树脂吸附模板-气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球方法技术

一种树脂吸附模板

【技术实现步骤摘要】
树脂吸附模板
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气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球方法


[0001]本专利技术属于环境技术和分析测试领域，具体涉及一种树脂吸附模板
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气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球方法。

技术介绍

[0002]纳米钛酸钙、纳米钛酸镁、纳米钛酸锶和钛酸锶钡等纳米钛酸盐是一类性能优异的介电材料，广泛用于电子、陶瓷、催化等领域。根据研究将纳米钛酸盐粉体用于水中重金属的吸附富集，能够取得令人满意的结果(张东；侯平，纳米钛酸钙粉体的制备及其对水中铅和镉的吸附行为，《化学学报》，2009,67(12)：1336
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1342)。但是，与其它纳米粉体一样，纳米钛酸盐粉体也存在着易团聚失活，使用时回收困难等问题，限制其在实践中应用。
[0003]为了解决上述问题，研究人员采用硅胶G、玻璃纤维滤膜等为载体，制备了负载型纳米钛酸盐吸附材料(张东，关欣，高虹，硅胶G负载纳米钛酸锶钡的制备及其对水中锌Ⅱ的吸附性能，《冶金分析》，2008,(09)：38
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42；张东；张文杰；关欣；高虹；何红波，负载型纳米钛酸锶钡对水中Cd
2+
吸附行为研究，《光谱学与光谱分析》2009,29(03)：824
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828；Zhang,Dong；Yu,Ping；He,Xiang，Preparation and Characterization of Porous Calcium Titanate
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Based Coated Glass Fiber Filter Material and Its Application in Determination of Lead and Cadmium Ion Concentrations in Water，《Journal of AOAC International》2011，93(6)：1925
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1933)，但是，负载后，纳米钛酸盐也存在着因负载结合，降低纳米钛酸盐表面，而使得性能下降，同时也存在着纳米粉体易脱落流失性能下降等问题。因此，又进一步改进采用以秸秆为模板，溶胶凝胶模板法制备多孔纳米钛酸盐块体(张东；王敏；谭玉玲，基于秸秆模板法制备多孔纳米钛酸锶钡及其对重金属的吸附性能，《化学学报》，2010,68(16)：1641
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1648；Dong Zhang,Min Wang,Guang
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jun Ren,En
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jun Song，Preparation of biomorphic porous calcium titanate and its application for preconcentration of nickel in water and food samples，《Materials Science and Engineering C》，2013，33：4677
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4683)；但是，多孔块体虽然复制了秸秆等生物质细胞结构，但是孔洞不均匀，特别是装柱后，溶液在多孔块体内扩散流动不均，使得吸附富集进行不充分；余珍琴等人采用四氯化钛为钛源，利用强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，采用离子交换法制备了二氧化钛光催化剂(余珍琴，孙剑飞，石照信，谷亨达，王思林，TiO2光催化剂的离子交换法制备及性能研究，《辽宁化工》，2011,40(1)：9
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11)，徐志兵等人也以阳离子交换树脂为模板，以四氯化钛为原料采用溶胶
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凝胶法制备了TiO2微球提高了光催化和回收性能(用四氯化钛制备TiO2微球的研究，《稀有金属材料与工程》，2006，35(12)：1999
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2001)，但是二氧化钛是简单的金属氧化物，控制四氯化钛在树脂的孔道内水解条件，煅烧后树脂烧失，即可得到纳米二氧化钛，而钛酸盐为复合盐类，四氯化钛在孔道内无法与碱土金属离子均匀分散，直接水解无法得到均匀的钛酸盐前驱体，煅烧后，相不均匀，生成金属氧化物相，无法得到纳米钛酸盐多孔微球；相关的研究发现采用D311大孔吸附树脂为模板，采用溶胶凝胶模板法制备了多孔纳米钛酸盐微球(Dong Zhang，Chun
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li Zhang，Pin Zhou，
Preparation of porous nano
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calcium titanate microspheres and its adsorption behavior for heavy metal ion in water，《Journal of Hazardous Materials》，2011，186(2
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3)：971
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977；张东，李楠，高頔，手控注射式钛酸锶钡多孔球富集器分离富集火焰原子吸收法测定水中铅和镉，《分析化学》，2009,37(8)：1188
