纳米TIO2/海泡石复合材料的制备方法及其用途.pdf

本发明公开了一种纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，还公开了该纳米TiO2／海泡石复合材料用于降解甲醛的用途；本发明的制备方法的工艺步骤简易，操作方便，将海泡石和水进行搅拌混合，然后选取中间悬浮物、过滤、加热干燥、煅烧，获得提纯海泡石；将提纯海泡石与水搅拌分散，然后加入TiCl4溶液，接着加热干燥、焙烧，制得纳米TiO2／海泡石复合材料；以TiCl4为前驱体，采用水解沉淀法制备了纳米TiO2／海泡石复合粉体材料，具有原料来源广、生产成本低、使用方便且可重复使用、无二次污染等特点，而且该纳米TiO2／海泡石复合材料具有良好的降解甲醛、治理甲醛污染的效果，降解率达到98％，利于广泛推广。

权利要求书
1.  一种纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将海泡石和水以0.5～1.5∶9～11的固液比进行搅拌混合，获得第一混合溶液；
(2)选取悬浮在第一混合溶液中间位置的中间悬浮物；
(3)对中间悬浮物进行过滤；
(4)对过滤后的悬浮物进行加热干燥，然后煅烧，获得提纯海泡石；
(5)取19～21g提纯海泡石与水按0.8～1.2∶28～31的固液比进行搅拌分散，然后加入TiCl4溶液，并搅拌均匀，获得第二混合溶液；
(6)对第二混合溶液进行加热干燥，获得复合物；
(7)对复合物进行焙烧，焙烧的温度为500～800℃，时间为2～3h，制得纳米TiO2／海泡石复合材料。

2.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搅拌混合时间为25～35min。

3.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)将第一混合溶液静置25～35min后，去除上清液和底下沉淀物，取中间悬浮物；
(2.2)对中间悬浮物进行搅拌分散25～35min后，然后静置25～35min；
(2.3)去除步骤(2.2)中静置后的中间悬浮物的上清液和底下沉淀物，取中间悬浮物；
(2.4)重复步骤(2.2)～(2.3)至少两遍，获得最终的中间悬浮物。

4.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)用80目的丝网对中间悬浮物进行过滤。

5.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4.1)将过滤后的悬浮物放入恒温箱中进行加热干燥，恒温箱的温度设定为100℃～110℃，时间为25～35min；
(4.2)对干燥后的悬浮物放入快速升温电炉进行煅烧，煅烧的温度设定为250℃～300℃，时间为50～70min，煅烧完毕，获得提纯海泡石。

6.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括以下步骤：
(5.1)取19～21g提纯海泡石与水按0.8～1.2∶28～31的固液比进行搅拌分散，同时放入0.9～1.1mL盐酸；所述水为蒸馏水；
(5.2)用恒流泵缓慢滴加0.9～1.1mL的TiCl4溶液，并搅拌均匀，获得第二混合溶液；所述TiCl4溶液的浓度为3.7mol／L。

7.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中对第二混合溶液的加热干燥温度为100℃～110℃，时间为25～35min。

8.  根据权利要求1所述的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)具体包括以下步骤：将复合物置于烘箱内，设定烘箱以10℃／min的速率升温至500℃～800℃，焙烧2～5h，制得纳米TiO2／海泡石复合材料。

