一种八钛酸钾晶须的制备方法及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于八钛酸钾晶须吸附重金属离子的技术领域，特指以偏钛酸、碳酸钾为 原料，采用烧结法制备八钛酸钾的方法，也涉及用八钛酸钾吸附重金属离子的方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国国民经济的快速发展，采矿、冶炼、蓄电池、电解电镀、染料等工业每年都 要排放大量含重金属离子的工业废水和废渣，引起严重的环境污染，更为重要的是重金属 可通过土壤、水、空气，尤其是食物链，给人体健康带来严重的危害。
[0003] 目前，国内外常见的治理重金属污染的方法有离子交换法、化学沉淀法、反渗透 法、电化学法、膜过滤法和吸附法等，其中吸附法因其操作成本低、去除效果好、可操作性强 而被广泛应用，特别是对低浓度、污染性强，其他方法难以处理的含重金属废水具有独特的 应用价值。
[0004] 钛酸钾晶须是一种针状短纤维，钛酸钾晶须的化学式为K2O?nTi02(n= 1，2,4,6， 8,10,12)。其中，n= 6时为六钛酸钾，n= 8时为八钛酸钾，n= 6和8时钛酸钾晶须为 隧道式结构。六钛酸钾晶须具有良好的化学稳定性，在一般情况下不与酸、碱和盐起化学反 应，不溶于有机溶剂等，经过表面处理后使用，具有比表面积大，吸附力强的特点，是痕量金 属离子理想的分离富集材料。八钛酸钾晶须，结构与六钛酸钾类似，其对重金属离子的吸附 效果更好，但八钛酸钾的生产工艺更复杂，成本更高，限制其发展。
[0005] 以硫酸法钛白粉生产过程中的中间产品偏钛酸为原料，制备八钛酸钾晶须，将在 很大程度上降低八钛酸钾晶须生产成本；同时，以其为吸附剂治理重金属离子废水，具有良 好的发展前景。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种八钛酸钾晶须的制备方法及其用于 吸附重金属离子的方法，特指以偏钛酸、碳酸钾为原料，采用烧结法制备八钛酸钾的方法， 并用其吸附Cu2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+重金属离子的方法。
[0007] -种八钛酸钾晶须的制备方法，其特征是按下述步骤进行的：
[0008] (1)八钛酸钾反应前驱体的制备
[0009] 按比例将碳酸钾与偏钛酸在室温下混合均匀，放入干燥箱内干燥得反应前驱体， 磨细备用；
[0010] (2)八钛酸钾晶须的制备
[0011] 将步骤（1)制备的反应前驱体置于坩埚内，放于马弗炉内，采用梯度升温的方法 进行焙烧，将焙烧后所得样品放入恒沸水浴中煮沸，产物经水浸取处理后，经抽滤、洗涤、干 燥，即可得到八钛酸钾晶须。
[0012] 步骤（1)中，所述偏钛酸中Ti02的质量百分数为40wt% ;所述的碳酸钾与偏钛酸 中的Ti02的物质的量之比[n(K2C03)/n(Ti02)]为1:4. 5。
[0013] 步骤⑴中，所述干燥温度为150°C，干燥时间为24h;所述干燥过程中每半小时搅 拌一次。
[0014] 步骤⑵中，所述的梯度升温方法为：首先升温至200°C，保持Ih;继续升温至 300°C，并保持Ih;继续升温至400°C，并保持Ih;继续升温至500°C，并保持Ih;继续升温至 600°C，并保持8h;所述升温速率均为20°C/min(该梯度升温方法简写为：200°Clh+300°C1 h+400°Clh+500°Clh+600°C8h)〇
[0015] 步骤⑵中，所述样品在恒沸水浴中煮沸的时间为10h。
[0016] 上述制备方法所制备的八钛酸钾晶须用于吸附重金属离子的用途，具体使用方法 为：
[0017] 称量一定量的八钛酸钾晶须于烧杯中，加入300mL-定浓度的某个金属离子溶 液，匀速搅拌；分别在0、2、5、10、20、30、40、60、90、1201^11时取样，并用原子吸收分光光度 计来检测残留金属离子的浓度；反应结束后，将反应产物与八钛酸钾晶须分离，分离出的八 钛酸钾晶须用10mL5wt%的硫酸溶液浸滞2h，经抽滤、Iwt%NaOH溶液洗涤至中性、干燥，备 用。
[0018] 上述使用方法中，所述的金属离子为Cu2+、Pb2+、Ni2+或Cr3+。
[0019] 上述使用方法中，所述的八钛酸钾的量为0. 5~lg，所述的金属离子溶液中金属 离子的浓度为20~300mg/L。
[0020] 本发明的有益效果为：
[0021] (1)本发明以硫酸法钛白粉生产过程中的中间产品偏钛酸为原料，制备八钛酸钾 晶须，很大程度上降低八钛酸钾晶须生产成本，有利于工业化生产。
