一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置製造方法
2023-10-10 04:15:09
一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其包括按照物料出口和入口依次連接的預製罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機、固溶體複合裝置、噴霧乾燥機和管式振蕩燒結爐；根據製備工藝設計了適合工業化的生產裝置，解決了銳鈦型納米級氧化鈦容易自發形成團聚體的技術問題，降低了成品的生產成本，易於實現產業化。
【專利說明】一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料【技術領域】，特別是涉及一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置。
【背景技術】
[0002]納米材料是當今國際上的研究熱點和前沿之一。由於具有宏觀材料所不具備的小尺寸效應、表面與界面效應以及量子效應，納米材料會表現出與常規材料截然不同的性質(光、電、聲、熱、化學和力學等方面)，即納米效應。同樣，對於多孔固體材料而言，當孔隙率達到一定值後，若孔尺寸足夠小，也會表現出孔的尺寸效應和表面效應，從而產生一系列異於常規材料的特殊性能。氣凝膠便是一種應用前景非常廣闊的新型納米多孔材料。其中二氧化矽氣凝膠的孔隙率可高達99.8%，孔洞尺寸在I?60nm，比表面積高達1000m2/g，密度可在3?500kg/m3之間變化。利用氣凝膠的高比表面積可將其用作吸附劑，實踐表明，氣凝膠吸附劑可以有不同的形狀、尺寸和化學組成，在不同的環境條件下吸附淨化空氣中的汙染性氣體。
[0003]納米二氧化鈦是一種優良的光催化材料，在光照條件下，二氧化鈦可使甲醛、甲苯、PM2.5等氣體汙染物轉化為二氧化碳和水，將汙染物從根本上予以光解消除，是消除大氣及室內汙染物最有效的方法之一。納米二氧化鈦光催化材料所面臨的問題主要是:1、其晶相必須是經過高溫燒結的銳鈦型；2、由於納米級銳鈦型二氧化鈦比表面積很大，表面能也很大，能夠自發形成團聚體，生產成本很高，不便推廣使用。
[0004]申請號為201210453899.3的發明專利公開了一種具有分解甲醛功能的牆面裝飾材料及其製備方法。具體來說是將微粉顆粒粘結固定在裝飾圖案層上，微粉顆粒包括二氧化矽氣凝膠微粉顆粒和納米二氧化鈦微粉顆粒；納米二氧化鈦微粉顆粒與被甲醛汙染的空氣進行接觸，並與甲醛接觸而催化反應，起到淨化室內空氣的作用。其不足之處在於:
[0005]1、納米二氧化鈦的成分比例小，淨化空氣的效果非常有限；
[0006]2、納米二氧化鈦造價較高，成本居高不下；
[0007]3、納米二氧化鈦與汙染空氣進行直接接觸，其表面無任何保護措施，雖然短期內能夠與甲醛進行催化反應，但是很快就會出現「中毒」現象，從而失效。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，它能夠使銳鈦型納米級氧化鈦與稀土固溶體均勻地附著於矽氣凝膠的孔洞表面，製備出能夠長效、強效地吸附分解空氣中甲醛、甲苯等氣態汙染物的光催化材料。
[0009]為實現本發明的目的所採用的技術方案是:一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，包括按照物料出口和入口依次連接的預製罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機、固溶體複合裝置、噴霧乾燥機和管式振蕩燒結爐。
[0010]優選的，物料傳輸的動力源優選為壓縮空氣的壓力，所述預製罐凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機和固溶體複合裝置分別連通至壓縮空氣發生裝置。
