專利名稱：納米MgO－TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以多元氧化物MgO-TiO2-Al2O3與蒙脫石制備高性能復(fù)合材料的方法，該材料可廣泛應(yīng)用于污水處理、煙氣凈化等環(huán)保工業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)煤炭消耗量大，由此引發(fā)的環(huán)境污染尤為嚴(yán)重。燃煤發(fā)電排放的重金屬污染物含量雖少，但對(duì)生態(tài)環(huán)境有持久的毒害作用。另外，工業(yè)上制備合成氣、高溫煤氣、各種工業(yè)焚燒氣過(guò)程也都需要解決脫除重金屬污染物的問(wèn)題。目前解決該類問(wèn)題，通常使用活性碳吸附材料，然而活性碳吸附材料資源緊缺，成本高，對(duì)重金屬污染物的選擇性脫除效果不好，脫除精度低。痕量污染物的凈化，目前尚未找到有效徹底的解決方法。國(guó)內(nèi)外對(duì)重金屬痕量污染物治理主要集中在新材料的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上。近年來(lái)，納米材料的發(fā)展趨勢(shì)正從單純材料合成、性能的隨機(jī)探索向按照應(yīng)用構(gòu)建多功能性方面?zhèn)戎睾蛢A斜，針對(duì)環(huán)保領(lǐng)域中諸如重金屬污染物的治理，開(kāi)發(fā)納米復(fù)合材料已經(jīng)是重要而迫切的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備步驟簡(jiǎn)單，成本低廉且熱穩(wěn)定性好的納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料，該材料能夠脫除汞等重金屬污染物，廣泛應(yīng)用于污水處理、煙氣凈化等環(huán)保工業(yè)領(lǐng)域。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟a.按照摩爾比為10～15∶1～5∶1.6～20.6準(zhǔn)備無(wú)水乙醇、鈦酸四丁酯和硝酸，硝酸的濃度為0.5～1mol/L，先將鈦酸四丁酯加入到無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)嚢枋怪纬傻S色溶液，然后將該淡黃色溶液滴加到硝酸中，劇烈攪拌生成透明溶液，此后用濃度不高于1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)該透明溶液的pH值，使之達(dá)到1～3.5，同時(shí)充分?jǐn)嚢瑁尚碌耐该魅芤捍?；b.取提純的鈉基蒙脫石，用水充分浸潤(rùn)，然后向其中添加十六烷基三甲基溴化銨，其中所述鈉基蒙脫石的摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的5～20倍，十六烷基三甲基溴化銨的摩爾數(shù)為蒙脫石摩爾數(shù)的2～5倍，經(jīng)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)12～24小時(shí)后，將其與步驟a制得的新透明溶液進(jìn)行混合，在60～80℃劇烈攪拌反應(yīng)2～6小時(shí)，然后添加摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的0.2～1.0倍的硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為0.5～1.5，通過(guò)過(guò)量的NaOH溶液進(jìn)行滴定，待其充分反應(yīng)后，將其固液分離，水洗；c.將步驟b制備的混合物在60～100℃溫度下烘干，隨后在400～500℃溫度下焙燒2～4小時(shí)，即制得納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料。
本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明利用納米顆粒小尺寸效應(yīng)所造成的無(wú)位錯(cuò)或低位錯(cuò)密度區(qū)域使復(fù)合材料達(dá)到耐高溫高強(qiáng)度，利用蒙脫石天然納米層結(jié)構(gòu)使材料達(dá)到廉價(jià)規(guī)?；I(yè)應(yīng)用。本發(fā)明將經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證的氧化物組合MgO-TiO2-Al2O3，分階段的進(jìn)行原位反應(yīng)制成有較高比表面積的復(fù)合材料，充分利用了MgO-TiO2-Al2O3與蒙脫石之間的協(xié)同作用，使材料表面形成多種充分裸露、易于接近的活性中心，尤其以TiO2為中心的活性位，吸光而形成電子空穴對(duì)，氧化零價(jià)態(tài)的Hg蒸氣，對(duì)其吸附、儲(chǔ)存；以MgO和Al2O3為中心的活性位充分起到協(xié)同吸附、反應(yīng)的作用，材料在具有較高熱穩(wěn)定性的同時(shí)，發(fā)揮了表面多元活性中心的協(xié)同作用，達(dá)到了高精度的脫除痕量環(huán)境污染物的目的。本發(fā)明所用的主要原料均為廉價(jià)而豐富的礦物和化合物，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、可控，不涉及復(fù)雜的設(shè)備和工序，成本很低。