本發(fā)明涉及一種由粉煤灰制備鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料的方法，尤其涉及一種由粉煤灰衍生物制備光催化活性鈦摻雜介孔二氧化硅納米復(fù)合材料的制備方法，屬于環(huán)保污染處理材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：粉煤灰是火力發(fā)電廠的副產(chǎn)品，在以燃煤為主要原料的發(fā)展中國(guó)家，火力發(fā)電在電力工業(yè)中仍然占據(jù)重要地位。粉煤灰產(chǎn)生量巨大，也成為了中國(guó)等國(guó)家工業(yè)固體廢物的最大單一排放源，因此粉煤灰的處理成為了固體廢物處置中重要的課題。粉煤灰中含有大量的鋁，在部分地區(qū)，其鋁含量甚至高達(dá)40％-55％，用其代替鋁土礦從中提取鋁資源，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)粉煤灰的處置和資源化利用，由于粉煤灰中還含有大量的硅，因而目前的粉煤灰資源化工藝首先要進(jìn)行預(yù)脫硅以富集鋁。目前工業(yè)上常用堿液預(yù)脫硅聯(lián)合燒結(jié)提鋁工藝，但該法產(chǎn)生大量的脫硅廢液，對(duì)其的處理處置是較為嚴(yán)峻的問(wèn)題。介孔氧化硅材料是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，因其具有大比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于吸附劑，催化劑載體等領(lǐng)域。研究者們通常是直接由有機(jī)硅氧烷通過(guò)水解縮聚的方法制備，以便于調(diào)控材料的微觀形貌以及接枝功能基團(tuán)。無(wú)機(jī)硅源通常由于其在接枝功能基團(tuán)方面比有機(jī)硅氧烷困難，并且在微觀形貌控制上面遜色于有機(jī)硅氧烷，較少直接用于介孔氧化硅的制備。然而無(wú)機(jī)硅源因其較易獲得，成本明顯低于有機(jī)硅氧烷，同時(shí)也避免了有機(jī)污染。若能通過(guò)特殊的合成方法利用無(wú)機(jī)硅源制備出特定微觀形貌的介孔氧化硅材料，將具有重要的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)意義?？紤]到脫硅廢液中主要成分是無(wú)機(jī)硅，若能對(duì)其進(jìn)行利用制備高附加值的介孔氧化硅材料，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢液的減量化，又能產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。而考慮到介孔氧化硅材料通常具有的大比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)等特性，利用其進(jìn)一步制備出具有特殊功能的吸附處理材料，具有更深層次的意義。近年來(lái)，隨著印染行業(yè)的不斷發(fā)展，有機(jī)染料廢物排放日益增多，有機(jī)染料廢物因其毒性大，色度大，難于生物降解，對(duì)其處理處置一直是業(yè)界難題。以二氧化鈦為代表的具有光催化活性的物質(zhì)近年來(lái)被廣泛用于處理有機(jī)物的研究。有研究者通過(guò)在二氧化硅氣凝膠表面負(fù)載二氧化鈦來(lái)制備復(fù)合材料，通常得到的材料只是團(tuán)聚在二氧化硅表面，結(jié)合力較弱，并且團(tuán)聚效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致二氧化鈦的光催化降解效果大大下降。通過(guò)界面共聚的方法將二氧化鈦引入介孔二氧化硅骨架的研究未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)，若能將二氧化鈦均勻穩(wěn)定地引入介孔二氧化硅骨架中，利用介孔材料的吸附作用優(yōu)勢(shì)，能大大提高二氧化鈦的光催化處理效果。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提出一種由粉煤灰制備鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料的方法，結(jié)合以廢治廢的環(huán)保理念，采用粉煤灰提鋁資源化過(guò)程中產(chǎn)生的脫硅廢液，外加鈦酸四丁酯作為鈦源，利用超聲高速攪拌法形成懸浮分散體系，通過(guò)脫硅廢液和鈦酸四丁酯的界面水解共縮聚作用，以制備具有大比表面積的活性鈦摻雜介孔二氧化硅納米復(fù)合材料。