[0011]優選的，所述固溶體複合裝置的物料出口和所述噴霧乾燥機的物料入口之間安裝有漿料輸送泵，這是因為所述固溶體複合裝置內的漿料固含量需要大於％，粘稠度較高，採用較大動力的漿料輸送泵能夠使漿料順利的進入所述噴霧乾燥機進行噴霧乾燥。
[0012]所述老化沉降裝置為並聯設置的二個老化沉降罐。
[0013]所述固溶體複合裝置為並聯設置的二個固溶體複合釜。
[0014]另外，所述管式振蕩燒結爐連接有用於冷卻物料的水循環冷卻罐，所述水循環冷卻罐連接有用於收集成品和驅散熱風的旋風分離器，所述旋風分離器連接至布袋分離器；所述布袋分離器用於再一次分離並收集成品，所述布袋分離器連接有引風機，所述引風機將所述布袋分離器分離出來氣體引出並通入所述布袋分離器進行循環分離。
[0015]具體的，所述管式振蕩燒結爐包括爐體和水平放置的爐基礎架；所述爐體的內部設置有爐管，所述爐管與水平面形成5°?8°的坡度，所述爐管較高的一端連接有下料鬥；所述爐體的一側安裝振動電機，爐體的下方與所述爐基礎架之間設置有多個橡膠彈性墊。上述的管式振蕩燒結爐具備振動功能，物料在下料鬥進入後進入爐管，物料沿著爐管的坡度均勻向前，按照設定好的時間通過爐管。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:根據製備工藝設計了適合工業化的生產裝置，解決了銳鈦型納米級氧化鈦容易自發形成團聚體的技術問題，而氧化鈦團聚問題是導致製備成本居高不下的主要原因；本發明的所製備的催化材料的載體與活性組分結合牢固、附著包覆均勻，光催化性能良好，能夠長效、強效的吸附分解空氣中的甲醛、甲苯等氣態汙染物，更重要的是，本發明生產裝置很好解決了氧化鈦團聚的問題，降低了成品的生產成本，易於實現產業化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1所示為本發明生產裝置的示意圖；
[0018]圖2所示為管式振蕩燒結爐的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0020]如圖1所示為本發明生產裝置示意圖，其包括按照物料出口和入口依次連接的預製罐1、凝膠釜2、老化沉降裝置、壓力過濾機5、固溶體複合裝置、噴霧乾燥機9和管式振蕩燒結爐10。
[0021]優選的，物料傳輸的動力源優選為壓縮空氣的壓力，所述預製罐I凝膠釜2、老化沉降裝置、壓力過濾機5和固溶體複合裝置分別連通至壓縮空氣發生裝置。
[0022]優選的，所述固溶體複合裝置的物料出口和所述噴霧乾燥機的物料入口之間安裝有漿料輸送泵8，這是因為所述固溶體複合裝置內的漿料固含量需要大於40%，粘稠度較高，採用較大動力的漿料輸送泵8能夠使漿料順利的進入所述噴霧乾燥機9進行噴霧乾燥。
[0023]所述老化沉降裝置為並聯設置的二個老化沉降罐3、4。
[0024]所述固溶體複合裝置為並聯設置的二個固溶體複合釜6、7。
[0025]所述管式振蕩燒結爐10連接有用於冷卻物料的水循環冷卻罐11，所述水循環冷卻罐11連接有用於收集成品和驅散熱風的旋風分離器12，所述旋風分離器12連接至布袋分離器13 ;所述布袋分離器13用於再一次分離並收集成品，所述布袋分離器連接有引風機14，所述引風機將所述布袋分離器13分離出來氣體引出並通入所述布袋分離器13進行循環分離。
[0026]預製罐I用於混合矽氣凝膠和氨水，凝膠釜2用於混合硫酸鈦和去離子水，固溶體複合裝置和老化沉降裝置在工作時所需耗時較長，分別設置兩個並聯的二個固溶體複合釜6、7和二個老化沉降罐3、4目的在於實現交替工作，從而實現連續化生產。
