專利名稱：一種納米級鈦硅分子篩的微波合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦硅分子篩及其合成工藝，該分子篩主要應(yīng)用于去除環(huán)境中的放射性污染物及重金屬污染物或進(jìn)行核素提純，屬于環(huán)境保護(hù)和應(yīng)用化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
2001年12月，北京清華大學(xué)于波等人采用水熱合成法首次合成出一種新型的納米級鈦硅分子篩(Na1±XTi1.5+YSi1±ZO5，其中X值為0.01～0.2，Y值為0.1～0.5，Z值為0.1～0.2)。在樣品的合成過程中，通過使用水解性能更好的原材料、調(diào)整原材料配比和添加順序及溶液pH值、控制滴加速度和水熱合成溫度等方法克服了以往合成的樣品晶粒大(＞1μm)，且合成中需要使用價(jià)格昂貴的模板劑等缺點(diǎn)。合成的鈦硅分子篩晶粒細(xì)小，在10～20nm之間，具有很高的反應(yīng)活性，對放射性元素銫具有極強(qiáng)的去除能力，分配系數(shù)高達(dá)3×105ml/g。該種鈦硅分子篩對重金屬元素和放射性元素具有很高的交換容量，熱穩(wěn)定性及耐輻照性能好，可廣泛應(yīng)用于去除環(huán)境中的重金屬污染物和放射性污染物及核素提純等。此項(xiàng)發(fā)明詳見中國發(fā)明專利“一種納米級鈦硅分子篩及其合成工藝”(申請?zhí)?1144586.6)。
但是，此項(xiàng)發(fā)明中使用的水熱法是由表及里傳遞能量，體系中存在著溫度梯度，所以鈦硅分子篩一般合成時(shí)間較長，晶化時(shí)間需要5天以上，大工業(yè)化生產(chǎn)周期長，成本高。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種納米級鈦硅分子篩的合成方法，采用鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯為鈦源，以正硅酸乙酯為硅源，利用溶膠凝膠法，首先配制氫氧化鈉的水溶液，在持續(xù)攪拌下，先將鈦源滴加到氫氧化鈉的水溶液中，控制溶液的pH值，再將硅源以一定的速度滴加到混合液中，得到白色膠體；然后將白色膠體轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)釜中，在微波輻射條件下加熱，使其進(jìn)行結(jié)晶反應(yīng)，微波反應(yīng)釜壓力0.3～0.6MPa，時(shí)間30分鐘～2小時(shí)，功率為300～700W；得到的生成物經(jīng)冷卻，分別用丙酮和去離子水洗滌，離心分離后在烘箱內(nèi)烘干即可得到納米級鈦硅分子篩Na1±XTi1.5+YSi1±ZO5，其中X值為0.01～0.2，Y值為0.1～0.5，Z值為0.1～0.2。
本發(fā)明采用微波法合成納米級鈦硅分子篩，大大縮短了晶化時(shí)間，樣品的合成僅需幾十分鐘或幾小時(shí)就可完成，極大簡化了工藝流程。由于微波加熱是從物質(zhì)內(nèi)部加熱，加熱速度快且加熱均勻，不存在著溫度梯度，合成的納米級鈦硅分子篩與用傳統(tǒng)水熱合成法合成的樣品相比粒度均勻，雜晶少，性能更加優(yōu)良。
合成原材料包括以5％～15％鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯為鈦源、5％～15％正硅酸乙酯為硅源、1％～10％氫氧化鈉和65％～80％的水(以上均為重量百分比)。
合成方法是由溶膠凝膠法和微波合成法共同完成。具體的合成步驟如下配制氫氧化鈉的水溶液，在持續(xù)攪拌下，先將鈦源滴加到氫氧化鈉的水溶液中，溶液pH值控制在10～12左右；再將硅源以0.01ml/s～0.1ml/s速度滴加到混合液中，得到白色膠體。然后將膠體轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于微波爐中接受輻射。在微波輻射條件下加熱，微波反應(yīng)釜壓力0.3～0.6MPa，時(shí)間30分鐘～2小時(shí)，功率為300～700W。在微波爐中晶化反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，生成物分別用丙酮和去離子水洗滌，離心分離后在烘箱內(nèi)烘干得到白色粉末狀樣品。
圖1的a和b分別是微波合成法和水熱合成法樣品的XRD圖。比較a和b可以看出，微波合成法合成出的樣品雜晶少，更利于進(jìn)行離子交換反應(yīng)。
下面給出本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，以進(jìn)一步了解本發(fā)明，但不作為對本發(fā)明的限定。
采用原子吸收光譜(AAS)測定該樣品在0.1M HNO3、100ppm Cs的水溶液中，對Cs的分配系數(shù)可高達(dá)150000ml/g。與水熱合成方法相比，反應(yīng)產(chǎn)物除銫性能提高5倍，合成時(shí)間縮短80倍。
采用原子吸收光譜(AAS)測定該樣品在0.1M HNO3、100ppm Cs的水溶液中，對Cs的分配系數(shù)可達(dá)16000ml/g。
采用原子吸收光譜(AAS)測定該樣品在0.1M HNO3、100ppm Cs的水溶液中，對Cs的分配系數(shù)可達(dá)8000ml/g。
權(quán)利要求
1.一種納米級鈦硅分子篩的微波合成方法，采用鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯為鈦源，以正硅酸乙酯為硅源，采用溶膠凝膠法，首先配制氫氧化鈉水溶液，在持續(xù)攪拌下，先將鈦源滴加到氫氧化鈉的水溶液中，控制溶液的pH值，再將硅源以一定的速度滴加到混合液中，得到白色膠體，其特征在于將白色膠體轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)釜中，在微波輻射條件下加熱，使其進(jìn)行結(jié)晶反應(yīng)，微波反應(yīng)釜壓力0.3～0.6MPa，時(shí)間30分鐘～2小時(shí)，功率為300～700W；得到的生成物經(jīng)冷卻，分別用丙酮和去離子水洗滌，離心分離后在烘箱內(nèi)烘干即可得到納米級鈦硅分子篩Na1±XTi1.5±YSi1±ZO5，其中X值為0.01～0.2，Y值為0.1～0.5，Z值為0.1～0.2。
全文摘要
一種納米級鈦硅分子篩的微波合成方法，采用鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯為鈦源，以正硅酸乙酯為硅源，通過調(diào)整原材料配比、添加順序、溶液pH值和滴加速度，制得白色膠體；然后將膠體轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)釜中，在微波輻射條件下加熱，微波反應(yīng)釜壓力一般為0.3～0.6MPa，時(shí)間30分鐘～2小時(shí)，功率為300～700W；生成物經(jīng)冷卻、洗滌、離心分離后在烘箱內(nèi)烘干得到白色粉末狀樣品。本發(fā)明大大縮短了晶化時(shí)間，樣品合成僅需幾十分鐘就可完成，極大簡化了工藝流程。由于微波加熱是從物質(zhì)內(nèi)部加熱，加熱速度快且加熱均勻，不存在溫度梯度，合成的納米級鈦硅分子篩與用傳統(tǒng)水熱合成法合成的樣品相比粒度均勻，雜晶少，性能更加優(yōu)良。
文檔編號C01B37/06GK1397492SQ0212930
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者于波, 文明芬, 陳靖, 宋崇立, 朱建新 申請人:清華大學(xué)