一种新型二氧化钛微粒材料及其制备方法、在环保领域中的应用技术

本发明专利技术提供了一种二氧化钛微粒材料，所述二氧化钛微粒材料为多孔二氧化钛微粒材料；二氧化钛微粒具有表面皱褶的形貌。本发明专利技术提供的新型的二氧化钛微粒材料，具有表面皱褶的形貌，且宏观形貌可控，粒径均一可调，比表面积高且具有可调的孔径，晶粒大小与晶相也可控，其表面具有羟基与Ti

A new type of titanium dioxide particulate material and its preparation method and its application in environmental protection field

The invention provides a titanium dioxide particle material, the titanium dioxide particle material is a porous titanium dioxide particle material, and the titanium dioxide particle has the surface wrinkle morphology. The new type of titanium dioxide particle material has the shape of the surface wrinkle, the macroscopic morphology is controllable, the particle size is all adjustable, the surface area is high and the aperture is adjustable, the grain size is controllable with the crystal phase, and the surface has the hydroxyl and Ti.

【技术实现步骤摘要】
一种新型二氧化钛微粒材料及其制备方法、在环保领域中的应用
本专利技术属于二氧化钛材料制备
，涉及一种二氧化钛微粒材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种新型二氧化钛微粒材料及其制备方法、在环保领域中的应用。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)是一种白色两性氧化物，无毒，不透明，具有高的白度与光亮度，在涂料行业有着广泛的应用。纳米TiO2具有优秀的光学性质、高的化学与热稳定性、超亲水性与非迁移性，可与食品接触，被广泛应用于抗紫外材料、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜等方面。此外，TiO2材料在环境治理中也扮演重要角色，例如、纳米TiO2可直接利用太阳光或紫外光，分解有机或无机的有毒污染物；再比如，TiO2利用其高比表面积与表面丰富的活性位点，对废水中一些不可降解无机物，如汞、铅、镉、铬等重金属，有着良好的吸附去除能力。目前，TiO2颗粒的制备方法主要有水热法、自组装法与气溶胶法。在水热法中，含Ti前驱体、溶剂与水解催化剂以一定的比例混合，也可引入额外造孔剂，在较高的温度下进行水热处理，得到TiO2材料。在自组装方法中，Ti源在一定的pH[值下进行预水解，再与成孔剂混合，通过溶剂挥发，使Ti源在聚合过程中与成孔剂组装形成介观结构，进一步热处理去除成孔剂，得到多孔TiO2颗粒。这些方法操作步骤较多，耗时长，不易连续、规模化制备，且得到的TiO2粒径小(在纳米范畴)、分布不均。气溶胶法结合了自组装与干燥工艺，具有操作简单、快速高效、可连续批量制备的特点。近年来，利用气溶胶法，人们制备了多种球形颗粒。然而，受限于干燥工艺，前驱液被分散成的液滴大小不一，导致所得颗粒的粒径分布广，且粒径较小，一般在几十纳米到十几微米之间，且产量及收集率较低。常见的工业生产TiO2的方法有固相法与气相法。传统的固相法是将钛盐与含铵无机盐按一定的比例充分混合与研磨，随后进行煅烧得到最终产物。其主要优点是经济、工艺过程和设备简单，但其耗能较大、产物的纯度与均一度难以得到控制。因此，固相法只适用于对产品纯度和粒度要求不高的情况。气相法直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米TiO2，如气相合成法和气相沉积法。用气相法制备的TiO2纳米粒子具有粒度细、化学活性高、粒子呈球形、可见光透过性好、吸收紫外线的能力强等特点。但所得颗粒的粒径小，粒径分布宽，不利于直接用于吸附与催化，往往需要成型制备更大粒径的颗粒。而且现有的大部分关于TiO2的研究聚焦在纳米粉体的制备，其粒径分布宽，但是作为吸附剂或异相催化剂时，粒径大小与均一性对实际应用至关重要，纳米颗粒难以实现固液分离，而难以直接用于流动吸附或催化；小粒径与均一性差的颗粒会导致压力降差过大等等。因此，如何得到一种更合适的TiO2制备方法，制备的TiO2颗粒粒径大小均一可控，能够解决上述问题，已成为领域内具有前瞻性的研究者广泛关注的焦点之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种二氧化钛微粒材料及其制备方法、应用，本专利技术制备的是微米尺度上二氧化钛微粒材料，粒径较大且均一可调；而且表面富含皱褶，具有高的颗粒表面积/体积比，比表面积大、孔径均一，同时易于工业放大，实现连续生产。本专利技术提供了一种二氧化钛微粒材料，所述二氧化钛微粒材料为多孔二氧化钛微粒材料；所述二氧化钛微粒具有表面皱褶的形貌。优选的，所述二氧化钛微粒的粒径为5～200μm；所述二氧化钛微粒的比表面积为20～240m2/g；所述二氧化钛微粒的孔径为2～50nm；所述二氧化钛微粒的孔体积为0.05～1.0cm3/g。优选的，所述二氧化钛微粒含有羟基和/或Ti3+；所述二氧化钛微粒的晶型为锐钛矿型、金红石型或混合相；所述二氧化钛微粒的晶粒尺寸为5～50nm；所述二氧化钛微粒的形状包括球形、碗状和哑铃状中的一种或多种。