利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法

摘要

本发明涉及利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法，包括利用钾长石、氟化铵、浓硫酸为原料制备SiF4气体，再利用氨水对所述SiF4气体进行吸收，同时向所述氨水中加入四氯化钛，使得四氯化钛和SiF4气体能够同步进行水解，水解后的产物经陈化、过滤、洗涤、烘干后进行高温煅烧从而制得白炭黑/二氧化钛复合材料。本发明在充分利用钾长石资源的同时，获得的白炭黑/二氧化钛复合材料在紫外光和可见光下均具有优良的光催化性能，且制备工艺简单，原料利用率高。

权利要求

1.利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、依次将钾长石、氟化铵、浓硫酸加入到反应器中，在200℃～300℃和自生压力下进行反应，生成气体和固体残渣，其中，钾长石、氟化铵、浓硫酸的质量比为1：3～3.5：3.5～4；

步骤二、在温度为5℃～10℃和负压条件下，向质量分数为20%～30%的氨水中通入所述步骤一生成的所述气体，同时向所述氨水中加入四氯化钛，并通过磁力搅拌使所述气体和所述四氯化钛同时发生水解反应生成浑浊液，所述浑浊液经陈化、过滤、洗涤、烘干后得到混合料；

步骤三、首先将所述混合料通入喷雾反应塔中在雾化温度为70℃～95℃条件下进行雾化10～35s，雾化粒径为5～100微米，经回收干燥后得到雾化颗粒，然后将所述雾化颗粒在温度为500℃～1100℃条件下再进行高温煅烧6～8 h，冷却至室温后制得白炭黑/二氧化钛复合材料。

2.根据权利要求1所述的利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法，其特征在于，它还包括：在温度为90℃～110℃条件下采用质量分数为8％～10％的硫酸溶液浸取所述固体残渣，制得浸取液，向所述浸取液中加入氨水调节pH=8～10，经过过滤后得到硫酸铵钾滤液和氢氧化铝沉淀，然后将所述硫酸铵钾滤液通过真空浓缩至饱和，使硫酸铵钾晶体析出；最后通过喷浆造粒、干燥即得二元复合肥硫酸铵钾。

3.根据权利要求1所述的利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法，其特征在于，所述步骤二中的所述浑浊液经陈化、过滤后获得含氟化铵、氯化铵的滤液，所述滤液经蒸发结晶获得氟化铵和作为氮肥的氯化铵结晶颗粒，所述氟化铵受热分解生成氟化氢和氨气，使得所述氟化铵循环利用。

说明书

利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种二氧化钛复合材料的制备方法，具体的说，涉及了利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法。

背景技术

[0002] 二氧化钛因其具有稳定性高、具有光催化功能、廉价等特点，广泛应用在光催化行业，但在实际制备光催化用TiO2 时，因其极容易团聚、难以回收及还存在TiO2 光催化剂自然光利用率不高等缺陷，制约了TiO2光催化剂的催化效率。目前解决上述问题的办法通常是将所述TiO2光催化剂负载在合适的载体材料上，以提高二氧化钛的光催化率，制备工艺繁琐，原料利用率低。

[0003] 沉淀白炭黑是一种以水玻璃为主要原料生产的非晶质二氧化硅粉体材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔径小、化学稳定性好等特点，是一种具有性能优势和成本优势的TiO2载体材料；另一方面，我国的钾长石矿储量极其丰富，钾长石含有丰富的钾、铝、硅等成分，因此，可以通过对钾长石综合开发来制备白炭黑，并在制备过程中同步添加四氯化硅等原料通过反应直接制得白炭黑/二氧化钛复合材料。

发明内容

[0004] 本发明所采用的技术方案是：利用钾长石制备白炭黑/二氧化钛复合材料的方法，具体包括以下步骤：

[0005] 步骤一、依次将钾长石、氟化铵、浓硫酸加入到反应器中，在200℃～300℃和自生压力下进行反应，生成气体和固体残渣，其反应原理为：

[0006] NH4F =HF↑ + NH3↑ ，

[0007] 2K[AlSi3O8] + 24HF + 4H2SO4 = K2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4+ 16H2O ，[0008] 其中，钾长石、氟化铵、浓硫酸的质量比为1：3～3.5：3.5～4；浓硫酸按质量分数为98%的浓硫酸计算；

[0009] 步骤二、在温度为5℃～10℃和负压条件下，向质量分数为20%～30%的氨水中通入所述气体，同时向所述氨水中加入四氯化钛，并通过磁力搅拌使所述气体和所述四氯化钛同时发生水解反应生成浑浊液，所述浑浊液经陈化、过滤、洗涤、烘干后得到混合料，其反应原理主要为：

[0010] TiCl4+ 2H2O=TiO2↓+4HCl ，

[0011] 3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2↓ ，

[0012] H2SiF6 +6NH4OH = 6NH4F + SiO2↓ + 4H2O ，

[0013] NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O ；

[0014] 步骤三、将所述混合料在温度为500℃～1100℃下进行高温煅烧6～8 h，冷却至室温后制得白炭黑/二氧化钛复合材料。

[0015] 基于上述，所述步骤一还包括在温度为90℃～110℃条件下采用质量分数为8％～10％的硫酸溶液浸取所述固体残渣，制得浸取液，向所述浸取液中加入氨水调节pH=8～10，经过过滤后得到硫酸铵钾滤液和氢氧化铝沉淀，然后将所述硫酸铵钾滤液通过真空浓缩至饱和，使硫酸铵钾晶体析出；最后通过喷浆造粒、干燥即得二元复合肥硫酸铵钾。