本發(fā)明提出的由粉煤灰制備鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料的方法，包括以下步驟：(1)在120℃條件下，將粉煤灰與質(zhì)量百分比濃度為20％的氫氧化鈉溶液在高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)2小時(shí)，粉煤灰與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為：粉煤灰:氫氧化鈉溶液＝(0.1～0.5):1，待溶液冷卻至室溫后，過(guò)濾分離得到粉煤灰脫硅液，在粉煤灰脫硅液中加入表面活性劑，混合均勻，得到第一混合液，其中，表面活性劑的加入質(zhì)量比為：粉煤灰脫硅液:表面活性劑＝(10～25):1，所述的表面活性劑為明膠、十六烷基三甲基溴化銨、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物、阿拉伯樹(shù)膠粉或十二胺等中的任何一種或多種以任何比例混合；(2)將三乙醇胺1份與鈦酸四丁酯5～30份溶于10～60份正庚烷中，混合均勻，得到第二混合液；(3)將上述步驟(1)制備的1份第一混合液與5～20份蒸餾水混勻，加入上述步驟(2)制備的0.5～3份第二混合液，在500W的超聲波粉碎機(jī)中高速攪拌1～5分鐘，然后用硫酸調(diào)節(jié)pH值至3～8,持續(xù)攪拌12～48小時(shí)后過(guò)濾，分離得到固體；(4)將上述步驟(3)得到的固體置于馬弗爐中，在450～550℃下焙燒2小時(shí)，得到鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料。本發(fā)明提出的由粉煤灰制備鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料的方法，其優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明方法采用粉煤灰衍生脫硅廢液為主要原料，外加鈦源，利用超聲高速攪拌法形成懸浮分散體系，通過(guò)硅-鈦水解共縮聚制備出了納米復(fù)合材料。材料比表面積大，吸附能力強(qiáng)，界面縮聚形成的活性鈦穩(wěn)定分布在硅結(jié)構(gòu)中，并具有高效的光催化性能，對(duì)有機(jī)廢物有較強(qiáng)的分解處理能力。同時(shí)本發(fā)明方法制備的鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料，活性鈦在二氧化硅中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和均勻性分布，并且復(fù)合材料具有較大的比表面積和較好的介孔有序性，產(chǎn)品對(duì)染料廢液等有機(jī)污染物的吸附和分解處理能力強(qiáng)，合成工藝簡(jiǎn)單，并且能循環(huán)回用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)以廢治廢，大大降低原料使用和生產(chǎn)成本。具體實(shí)施方式本發(fā)明提出的由粉煤灰制備鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料的方法，包括以下步驟：(1)在120℃條件下，將粉煤灰與質(zhì)量百分比濃度為20％的氫氧化鈉溶液在高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)2小時(shí)，粉煤灰與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為：粉煤灰:氫氧化鈉溶液＝(0.1～0.5):1，待溶液冷卻至室溫后，過(guò)濾分離得到粉煤灰脫硅液，在粉煤灰脫硅液中加入表面活性劑，混合均勻，得到第一混合液，其中，表面活性劑的加入質(zhì)量比為：粉煤灰脫硅液:表面活性劑＝(10～25):1，所述的表面活性劑為明膠、十六烷基三甲基溴化銨、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物、阿拉伯樹(shù)膠粉或十二胺等中的任何一種或多種以任何比例混合；(2)將三乙醇胺1份與鈦酸四丁酯5～30份溶于10～60份正庚烷中，混合均勻，得到第二混合液；(3)將上述步驟(1)制備的1份第一混合液與5～20份蒸餾水混勻，加入上述步驟(2)制備的0.5～3份第二混合液，在500W的超聲波粉碎機(jī)中高速攪拌1～5分鐘，然后用硫酸調(diào)節(jié)pH值至3～8,持續(xù)攪拌12～48小時(shí)后過(guò)濾，分離得到固體；(4)將上述步驟(3)得到的固體置于馬弗爐中，在450～550℃下焙燒2小時(shí)，得到鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料。