本發(fā)明屬于環(huán)境凈化功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
光催化污染凈化技術(shù)是一種新興的廢水治理技術(shù)。經(jīng)過近50年的深入研究，人們已經(jīng)將之應(yīng)用于大規(guī)模的廢水治理過程。影響光催化凈化效率的主要因素是光催化材料，不同的水污染治理過程往往對光催化材料有特殊要求。大規(guī)模水處理是連續(xù)過程，要求光催化材料與廢水能夠充分混合并快速凈化污染物，在處理結(jié)束后要求光催化劑與凈化后的水易于分離，待水排放后再進行下一批次處理。
為達到上述要求，低密度空心材料是理想的選擇。該種材料具有低密度、高比表面的特性，不僅能夠在常規(guī)曝氣和普通水流條件下與廢水充分混合，還易于在靜止時浮出水體表面并回收使用。由于光催化材料通常由無機礦物質(zhì)組成，其密度一般要遠遠大于水的密度，因而難以通過常規(guī)攪拌與水充分混合。而空心材料則能夠避免這樣的困難，可以通過調(diào)整空腔的比例而控制材料的密度。此外，為滿足廢水處理需要，空心材料還必須具備一定的機械強度，并能在水流沖擊下保持長時間的使用壽命。如果能成功制備出具有以上功能特征的空心材料，其對于廢水治理技術(shù)將是一項重大的技術(shù)革新。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠的制備方法及其應(yīng)用，通過精確控制原料成分、微珠包覆和固化工藝，在陶瓷空心微珠表面包覆鈦酸釹薄膜，制備出低密度、高比表面積、并具有較高機械強度和較長使用壽命的空心微珠，以實現(xiàn)其在光催化污染凈化技術(shù)上的應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠的制備方法，包括以下步驟：
（1）將無水乙醇、正丁醇、乙酰丙酮、聚乙二醇10000和穩(wěn)定劑ar-5混合均勻后加熱回流，加入鈦酸正丁酯并保溫攪拌，得到溶液a；
（2）將去離子水、硝酸釹、碳酸氫鈉、冰醋酸混合均勻，得到溶液b；
（3）將陶瓷空心微珠分散于無水乙醇中，加入至溶液a中混合均勻，再加入溶液b混合均勻后加熱回流，得到懸浮液；
（4）將懸浮液依次離心、過濾、清洗、干燥后得到固體粗品；
（5）將固體粗品煅燒后研磨，得到鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠。
進一步地，所述步驟（1）中各成分按照重量份的配比為：無水乙醇102.6~118.4份、正丁醇42.9~47份、乙酰丙酮7.3~9.4份、聚乙二醇1000013.1~15.9份、穩(wěn)定劑ar-51.7~1.9份、鈦酸正丁酯17.9~19.9份。
進一步地，所述步驟（1）中保溫攪拌的攪拌速度為140~160r/min，攪拌時間為20~40min。
進一步地，所述步驟（2）中各成分按照重量份的配比為：去離子水50~53份、硝酸釹7.3~7.5份、碳酸氫鈉1.8~2.0份、冰醋酸5.1~5.3份。
進一步地，所述步驟（3）中陶瓷空心微珠的直徑為16~20μm，壁厚為1~3μm。
進一步地，所述步驟（3）中加熱回流時間為20~40min。
進一步地，所述步驟（4）中干燥溫度為100~120℃，干燥時間為10~14h。
進一步地，所述步驟（5）中煅燒條件為：升溫速率為5℃/min，煅燒溫度為780~930℃，煅燒時間為3~5h。
進一步地，所述鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠的密度為0.7~0.8g/cm3，比表面積為120~160m2/g，破碎率與磨損率之和為1.2~1.5%。
另外，所述鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠在光催化污染凈化技術(shù)中應(yīng)用；同時，所述鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠在廢水處理中應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果為：
1、本發(fā)明通過精確控制原料成分、微珠包覆和固化工藝，在陶瓷空心微珠表面包覆鈦酸釹薄膜，制備出功能特征優(yōu)異的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠，所采用的原材料成本低廉，容易獲得，而且操作簡便，整個過程中沒有用到昂貴的設(shè)備，對工業(yè)化應(yīng)用十分關(guān)鍵；
2、本發(fā)明獲得的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠是一種具有低密度、高比表面積、高機械強度以及長使用壽命的新型空心材料，該材料在靜止狀態(tài)下浮于水面，并且極易懸浮于水中，可以應(yīng)用于光催化污染凈化技術(shù)和廢水治理。
具體實施方式
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
實施例1
一種鈦酸釹空心微珠的制備方法，主要包括以下步驟：
（1）將130ml無水乙醇、53ml正丁醇、7.5ml乙酰丙酮、10.3ml聚乙二醇10000、1.7g穩(wěn)定劑ar-5混合均勻后加熱回流30min，再加入18ml鈦酸正丁酯，保溫攪拌20min，攪拌速度為160r/min，待溶液冷卻后得到原料溶液a，備用；
