专利名称：一种离子型染料高效脱色剂的制备方法
技术领域：
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本发明涉及一种采用水热法制备离子型染料高效脱色剂一用季铵盐改性的 纳米钛酸盐的制备方法。
背景技术：
随着经济和社会的发展，水污染问题越来越成为人们关注的焦点，其中，染 料废水污染尤为严重，难于治理，成为国内外水污染防治的难点和重点。
在各种染料废水的处理方法中，吸附法能耗低、使用范围广、处理效果好， 越来越受到重视。目前水处理中应用最广的吸附剂是活性碳，但活性碳对各种离 子型染料的吸附速率很慢，另外吸附的污染物难以脱附，活性碳易失活，而活性 碳的再生必须在氮气流中高温下进行，每年再生一次就损失大量的活性碳，可见 大量应用活性碳处理染料污水并不十分可取，因此开发新型的吸附剂意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子型染料高效脱色剂的制备方法，这种纳米钛酸 盐脱色剂是以钛氧八面体骨架为基础的层状结构，层间为具离子交换性的金属离 子，对阳离子染料高效吸附；对纳米钛酸盐进一步表面改性后，对阴离子染料也 表现出了优异的吸附性能。
本发明的技术方案如下
一种离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于依次进行以下步骤
(1) 、取纳米钛酸盐放于水中，搅拌溶解，制成悬浮溶液；
(2) 、采用酸溶液调节悬浮液的PH值为酸性或弱酸性；
(3) 、将直链烷烃基季铵盐加入到悬浮液中，直链烷烃基季铵盐与纳米钛酸 盐的摩尔比0.01 5: 1;
(4) 、加热至40 120。C下反应3小时以上，冷凝回流；
(5) 、过滤或离心分离出悬浮液中沉淀物，多次水洗，直至洗涤液PH值为中
性；(6)、沉淀物烘干，得到产物。
所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述的钛酸盐纳米结 构材料是钛酸盐纳米带或钛酸盐纳米片、纳米丝带、纳米管、胖大海状纳米结构、 海胆状纳米结构、微纳分枝结构。
所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述的调节悬浮溶液 PH的酸溶液是指0. 01 0. lmol/L的盐酸，调节悬浮液的PH值到2 6。
所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述的调节悬浮溶液 PH的酸溶液是指0. 01 0. 1mol/L的盐酸，调节悬浮液的PH值到2 6;所述的 直链烷烃基季胺盐，碳原子数大于12。
所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述的沉淀物烘干即 得产物。
所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述的纳米钛酸盐悬 浮溶液的质量浓度为0.1 40%，直链烷烃基季铵盐的替代物有胺盐型阳离子表 面活性剂；所述的调节悬浮溶液PH的酸溶液是指0.01 0. lmol/L的盐酸，调
节悬浮液的ra值到2 6。
所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述的胺盐型阳离子 表面活性剂是指伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐，季铵盐，具体指十六垸基三甲基季铵 溴化物、十六烷基三甲基季铵氯化物，十二垸基伯胺盐、十二烷基仲胺盐、十二 烷基叔胺盐。
本发明反应物加热至40 12(TC，并冷凝回流，反应时间需要3小时以上。 本发明以偏钛酸或硫酸氧钛或氧化钛粉末为原料，采用水热法制备纳米钛酸
盐，对阳离子染料高效吸附；通过回流法对纳米钛酸盐进行表面改性后，对阴离
子染料也表现出了优异的吸附性能。
图l: (a)钛酸盐纳米管的SEM图片。 (b)钛酸盐纳米管的TEM图片。 图2:钛酸盐纳米管和直链烷烃基季铵盐改性纳米管的XRD图谱。 图3:钛酸盐纳米管和直链垸烃基季铵盐改性纳米管的红外光谱图。 图4:吸附12h后，10mg的140度制备的样品对阳离子染料，如8ml， 20mg/L甲基蓝和龙胆紫的去除率，和10 mg的140度制备的样品经改性对阴离子染料， 如8ml， 20mg/L甲基橙、甲基红、酸性品红、曙红B的去除率和吸附能力。
具体实施方式
一、钛酸盐纳米管的制备工艺
以下以容积为50ml的高压釜为反应器为例，来说明钛酸盐纳米管的制备步骤。
(1) 、称量1 3g的商用氧化钛粉末，放入高压釜中。
(2) 、配置摩尔浓度为7 11M的NaOH溶液，取35 40 ml加入到高压釜 中。
(3) 、对高压釜中的原料磁力搅拌l 2h，形成均匀的白色悬浮液。
