專利名稱：一種新型的納米二氧化鈦粉體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的納米二氧化鈦粉體制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦是一種非常重要的化工原料，分為銳鈦型、金紅石型和板鈦型三種晶型。銳鈦型納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N新型光催化劑、抗紫外線劑和光電效應(yīng)劑，在防霉殺菌、凈化空氣、脫臭、水處理、防污等方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。金紅石型納米二氧化鈦具有折射率高、耐候性好、光化學(xué)活性小、遮蓋力大、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是電子、輕工、化工等領(lǐng)域不可或缺的原料，廣泛應(yīng)用于塑料、搪瓷、人工纖維、電子材料、橡膠、涂料等領(lǐng)域。
目前，有關(guān)納米二氧化鈦的制備方法主要有水熱合成法、控制水解法、溶膠-凝膠法、微乳液法、沉淀法、化學(xué)氣相沉積法等。水熱合成法，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)物結(jié)晶程度好，不足是反應(yīng)條件為高溫、高壓，因而對(duì)設(shè)備材質(zhì)、安全等方面要求較苛刻?？刂扑夥ㄍㄟ^調(diào)節(jié)鈦鹽的水解速度，使鈦鹽在嚴(yán)格控制的條件下水解，可制得納米二氧化鈦粉體。該法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉，但存在洗滌過濾和干燥過程中易發(fā)生流失和團(tuán)聚現(xiàn)象，致使納米TiO2的收率和粒徑都受到影響。溶膠-凝膠法是以鈦醇鹽為原料，在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行水解、縮聚反應(yīng)，使溶液經(jīng)溶膠、凝膠過程后，凝膠干燥，煅燒成粉體的方法。該法制備的納米二氧化鈦粉末粒徑小，分布均勻，分散性好，但由于要以鈦醇鹽為原料，又要加入大量的有機(jī)試劑，成本較高，同時(shí)由于凝膠的生成，有機(jī)試劑不易逸出，干燥、燒結(jié)過程易產(chǎn)生碳污染。微乳液法，雖然微乳液的結(jié)構(gòu)從根本上限制了顆粒的生長(zhǎng)，使超細(xì)粉末的制備變得容易。但該方法只適合于實(shí)驗(yàn)室研究，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。目前，生產(chǎn)上主要采用的是控制水解法和沉淀法，這兩類方法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、成本低、污染小，不足是這兩類方法將用堿沉淀或水解沉淀獲得的前驅(qū)物直接進(jìn)行煅燒，存在粒徑不均勻、產(chǎn)物易團(tuán)聚、純度低等不足，限制了產(chǎn)品諸多優(yōu)異性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種降低生產(chǎn)成本，解決傳統(tǒng)團(tuán)聚問題的新型的納米二氧化鈦粉體制備方法。
本發(fā)明提出的新型的納米二氧化鈦粉體制備方法，采用固-固相轉(zhuǎn)化的方法制得二氧化鈦粉體材料，其具體步驟為將鈦源加入到鹽酸溶液中，得到鈦源的鹽酸溶液；然后將鈦源的鹽酸溶液加入到堿性物質(zhì)的水溶液中，控制體系的pH為7～8，生成白色的Ti(OH)4沉淀，過濾，清洗，得到沉淀產(chǎn)物Ti(OH)4；再向沉淀產(chǎn)物Ti(OH)4中加入有機(jī)酸，充分混合，使鈦的氫氧化物轉(zhuǎn)化為鈦的有機(jī)鹽，獲得前驅(qū)物；將得到的前驅(qū)物放入坩堝置于馬弗爐中鍛燒，得到粗成品；再將粗成品進(jìn)行粉碎，得到所需產(chǎn)物。
