納米級二氧化鈦粉體及其製備方法
2023-05-04 09:56:16
專利名稱：納米級二氧化鈦粉體及其製備方法
技術領域：
本發明專利屬於無機非金屬材料領域，具體涉及一種納米級二氧化鈦及其製備方法。
納米級二氧化鈦由於自身的獨特性能，目前被廣泛應用於電子陶瓷、化妝呂、塑料添加劑、汙水治理等重要領域。因此研製、生產高純度、單分散納米級二氧化鈦是人們追求的目標。我國繼美、日、英、德之後，國際上第五個能批量生產納米級二氧化鈦的國家，其製備工藝主要為溶膠—凝膠法、氣相法和水熱法，利用金屬醇鹽的水解和縮聚作用的溶膠—凝膠法(如CN1089236和USPat4732750)是一種製備單分散粉體的有效方法，但成本較高。氣相法在技術和材質方面要求高，工藝複雜且投資大，產品噸售價在20～25萬元人民幣，在多數領域限制了納米TiO2的應用。我國近幾年有許多單位如泰州河海集團、浙江明日集團已開發出了水熱合成納米TiO2粉體的工藝，但成本仍較高約8萬元/噸。最近南京理工大學一名博士研究生，採用硫酸法鈦白粉生產的中間產品偏鈦酸為原料，製得了粒度均勻、分散性好的銳鈦型TiO2粉體。我們經過五年的研究，近期成功地開發出一條低成本合成TiO2納米粉體的新工藝。
本發明的目的在於避免已有技術的不足之外，而提供一種生產工藝簡單、工藝條件要求低、產品收率高、產品成本低的從二氯氧鈦(TiOCl2)水解直接製備TiO2納米粉體的完整生產工藝過程技術。
本發明最顯著的特徵是低溫液相一步合成針形納米級TiO2粒子，通過控制沉澱速率、TiOCl2溶液的濃度和添加劑的加入量，可改變TiO2粒子的形貌和尺寸。
實現本發明的目的製備TiO2納米粉的方法是(1)一定量四氯化鈦在攪拌條件下加入純化水中，首先製得TiOCl2溶液，(2)將一定量經水溶解(或稀釋)後的磷酸鹽或硫酸鹽加入到TiOCl2溶液中，(3)將配製好的TiOCl2溶液在攪拌下升溫水解，水解沉澱為金紅石型或銳鈦型TiO2納米粒子，(4)將沉澱與母液分離、水洗、乾燥，最終可獲得TiO2納米粉。
為了更好地實現本發明的目的，還可進一步採取以下技術措施工業級四氯化鈦含量不低於99.5％，將四氯化鈦加入電阻率不小於0.3兆歐姆·釐米的去離子水中製備TiOCl2溶液。在TiOCl2溶液製備時，最好將工業級TiCl4通過玻璃管引入純水液面以下，以防止煙霧出現，為防止溫度升高可採用水冷或冰水冷卻。
在TiOCl2的水解中，二氯氧鈦∶磷酸鹽(或硫酸鹽)=1∶0.02～0.06(摩爾比)本發明是以精四氯化鈦和純水製備TiOCl2先驅物，當水解沉澱完全後，母液中含8～12mol·l-1的鹽酸，可採用蒸餾進行回收。
採用本發明的方法，以TiCl4為原料，在微量催化劑存在下生產TiO2納米粉，TiOCl2的轉率大於98％，TiO2的含量為99.3～99.5％。在省略高溫煅燒的情況下，可直接合成純相金紅型TiO2納米粉，也可獲得純相銳鈦型納米粉或混晶納米粉，回收到的鹽酸其各項指標達到分析純的標準。每噸TiO2納米粉體的成本初步估算約3萬元人民幣，而國際市場上的價格是每噸20～25萬元人民幣，經濟效益十分顯著。
下面是本發明的二個實施例，並結合實施例，對本發明進一步的描述。
實施例1.
先將四氯化鈦加入高位槽中，將純水加入帶夾層並可攪拌的搪瓷反應罐中，四氯化鈦通過玻璃管通入液面以下，以防止煙霧出現，反應罐夾層通入冷卻水，使反應罐內液體溫度不高於40℃。最終製得透明的TiOCl2溶液。取3升TiOCl2其濃度相當於80g/L TiO2加入帶攪拌的反應釜內，再加入用純化水溶解後的NaH2PO4，使其濃度為2×10-2mol·L-1，而後加熱至沸騰，繼續反應約6小時後，過濾並用熱水洗至無Cl-存在，在100℃乾燥得到白色粉體。該粉體經XRD測定為金紅石型TiO2，使用透射電子顯微鏡觀測，發現粒子形貌為針形，長軸80～100nm，軸比4～6。TiO2重量為235克，轉化率約為98％。
實施例2.
TiOCl2溶液的製備同實施例1，沉澱反應在同一反應釜內進行，反應物濃度與實施例1相同，反應條件除將NaH2PO4換為(NH4)2SO4其濃度為5×10-2mol·l-1外，其它條件同實例1。乾燥後的白色粉體經XRD測定為純銳鈦型TiO2，使用透射電子顯微鏡觀測，發現粒子呈球形，顆粒尺寸平均約50nm，產物收率約為98.5％。
權利要求
1.一種製備金紅石型和銳鈦型納米粉體的方法，其特徵在於包含a、將四氯化鈦加入去離子水中生成二氯氧鈦溶液，其濃度相當於80～120g/l TiO2，b、製備金紅石型TiO2納米粉需加少量添加劑，如磷酸鹽其濃度為2×10-2～4×10-2mol·l-1，c、製備銳鈦型TiO2納米粉需添加硫酸鹽其濃度為4×10- 2～6×10-2mol·l-1，d、在攪拌下加熱到90～100℃，保溫5～6小時，e、沉澱出的金紅石型TiO2晶體形貌為針形，粒子長軸為80～100nm，f、沉澱出的銳鈦型TiO2為球形，平均粒子尺寸為40～60nm，h、通過控制TiO2的沉出速率、添加劑濃度和TiOCl2的濃度可改變最終產物的粒子尺寸。
2.根據權利要求1所述的製備金紅石和銳鈦型二氧化鈦納米粉的方法，其特徵在於採用的工業品四氯化鈦含量在99.5％以上。
3.根據權利要求1所述的製備金紅石和銳鈦型二氧化鈦納米粉的方法，其特徵在於磷酸鹽選用NaH2PO4、KH2PO4、H3PO4中的任一種，而硫酸鹽選用Na2SO4,K2SO4、(NH4)2SO4中選一種。
4.根據權利要求1所述的製備金紅石和銳鈦型二氧化鈦納米粉的方法，其特徵在於過濾後用去離子水洗滌到用AgNO3沉澱不出洗過水中Cl-為止。
5.根據權利要求1所述的製備金紅石和銳鈦型二氧化鈦納米粉的方法，其特徵在於工藝反應路線為二氯氧鈦溶液在少量添加劑存在下直接沉澱出金紅石型或銳鈦型納米顆粒。
全文摘要
本發明是一種納米TiO
文檔編號C09C3/04GK1310208SQ0010308
公開日2001年8月29日 申請日期2000年2月22日 優先權日2000年2月22日
發明者魏雨 申請人:魏雨