(4) 、把高压釜放入摄氏110 16(TC的烘箱中，保温20小时以上。
(5) 、反应结束后，待釜温自然降低室温后，打开高压釜倒出溶液。
(6) 、过滤或离心分离出沉淀物，多次水洗，直至溶液的PH到中性为止。
(7) 、沉淀物烘干，即得产物。
二、阴离子染料的高效吸附剂一季胺盐表面改性的纳米钛酸盐
以下以容积为50ml的高压釜为反应器为例，来说明钛酸盐纳米管的改性步骤。
(1) 、取通过以上工艺制备的钛酸盐纳米管1 2g，放入500ml的锥形瓶， 加入300ml水。
(2) 、超声l 2h，得到白色悬浮液。
(3) 、用0. 01 0. lmol/L的盐酸调节悬浮液的PH值到2 6。
(4) 、加入0.5 lg直链烷烃基季铵盐到白色悬浮液中。直链垸烃基季铵盐 碳原子数大于12为佳。
(5) 、将悬浮液加热，在40 12(TC下反应3小时以上，并冷凝回流。
(6) 、回流结束后，过滤或离心分离出沉淀物，多次水洗，直至溶液的PH 到中性为止。
(7) 、沉淀物烘干，即得产物。 产物描述(参见图1-4):
纳米管的晶相为Na2Ti20s,为正交晶系，晶格常数a= 1.68 nm, b=0.375 nm,c=0.306跳
纳米管的长度在几百nm到十几iam之间，比表面为269m々g。 纳米管对阳离子染料的去除率达到91.1 99.2%,是活性炭的7倍，去除速率是活 性炭的120倍。
改性后产品对阴离子染料的吸附去除率可达到95.1 99.8%,是活性炭的8倍，去 除速率是活性炭的180倍。 (吸附的染料溶液的PH在3 6之间)
权利要求
1、一种离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于依次进行以下步骤(1)、取纳米钛酸盐放于水中，搅拌溶解，制成悬浮溶液；(2)、采用酸溶液调节悬浮液的PH值为酸性或弱酸性；(3)、将直链烷烃基季铵盐加入到悬浮液中，直链烷烃基季铵盐与纳米钛酸盐的摩尔比0.01～5∶1；(4)、加热至40～120℃下反应3小时以上，冷凝回流；(5)、过滤或离心分离出悬浮液中沉淀物，多次水洗，直至洗涤液PH值为中性；(6)、沉淀物烘干，得到产物。
2、 根据权利要求1所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述 的钛酸盐纳米结构材料是钛酸盐纳米带或钛酸盐纳米片、纳米丝带、纳米管、胖 大海状纳米结构、海胆状纳米结构、微纳分枝结构。
3、 根据权利要求1或2所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于 所述的调节悬浮溶液PH的酸溶液是指0. 01 0. lmol/L的盐酸，调节悬浮液的 PH值到2 6。
4、 根据权利要求l、 2所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所 述的调节悬浮溶液PH的酸溶液是指0. 01 0. lmol/L的盐酸，调节悬浮液的PH 值到2 6;所述的直链垸烃基季铵盐，碳原子数大于12。
5、 根据权利要求l、 2所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所 述的沉淀物烘干即得产物。
6、 根据权利要求1或2所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于 所述的纳米钛酸盐悬浮溶液的质量浓度为0.1 40%，直链烷烃基季铵盐的替代 物有胺盐型阳离子表面活性剂；所述的调节悬浮溶液PH的酸溶液是指0.01 0. lmol/L的盐酸，调节悬浮液的PH值到2 6。
7、 根据权利要求6所述的离子型染料高效脱色剂的制备方法，其特征在于所述 的胺盐型阳离子表面活性剂是指伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐，季铵盐具体指十六烷 基三甲基季铵溴化物、十六烷基三甲基季铵氯化物，十二烷基伯胺盐、十二烷基 仲胺盐、十二垸基叔胺盐。
全文摘要
本发明公开了一种离子型染料高效脱色剂的制备方法，是先取纳米钛酸盐放于水中，搅拌溶解，制成悬浮溶液；在酸性或弱酸性条件下将直链烷烃基季铵盐加入到悬浮液中，再在40～120℃下，加热并冷凝回流3小时以上；分离出悬浮液中沉淀物，多次水洗，沉淀物烘干，得到产物，对阴离子染料也表现出了优异的吸附性能。
文档编号C02F1/42GK101643252SQ200810243750
公开日2010年2月10日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者芳 卢, 张玉刚, 张立德, 岗 李 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院