一种多孔晶态TiO₂泡沫陶瓷的制备方法

专利名称：一种多孔晶态TiO₂泡沫陶瓷的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔晶态T^2泡沫陶瓷的制备方法。
背景技术：
半导体多相光催化氧化技术是近年来新出现的污染治理技术，具有无毒、对污染物降解彻底等优点，在污水废水处理领域受到越来越多的关注。TiO2是目前广泛使用的光催化剂，不过粉末态的TiA由于存在难以回收、容易发生团聚和运行费用高等缺点，难以在废水深度处理和微污染水体处理中应用。将TiA直接做成陶瓷不但可以解决粉末态TiA 使用存在的现有问题，而且制成的产品还可以应用于环保、建筑等工程领域。冷冻浇注成型(Freeze-Casting)又称为冷冻干燥成型(Freeze-Drying)，属于一种原位凝固胶态成型工艺，它是将分散好的稳定的陶瓷料浆注入模具，在低温下液相冻结使料浆固化，然后在一定条件下使冻结的液相直接升华排除。冻结时分散好的粉料在原来的位置固定，避免了粉料之间的团聚，同时还避免了由于液相排除时毛细管力所造成的粉料颗粒的位移，也就消除了干燥过程的不均勻体积收缩，这就有效降低了由于不均勻收缩导致的应力集中，从而减少了缺陷、裂纹产生的可能性。目前研究T^2陶瓷材料冷冻浇注成型技术，其中采用最多的液相悬浮介质是水。制备的多孔陶瓷材料，主要是将陶瓷料浆进行冷冻，利用水结晶时生成冰晶的特殊形态获得具有特定孔结构的多孔材料。然而采用水基料浆进行冷冻浇注成型主要不足在于①成型需要较低的温度(一般< 15°C )，因此需要专门的设备；②干燥需要较低的温度以及较高的真空条件，也需要专门的设备；③同时水结晶时的体积变化偏大(> 11vol. % )。此外，水基冷冻浇注成型需要较长的预冷冻时间， 成型周期较长。基于以上原因，采用水基冷冻浇注制备轻质多孔TW2陶瓷的受到制约，限制了其商业化生产。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有粉末态Ti02难以回收，负载效果差，无法在实际工程中应用的问题，而提供一种多孔晶态Ti02泡沫陶瓷的制备方法。本发明一种多孔晶态TiA泡沫陶瓷的制备方法是由下述步骤完成的一、试剂的混合按照质量份数比称取30 50份的高热稳定性TW2粉体材料、100 150份的溶剂、 1 2份的分散剂和1 2份的粘结剂，然后将上述称取的试剂搅拌混合5 lOmin，即得混合试剂；二、球磨将步骤一制得的混合试剂在20°C 80°C温度下，球磨10 60h，得料浆；三、冷凝浇注成型将步骤二制得的料浆，注满模具，室温下冷冻10 120min，得到成型的料浆；四、脱模将步骤三制得的成型的料浆与模具进行分离，即得素坯；五、干燥升华 将步骤四得到的素坯在15°C 35°C的温度下干燥10 IOOh ；六、热处理在气体保护下， 将步骤五制得的素坯放入焙烧炉中，以1 15°C /min的速度升温至600°C 1600°C并保持 ι 证，然后冷却，即得多孔晶态TW2泡沫陶瓷；步骤一所述的溶剂为莰烯、叔丁醇、乙腈或六甲基二硅胺烷；步骤一所述的分散剂为TeXaphOr3250、CH-2型有机分散剂、CH-3型有机分散剂、CH-5型有机分散剂或963型有机相分散剂；步骤一所述的粘结剂为聚苯乙烯；步骤六所述的保护气体的流量为100 1000cm7s。本发明所述的分散剂为德国科宁公司的TeXaphOr3250分散剂、德国科宁公司的 963型有机相分散剂或上海三正公司CH-2、CH-3、CH-5型有机分散剂。本发明所述的高热稳定性TW2粉体材料是按专利公开号CN101318126的方法制备得到的。本发明方法解决了粉末态的TiO2难以回收、容易发生团聚和运行费用高等缺点。 本发明制备的多孔晶态TiO2泡沫陶瓷，具有稳定性好、且具有吸附性、光催化活性及过滤性能的优点，其应用于环保、建筑等领域，产品可以100%回收，回收后的1102泡沫陶瓷通过机械破碎成粉，可重复利用。本发明解决了水基冷冻浇注成型需要较长的预冷冻时间，成型周期较长的问题。本发明制备工艺简单，实验设备简单，成本低，效益高，易于实现商业化，


图1室温冷冻浇注成型技术构筑多孔晶态TiA泡沫陶瓷工艺流程图；图2多孔晶态TiA泡沫陶瓷照片；图3多孔晶态TiA泡沫陶瓷的SEM图。
具体实施例方式本发明技术方案不仅局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式一种多孔晶态TiO2泡沫陶瓷的制备方法是按以下步骤进行的一、试剂的混合按照质量份数比称取30 50份的高热稳定性TW2粉体材料、100 150份的溶剂、1 2份的分散剂和1 2份的粘结剂，然后将上述称取的试剂搅拌混合5 lOmin，即得混合试剂；二、球磨将步骤一制得的混合试剂在20°C 80°C温度下，球磨10 60h，得料浆；三、冷凝浇注成型将步骤二制得的料浆，注满模具，室温下冷冻 10 120min，得到成型的料浆；四、脱模将步骤三制得的成型的料浆与模具进行分离，即得素坯；五、干燥升华将步骤四得到的素坯在15°C 35°C的温度下干燥10 IOOh ；六、热处理在气体保护下，将步骤五制得的素坯放入焙烧炉中，以1 15°C /min的速度升温至 600°C 1600°C并保持1 证，然后冷却，即得多孔晶态TW2泡沫陶瓷；步骤一所述的溶剂为莰烯、叔丁醇、乙腈或六甲基二硅胺烷；步骤一所述的分散剂为TeXaphOr3250、CH-2型有机分散剂、CH-3型有机分散剂、CH-5型有机分散剂或963型有机相分散剂；步骤一所述的粘结剂为聚苯乙烯；步骤六所述的保护气体的流量为100 1000cm7s。