一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其包括按照物料出口和入口依次連接的預制罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機、固溶體復合裝置、噴霧干燥機和管式振蕩燒結(jié)爐；根據(jù)制備工藝設計了適合工業(yè)化的生產(chǎn)裝置，解決了銳鈦型納米級氧化鈦容易自發(fā)形成團聚體的技術(shù)問題，降低了成品的生產(chǎn)成本，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【專利說明】一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領域】，特別是涉及一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]納米材料是當今國際上的研究熱點和前沿之一。由于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(xiàn)出與常規(guī)材料截然不同的性質(zhì)(光、電、聲、熱、化學和力學等方面)，即納米效應。同樣，對于多孔固體材料而言，當孔隙率達到一定值后，若孔尺寸足夠小，也會表現(xiàn)出孔的尺寸效應和表面效應，從而產(chǎn)生一系列異于常規(guī)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。其中二氧化硅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(huán)境條件下吸附凈化空氣中的污染性氣體。
[0003]納米二氧化鈦是一種優(yōu)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等氣體污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，將污染物從根本上予以光解消除，是消除大氣及室內(nèi)污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(jīng)過高溫燒結(jié)的銳鈦型；2、由于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(fā)形成團聚體，生產(chǎn)成本很高，不便推廣使用。
[0004]申請?zhí)枮?01210453899.3的發(fā)明專利公開了一種具有分解甲醛功能的墻面裝飾材料及其制備方法。具體來說是將微粉顆粒粘結(jié)固定在裝飾圖案層上，微粉顆粒包括二氧化硅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污染的空氣進行接觸，并與甲醛接觸而催化反應，起到凈化室內(nèi)空氣的作用。其不足之處在于:
[0005]1、納米二氧化鈦的成分比例小，凈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、納米二氧化鈦與污染空氣進行直接接觸，其表面無任何保護措施，雖然短期內(nèi)能夠與甲醛進行催化反應，但是很快就會出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象，從而失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)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于硅氣凝膠的孔洞表面，制備出能夠長效、強效地吸附分解空氣中甲醛、甲苯等氣態(tài)污染物的光催化材料。
[0009]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，包括按照物料出口和入口依次連接的預制罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機、固溶體復合裝置、噴霧干燥機和管式振蕩燒結(jié)爐。
[0010]優(yōu)選的，物料傳輸?shù)膭恿υ磧?yōu)選為壓縮空氣的壓力，所述預制罐凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機和固溶體復合裝置分別連通至壓縮空氣發(fā)生裝置。
[0011]優(yōu)選的，所述固溶體復合裝置的物料出口和所述噴霧干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復合裝置內(nèi)的漿料固含量需要大于％，粘稠度較高，采用較大動力的漿料輸送泵能夠使?jié){料順利的進入所述噴霧干燥機進行噴霧干燥。
[0012]所述老化沉降裝置為并聯(lián)設置的二個老化沉降罐。
[0013]所述固溶體復合裝置為并聯(lián)設置的二個固溶體復合釜。
[0014]另外，所述管式振蕩燒結(jié)爐連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐，所述水循環(huán)冷卻罐連接有用于收集成品和驅(qū)散熱風的旋風分離器，所述旋風分離器連接至布袋分離器；所述布袋分離器用于再一次分離并收集成品，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并通入所述布袋分離器進行循環(huán)分離。
[0015]具體的，所述管式振蕩燒結(jié)爐包括爐體和水平放置的爐基礎架；所述爐體的內(nèi)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斗；所述爐體的一側(cè)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(jié)爐具備振動功能，物料在下料斗進入后進入爐管，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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)制備工藝設計了適合工業(yè)化的生產(chǎn)裝置，解決了銳鈦型納米級氧化鈦容易自發(fā)形成團聚體的技術(shù)問題，而氧化鈦團聚問題是導致制備成本居高不下的主要原因；本發(fā)明的所制備的催化材料的載體與活性組分結(jié)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(tài)污染物，更重要的是，本發(fā)明生產(chǎn)裝置很好解決了氧化鈦團聚的問題，降低了成品的生產(chǎn)成本，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1所示為本發(fā)明生產(chǎn)裝置的示意圖；
[0018]圖2所示為管式振蕩燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)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(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1所示為本發(fā)明生產(chǎn)裝置示意圖，其包括按照物料出口和入口依次連接的預制罐1、凝膠釜2、老化沉降裝置、壓力過濾機5、固溶體復合裝置、噴霧干燥機9和管式振蕩燒結(jié)爐10。
[0021]優(yōu)選的，物料傳輸?shù)膭恿υ磧?yōu)選為壓縮空氣的壓力，所述預制罐I凝膠釜2、老化沉降裝置、壓力過濾機5和固溶體復合裝置分別連通至壓縮空氣發(fā)生裝置。
[0022]優(yōu)選的，所述固溶體復合裝置的物料出口和所述噴霧干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復合裝置內(nèi)的漿料固含量需要大于40%，粘稠度較高，采用較大動力的漿料輸送泵8能夠使?jié){料順利的進入所述噴霧干燥機9進行噴霧干燥。
[0023]所述老化沉降裝置為并聯(lián)設置的二個老化沉降罐3、4。
[0024]所述固溶體復合裝置為并聯(lián)設置的二個固溶體復合釜6、7。
[0025]所述管式振蕩燒結(jié)爐10連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐11，所述水循環(huán)冷卻罐11連接有用于收集成品和驅(qū)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用于再一次分離并收集成品，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分離出來氣體引出并通入所述布袋分離器13進行循環(huán)分離。
[0026]預制罐I用于混合硅氣凝膠和氨水，凝膠釜2用于混合硫酸鈦和去離子水，固溶體復合裝置和老化沉降裝置在工作時所需耗時較長，分別設置兩個并聯(lián)的二個固溶體復合釜6、7和二個老化沉降罐3、4目的在于實現(xiàn)交替工作，從而實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。