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1192)。该工艺是先将碱土金属离子和钛制成均匀的溶胶，负压作用下，浸渍扩散进入树脂的孔道内，烘干，孔道内的溶胶变成干凝胶，煅烧，树脂骨架烧失，干凝胶氧化分解，生成钛酸盐。得到相均匀，孔道丰富，球体粒径分布较窄，装柱后阻力均匀，样品溶液在柱内流动分布均匀，具有非常优异的吸附或光催化性能。但是，该法合成时，由于溶胶粘度较大，表面张力作用下，同时树脂孔道内存在空气，浸渍时向树脂孔道内扩散不均匀，容易产生大空洞现象，使得合成的钛酸盐易产生不均匀现象，机械强度也大大降低，易碎裂，影响使用；同时，合成溶胶时，需要大量的络合剂、分散剂、溶剂等有机助剂，合成成本高，工艺复杂，烘干过程中有机物挥发污染环境，限制多孔钛酸盐微球在实践中的应用。利用水蒸气水热技术在钛酸盐合成领域已经有应用，如(赵建庆，一种钛酸锂材料的制备方法，申请号201911388279.4；周涛，一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，申请号201810116008.2；卢锡洪，周丽君，郑惠民，安昫，一种基于钛酸锂包覆石墨复合材料的锂离子电池负极材料的制备方法，申请号201910154566.2)，在纳米钛酸盐合成中表现出非常优异的性能，但是，这些方法最大问题是需要的压力、温度均较高，反应时间长，需要专门的密闭高压反应釜，实践中成本能耗均很高。为了降低成本，简化工艺，减少污染，应积极探索全新工艺制备品质稳定的多孔纳米钛酸盐微球。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种树脂吸附模板
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气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球方法，采用大孔离子交换树脂为微型反应器和模板，离子交换吸附辅助变化比例的热乙醇
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水
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空气混合气、变温热催化法合成树脂基离子分布均匀的钛酸盐前驱体，经烘干煅烧，成功制备孔径分布均匀、相均匀、性能稳定、吸附能力超强的多孔纳米钛酸盐微球，该制备方法成本低、能耗低。
[0005]本专利技术的树脂吸附模板
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气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种树脂吸附模板
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气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球方法，其特征在于，采用大孔离子交换树脂吸附碱土金属离子，得到吸附碱土金属离子的树脂，再进行熏蒸改性，得到改性吸附碱土金属离子树脂；用改性吸附碱土金属离子树脂吸附钛，得到载钛碱土金属离子树脂；将载钛碱土金属离子树脂置于管状反应容器中，通入105
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120℃的乙醇
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水
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空气混合气，密闭循环反应平衡30
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60min后，打开管状反应容器出气口，用混合气持续吹扫，清除蒸发游离的有机物杂质；其中，乙醇
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水
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空气混合气，按所占体积百分比为乙醇蒸气30％
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50％，水蒸气10％
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30％，空气20％
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60％；吹扫完成后，在30
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60min内，将乙醇
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水
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空气混合气温度升高至120
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140℃，升温过程中，同步调整乙醇
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水
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空气混合气各个气体的比例，调整原则为：空气体积百分占比保持不变，减少乙醇蒸气的体积百分占比，增加水蒸气的体积百分占比，直至乙醇蒸气的体积百分占比为0％，再继续通气反应60
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120min，对得到水解载钛碱土金属离子树脂，进行烘干、煅烧，得到多孔纳米钛酸盐微球。2.根据权利要求1所述的树脂吸附模板
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气热催化制备多孔纳米钛酸盐微球方法，其特征在于，采用大孔离子交换树脂吸附碱土金属离子的过程为：将大孔离子交换树脂进行除杂活化预处理，得到预处理后的树脂；检测预处理后的树脂对碱土金属离子的饱和吸附容量；根据预处理后的树脂对碱土金属离子的饱和吸附容量，称量碱土金属盐；按摩尔比，碱土金属离子：饱和吸附容量≥2；再将碱土金属盐配置成碱土金属离子饱和溶液；将预处理后的树脂浸没入碱土金属离子饱和溶液中，进行吸附反应，同步测定溶液中碱土金属离子含量，并计算预处理后的树脂上吸附的碱土金属离子的量；当预处理后的树脂上吸附的碱土金属离子的量≥饱和吸附容量的87.5％，则固液分离，得到的吸附碱土金属离子的树脂。3.根据权利要求2所述的树脂吸附模板
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜承志，赵苗，张东，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：