[发明专利]一种可循环使用处理污水的钛酸盐纳米材料及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备和应用的技术领域，具体设计的是一种可循环使用处理污水的钛酸盐纳米材料的制备和应用的方法。

背景技术

纳米二氧化钛是一种重要的纳米材料，具有稳定性高、无毒、生物稳定性好、紫外吸收等特性，在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生领域具有广阔的应用前景。近年来二氧化钛纳米材料的诸多其他优良性质受到重视，并且具有广阔的应用前景。因此，制备和应用特定形貌的二氧化钛纳米材料成为人们研究的热点。

早期，TiO₂纳米材料的制备研究主要集中在纳米颗粒上，利用溶胶-凝胶等化学方法，通过煅烧处理可以获得锐钛矿和金红石型的TiO₂纳米颗粒。近年来，利用水热法人们又成功制备出锐钛矿相TiO₂纳米管和TiO₂纳米带。但是，对于特定形貌的TiO₂纳米材料的制备和应用，尤其是层状纳米钛酸盐的制备和应用还缺乏相关的系统报道。现有的研究仍主要致力于合成TiO₂掺杂改性纳米材料应用于光催化研究，至今还没有制备层状纳米钛酸盐用于去除水中有机物和重金属离子的研究报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种通过调控水热反应反应物添加量和反应条件来制备层状纳米钛酸盐，用于去除水中重金属离子和有机物并且可以循环利用的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种可循环使用处理污水的钛酸盐纳米材料的制备方法，其步骤为：

(1)将固相或液相钛源分散于浓碱溶液中，充分搅拌，得悬浊液；所述浓碱溶液的浓度为9～11摩尔/升，钛源与浓碱的质量比为1:8～1:14；

(2)将所得悬浊液转移到水热反应釜中，在120～180度下进行水热反应，所得产物洗涤、干燥，得到层状钛酸盐纳米材料。

优选地，步骤(1)中所述的固相钛源包括金红石型二氧化钛、锐钛矿型二氧化钛、P25型二氧化钛等中一种；液相钛源包括钛酸四丁酯、钛酸异丙酯等中一种；浓碱包括氢氧化钠、氢氧化钾等中一种。

优选地，所述方法采用固相钛源TiO₂纳米粉与浓NaOH溶液反应，具体为：以质量比为1:10～1:14的TiO₂纳米粉和NaOH为原料；将TiO₂纳米粉分散于9～11摩尔/升的NaOH水溶液中，搅拌20～30分钟，得到的悬浊液转移到的水热反应釜中，在120-180度下进行水热反应12～36小时，得到白色产物，去离子水洗涤至接近中性，烘干，得到层状纳米钛酸盐。

优选地，所述方法采用液相钛源与浓KOH溶液反应，具体为：以质量比为1:8～1:11的液相钛源和KOH为原料；将TiO₂纳米粉分散于9～11摩尔/升的KOH水溶液中，搅拌20～30分钟，得到的悬浊液转移到的水热反应釜中，在120-180度下进行水热反应12～36小时，得到白色产物，去离子水洗涤至接近中性，烘干，得到层状纳米钛酸盐。

根据本发明的一个方面，提供一种上述制得的钛酸盐纳米材料应用方法，具体为：将上述制得的层状钛酸盐纳米材料加入到废物浓度在10～100毫克/升的废水中，加入的层状钛酸盐纳米材料与废水的质量比为1:20～1:200，搅拌1～2小时，静置沉淀，泥水分离，去除率即可达到90%以上。

本发明的层状钛酸盐纳米材料循环利用方案具体分为有机物解吸和重金属离子交换两个技术方案，各技术方案如下。

有机物解吸方案是：将吸附有有机物的层状钛酸盐纳米材料滤出，用蒸馏水洗涤至接近中性，加入解吸剂，室温下放置进行解吸，期间不断搅拌。解吸后的层状钛酸盐纳米材料仍然具有去除水中有机物和重金属离子的能力。所述的解吸剂由以下物质中的三种或三种以上构成：强碱（纯的强碱，没有水）、甲醇、乙醇、丙酮，搅拌时间为30分钟～2小时。

重金属离子交换方案是：将分离后得到的沉淀物放入稀硝酸中，调节pH值至3～6，搅拌。将所得产物抽滤，用去离子水洗涤。再将所得产物放入1摩尔/升的氢氧化钠(或氢氧化钾)溶液中，搅拌，抽滤，用去离子水洗涤，所得产物烘干，得到层状钛酸盐纳米材料。该产物仍然同样具有去除水中有机物和重金属离子的能力。所述的氢氧化钠或氢氧化钾溶液浓度为0.5～2摩尔/升，搅拌时间为12～36小时。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：