[0027]如圖2所示，所述管式振蕩燒結爐10包括爐體15和水平放置的爐基礎架16 ;所述爐體15的內部設置有爐管17，所述爐管17與水平面形成5°?8°的坡度，所述爐管17較高的一端連接有下料鬥18 ;所述爐體15的一側安裝振動電機19，爐體15的下方與所述爐基礎架16之間設置有多個橡膠彈性墊20。上述的管式振蕩燒結爐10具備振動功能，物料在下料鬥18進入後進入爐管15，物料沿著爐管15的坡度均勻向前，按照設定好的時間通過爐管。
[0028]依照上述一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其製備方法包括以下步驟:
[0029](I)將矽氣凝膠顆粒經300目篩，在預製罐I中浸泡於20°氨水中30?36h，得到料A ;將稀土硝酸鹽以1:1重量比溶於去離子水中，過濾後得到料B ;
[0030](2)由於硫酸鈦在採購時的標定方法和標準各有不同，為了更加準確的加入硫酸鈦的量，以硫酸鈦轉化為氧化鈦的量為標定手段；以硫酸鈦轉化為氧化鈦的重量比計為5%，在凝膠釜2中將所需的硫酸鈦與重量比計為95%的去離子水進行混合製成溶液；對溶液進行持續攪拌並加熱到75?90°C，保持恆溫，攪拌轉速控制在500?800轉/分鐘的同時開啟超聲振動，在60?90分鐘內勻速加入步驟(I)製取的料A，這些步驟是在凝膠釜2中完成的；加入料A的量是由矽氣凝膠的重量來決定，矽氣凝膠的重量是以硫酸鈦轉化為氧化鈦的重量的0.36?0.5倍；
[0031](3)繼續加入適量氨水將pH值為調節至8.0?9.5，然後在老化沉降罐(3、4)中以30?80轉/分鐘的攪拌速度繼續攪拌，攪拌的同時開啟超聲振動；反應60?90分鐘，得到漿料C ；
[0032](4)通過壓力過濾機5將漿料C過濾、洗滌，控制漿料C的pH值為7?8，同時使過濾、洗滌後的漿料C的固含量>40%;然後物料轉移至複合釜出、7)，加入其2倍的去離子水，同時加入料B(稀土硝酸鹽容易吸潮，會導致測量不準確，所以為了準確定量稀土硝酸鹽的加入量，將稀土硝酸鹽以稀土氧化物計)，其中，料B中稀土硝酸鹽以氧化物計的重量是氧化鈦重量的3?7%，攪拌轉速控制在500?800轉/分鐘，攪拌升溫至75?90°C時，滴加氨水調pH值為7?7.5，加入雙氧水，雙氧水的加入量為料B中稀土硝酸鹽以氧化物計的重量的10%，攪拌反應30分鐘；洗滌、過濾後至物料固含量>40%時，收集並得到漿料D ;
[0033]這時，稀土硝酸鹽與氨水發生反應轉變為稀土氫氧化物，硫酸鈦與氨水反應生成氫氧化鈦；稀土氫氧化物包覆在氫氧化鈦的表面，共同填充在矽氣凝膠的比表面上，矽氣凝膠的微孔結構裡面充滿了稀土氫氧化物和氫氧化鈦；經過噴霧乾燥和高溫燒結後，稀土氫氧化物轉變為稀土氧化物，氫氧化鈦轉變為氧化鈦，其體積縮小到原來的0.2?0.4倍，使矽氣凝膠重新形成微孔結構；稀土氫氧化物和氫氧化鈦的陰陽離子緊密結合。
[0034](5)將通過漿料輸送泵將漿料D泵入噴霧乾燥機9進行噴霧乾燥，乾燥後進入管式振蕩燒結爐10，管式振蕩燒結爐內的加熱溫度為450?600°C，使包覆在矽氣凝膠表面的氫氧化鈦與稀土氫氧化物轉換成納米級銳鈦型氧化鈦與稀土氧化物，最終得到納米氧化鈦與稀土氧化物固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的成品。
[0035]另外，所述管式振蕩燒結爐10連接有用於冷卻物料的水循環冷卻罐11，冷卻後的物料傳輸至用於第一次收集成品和驅散熱風的旋風分離器12，所述旋風分離器12連接至布袋分離器13 ;所述布袋分離器13用於第二次次分離並收集成品，所述布袋分離器連接有引風機14，所述引風機將所述布袋分離器13分離出來氣體引出並通入所述布袋分離器13進行循環分離。
[0036]上述步驟(I)中的稀土硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸鈰或硝酸釹。
[0037]上述步驟(2)或步驟(3)中超聲振動的頻率為20?35KHz，功率密度為0.3?