本专利技术提供了一种二氧化钛微粒材料的制备方法，包括以下步骤：1)将钛源和溶剂混合后，得到前驱液；2)将上述步骤得到的前驱液经过微流体喷雾，干燥后，得到颗粒；3)将上述步骤得到的颗粒经过热处理后，得到二氧化钛微粒材料。优选的，所述钛源包括钛盐和/或二氧化钛纳米颗粒；所述溶剂包括水和/或有机溶剂；所述钛源的质量占所述前驱液质量的比例为0.01％～40％；所述混合过程中还加入造孔剂。优选的，所述造孔剂包括高温下可分解的造孔剂和/或在溶液中不溶解二氧化钛的造孔剂；所述造孔剂与钛源的质量比为(50～1)：(1～50)；所述钛盐包括异丙醇钛、正丁醇钛、四氯化钛、三氯化钛和硫酸钛中的一种或多种；所述有机溶剂包括醇类溶剂；所述混合过程中还加入无机酸。优选的，所述步骤1)具体为：将造孔剂、无机酸和溶剂中先进行混合溶解后，再加入钛源，继续混合后，得到前驱液；所述前驱液中的氢离子浓度为0.1～2mol/L；所述无机酸包括盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种；所述造孔剂包括非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、聚合物、可溶性无机盐和胶体晶中的一种或多种。优选的，所述微流体喷雾的喷嘴尺寸为10～350μm；所述微流体喷雾的压力为(0.2～2.0)*105Pa；所述微流体喷雾的流速为0.5～5mL/min；所述干燥为热风干燥；所述干燥的温度为100～280℃；所述干燥的时间为0.5～3s；所述热处理的温度为100～800℃；所述热处理的时间为0.5～3.0h。本专利技术提供了上述技术方案任意一项所述的二氧化钛微粒材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法制备的二氧化钛微粒材料在环保领域中的应用。优选的，所述环保领域包括吸附处理液体中的金属离子；所述金属离子包括Cr6+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Hg2+、As3+和As5+中的一种或多种；所述吸附包括静态物理吸附、静态化学吸附、作为填料动态物理吸附和作为填料动态化学吸附中的一种或多种。本专利技术提供了一种二氧化钛微粒材料，所述二氧化钛微粒材料为多孔二氧化钛微粒材料；所述二氧化钛微粒具有表面皱褶的形貌。与现有技术相比，本专利技术针对现有的制备二氧化钛颗粒的方法，不同程度的存在粒径分布宽，均一性差，且粒径较小，产量及收集率较低等问题，尤其是纳米颗粒难以实现固液分离，更难以直接用于流动吸附或催化等方面，而且小粒径与均一性差的颗粒会导致压力降差过大等等诸多问题。本专利技术又针对现有受到了广泛关注的球形TiO2颗粒，认为球形颗粒虽然外观良好，但球形颗粒具有最小的颗粒表面积/体积比，并不利于颗粒内部与溶液间进行快速物质交换。因而需要制备粒径在微米级别、粒径均一、表面凹凸不平的球形TiO2颗粒。本专利技术创造性的采用微流体喷雾干燥技术制备二氧化钛微粒，是一种新型的二氧化钛(TiO2)微粒材料，具有表面皱褶的形貌，且宏观形貌可控，粒径均一可调，比表面积高且具有可调的孔径，而且晶粒大小与晶相也可控。本专利技术制备的二氧化钛微粒，表面具有羟基与Ti3+化学价态，对重金属离子的吸附能力强，具有良好的静态吸附性能，且能将部分吸附的高价金属离子还原成毒性小的低价离子，其均一、较大的微米粒径使其可作为吸附床的填充物，用于动态流动吸附，可快速去除重金属离子，具有与静态吸附一致的吸附容量以及优异的吸附-脱附循环稳定性，能够快速、高效去除各类重金属离子，且容易重生，可多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛微粒材料，其特征在于，所述二氧化钛微粒材料为多孔二氧化钛微粒材料；所述二氧化钛微粒具有表面皱褶的形貌。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛微粒材料，其特征在于，所述二氧化钛微粒材料为多孔二氧化钛微粒材料；所述二氧化钛微粒具有表面皱褶的形貌。2.根据权利要求1所述的二氧化钛微粒材料，其特征在于，所述二氧化钛微粒的粒径为5～200μm；所述二氧化钛微粒的比表面积为20～240m2/g；所述二氧化钛微粒的孔径为2～50nm；所述二氧化钛微粒的孔体积为0.05～1.0cm3/g。3.根据权利要求1所述的二氧化钛微粒材料，其特征在于，所述二氧化钛微粒含有羟基和/或Ti3+；所述二氧化钛微粒的晶型为锐钛矿型、金红石型或混合相；所述二氧化钛微粒的晶粒尺寸为5～50nm；所述二氧化钛微粒的形状包括球形、碗状和哑铃状中的一种或多种。4.一种二氧化钛微粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将钛源和溶剂混合后，得到前驱液；2)将上述步骤得到的前驱液经过微流体喷雾，干燥后，得到颗粒；3)将上述步骤得到的颗粒经过热处理后，得到二氧化钛微粒材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钛源包括钛盐和/或二氧化钛纳米颗粒；所述溶剂包括水和/或有机溶剂；所述钛源的质量占所述前驱液质量的比例为0.01％～40％；所述混合过程中还加入造孔剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂包括高温下可分解的造孔剂和/或在溶液中不溶解二氧化钛的造孔剂；所述造孔剂与钛源的质量比为(50～1)：(1～50)；所述钛盐包括异丙醇钛、正丁醇钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴张雄，吴铎，于志凯，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32