9.  权利要求1至8任一项的纳米TiO2／海泡石复合材料用于降解甲醛。

说明书纳米TiO2/海泡石复合材料的制备方法及其用途
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法及其用途。 
背景技术
海泡石是一种具有独特纳米结构孔径的含镁多孔链状硅酸盐粘土矿物，这种矿物粘土孔体积和比表面积大、吸附能力强、化学稳定性好，以及自身存在的大量的酸碱中心，使得其本身就拥有了一定的催化作用，加之它还具有与其它催化剂一起产生协同催化作用的功能，是一种稀有的功能性非金属矿物材料，特别适合作为光催化活性组分的载体材料。 
据不完全统计，已有如下教授、专家将海泡石用于催化、吸附载体：谢治民、戴友芝等对TiO2／海泡石复合材料制备及其处理染料废水性能进行了研究；王长平、王琪、董浩等对载TiO2海泡石粉体的研制进行了研究；贺洋、郑水林、沈红玲等对纳米TiO2／海泡石复合粉体的制备及光催化性能进行了研究。但都存在不同程度地工艺复杂、条件苛刻、操作有难度等问题。 
在当今环境污染日益严重的状况下，用海泡石天然矿物材料负载纳米TiO2，可以提高目标污染物与光催化剂TiO2的接触频率，从而提高TiO2的光催化活性，有望研发出一种能制备出在室内甲醛气体治理领域有广泛使用前景且环境友好型的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，且该制备方法简易、操作方便。 
发明内容
针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种制备工艺简易，操作方便的纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法。 
本发明目的之二在于，提供一种上述纳米TiO2／海泡石复合材料的用途。 
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是： 
一种纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其包括以下步骤： 
(1)将海泡石和水以0.5～1.5∶9～11的固液比进行搅拌混合，获得第一混合溶液； 
(2)选取悬浮在第一混合溶液中间位置的中间悬浮物； 
(3)对中间悬浮物进行过滤； 
(4)对过滤后的悬浮物进行加热干燥，然后煅烧，获得提纯海泡石； 
(5)取19～21g提纯海泡石与水按0.8～1.2∶28～31的固液比进行搅拌分散，然后加入TiCl4溶液，并搅拌均匀，获得第二混合溶液； 
(6)对第二混合溶液进行加热干燥，获得复合物； 
(7)对复合物进行焙烧，焙烧的温度为500～800℃，时间为2～3h，制得纳米TiO2／海泡石复合材料。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中的搅拌混合时间为25～35min。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(2)具体包括以下步骤： 
(2.1)将第一混合溶液静置25～35min后，去除上清液和底下沉淀物，取中间悬浮物； 
(2.2)对中间悬浮物进行搅拌分散25～35min后，然后静置25～35min； 
(2.3)去除步骤(2.2)中静置后的中间悬浮物的上清液和底下沉淀物，取中间悬浮物； 
(2.4)重复步骤(2.2)～(2.3)至少两遍，获得最终的中间悬浮物。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(3)用80目的丝网对中间悬浮物进行过滤。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(4)具体包括以下步骤： 
(4.1)将过滤后的悬浮物放入恒温箱中进行加热干燥，恒温箱的温度设定为100℃～110℃，时间为25～35min； 
(4.2)对干燥后的悬浮物放入快速升温电炉进行煅烧，煅烧的温度设定为250℃～300℃，时间为50～70min，煅烧完毕，获得提纯海泡石。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(5)具体包括以下步骤： 
(5.1)取19～21g提纯海泡石与水按0.8～1.2∶28～31的固液比进行搅拌分散，同时放入0.9～1.1mL盐酸；所述水为蒸馏水； 
(5.2)用恒流泵缓慢滴加0.9～1.1mL的TiCl4溶液，并搅拌均匀，获得第二混合溶液；所述TiCl4溶液的浓度为3.7mol／L。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(6)中对第二混合溶液的加热干燥温度为100℃～110℃，时间为25～35min。 
作为本发明的一种改进，所述步骤(7)具体包括以下步骤：将复合物置于烘箱内，设定烘箱以10℃／min的速率升温至500℃～800℃，焙烧2～5h，制得纳米TiO2／海泡石复合材料。 
所述纳米TiO2／海泡石复合材料用于降解甲醛。 
本发明的有益效果为：本发明的制备方法的工艺步骤简易，操作方便，以TiCl4为前驱体，采用水解沉淀法制备了纳米TiO2／海泡石复合粉体材料，具有原料来源广、生产成本低、使用方便且可重复使用、无二次污染等特点；通过测试，本发明纳米TiO2／海泡石复合材料在紫外光照射情况下，120min后甲醛气体浓度由初始的4.347mg／m3降至0.100mg／m3，降解率达到98％，具有良好 的降解甲醛、治理甲醛污染的效果。本发明纳米TiO2／海泡石复合材料可以用于降解甲醛，在室内甲醛气体治理领域有广泛使用前景且对环境友好，利于大范围推广。 
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。 
