℃至600℃，热处理时间为1小时至5小时。
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