本实施方式的工艺流程如图1所示。本实施方式的方法解决了粉末态的TW2难以回收、容易发生团聚和运行费用高等缺点。本实施方式制备的多孔晶态TiO2泡沫陶瓷，具有稳定性好、且具有吸附性、光催化活性及过滤性能的优点，其应用于环保、建筑等领域，产品可以100%回收，回收后的TiO2泡沫陶瓷通过机械破碎成粉，可重复利用。本实施方式解决了水基冷冻浇注成型需要较长的预冷冻时间，成型周期较长的问题。本实施方式制备工艺简单，实验设备简单，成本低，效益高，易于实现商业化，
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的将步骤一制得的混合试剂在40°C 60°C环境下球磨。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一至二不同的是步骤二所述的将步骤一制得的混合试剂球磨20 40h。其它与具体实施方式
一至二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三不同的是步骤三所述的模具材料为纸、橡胶、玻璃、金属或陶瓷。其它与具体实施方式
一至三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是步骤三所述的室温下冷冻成型，冷冻时间为40 lOOmin。其它与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五不同的是步骤五所述的干燥时间为40 80h。其它与具体实施方式
一至五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤五所述的干燥是指冷冻干燥机干燥、真空干燥或通风橱内干燥。其它与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七不同的是步骤六所述的升温至800°C 1200°C。其它与具体实施方式
一至七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八不同的是步骤六中所述的气体为氧气、氮气、氩气或氦气的一种气体或几种按任意比混合的气体。其它与具体实施方式
一至八相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九不同的是步骤六所述的保护气体的流量为300 700cm7s。其它与具体实施方式
一至九相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一至十不同的是步骤二所述的球磨还可以用磁力搅拌、机械搅拌或超声分散。其它与具体实施方式
一至十相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至十一不同的是步骤四的脱除模具是采用模具撕掉的方式或机械分离的方式进行的。其它与具体实施方式
一至十一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十二不同的是步骤六所述的焙烧是在马弗炉、管式炉、微波炉或电热炉中进行的。其它与具体实施方式
一至十二相同。通过以下试验验证本发明的效果制备多孔晶态TW2泡沫陶瓷一、试剂的混合称取2g的高热稳定性TW2粉体材料、IOg的叔丁醇、0. 075g的TeXaphor3250和0. 075g的聚苯乙烯，然后将上述称取的试剂搅拌混合5min时间，即得混合试剂；二、球磨将步骤一制得的混合试剂在80°C条件下球磨 40h，得料浆待用；三、冷凝浇注成型将步骤二制得的球磨分散好的料浆，注满纸质模具， 25°C下冷冻成型；四、脱除模具将步骤三中的纸质模具撕掉，将素坯与模具进行分离；五、 干燥升华将步骤四得到的素坯在通风橱中，25°C的条件下进行干燥50h ；六、热处理在马弗炉中焙烧步骤五干燥后的素坯，以15°C /min的速度升温，升温至1000°C，保持证时间， 焙烧过程中通入氩气进行保护，通入氩气流量为1000cm7s，冷却后，即得多孔晶态TW2泡沫陶瓷。本试验制得的多孔晶态TiO2泡沫陶瓷如图2，图3所示，通过图2，图3可知本发明可以将TW2纳米颗粒烧制成型，并且成型陶瓷中的TW2颗粒大小在20 30nm之间，多孔陶瓷孔径在100 200 μ m之间。制成的多孔晶态TW2泡沫陶瓷具有轻质、光催化性能好、便于污染物扩散降解的优点。将本试验制得的多孔晶态TiO2泡沫陶瓷，进行光催化降解气相污染物“苯”的应用试验将3g本发明制得的多孔晶态TiA泡沫陶瓷，在IOW紫外光条件下照射12h，处理浓度为IOpmm的气相污染物。通过以上验证试验可知本发明制得的多孔晶态TiO2泡沫陶瓷处理效率达到 99. 9%，多孔晶态T^2泡沫陶瓷使用后可以直接回收，回收率达100%，回收后的多孔晶态 TiO2泡沫陶瓷还可以反复使用。