[0022] (2)本发明以偏钛酸、碳酸钾为原料，采用烧结法制备八钛酸钾，制备方法简单，制 取的八钛酸钾质量高。
[0023] (3)本发明制备的八钛酸钾晶须具有对重金属离子吸附效果好、易于分离、重复使 用性能好、环境污染小等优点，具有良好的工业发展前景。
【附图说明】
[0024]图1为碳酸钾与偏钛酸中的TiO2的摩尔比为1:4. 5,梯度升温条件下焙烧制取的 八钛酸钾晶须的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0026] 实施例1
[0027] (1)八钛酸钾反应前驱体的制备
[0028] 以偏钛酸和碳酸钾为原料，将碳酸钾与偏钛酸（含TiO2,40wt% )按摩尔比 [n(K2CO3)/n(TiO2)]为I:4. 5在室温下混合均勾，放入150°C干燥箱内，定时进行搅拌，干燥 24h得反应前驱体，磨细备用。
[0029] (2)八钛酸钾晶须的制备
[0030]取100g所得反应前驱体放入250ml坩埚内，放于马弗炉内，采用梯度升温的方法 进行焙烧（升温程序为：200°Clh+300°Clh+400°Clh+500°Clh+600°C8h)。将焙烧完所得 样品放入恒沸水浴中煮沸l〇h，产物经水浸取处理后经抽滤、洗涤、干燥，即可得到八钛酸钾 晶须。图1为碳酸钾与偏钛酸中的TiO2的摩尔比为1:4. 5,梯度升温条件下焙烧制取的八 钛酸钾晶须的XRD谱图。制取的样品与八钛酸钾XRD标准谱图（JP⑶S41-1100)相比较， 基本无杂质峰，说明有效合成了纯相八钛酸钾。
[0031] (3)八钛酸钾晶须吸附重金属离子实验步骤
[0032] 称量0? 5g的八钛酸钾晶须于500mL烧杯中，加入300mL浓度为20、40、80、100、 150mg/L的Cu2+离子溶液，匀速搅拌。分别在0、2、5、10、20、30、40、60、90、120min时取样， 并用原子吸收分光光度计来检测残留金属离子的浓度。
[0033] 八钛酸钾晶须对不同浓度的Cu2+吸附效果如表1:
[0034] 表1八钛酸钾晶须对不同浓度的Cu2+吸附情况
[0035]
[0037] 注：C1表示Cu2+起始浓度为20mg/L;C2表示Cu2+起始浓度为40mg/L;C3表示Cu2+ 起始浓度为80mg/L;C4表示Cu2+起始浓度为100mg/L;C5表示Cu2+起始浓度为150mg/L。
[0038] 反应120min后，八钛酸钾晶须对不同浓度的Cu2+吸附率情况如表2所示：
[0039] 表2八钛酸钾晶须对不同浓度的Cu2+吸附率
[0040]
[0041] 注=X1表示Cu2+起始浓度为20mg/L的吸附率；X2表示Cu2+起始浓度为40mg/L的 吸附率；X3表示Cu2+起始浓度为80mg/L的吸附率；X4表示Cu2+起始浓度为100mg/L的吸附 率；X5表示Cu2+起始浓度为150mg/L的吸附率。
[0042] 表1、2反映了八钛酸钾晶须对不同浓度的Cu2+吸附情况。从表中可以看出，八钛 酸钾晶须对Cu2+具有良好的吸附效果。随着Cu2+起始浓度从100mg/L降低至20mg/L，Cu2+ 吸附率从53. 83%升至97. 20%。这表明，低浓度有利于八钛酸钾晶须对Cu2+的吸附。
[0043] 实施例2
[0044] 采用实施1同样的方法制取八钛酸钾晶须，八钛酸钾晶须吸附重金属离子实验步 骤同实施例1，改变离子溶液为80、120、160、200、300mg/L的Pb2+溶液，可得到八钛酸钾晶 须对不同浓度的Pb2+吸附效果，如表3 :
[0045] 表3八钛酸钾晶须对不同浓度的Pb2+吸附情况
[0046]
[0048] 注=C1表示Pb2+起始浓度为80mg/L;C2表示Pb2+起始浓度为120mg/L;C3表示Pb2+ 起始浓度为160mg/L;C4表示Pb2+起始浓度为200mg/L;C5表示Pb2+起始浓度为300mg/L。
[0049] 反应120min后，八钛酸钾晶须对不同浓度的Pb2+吸附率情况如表4所示：
[0050] 表4八钛酸钾晶须对不同浓度的Pb2+吸附率
[0051]
[0052] 注=X1表示Pb2+起始浓度为80mg/L的吸附率；X2表示Pb2+起始浓度为120mg/L的 吸附率；X3表示Pb2+起始浓度为160mg/L的吸附率；X4表示Pb2+起始浓度为200mg/L的吸 附率；X5表示Pb2+起始浓度为300mg/L的吸附率。
[0053] 表3、4反映了八钛酸钾晶须对不同浓度的Pb2+吸附情况。从表中可以看出，八钛 酸钾晶须对Pb2+吸附率随着Pb2+浓度的升高而降低。当Pb2+起始浓度为300mg/L时，八钛 酸钾晶须对其吸附率仍高达93. 27%，这表明八钛酸钾晶须对Pb2+具有良好的吸附