具體條件為溶解鈦源所用的鹽酸溶液的摩爾濃度為2～4mol/L；鈦源的鹽酸溶液摩爾濃度為0.1～8mol/L；堿性物質(zhì)可以采用氨水、碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀等之一種，當(dāng)堿性物質(zhì)為氨水時(shí)，氨水與鈦源的體積比為0.8∶1～1.4∶1；當(dāng)堿性物質(zhì)為碳酸鈉時(shí)，碳酸鈉與鈦源的質(zhì)量比為0.8∶1～1.2∶1；當(dāng)堿性物質(zhì)為氫氧化鈉或氫氧化鉀時(shí)，氫氧化鈉或氫氧化鉀與鈦源的質(zhì)量比為1∶0.2～1∶0.6；有機(jī)酸與鈦源的質(zhì)量比為0.8∶1～1.4∶1；鍛燒前驅(qū)物在550～650℃條件下煅燒0.5～1.5小時(shí)，得到銳鈦型的納米二氧化鈦；在750～850℃條件下煅燒0.5～2.5小時(shí)，得到金紅石型的納米二氧化鈦；上述鈦源為四氯化鈦、硫酸鈦之一種。
本發(fā)明中，所述的有機(jī)酸可以是甲酸、乙酸、酒石酸、檸檬酸、水楊酸等之一種。
本發(fā)明中，粉碎可以采用球磨機(jī)或氣流粉碎機(jī)。
本發(fā)明較好的實(shí)施條件是堿性物質(zhì)為氨水、碳酸鈉之一種。
氨水與鈦源的體積比為0.9∶1～1.1∶1。
碳酸鈉與鈦源的質(zhì)量比為0.9∶1～1.1∶1。
氫氧化鈉或氫氧化鉀與鈦源的質(zhì)量比為1∶0.3～1∶0.5。
有機(jī)酸與鈦源的質(zhì)量比為0.9∶1～1.1∶1。
本發(fā)明中，清洗是為了有效去除雜質(zhì)離子，如氯離子、銨離子或鈉離子等。
本發(fā)明中，由于所得的前驅(qū)物為有機(jī)酸鹽(如鈦的甲酸鹽、酒石酸鹽等)，有機(jī)酸鹽在分解過程中會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)污染氣體，如二氧化碳、水蒸汽等氣體，使反應(yīng)體系疏松，有效地防止了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。
本發(fā)明經(jīng)過煅燒后得到的產(chǎn)物，經(jīng)透射電子顯微鏡檢測(cè)，銳鈦型二氧化鈦產(chǎn)物的粒徑為15～20nm，金紅石型二氧化鈦產(chǎn)物的粒徑為20～25nm。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、首次提出在堿沉淀獲得的產(chǎn)物中加入有機(jī)酸，通過固-固反應(yīng)將鈦的氫氧化物轉(zhuǎn)化為鈦的有機(jī)酸鹽作為前驅(qū)物來制備目標(biāo)產(chǎn)物。由于前驅(qū)物為有機(jī)鹽類，在分解過程中產(chǎn)生了大量無(wú)污染性氣體，使反應(yīng)體系疏松，有效防止了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。
2、本發(fā)明所用的原材料來源充足且廉價(jià)，生產(chǎn)過程中能耗小，生產(chǎn)成本低廉。
3、利用本發(fā)明制備的產(chǎn)物同同類產(chǎn)品相比，具有純度高，白度好，粒徑小且均一，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，易于分散等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1取50ml、摩爾濃度為0.1mol/L四氯化鈦鹽酸(摩爾濃度為2mol/L)溶液，加入到含有25ml氨水的400ml水溶液中，此時(shí)有白色的Ti(OH)4沉淀生成，過濾，用水清洗2～3次，至洗液用硝酸銀檢測(cè)無(wú)氯離子存在為止，得到沉淀產(chǎn)物。向獲得的沉淀產(chǎn)物中加入檸檬酸1g，充分混合，獲得前驅(qū)物。將前驅(qū)物放入瓷坩堝后置于馬弗爐中，緩慢升溫至600℃，煅燒1h，獲得粗產(chǎn)物。該粗產(chǎn)物經(jīng)過球磨粉碎機(jī)粉碎后，獲得納米二氧化鈦粉體0.4g。x射線粉末衍射儀(XRD)分析結(jié)果表明，該產(chǎn)物為銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)；通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為17nm。前驅(qū)物如果在850℃條件下煅燒0.5h后球磨粉碎，則獲得金紅石型納米二氧化鈦0.4g，通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為22nm。