权利要求
1.一种多孔晶态TiA泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于多孔晶态TW2泡沫陶瓷制备方法是按以下步骤进行的一、试剂的混合按照质量份数比称取30 50份的高热稳定性TW2粉体材料、100 150份的溶剂、1 2份的分散剂和1 2份的粘结剂，然后将上述称取的试剂搅拌混合5 lOmin，即得混合试剂；二、球磨将步骤一制得的混合试剂在20°C 80°C温度下，球磨10 60h，得料浆；三、冷凝浇注成型将步骤二制得的料浆， 注满模具，室温下冷冻10 120min，得到成型的料浆；四、脱模将步骤三制得的成型的料浆与模具进行分离，即得素坯；五、干燥升华将步骤四得到的素坯在15°C 35°C的温度下干燥10 IOOh ；六、热处理在气体保护下，将步骤五制得的素坯放入焙烧炉中，以1 150C /min的速度升温至600°C 1600°C并保持1 5h，然后冷却，即得多孔晶态TiO2泡沫陶瓷；步骤一所述的溶剂为莰烯、叔丁醇、乙腈或六甲基二硅胺烷；步骤一所述的分散剂为Texaphor3250、CH-2型有机分散剂、CH-3型有机分散剂、CH-5型有机分散剂或963型有机相分散剂；步骤一所述的粘结剂为聚苯乙烯；步骤六所述的保护气体的流量为100 1000cm3/so
2.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态T^2陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二所述的将步骤一制得的混合试剂在40°C 60°C温度下球磨。
3.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态TiA陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二所述的将步骤一制得的混合试剂球磨20 40h。
4.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态TW2陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤三所述的模具材料为纸、橡胶、玻璃、金属或陶瓷。
5.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态TiA陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤三所述的室温下冷冻成型，冷冻时间为40 lOOmin。
6.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态T^2陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤五所述的干燥时间为40 80h。
7.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态TiA陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤五所述的干燥是指冷冻干燥机干燥、真空干燥或通风橱内干燥。
8.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态TiA陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤六所述的升温至800°C 1200°C。
9.根据权利要求1所述的漂浮型多孔晶态T^2陶瓷膜光催化剂的制备方法，其特征在于步骤六中所述的气体为氧气、氮气、氩气或氦气的一种气体或几种按任意比混合的气体。
10.根据权利要求1所述的多孔晶态T^2泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于步骤六所述的保护气体的流量为300 700cm7s。
全文摘要
一种多孔晶态TiO2泡沫陶瓷的制备方法，它涉及一种多孔晶态TiO2泡沫陶瓷的制备方法。本发明要解决现有粉末态TiO2难以回收，负载效果差，无法在实际工程中应用的问题。本发明的方法如下一、试剂的混合；二、球磨粉料；三、室温冷凝浇注成型；四、脱除模具；五、干燥升华；六、热处理。本发明具有工艺简单、对环境污染小、成本低、所需设备简单的优点，本发明的产品可以100％回收，并可重复利用，易于实现商业化。本发明制备的多孔晶态TiO2泡沫陶瓷应用于环保、建筑领域。
文档编号C04B38/00GK102503518SQ20111036382
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者付宏刚, 周卫, 潘凯, 田国辉, 田春贵, 邢子鹏 申请人:黑龙江大学