0.8W/cm2。採用超聲振動能夠使攪拌時的混合更加均勻，促進納米級顆粒的形成而不發生團聚，能夠使包覆材料均勻地包覆矽氣凝膠。
[0038]上述步驟(5)中所用噴霧乾燥進口溫度200?300°C，出口溫度100?120°C。
[0039]上述步驟(5)中管式振蕩燒結爐的震動頻率為300?380次/分鐘。
[0040]本發明的製備原理為:矽氣凝膠被認為是世界上密度最小的固體，與傳統的吸附材料相比，比表面積更大，具有更強的吸附能力，是非常理想的催化劑載體。將氧化鈦製備成稀土氧化鈦固溶體，一方面，使氧化鈦具有更高的催化活性；另一方面，稀土(鑭、鈰或釹)氧化物使納米級氧化鈦在相對較低的溫度下較大量的實現銳鈦晶型轉化，其中部分銳鈦晶型的氧化鈦轉變為金紅石型的氧化鈦。納米氧化鈦附著在矽氣凝膠微孔的比表面上，使矽氣凝膠不僅具有吸附捕捉空氣中甲醛等氣態汙染物的功能，而且能夠依靠負載於其表面的銳鈦型氧化鈦的光催化作用，分解被吸附捕捉的氣態汙染物；在無光時吸附有害氣體，有光時催化分解釋放被轉化的無害氣體及水份；即矽氣凝膠具有納米級的微孔結構，在汙染空氣與納米級氧化鈦進行接觸之前對汙染空氣進行了一個前期的篩選，使甲醛、甲苯等有害氣體與納米級進入矽氣凝膠的微孔與氧化鈦發生催化反應，避免了氧化鈦長期暴露在汙染空氣中發生「中毒」而導致失效的情況發生；本發明將矽氣凝膠的納米級微孔結構的前期篩選功能和納米級銳鈦型氧化鈦的催化功能的優點集於一身，實現了該材料催化功能的長效化和強效化。
[0041]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於，包括按照物料出口和入口依次連接的預製罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機、固溶體複合裝置、噴霧乾燥機和管式振蕩燒結爐。
2.根據權利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於所述預製罐凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機和固溶體複合裝置分別連通至壓縮空氣發生裝置。
3.根據權利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於所述固溶體複合裝置的物料出口和所述噴霧乾燥機的物料入口之間安裝有漿料輸送泵。
4.根據權利要求1或2所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於所述老化沉降裝置為並聯設置的二個老化沉降罐。
5.根據權利要求1-3之一所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於所述固溶體複合裝置為並聯設置的二個固溶體複合釜。
6.根據權利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於所述管式振蕩燒結爐連接有用於冷卻物料的水循環冷卻罐，所述水循環冷卻罐連接有用於收集成品和驅散熱風的旋風分離器，所述旋風分離器連接至布袋分離器。
7.根據權利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體複合的矽氣凝膠光催化劑的生產裝置，其特徵在於所述管式振蕩燒結爐包括爐體和水平放置的爐基礎架；所述爐體的內部設置有爐管，所述爐管與水平面形成5°?8。的坡度，所述爐管較高的一端連接有下料鬥；所述爐體的一側安裝振動電機，爐體的下方與所述爐基礎架之間設置有多個橡膠彈性墊。
【文檔編號】B01D53/86GK104138752SQ201410310857
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】崔潔心 申請人:崔潔心