實(shí)施例2取50ml、摩爾濃度為5mol/L硫酸鈦的鹽酸(摩爾濃度為3mol/L)溶液，加入到含有20g氫氧化鈉的400ml水中，此時(shí)有白色的Ti(OH)4沉淀生成，過濾，用水清洗2～3次，至洗液用氯化鋇檢測(cè)無(wú)氯離子存在為止，得到沉淀產(chǎn)物。向獲得的沉淀產(chǎn)物中加入甲酸55ml，充分混合，獲得前驅(qū)物。將前驅(qū)物放入瓷坩堝后置于馬弗爐中，緩慢升溫至650℃，煅燒0.5h，獲得納米二氧化鈦粗產(chǎn)物。該粗產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎，得到納米二氧化鈦粉體19g。通過x射線粉末衍射儀(XRD)分析，該產(chǎn)物為銳鈦型納米二氧化鈦；通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為20nm。前驅(qū)物如果在800℃條件下煅燒1.5h后氣流粉碎，則獲得金紅石型納米二氧化鈦，通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為25nm。
實(shí)施例3取50ml、摩爾濃度為5mol/L四氯化鈦的鹽酸(摩爾濃度為4mol/L)溶液，加入到含有50g碳酸鈉的400ml水中，此時(shí)有白色的Ti(OH)4沉淀生成，過濾，用水清洗2-3次，至洗液用硝酸銀檢測(cè)無(wú)氯離子存在為止，得到沉淀產(chǎn)物。向獲得的沉淀產(chǎn)物中加入水楊酸27g，充分混合，獲得前驅(qū)物，將前驅(qū)物置于瓷坩堝中，再將瓷坩堝放入馬弗爐中，緩慢升溫至600℃，煅燒1h，獲得納米二氧化鈦粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎后，獲得終產(chǎn)物10g。通過x射線粉末衍射儀(XRD)分析，該產(chǎn)物為銳鈦型納米二氧化鈦；通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為20nm。前驅(qū)物如果在750℃條件下煅燒2.5h后氣流粉碎，則獲得金紅石型納米二氧化鈦10g，通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為25nm。
實(shí)施例4取50ml、摩爾濃度為5mol/L四氯化鈦的鹽酸(摩爾濃度為4mol/L)溶液，加入到含有50g碳酸鈉的400ml水中，此時(shí)有白色的Ti(OH)4沉淀生成，過濾，用水清洗2-3次，至洗液用硝酸銀檢測(cè)無(wú)氯離子存在為止，得到沉淀產(chǎn)物。向獲得的沉淀產(chǎn)物中加入乙酸55ml，充分混合，獲得前驅(qū)物。將前驅(qū)物放入坩堝后至于馬弗爐中，緩慢升溫至650℃，煅燒0.5h，獲得納米二氧化鈦粗產(chǎn)物，經(jīng)氣流粉碎機(jī)粉碎，獲得最終產(chǎn)物21g。通過x射線粉末衍射儀(XRD)分析，該產(chǎn)物為銳鈦型納米二氧化鈦；通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為19nm。前驅(qū)物如果在800℃條件下煅燒1h后再氣流粉碎，則獲得金紅石型納米二氧化鈦，通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為24nm。
實(shí)施例5取50ml、摩爾濃度為8mol/L四氯化鈦的鹽酸(摩爾濃度為4mol/L)溶液，加入到含有100ml氨水的400ml水溶液中，此時(shí)有白色的Ti(OH)4沉淀生成，過濾，用水清洗2-3次，得到沉淀產(chǎn)物。向獲得的沉淀產(chǎn)物中加入酒石酸80g，充分混合，獲得前驅(qū)物。將前驅(qū)物放入坩堝后置于馬弗爐中，緩慢升溫至550℃，煅燒1.5h，得粗產(chǎn)物。該粗產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎后，得到納米二氧化鈦粉體32g。通過x射線粉末衍射儀(XRD)分析，該粉體為銳鈦型二氧化鈦；通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為18nm。如前驅(qū)物緩慢升溫至850℃，煅燒0.5h，得到的粗產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎后，則獲得金紅石型納米二氧化鈦，通過透射電子顯微鏡分析，產(chǎn)物的粒徑為40nm。
