D0I:10.13374h.issn1001-053x.2012.08.002 第34卷第8期 北京科技大学学报 Vol.34 No.8 2012年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2012 水热法从含钛电炉熔分渣中制备纳米片状结构二氧化 钛光催化剂 阙再青李克非 刘洋郭敏四张梅 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:guomin@usth.cedu.cm 摘要采用水热法，以氢氧化钠为分离剂，从含钛电炉熔分渣中成功制备出纳米片状结构二氧化钛光催化剂，并探讨了水 热反应时间、水热温度以及碱液浓度对分离提取纳米片状结构二氧化钛的影响.随着水热反应时间的延长，水热温度以及氢 氧化钠溶液浓度的提高，从含钛电炉熔分渣中分离提取的二氧化钛结晶度越好，微观形貌更趋近于纳米片状结构.水热法处 理含钛电炉熔分渣的最佳反应条件是：水热温度高于180℃，水热反应时间大于24h,碱液浓度达到12mlL.以制备得到 的纳米片状结构二氧化钛为光催化剂，在氙灯光照90mi后，甲基蓝降解率可达81.1%. 关键词光催化剂：二氧化钛：纳米结构：水热法：渣：废弃物利用 分类号TF111.31:TB383 Hydrothermal preparation of nanoflake structured titanium dioxide photocata- lysts from electric furnace molten slag QUE Zai-qing,LI Ke-fei,LIU Yang,GUO Min,ZHANG Mei School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:guomin@ustb.edu.cn ABSTRACT Nanoflake structured titanium dioxide was successfully prepared from electric furnace molten slag by using a hydrother- mal method under the condition of alkaline solution.The effects of hydrothermal temperature,reaction time and sodium hydroxide solu- tion concentration on the titanium extraction and morphology were investigated.Relatively pure and better crystallized nanoflake struc- tured titanium dioxide can be obtained with increasing reaction temperature,time and alkaline solution concentration.The optimum preparing conditions are that the hydrothermal temperature is above 180C,the reaction time is above 24 h and the concentration of NaOH solution is 12 mol.L.Using the as-prepared TiO as a photocatalyst,the degradation rate of methyl blue is above 81.1% under a xenon lamp for 90 min KEY WORDS photocatalysts:titanium dioxide;nanostructures:hydrothermal synthesis;slags:waste utilization 我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源， 究).处理含钛高炉渣主要有四种工艺，分别是酸 保有储量在100亿t以上.攀枝花目前对钒钛磁铁 法、碳化氯化法、结晶分离法和碱法.其存在的主要 矿的利用主要采用高炉流程，此流程回收了矿中的 问题是：酸法处理产生的酸浸残渣及废稀酸难以处 铁和钒，钛则以二氧化钛形式进入高炉渣四（其中， 理，且处理成本较高而；碳化氯化法的碳化和氯化 二氧化钛质量分数在22%左右)，目前仅攀钢每年 工艺尚不完善；结晶分离法还处于实验阶段，需要进 排放的含钛高炉渣就达到了300万t以上.迄今为 一步研究：碱法处理的反应温度普遍在1000℃以 止，人们已经对含钛高炉渣进行了广泛而深入的研 上，挥发的氢氧化钠容易腐蚀实验设备. 收稿日期：201109-15 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2007CB613608):教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-080732):中央高校基 本科研业务费专项基金资助项目(FRF-IPO9OO5B)第 34 卷 第 8 期 2012 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 8 Aug． 2012 水热法从含钛电炉熔分渣中制备纳米片状结构二氧化 钛光催化剂 阙再青 李克非 刘 洋 郭 敏! 张 梅 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 !通信作者，E-mail: guomin@ ustb． edu． cn 摘 要 采用水热法，以氢氧化钠为分离剂，从含钛电炉熔分渣中成功制备出纳米片状结构二氧化钛光催化剂，并探讨了水 热反应时间、水热温度以及碱液浓度对分离提取纳米片状结构二氧化钛的影响． 随着水热反应时间的延长，水热温度以及氢 氧化钠溶液浓度的提高，从含钛电炉熔分渣中分离提取的二氧化钛结晶度越好，微观形貌更趋近于纳米片状结构． 水热法处 理含钛电炉熔分渣的最佳反应条件是: 水热温度高于 180 ℃，水热反应时间大于 24 h，碱液浓度达到 12 mol·L － 1 ． 以制备得到 的纳米片状结构二氧化钛为光催化剂，在氙灯光照 90 min 后，甲基蓝降解率可达 81. 1% ． 关键词 光催化剂; 二氧化钛; 纳米结构; 水热法; 渣; 废弃物利用 分类号 TF111. 31; TB383 Hydrothermal preparation of nanoflake structured titanium dioxide photocata￾lysts from electric furnace molten slag QUE Zai-qing，LI Ke-fei，LIU Yang，GUO Min! ，ZHANG Mei School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China !Corresponding author，E-mail: guomin@ ustb． edu． cn ABSTRACT Nanoflake structured titanium dioxide was successfully prepared from electric furnace molten slag by using a hydrother￾mal method under the condition of alkaline solution． The effects of hydrothermal temperature，reaction time and sodium hydroxide solu￾tion concentration on the titanium extraction and morphology were investigated． Relatively pure and better crystallized nanoflake struc￾tured titanium dioxide can be obtained with increasing reaction temperature，time and alkaline solution concentration． The optimum preparing conditions are that the hydrothermal temperature is above 180 ℃，the reaction time is above 24 h and the concentration of NaOH solution is 12 mol·L － 1 ． Using the as-prepared TiO2 as a photocatalyst，the degradation rate of methyl blue is above 81. 1% under a xenon lamp for 90 min． KEY WORDS photocatalysts; titanium dioxide; nanostructures; hydrothermal synthesis; slags; waste utilization 收稿日期: 2011--09--15 基金项目: 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2007CB613608) ; 教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目( NCET--08--0732) ; 中央高校基 本科研业务费专项基金资助项目( FRF--TP--09--005B) 我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源， 保有储量在 100 亿 t 以上． 攀枝花目前对钒钛磁铁 矿的利用主要采用高炉流程，此流程回收了矿中的 铁和钒，钛则以二氧化钛形式进入高炉渣［1］( 其中， 二氧化钛质量分数在 22% 左右) ，目前仅攀钢每年 排放的含钛高炉渣就达到了 300 万 t 以上． 迄今为 止，人们已经对含钛高炉渣进行了广泛而深入的研 究［2--3］． 处理含钛高炉渣主要有四种工艺，分别是酸 法、碳化氯化法、结晶分离法和碱法． 其存在的主要 问题是: 酸法处理产生的酸浸残渣及废稀酸难以处 理，且处理成本较高［4］; 碳化氯化法的碳化和氯化 工艺尚不完善; 结晶分离法还处于实验阶段，需要进 一步研究［5］; 碱法处理的反应温度普遍在 1 000 ℃以 上，挥发的氢氧化钠容易腐蚀实验设备［6］． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.08.002