本發(fā)明將多元氧化物與蒙脫石進(jìn)行復(fù)合化和多孔化，不僅大幅度的提高了體系的熱穩(wěn)定性能，使用溫度達(dá)550℃，而且環(huán)境友好。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述，一種納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟a.按照摩爾比為10～15∶1～5∶1.6～20.6準(zhǔn)備無(wú)水乙醇、鈦酸四丁酯和硝酸，硝酸的濃度為1mol/L，先將鈦酸四丁酯加入到無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)嚢枋怪纬傻S色溶液，然后將該淡黃色溶液滴加到硝酸中，劇烈攪拌生成透明溶液，此后用濃度不高于0.5～1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)該透明溶液的pH值，使之達(dá)到1～3.5，同時(shí)充分?jǐn)嚢?，生成新的透明溶液待用；b.取提純的鈉基蒙脫石，用水充分浸潤(rùn)，然后向其中添加十六烷基三甲基溴化銨，其中所述鈉基蒙脫石的摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的5～20倍，十六烷基三甲基溴化銨的摩爾數(shù)為蒙脫石摩爾數(shù)的2～5倍，經(jīng)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)12～24小時(shí)后，將其與步驟a制得的新透明溶液進(jìn)行混合，在60～80℃劇烈攪拌反應(yīng)2～6小時(shí)，然后添加摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的0.2～1.0倍的硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為0.5～1.5，通過(guò)過(guò)量的NaOH溶液進(jìn)行滴定，待其充分反應(yīng)后，將其固液分離，水洗；c.將步驟b制備的混合物在60～100℃溫度下烘干，隨后在400～500℃溫度下焙燒2～4小時(shí)，即制得納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料。本發(fā)明首次提供了一種三元氧化物組合與蒙脫石按比例進(jìn)行納米量級(jí)復(fù)合制備新材料的方法，主要用于環(huán)境痕量污染物的治理，尤其在脫除汞等重金屬領(lǐng)域具有特殊而廣闊的應(yīng)用。復(fù)合材料在固定了污染物后，實(shí)現(xiàn)環(huán)境修復(fù)，而且對(duì)污染物的吸附作用強(qiáng)，即使直接拋棄，也絕不可能發(fā)生二次污染。本發(fā)明采用日本理學(xué)D/Max一2500 VB2+/PC X射線衍射儀分析(XRD)研究材料小角度區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的衍射峰，以判斷或確認(rèn)介孔結(jié)構(gòu)的存在，結(jié)構(gòu)層間距可由Bragg公式λ＝2dsinθ求?。徊捎肑EM一2000EX型透射電子顯微鏡對(duì)材料進(jìn)行粒徑及其形貌分析；采用美國(guó)ASAP 2405吸附儀(BET法)測(cè)定材料比表面積。
實(shí)施例一量取摩爾比為10∶1∶5的無(wú)水乙醇，鈦酸四丁酯，濃度為1mol/L的硝酸，先將鈦酸四丁酯加到無(wú)水乙醇里，經(jīng)充分?jǐn)嚢枋怪纬傻S色溶液，然后將該溶液滴加到上述的硝酸中，經(jīng)劇烈攪拌生成透明的溶液，此后再用濃度不高于1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)使pH值達(dá)到2，同時(shí)充分?jǐn)嚢?，直至生成透明溶液待用。取提純的鈉基蒙脫石，其量為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的10倍，并用水充分浸潤(rùn)，再添加摩爾數(shù)為蒙脫石4倍的十六烷基三甲基溴化銨，經(jīng)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)12小時(shí)后，將其與上述制得的透明溶液進(jìn)行混合，在80℃劇烈攪拌反應(yīng)2小時(shí)，然后添加摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯的0.6倍的硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為0.5，通過(guò)過(guò)量的NaOH溶液進(jìn)行滴定，待其充分反應(yīng)后，將其固液分離，水洗，然后將此混合物在80℃的溫度下烘干，隨后在400℃的溫度下焙燒2小時(shí)，即制得納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料。XRD測(cè)定的層間距為3.15nm，TEM分析氧化物顆粒粒徑約在20-30nm之間，BET測(cè)定的比表面積為235m2/g。
