专利名称：纳米MgO－TiO的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以多元氧化物MgO-TiO2-Al2O3与蒙脱石制备高性能复合材料的方法，该材料可广泛应用于污水处理、烟气净化等环保工业领域。
背景技术：
我国煤炭消耗量大，由此引发的环境污染尤为严重。燃煤发电排放的重金属污染物含量虽少，但对生态环境有持久的毒害作用。另外，工业上制备合成气、高温煤气、各种工业焚烧气过程也都需要解决脱除重金属污染物的问题。目前解决该类问题，通常使用活性碳吸附材料，然而活性碳吸附材料资源紧缺，成本高，对重金属污染物的选择性脱除效果不好，脱除精度低。痕量污染物的净化，目前尚未找到有效彻底的解决方法。国内外对重金属痕量污染物治理主要集中在新材料的研究、开发和应用上。近年来，纳米材料的发展趋势正从单纯材料合成、性能的随机探索向按照应用构建多功能性方面侧重和倾斜，针对环保领域中诸如重金属污染物的治理，开发纳米复合材料已经是重要而迫切的任务。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备步骤简单，成本低廉且热稳定性好的纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料，该材料能够脱除汞等重金属污染物，广泛应用于污水处理、烟气净化等环保工业领域。
本发明采用的技术方案一种纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料的制备方法，包括下列步骤a.按照摩尔比为10～15∶1～5∶1.6～20.6准备无水乙醇、钛酸四丁酯和硝酸，硝酸的浓度为0.5～1mol/L，先将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，充分搅拌使之形成淡黄色溶液，然后将该淡黄色溶液滴加到硝酸中，剧烈搅拌生成透明溶液，此后用浓度不高于1mol/L的NaOH溶液调节该透明溶液的pH值，使之达到1～3.5，同时充分搅拌，生成新的透明溶液待用；b.取提纯的钠基蒙脱石，用水充分浸润，然后向其中添加十六烷基三甲基溴化铵，其中所述钠基蒙脱石的摩尔数为钛酸四丁酯摩尔数的5～20倍，十六烷基三甲基溴化铵的摩尔数为蒙脱石摩尔数的2～5倍，经充分搅拌反应12～24小时后，将其与步骤a制得的新透明溶液进行混合，在60～80℃剧烈搅拌反应2～6小时，然后添加摩尔数为钛酸四丁酯摩尔数的0.2～1.0倍的硝酸镁和硝酸铝，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为0.5～1.5，通过过量的NaOH溶液进行滴定，待其充分反应后，将其固液分离，水洗；c.将步骤b制备的混合物在60～100℃温度下烘干，随后在400～500℃温度下焙烧2～4小时，即制得纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料。
本发明的有益效果，本发明利用纳米颗粒小尺寸效应所造成的无位错或低位错密度区域使复合材料达到耐高温高强度，利用蒙脱石天然纳米层结构使材料达到廉价规模化工业应用。本发明将经过反复验证的氧化物组合MgO-TiO2-Al2O3，分阶段的进行原位反应制成有较高比表面积的复合材料，充分利用了MgO-TiO2-Al2O3与蒙脱石之间的协同作用，使材料表面形成多种充分裸露、易于接近的活性中心，尤其以TiO2为中心的活性位，吸光而形成电子空穴对，氧化零价态的Hg蒸气，对其吸附、储存；以MgO和Al2O3为中心的活性位充分起到协同吸附、反应的作用，材料在具有较高热稳定性的同时，发挥了表面多元活性中心的协同作用，达到了高精度的脱除痕量环境污染物的目的。本发明所用的主要原料均为廉价而丰富的矿物和化合物，制备过程简单、可控，不涉及复杂的设备和工序，成本很低。本发明将多元氧化物与蒙脱石进行复合化和多孔化，不仅大幅度的提高了体系的热稳定性能，使用温度达550℃，而且环境友好。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，一种纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料的制备方法，包括下列步骤a.按照摩尔比为10～15∶1～5∶1.6～20.6准备无水乙醇、钛酸四丁酯和硝酸，硝酸的浓度为1mol/L，先将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，充分搅拌使之形成淡黄色溶液，然后将该淡黄色溶液滴加到硝酸中，剧烈搅拌生成透明溶液，此后用浓度不高于0.5～1mol/L的NaOH溶液调节该透明溶液的pH值，使之达到1～3.5，同时充分搅拌，生成新的透明溶液待用；b.取提纯的钠基蒙脱石，用水充分浸润，然后向其中添加十六烷基三甲基溴化铵，其中所述钠基蒙脱石的摩尔数为钛酸四丁酯摩尔数的5～20倍，十六烷基三甲基溴化铵的摩尔数为蒙脱石摩尔数的2～5倍，经充分搅拌反应12～24小时后，将其与步骤a制得的新透明溶液进行混合，在60～80℃剧烈搅拌反应2～6小时，然后添加摩尔数为钛酸四丁酯摩尔数的0.2～1.0倍的硝酸镁和硝酸铝，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为0.5～1.5，通过过量的NaOH溶液进行滴定，待其充分反应后，将其固液分离，水洗；c.将步骤b制备的混合物在60～100℃温度下烘干，随后在400～500℃温度下焙烧2～4小时，即制得纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料。本发明首次提供了一种三元氧化物组合与蒙脱石按比例进行纳米量级复合制备新材料的方法，主要用于环境痕量污染物的治理，尤其在脱除汞等重金属领域具有特殊而广阔的应用。复合材料在固定了污染物后，实现环境修复，而且对污染物的吸附作用强，即使直接抛弃，也绝不可能发生二次污染。本发明采用日本理学D/Max一2500 VB2+/PC X射线衍射仪分析(XRD)研究材料小角度区域内出现的衍射峰，以判断或确认介孔结构的存在，结构层间距可由Bragg公式λ＝2dsinθ求取；采用JEM一2000EX型透射电子显微镜对材料进行粒径及其形貌分析；采用美国ASAP 2405吸附仪(BET法)测定材料比表面积。