利用本發(fā)明方法制備的鈦摻雜介孔二氧化硅納米材料處理有機(jī)染料廢液時(shí)，只要將適量產(chǎn)品投入廢液中，在合適功率(功率大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)廢水處理量進(jìn)行確定)的紫外燈照射下持續(xù)攪拌，至染料廢液顏色變澄清為止。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例一1、將120℃條件下，將200g粉煤灰與1000g20％的氫氧化鈉溶液在高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)2小時(shí)。待溶液冷卻至室溫后，過(guò)濾分離得到粉煤灰脫硅液。取46份脫硅液，加入2份P123與2份阿拉伯膠混合均勻。2、將三乙醇胺5份與鈦酸四丁酯25份溶于50份正庚烷，混合均勻得到溶液。3、將50份脫硅混合液(1)與350份蒸餾水混合，加入80份溶液(2)，立即在500W的超聲粉碎機(jī)中高速攪拌2min，然后用硫酸迅速調(diào)節(jié)pH至3,持續(xù)攪拌24小時(shí)后過(guò)濾分離出固體。4、將(3)中得到的固體置于馬弗爐中，在450℃下焙燒2小時(shí)，即得產(chǎn)品。利用本實(shí)施例產(chǎn)品處理甲基紅時(shí)，將50mL的50ppm甲基紅溶液與1g產(chǎn)品混合，在30W的紫外燈照射下持續(xù)攪拌60min至染料廢液顏色變澄清為止。實(shí)施例二1、將120℃條件下，將400g粉煤灰與1000g20％的氫氧化鈉溶液在高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)2小時(shí)。待溶液冷卻至室溫后，過(guò)濾分離得到粉煤灰脫硅液。取28份脫硅液，加入1份明膠與1份P123混合均勻。2、將三乙醇胺5份與鈦酸四丁酯20份溶于45份正庚烷，混合均勻得到溶液。3、將30份脫硅混合液(1)與350份蒸餾水混合，加入70份溶液(2)，立即在500W的超聲粉碎機(jī)中高速攪拌1min，然后用硫酸迅速調(diào)節(jié)pH至6,持續(xù)攪拌24小時(shí)后過(guò)濾分離出固體。4、將(3)中得到的固體置于馬弗爐中，在550℃下焙燒2小時(shí)，即得產(chǎn)品。利用本實(shí)施例產(chǎn)品處理有機(jī)染料酸性紅-88時(shí)，將50mL的80ppm的酸性紅-88溶液與1g產(chǎn)品混合，在30W的紫外燈照射下持續(xù)攪拌30min至染料廢液顏色變澄清為止。實(shí)施例三1、將120℃條件下，將300g粉煤灰與1000g20％的氫氧化鈉溶液在高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)2小時(shí)。待溶液冷卻至室溫后，過(guò)濾分離得到粉煤灰脫硅液。取46份脫硅液，加入2份明膠與2份CTAB混合均勻。2、將三乙醇胺5份與鈦酸四丁酯40份溶于75份正庚烷，混合均勻得到溶液。3、將50份脫硅混合液(1)與400份蒸餾水混合，加入120份溶液(2)，立即在500W的超聲粉碎機(jī)中高速攪拌3min，然后用硫酸迅速調(diào)節(jié)pH至8,持續(xù)攪拌24小時(shí)后過(guò)濾分離出固體。4、將(3)中得到的固體置于馬弗爐中，在500℃下焙燒2小時(shí)，即得產(chǎn)品。利用本實(shí)施例產(chǎn)品處理有機(jī)染料廢液金橙-Ⅱ時(shí)，將50mL的50ppm金橙-Ⅱ溶液與2g產(chǎn)品混合，在30W的紫外燈照射下持續(xù)攪拌120min至染料廢液顏色變澄清為止。將上述實(shí)施例一、二、三制得的活性鈦摻雜介孔二氧化硅納米復(fù)合材料的比表面積、介孔孔體積、介孔尺寸以及其處理有機(jī)染料的脫色率、染料廢液經(jīng)處理前后的COD值等性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下表1所示。表1性能測(cè)試實(shí)施例一實(shí)施例二實(shí)施例三比表面積(m2/g)590628693孔體積(cm3/g)0.4930.6190.594孔尺寸(nm)1.4422.4842.172有機(jī)染料脫色率％98.997.299.3處理前COD101.8197.5108.0處理后COD25.968.117.8以上所述，僅是本發(fā)明所合成材料之較好制備實(shí)例，并非對(duì)本發(fā)明之技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明之技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)例進(jìn)行的任何細(xì)微修改及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案之范疇。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3