[0027]如圖2所示，所述管式振蕩燒結(jié)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(nèi)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斗18 ;所述爐體15的一側(cè)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(jié)爐10具備振動功能，物料在下料斗18進入后進入爐管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復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其制備方法包括以下步驟:
[0029](I)將硅氣凝膠顆粒經(jīng)300目篩，在預制罐I中浸泡于20°氨水中30?36h，得到料A ;將稀土硝酸鹽以1:1重量比溶于去離子水中，過濾后得到料B ;
[0030](2)由于硫酸鈦在采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(zhuǎn)化為氧化鈦的量為標定手段；以硫酸鈦轉(zhuǎn)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制成溶液；對溶液進行持續(xù)攪拌并加熱到75?90°C，保持恒溫，攪拌轉(zhuǎn)速控制在500?800轉(zhuǎn)/分鐘的同時開啟超聲振動，在60?90分鐘內(nèi)勻速加入步驟(I)制取的料A，這些步驟是在凝膠釜2中完成的；加入料A的量是由硅氣凝膠的重量來決定，硅氣凝膠的重量是以硫酸鈦轉(zhuǎn)化為氧化鈦的重量的0.36?0.5倍；
[0031](3)繼續(xù)加入適量氨水將pH值為調(diào)節(jié)至8.0?9.5，然后在老化沉降罐(3、4)中以30?80轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度繼續(xù)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、洗滌后的漿料C的固含量>40%;然后物料轉(zhuǎn)移至復合釜出、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(zhuǎn)速控制在500?800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌升溫至75?90°C時，滴加氨水調(diào)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、過濾后至物料固含量>40%時，收集并得到漿料D ;
[0033]這時，稀土硝酸鹽與氨水發(fā)生反應轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥翚溲趸铮蛩徕伵c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，共同填充在硅氣凝膠的比表面上，硅氣凝膠的微孔結(jié)構(gòu)里面充滿了稀土氫氧化物和氫氧化鈦；經(jīng)過噴霧干燥和高溫燒結(jié)后，稀土氫氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥裂趸?，氫氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，其體積縮小到原來的0.2?0.4倍，使硅氣凝膠重新形成微孔結(jié)構(gòu)；稀土氫氧化物和氫氧化鈦的陰陽離子緊密結(jié)合。
[0034](5)將通過漿料輸送泵將漿料D泵入噴霧干燥機9進行噴霧干燥，干燥后進入管式振蕩燒結(jié)爐10，管式振蕩燒結(jié)爐內(nèi)的加熱溫度為450?600°C，使包覆在硅氣凝膠表面的氫氧化鈦與稀土氫氧化物轉(zhuǎn)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復合的硅氣凝膠光催化劑的成品。
[0035]另外，所述管式振蕩燒結(jié)爐10連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐11，冷卻后的物料傳輸至用于第一次收集成品和驅(qū)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用于第二次次分離并收集成品，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分離出來氣體引出并通入所述布袋分離器13進行循環(huán)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。采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(fā)生團聚，能夠使包覆材料均勻地包覆硅氣凝膠。
[0038]上述步驟(5)中所用噴霧干燥進口溫度200?300°C，出口溫度100?120°C。
[0039]上述步驟(5)中管式振蕩燒結(jié)爐的震動頻率為300?380次/分鐘。
[0040]本發(fā)明的制備原理為:硅氣凝膠被認為是世界上密度最小的固體，與傳統(tǒng)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。將氧化鈦制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(xiàn)銳鈦晶型轉(zhuǎn)化，其中部分銳鈦晶型的氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型的氧化鈦。納米氧化鈦附著在硅氣凝膠微孔的比表面上，使硅氣凝膠不僅具有吸附捕捉空氣中甲醛等氣態(tài)污染物的功能，而且能夠依靠負載于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(tài)污染物；在無光時吸附有害氣體，有光時催化分解釋放被轉(zhuǎn)化的無害氣體及水份；即硅氣凝膠具有納米級的微孔結(jié)構(gòu)，在污染空氣與納米級氧化鈦進行接觸之前對污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硅氣凝膠的微孔與氧化鈦發(fā)生催化反應，避免了氧化鈦長期暴露在污染空氣中發(fā)生“中毒”而導致失效的情況發(fā)生；本發(fā)明將硅氣凝膠的納米級微孔結(jié)構(gòu)的前期篩選功能和納米級銳鈦型氧化鈦的催化功能的優(yōu)點集于一身，實現(xiàn)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(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)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(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于，包括按照物料出口和入口依次連接的預制罐、凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機、固溶體復合裝置、噴霧干燥機和管式振蕩燒結(jié)爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述預制罐凝膠釜、老化沉降裝置、壓力過濾機和固溶體復合裝置分別連通至壓縮空氣發(fā)生裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述固溶體復合裝置的物料出口和所述噴霧干燥機的物料入口之間安裝有漿料輸送泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述老化沉降裝置為并聯(lián)設置的二個老化沉降罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述固溶體復合裝置為并聯(lián)設置的二個固溶體復合釜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述管式振蕩燒結(jié)爐連接有用于冷卻物料的水循環(huán)冷卻罐，所述水循環(huán)冷卻罐連接有用于收集成品和驅(qū)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈦與稀土固溶體復合的硅氣凝膠光催化劑的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述管式振蕩燒結(jié)爐包括爐體和水平放置的爐基礎架；所述爐體的內(nèi)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斗；所述爐體的一側(cè)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】崔潔心 申請人:崔潔心