附图说明
图1是本发明的纳米TiO2／海泡石复合材料的甲醛降解率曲线示意图。 
具体实施方式 
实施例：本实施例提供了一种纳米TiO2／海泡石复合材料的制备方法，其包括以下步骤： 
(1)将海泡石和水以0.5～1.5∶9～11的固液比进行搅拌混合，获得第一混合溶液；海泡石和水的固液比优选为1∶10；而搅拌混合时间为25～35min，优选为30min。 
(2)选取悬浮在第一混合溶液中间位置的中间悬浮物；具体的，其包括以下步骤：(2.1)将第一混合溶液静置25～35min后，优选为30min后，去除上清液和底下沉淀物，取中间悬浮物；(2.2)对中间悬浮物进行搅拌分散25～35min后，优选为30min后，然后静置25～35min，优选为30min；(2.3)去除步骤(2.2)中静置后的中间悬浮物的上清液和底下沉淀物，取中间悬浮物；(2.4)重复步骤(2.2)～(2.3)至少两遍，优选的，重复步骤(2.2)～(2.3)三遍，获得最终的中间悬浮物。 
(3)对中间悬浮物进行过滤；优选的，用80目的丝网对中间悬浮物进行过滤。 
(4)对过滤后的悬浮物进行加热干燥，然后煅烧，获得提纯海泡石；具体的，其包括以下步骤：(4.1)将过滤后的悬浮物放入恒温箱中进行加热干燥，恒 温箱的温度设定为100℃～110℃，优选105℃，时间为25～35min，优选为30min；(4.2)对干燥后的悬浮物放入快速升温电炉进行煅烧，煅烧的温度设定为250℃～300℃，优选280℃，时间为50～70min，优选为60min，煅烧完毕，获得提纯海泡石。 
(5)取19～21g提纯海泡石与水按0.8～1.2∶28～31的固液比进行搅拌分散，然后加入TiCl4溶液，并搅拌均匀，获得第二混合溶液；具体的，其包括以下步骤：(5.1)取19～21g提纯海泡石与水按0.8～1.2∶28～31的固液比进行搅拌分散，同时放入0.9～1.1mL盐酸；优选的，取20g提纯海泡石与水按1∶30的固液比进行搅拌分散，同时放入1mL盐酸，以加快反应速度。所述水优选为蒸馏水；(5.2)用恒流泵缓慢滴加0.9～1.1mL的TiCl4溶液，并搅拌均匀，获得第二混合溶液；优选的，所述TiCl4溶液的浓度为3.7mol／L，TiCl4溶液滴加量为1mL。当提纯海泡石与水的份数多时，盐酸和TiCl4溶液的加入量也相应增多，反之，则相应减少。即步骤(5)中的提纯海泡石与水混合物、盐酸、TiCl4溶液的质量比是1∶1∶1的比例。 
(6)对第二混合溶液进行加热干燥，获得复合物；具体的，对第二混合溶液的加热干燥温度为100℃～110℃，优选100℃，时间为25～35min，优选为30min。 
(7)对复合物进行焙烧，焙烧的温度为500～800℃，时间为2～3h，制得纳米TiO2／海泡石复合材料。具体的，将复合物置于烘箱内，设定烘箱以10℃／min的速率升温至500℃～800℃，焙烧2～5h，制得纳米TiO2／海泡石复合材料。 
要实施例中，优选设定烘箱以10℃／min的速率升温至650℃，焙烧2.5h。在其它实施例中，于500℃～800℃的范围内，根据不同焙烧时间(约2-5小时)或者在上述限定的范围内改变海泡石的质量或者改变TiCl4溶液浓度，均可以得到 纳米TiO2／海泡石复合材料。 
制备时，可以预先对TiCl4溶液的浓度进行调试。常温下TiCl4是无色透明液体，熔点-23.2℃，沸点135.9℃；液体密度1.726g/cm3、固体密度2.06g/cm3。然后将TiCl4调试成浓度为3.7mol／L的TiCl4溶液。当然，该浓度为3.7mol／L的TiC14溶液也可以直接在市场上购买。 
本发明的制备方法的工艺步骤简易，操作方便，以TiCl4为前驱体，采用水解沉淀法制备了纳米TiO2／海泡石复合粉体材料，具有原料来源广、生产成本低、使用方便且可重复使用、无二次污染等特点。 
本发明纳米TiO2／海泡石复合材料可以用于降解甲醛。具体实验如下： 
首先，将纳米TiO2／海泡石复合材料与水按1∶1混合打浆，静止存放30min后，在容器中批刮约1-2mm厚，用吹风机吹干，使容器内壁形成一层复合粉体。 
其次，往容器内加入一定量的甲醛，经测试初始浓度4.347mg／m3，将容器密封； 
再次，将事先准备好的甲醛测试仪测试容器内的甲醛变化情况，然后画出复合粉体下对甲醛的降解率与反应时间的变化关系图。具体参见附图1。 
从附图1可以看出，复合粉体对甲醛的降解先快后趋于平缓，在120分钟以后能达到约98％的降解率。 
经分析得出甲醛降解机理为：复合粉体首先将甲醛气体吸附捕捉，然后通过TiO2将其光催化降解。当能量超过TiO2禁带宽度的光子照射在复合粉体表面时，处于TiO2价带的电子就会被激发到导带上，从而分别在价带和导带上产生高活性自由移动的光生电子和空穴，将吸附在TiO2表面的羟基和水氧化为·OH，而导带电子是强还原剂，被吸附在TiO2表面的溶解氧俘获而形成负氧离子O2-，进而·OH和负氧离子O2-与甲醛的C-H键反应，使甲醛分解为CO2和H2O。 
当然，反应物在半导体光催化剂表面的吸附是进行多相光催化反应的一个先决条件，研究表明，光致空穴和电子的复合是在一定的时间内发生的，所以只有在相关的电子受体和电子供体预先被吸附在催化剂表面上时，界面电荷的传递和被俘获才具有竞争性。一言以蔽之，也就是需要紫外光的照射。 
通过上述测试表明，本发明纳米TiO2／海泡石复合材料在紫外光照射情况下，120min后甲醛气体浓度由初始的4.347mg／m3降至0.100mg／m3，降解率达到98％，具有良好的降解甲醛、治理甲醛污染的效果，适用范围广，可以用于降解甲醛，在室内甲醛气体治理领域有广泛使用前景且对环境友好。 
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似方法及组分而得到的其它制备方法和用途，均在本发明保护范围内。