權(quán)利要求
1.一種新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于采用固-固相轉(zhuǎn)化的方法，具體步驟為將作為鈦源的原材料加入到鹽酸溶液中，得到鈦源的鹽酸溶液；然后將鈦源的鹽酸溶液加入到堿性物質(zhì)的水溶液中，控制體系的pH為7～8，生成白色的Ti(OH)4沉淀，過濾，清洗，得到沉淀產(chǎn)物Ti(OH)4；再向沉淀產(chǎn)物Ti(OH)4中加入有機(jī)酸，充分混合，使鈦的氫氧化物轉(zhuǎn)化為鈦的有機(jī)鹽，獲得前驅(qū)物；將得到的前驅(qū)物放入坩堝置于馬弗爐中鍛燒，得到粗成品；再將粗成品進(jìn)行粉碎，得到所需產(chǎn)物；具體條件為溶解鈦源所用的鹽酸溶液的摩爾濃度為2～4mol/L；鈦源的鹽酸溶液摩爾濃度為0.1～8mol/L；堿性物質(zhì)可以采用氨水、碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀之一種，當(dāng)堿性物質(zhì)為氨水時(shí)，氨水與鈦源的體積比為0.8∶1～1.4∶1；當(dāng)堿性物質(zhì)為碳酸鈉時(shí)，碳酸鈉與鈦源的質(zhì)量比為0.8∶1～1.2∶1；當(dāng)堿性物質(zhì)為氫氧化鈉或氫氧化鉀時(shí)，氫氧化鈉或氫氧化鉀與鈦源的質(zhì)量比為1∶0.2～1∶0.6；有機(jī)酸與鈦源的質(zhì)量比為0.8∶1～1.4∶1；鍛燒前驅(qū)物在550～650℃條件下煅燒0.5～1.5小時(shí)，得到銳鈦型的納米二氧化鈦；在750～850℃條件下煅燒0.5～2.5小時(shí)，得到金紅石型的納米二氧化鈦；上述鈦源為四氯化鈦、硫酸鈦之一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于所述的有機(jī)酸是甲酸、乙酸、酒石酸、檸檬酸、水楊酸之一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于粉碎采用球磨機(jī)或氣流粉碎機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于堿性物質(zhì)為氨水、碳酸鈉之一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于氨水與鈦源的體積比為0.9∶1～1.1∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于碳酸鈉與鈦源的質(zhì)量比為0.9∶1～1.1∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于氫氧化鈉或氫氧化鉀與鈦源的質(zhì)量比為1∶0.3～1∶0.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的納米二氧化鈦制備方法，其特征在于有機(jī)酸與鈦源的質(zhì)量比為0.9∶1～1.1∶1。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的納米二氧化鈦粉體制備方法。本發(fā)明采用固－固相轉(zhuǎn)化的方法，將相應(yīng)量的鈦源的鹽酸溶液加入到適量堿性物質(zhì)的水溶液中，控制體系pH為7～8，此時(shí)有白色的Ti(OH)
文檔編號(hào)C01G23/04GK1752016SQ200510028250
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者吳介達(dá), 劉金庫(kù), 章定欽, 章勝義 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)