（2）將50ml去離子水和7.3g硝酸釹混合，攪拌使之充分溶解；向其中再添加1.8g碳酸氫鈉和5.1ml冰醋酸，攪拌至完全溶解，制得原料溶液b，備用；
（3）將500mg直徑18μm、壁厚2μm的硅鋁酸鹽陶瓷空心微珠利用超聲均勻分散于30ml無水乙醇中，然后加入至原料溶液a中混合均勻，再緩慢滴入原料溶液b，混合均勻，加熱回流30min，得到懸浮液；
（4）將懸浮液于8000r/min轉(zhuǎn)速下離心30min，真空抽濾，并用去離子水清洗3次，于110℃干燥12h后得到固體粗品；
（5）將固體粗品以5℃/min的升溫速率升至780℃煅燒，煅燒時間為5h；待材料冷卻后研磨分散，即得到鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠。
本實施例制備的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠密度為0.75g/cm3，比表面積為128m2/g，破碎率與磨損率之和為1.2%；將其應(yīng)用于遼寧某制藥廠的工業(yè)廢水處理，通過光催化污染凈化反應(yīng)，以高壓汞燈為光源，在光催化反應(yīng)器中與工業(yè)廢水反應(yīng)直至檢測結(jié)果達到國家排放標準，其中本實施例制備的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠對該廢水的使用壽命為3個半月。
實施例2
一種鈦酸釹空心微珠的制備方法，主要包括以下步驟：
（1）將140ml無水乙醇、55ml正丁醇、8.3ml乙酰丙酮、11.2ml聚乙二醇10000、1.8g穩(wěn)定劑ar-5混合均勻后加熱回流30min，再加入19ml鈦酸正丁酯，保溫攪拌30min，攪拌速度為140r/min，待溶液冷卻后得到原料溶液a，備用；
（2）將51ml去離子水和7.4g硝酸釹混合，攪拌使之充分溶解；向其中再添加1.9g碳酸氫鈉和5.2ml冰醋酸，攪拌至完全溶解，制得原料溶液b，備用；
（3）將500mg直徑18μm、壁厚2μm的硅鋁酸鹽陶瓷空心微珠利用超聲均勻分散于30ml無水乙醇中，然后加入至原料溶液a中混合均勻，再緩慢滴入原料溶液b，混合均勻，加熱回流40min，得到懸浮液；
（4）將懸浮液于8000r/min轉(zhuǎn)速下離心30min，真空抽濾，并用去離子水清洗3次，于110℃干燥12h后得到固體粗品；
（5）將固體粗品以5℃/min的升溫速率升至850℃煅燒，煅燒時間為4h；待材料冷卻后研磨分散，即得到鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠。
本實施例制備的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠密度為0.77g/cm3，比表面積為131m2/g，破碎率與磨損率之和為1.3%；將其應(yīng)用于遼寧某制藥廠的工業(yè)廢水處理，通過光催化污染凈化反應(yīng)，以高壓汞燈為光源，在光催化反應(yīng)器中與工業(yè)廢水反應(yīng)直至檢測結(jié)果達到國家排放標準，其中本實施例制備的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠對該廢水的使用壽命為4個月。
實施例3
一種鈦酸釹空心微珠的制備方法，主要包括以下步驟：
（1）將150ml無水乙醇、58ml正丁醇、9.6ml乙酰丙酮、12.5ml聚乙二醇10000、1.9g穩(wěn)定劑ar-5混合均勻后加熱回流30min，再加入20ml鈦酸正丁酯，保溫攪拌40min，攪拌速度為150r/min，待溶液冷卻后得到原料溶液a，備用；
（2）將53ml去離子水和7.5g硝酸釹混合，攪拌使之充分溶解；向其中再添加2.0g碳酸氫鈉和5.3ml冰醋酸，攪拌至完全溶解，制得原料溶液b，備用；
（3）將500mg直徑18μm、壁厚2μm的硅鋁酸鹽陶瓷空心微珠利用超聲均勻分散于30ml無水乙醇中，然后加入至原料溶液a中混合均勻，再緩慢滴入原料溶液b，混合均勻，加熱回流30min，得到懸浮液；
（4）將懸浮液于8000r/min轉(zhuǎn)速下離心30min，真空抽濾，并用去離子水清洗3次，于110℃干燥12h后得到固體粗品；
（5）將固體粗品以5℃/min的升溫速率升至930℃煅燒，煅燒時間為3h；待材料冷卻后研磨分散，即得到鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠。
本實施例制備的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠密度為0.78g/cm3，比表面積為153m2/g，破碎率與磨損率之和為1.5%；將其應(yīng)用于遼寧某制藥廠的工業(yè)廢水處理，通過光催化污染凈化反應(yīng)，以高壓汞燈為光源，在光催化反應(yīng)器中與工業(yè)廢水反應(yīng)直至檢測結(jié)果達到國家排放標準，其中本實施例制備的鈦酸釹包覆的陶瓷空心微珠對該廢水的使用壽命為6個月。
應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)落入本發(fā)明要求的保護范圍內(nèi)。