[0016] 基于上述，所述步骤二中的所述浑浊液经陈化、过滤后获得含氟化铵、氯化铵的滤液，所述滤液经蒸发结晶获得氟化铵和可以作为氮肥的氯化铵结晶颗粒，所述氟化铵受热分解生成氟化氢和氨气可以循环利用。

[0017] 基于上述，所述步骤三还包括：首先将所述混合料通入喷雾反应塔中在雾化温度为70℃～95℃条件下进行雾化10～35s，雾化粒径为5～100微米，经回收干燥后得到雾化颗粒，然后将所述雾化颗粒在温度为500℃～1100℃条件下再进行高温煅烧6～8 h，冷却至室温后制得白炭黑/二氧化钛复合材料。

[0018] 本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，[0019] 本发明首先将氟化铵、钾长石分解产生SiF4气体，再利用氨水对所述SiF4气体进行吸收水解，水解过程中加入四氯化钛，水解后的产物经陈化、过滤、洗涤、烘干后进行高温煅烧从而制得白炭黑/二氧化钛复合材料。

[0020] 本发明制备过程工艺简单、反应条件温和、对设备的要比较低，对四氯化钛进行水解过程中，因通入了含有SiF4的气体，不但起到反应物的作用，还起到了搅拌的作用，同同时在磁力搅拌的作用下，使得制备的复合材料更加均匀，避免了二氧化钛的团聚现象，提高了其光催化效率。进一步讲，所述制备过程中的中间产物均能通过回收利用生成副产品，提高了钾长石的利用率。

具体实施方式

[0021] 下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0022] 实施例1

[0023] 本实施例提供一种利用钾长石制备白炭黑/ 二氧化钛复合材料的方法，具体步骤包括：

[0024] 步骤一、依次将钾长石、氟化铵、浓硫酸加入到转炉反应器中，在200℃和自生压力下进行反应，生成气体和固体残渣，其反应原理为：

[0025] NH4F =2HF↑ + NH3↑ ，

[0026] 2K[AlSi3O8] + 24HF + 4H2SO4 = K2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4+ 16H2O ，[0027] 其中，钾长石、氟化铵、浓硫酸的质量比为1：3.5：4；浓硫酸为质量分数为98%的浓硫酸；

[0028] 步骤二、在温度为10℃和负压条件下，在气体吸收塔内向质量分数为25%的氨水中通入步骤一生成的所述气体，同时向所述氨水中加入四氯化钛，并通过磁力搅拌使所述气体和所述四氯化钛同时发生水解反应生成浑浊液，所述浑浊液经陈化、过滤、洗涤、烘干后得到混合料，其反应原理主要为：

[0029] TiCl4+ 2H2O=TiO2↓+4HCl ，

[0030] 3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2↓ ，

[0031] H2SiF6 +6NH4OH = 6NH4F + SiO2↓ + 4H2O ，

[0032] NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O ；

[0033] 步骤三、将所述混合料放置于煅烧炉中在温度为1100℃下进行高温煅烧6 h，冷却至室温后制得白炭黑/二氧化钛复合材料。

[0034] 实施例2

[0035] 本实施例提供一种利用钾长石制备白炭黑/ 二氧化钛复合材料的方法，具体步骤与实施例1中大致相同，不同之处在于：

[0036] 步骤一、依次将钾长石、氟化铵、浓硫酸加入到转炉反应器中，在250℃和自生压力下进行反应，生成气体和固体残渣，其反应原理为：

[0037] NH4F =2HF↑ + NH3↑ ，

[0038] 2K[AlSi3O8] + 24HF + 4H2SO4 = K2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4+ 16H2O ，[0039] 其中，钾长石、氟化铵、浓硫酸的质量比为1：3.5：4；浓硫酸为质量分数为98%的浓硫酸。所述固体残渣在温度为110℃下，经质量分数为10％的硫酸溶液浸取后，向浸取液中加入氨水调所述浸取液的pH为10，经过滤后得到硫酸铵钾滤液和氢氧化铝沉淀，然后将所述硫酸铵钾滤液通过真空浓缩至饱和，使硫酸铵钾晶体析出；并通过喷浆造粒、干燥即得二元复合肥硫酸铵钾；

[0040] 步骤二、在温度为5℃和负压条件下，在气体吸收塔内向质量分数为20%的氨水中通入步骤一生成的所述气体，同时向所述氨水中加入四氯化钛，并通过磁力搅拌使所述气体和所述四氯化钛同时发生水解反应生成浑浊液，所述浑浊液经陈化、过滤、洗涤、烘干后得到混合料。所述浑浊液经过滤后的滤液经蒸发结晶制得氟化铵和可以作为氮肥的氯化铵结晶颗粒，所述氟化铵受热分解生成氟化氢和氨气可以循环利用。

[0041] 实施例3

[0042] 本实施例提供一种利用钾长石制备白炭黑/ 二氧化钛复合材料的方法，具体步骤与实施例1中大致相同，不同之处在于：

[0043] 步骤三、将所述混合料通入喷雾反应塔中进行雾化35s，控制雾化温度为95℃，雾化粒径为5～100微米，经回收干燥后得到雾化颗粒，然后将所述雾化颗粒放置于煅烧炉中在温度为1000℃下进行高温煅烧6h，制得以白炭黑/二氧化钛复合材料。

[0044] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。