實(shí)施例二量取摩爾比為15∶5∶1.6的無(wú)水乙醇，鈦酸四丁酯，濃度為1mol/L的硝酸，先將鈦酸四丁酯加到無(wú)水乙醇里，經(jīng)充分?jǐn)嚢枋怪纬傻S色溶液，然后將該溶液滴加到上述的硝酸中，經(jīng)劇烈攪拌生成透明的溶液，此后再用濃度不高于1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)使pH值達(dá)到3，同時(shí)充分?jǐn)嚢?，直至生成透明溶液待用。取提純的鈉基蒙脫石，其量為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的20倍，并用同樣質(zhì)量的水充分浸潤(rùn)，再添加摩爾數(shù)為蒙脫石5倍的十六烷基三甲基溴化銨，經(jīng)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)12小時(shí)后，將其與上述制得的透明溶液進(jìn)行混合，在60℃劇烈攪拌反應(yīng)2小時(shí)，然后添加摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯的1.0倍的硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為1.5，通過(guò)過(guò)量的NaOH溶液進(jìn)行滴定，待其充分反應(yīng)后，將其固液分離，水洗，然后將此混合物在60℃的溫度下烘干，隨后在400℃的溫度下焙燒2小時(shí)，即制得納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料。XRD測(cè)定的層間距為3.10nm，TEM分析氧化物顆粒粒徑約在20-25nm之間，BET測(cè)定的比表面積為211m2/g。
實(shí)施例三量取摩爾比為12∶3∶20.6的無(wú)水乙醇，鈦酸四丁酯，濃度為1mol/L的硝酸，先將鈦酸四丁酯加到無(wú)水乙醇里，經(jīng)充分?jǐn)嚢枋怪纬傻S色溶液，然后將該溶液滴加到上述的硝酸中，經(jīng)劇烈攪拌生成透明的溶液，此后再用濃度不高于1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)使pH值達(dá)到2，同時(shí)充分?jǐn)嚢?，直至生成透明溶液待用。取提純的鈉基蒙脫石，其量為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的15倍，并用同樣質(zhì)量的水充分浸潤(rùn)，再添加摩爾數(shù)為蒙脫石5倍的十六烷基三甲基溴化銨，經(jīng)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)24小時(shí)后，將其與上述制得的透明溶液進(jìn)行混合，在80℃劇烈攪拌反應(yīng)6小時(shí)，然后添加摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯的1.0倍的硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為1，通過(guò)過(guò)量的NaOH溶液進(jìn)行滴定，待其充分反應(yīng)后，將其固液分離，水洗，然后將此混合物在100℃的溫度下烘干，隨后在500℃的溫度下焙燒4小時(shí)，即制得納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料。XRD測(cè)定的層間距為2.68nm，TEM分析氧化物顆粒粒徑約在15-20nm之間，BET測(cè)定的比表面積為201m2/g。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟a.按照摩爾比為10～15∶1～5∶1.6～20.6準(zhǔn)備無(wú)水乙醇、鈦酸四丁酯和硝酸，硝酸的濃度為0.5～1mol/L，先將鈦酸四丁酯加入到無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)嚢枋怪纬傻S色溶液，然后將該淡黃色溶液滴加到硝酸中，劇烈攪拌生成透明溶液，此后用濃度不高于1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)該透明溶液的pH值，使之達(dá)到1～3.5，同時(shí)充分?jǐn)嚢?，生成新的透明溶液待用；b.取提純的鈉基蒙脫石，用水充分浸潤(rùn)，然后向其中添加十六烷基三甲基溴化銨，其中所述鈉基蒙脫石的摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的5～20倍，十六烷基三甲基溴化銨的摩爾數(shù)為蒙脫石摩爾數(shù)的2～5倍，經(jīng)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)12～24小時(shí)后，將其與步驟a制得的新透明溶液進(jìn)行混合，在60～80℃劇烈攪拌反應(yīng)2～6小時(shí)，然后添加摩爾數(shù)為鈦酸四丁酯摩爾數(shù)的0.2～1.0倍的硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為0.5～1.5，通過(guò)過(guò)量的NaOH溶液進(jìn)行滴定，待其充分反應(yīng)后，將其固液分離，水洗；c.將步驟b制備的混合物在60～100℃溫度下烘干，隨后在400～500℃溫度下焙燒2～4小時(shí)，即制得納米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脫石復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米MgO－TiO
文檔編號(hào)B01J20/10GK1884190SQ20061002819
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者豆斌林, 陳兵兵, 鄭丹榆, 姜犇, 吳婷 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院