实施例一量取摩尔比为10∶1∶5的无水乙醇，钛酸四丁酯，浓度为1mol/L的硝酸，先将钛酸四丁酯加到无水乙醇里，经充分搅拌使之形成淡黄色溶液，然后将该溶液滴加到上述的硝酸中，经剧烈搅拌生成透明的溶液，此后再用浓度不高于1mol/L的NaOH溶液调节使pH值达到2，同时充分搅拌，直至生成透明溶液待用。取提纯的钠基蒙脱石，其量为钛酸四丁酯摩尔数的10倍，并用水充分浸润，再添加摩尔数为蒙脱石4倍的十六烷基三甲基溴化铵，经充分搅拌反应12小时后，将其与上述制得的透明溶液进行混合，在80℃剧烈搅拌反应2小时，然后添加摩尔数为钛酸四丁酯的0.6倍的硝酸镁和硝酸铝，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为0.5，通过过量的NaOH溶液进行滴定，待其充分反应后，将其固液分离，水洗，然后将此混合物在80℃的温度下烘干，随后在400℃的温度下焙烧2小时，即制得纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料。XRD测定的层间距为3.15nm，TEM分析氧化物颗粒粒径约在20-30nm之间，BET测定的比表面积为235m2/g。
实施例二量取摩尔比为15∶5∶1.6的无水乙醇，钛酸四丁酯，浓度为1mol/L的硝酸，先将钛酸四丁酯加到无水乙醇里，经充分搅拌使之形成淡黄色溶液，然后将该溶液滴加到上述的硝酸中，经剧烈搅拌生成透明的溶液，此后再用浓度不高于1mol/L的NaOH溶液调节使pH值达到3，同时充分搅拌，直至生成透明溶液待用。取提纯的钠基蒙脱石，其量为钛酸四丁酯摩尔数的20倍，并用同样质量的水充分浸润，再添加摩尔数为蒙脱石5倍的十六烷基三甲基溴化铵，经充分搅拌反应12小时后，将其与上述制得的透明溶液进行混合，在60℃剧烈搅拌反应2小时，然后添加摩尔数为钛酸四丁酯的1.0倍的硝酸镁和硝酸铝，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为1.5，通过过量的NaOH溶液进行滴定，待其充分反应后，将其固液分离，水洗，然后将此混合物在60℃的温度下烘干，随后在400℃的温度下焙烧2小时，即制得纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料。XRD测定的层间距为3.10nm，TEM分析氧化物颗粒粒径约在20-25nm之间，BET测定的比表面积为211m2/g。
实施例三量取摩尔比为12∶3∶20.6的无水乙醇，钛酸四丁酯，浓度为1mol/L的硝酸，先将钛酸四丁酯加到无水乙醇里，经充分搅拌使之形成淡黄色溶液，然后将该溶液滴加到上述的硝酸中，经剧烈搅拌生成透明的溶液，此后再用浓度不高于1mol/L的NaOH溶液调节使pH值达到2，同时充分搅拌，直至生成透明溶液待用。取提纯的钠基蒙脱石，其量为钛酸四丁酯摩尔数的15倍，并用同样质量的水充分浸润，再添加摩尔数为蒙脱石5倍的十六烷基三甲基溴化铵，经充分搅拌反应24小时后，将其与上述制得的透明溶液进行混合，在80℃剧烈搅拌反应6小时，然后添加摩尔数为钛酸四丁酯的1.0倍的硝酸镁和硝酸铝，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为1，通过过量的NaOH溶液进行滴定，待其充分反应后，将其固液分离，水洗，然后将此混合物在100℃的温度下烘干，随后在500℃的温度下焙烧4小时，即制得纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料。XRD测定的层间距为2.68nm，TEM分析氧化物颗粒粒径约在15-20nm之间，BET测定的比表面积为201m2/g。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料的制备方法，包括下列步骤a.按照摩尔比为10～15∶1～5∶1.6～20.6准备无水乙醇、钛酸四丁酯和硝酸，硝酸的浓度为0.5～1mol/L，先将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，充分搅拌使之形成淡黄色溶液，然后将该淡黄色溶液滴加到硝酸中，剧烈搅拌生成透明溶液，此后用浓度不高于1mol/L的NaOH溶液调节该透明溶液的pH值，使之达到1～3.5，同时充分搅拌，生成新的透明溶液待用；b.取提纯的钠基蒙脱石，用水充分浸润，然后向其中添加十六烷基三甲基溴化铵，其中所述钠基蒙脱石的摩尔数为钛酸四丁酯摩尔数的5～20倍，十六烷基三甲基溴化铵的摩尔数为蒙脱石摩尔数的2～5倍，经充分搅拌反应12～24小时后，将其与步骤a制得的新透明溶液进行混合，在60～80℃剧烈搅拌反应2～6小时，然后添加摩尔数为钛酸四丁酯摩尔数的0.2～1.0倍的硝酸镁和硝酸铝，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为0.5～1.5，通过过量的NaOH溶液进行滴定，待其充分反应后，将其固液分离，水洗；c.将步骤b制备的混合物在60～100℃温度下烘干，随后在400～500℃温度下焙烧2～4小时，即制得纳米MgO-TiO2-Al2O3/介孔蒙脱石复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种纳米MgO－TiO
文档编号B01J20/10GK1884190SQ20061002819
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者豆斌林, 陈兵兵, 郑丹榆, 姜犇, 吴婷 申请人:上海电力学院