專利名稱：高溫穩(wěn)定的銳鈦型二氧化鈦的制作方法
技術領域：
本公開涉及銳鈦型二氧化鈦和制備銳鈦型二氧化鈦的方法，銳鈦型二氧化鈦在高于900°C的溫度下是穩(wěn)定的。
背景技術：
已知銳鈦晶型的二氧化鈦用于催化劑應用中。例如，已知銳鈦型二氧化鈦自身作為催化劑或作為催化劑載體用于催化下列反應苯酚的烷化反應、有機物質的光氧化反應， 并且在與氧化釩組合時，用于將汽車排氣中的NOx還原為氮氣和水。由于已知銳鈦礦在約650°C的溫度下轉變成金紅石，因此銳鈦型二氧化鈦的高溫應用受到限制。已知用硅摻雜二氧化鈦前體能夠提高銳鈦礦-至-金紅石的轉變溫度。已發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定性可提高至約900°C，但是這沒有解決銳鈦礦在催化劑應用中非常常見的超過 900 0C的溫度下的穩(wěn)定性問題。發(fā)明概述本公開涉及制備銳鈦型二氧化鈦的方法，所述銳鈦型二氧化鈦在高于900°C的溫度下，具體地講在高于900°C至約1200°C的溫度下是穩(wěn)定的，所述方法包括(a)將水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽混合以形成含鈦溶液；(b)在硅源和鋁源的存在下將所述含鈦溶液水解以形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物；(c)分離出摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物；以及(d)煅燒所述摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物以形成高溫穩(wěn)定的摻雜有硅和鋁的銳鈦型二氧化鈦，具體地講，煅燒溫度可在約400°C至約1200°C范圍內?？蓪⒐柙醇尤氲胶伻芤海蓪X源加入到含鈦溶液中，或者可將二者加入到含鈦溶液中。與水混合形成水解組合物。可通過使含鈦溶液與硅源和水的混合物、鋁源和水的混合物、或鋁源、硅源和水的
4混合物混合，來水解含鈦溶液?？捎娩X源和水的混合物來水解含鈦和硅的溶液?？捎霉柙春退幕旌衔飦硭夂伜弯X的溶液?？捎盟畞硭夂?、硅和鋁的溶液。鈦酸鹽可為具有以下化學結構的醇鈦Ti (OR1) (OR2) (OR3) (OR4)其中R1至R4為相同或不同的具有1至約30個碳原子的烷基，更具體地講，所述鈦可選自異丙醇鈦(IV)、正丁醇鈦(IV)、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、和正丙醇鈦(IV)、以及它們的混合物，甚至更具體地講，所述鈦酸鹽可為異丙醇鈦(IV)。水可混溶的溶劑可選自醇、醛、酮、腈、以及它們的混合物，具體地講，所述醇可選自甲醇、乙醇、異丙醇或正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、以及它們的混合物。所述硅源可選自原硅酸四乙酯、硅酸鈉和硅酸鉀、以及它們的混合物，具體地講， 所述硅源可為式HSi (OR)3的烷氧基硅烷，其中R為包含1至約6個碳原子的烷基，或者所述硅源可為式Si (OR)4的原硅酸烷基酯，其中R為包含1至約6個碳原子的烷基。所述鋁源可選自六水合三氯化鋁、六水合三溴化鋁、九水合硝酸鋁、甲酸鋁、乙醇鋁、丙醇鋁、丁醇鋁、乙酸鋁、以及它們的混合物。本公開還涉及由上述方法制得的在高于900°C的溫度下穩(wěn)定的銳鈦晶型二氧化鈦。附圖簡述

圖1是1200°C煅燒的實施例1材料的X射線粉末衍射圖。發(fā)明詳述本公開涉及形成銳鈦型二氧化鈦的方法，所述銳鈦型二氧化鈦在高于900°C，尤其是1000°C的溫度下是穩(wěn)定的。將水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽混合以形成含鈦溶液。更具體地講，所述鈦酸鹽為具有以下化學結構的醇鈦Ti (OR1) (OR2) (OR3) (OR4)其中R1至R4為相同或不同的具有1至約30個碳原子的烷基。通常，所述醇鈦選自異丙醇鈦(IV)、正丁醇鈦(IV)、甲醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、和正丙醇鈦(IV)、以及它們的混合物。所述水可混溶的有機溶劑為能夠與水混合(即使是在較高的有機溶劑與水比率下，例如高達99. 9 0.1)而溶劑與水不分離的含碳溶劑。水可混溶的有機溶劑的非限制性實例可選自醇、醛、酮、腈、以及它們的混合物，具體地講，所述醇可選自甲醇、乙醇、異丙醇或正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、以及它們的混合物。所述含鈦溶液通常在標準溫度和壓力條件下制得，制備所述溶液的溫度通常在約 10°C至約30°C范圍內。在硅源和鋁源的存在下將所述含鈦溶液水解，以形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物。可通過將水加入到溶液中來實施水解?？赏ㄟ^單獨混合硅源和鋁源，然后將它們加入到水中，或將它們相繼加入到水中， 然后將它們與用于水解的水混合在一起，或將它們的混合物加入到或將它們相繼加入到水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽的溶液中，而存在硅源和鋁源以供水解。因此，只要在兩種摻雜劑的存在下發(fā)生水解，硅源和鋁源可經(jīng)由用于水解的水、或經(jīng)由水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽的溶液、或二者，單獨或一起加入到所述過程中。在本公開的一個實施方案中，當硅源或鋁源或二者可溶于有機溶劑中時，可將它們混入到水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽的溶液中。在本公開的另一個實施方案中，當硅源或鋁源或二者可溶于水中時，可將它們與用于水解的水混合。還設想，硅源或鋁源中的一種可溶于有機溶劑中，而另一種可溶于水中，因此使有機可溶的摻雜劑與水可混溶的有機溶劑混合，而鈦酸鹽和水溶性摻雜劑與用于水解的水混合。為了提高溶解度以加入到鈦酸鹽溶液中，可將水和摻雜劑的混合物與水可混溶的有機溶劑混合，所述水可混溶的有機溶劑可與和鈦酸鹽混合的水可混溶的溶劑相同或不同。具體地講，用于與水和摻雜劑的混合物混合的水可混溶的有機溶劑可選自醇、醛、酮、 腈、以及它們的混合物，具體地講，所述醇可選自甲醇、乙醇、異丙醇或正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、以及它們的混合物。適宜的硅摻雜劑源的實例選自但不限于原硅酸四乙酯、硅酸鈉和硅酸鉀。適宜的鋁摻雜劑的實例選自但不限于六水合三氯化鋁、六水合三溴化鋁、九水合硝酸鋁、和乙酸鋁。鈦酸鹽與摻雜劑的比率可在約0. 65 約0. 35至約0. 95 約0. 05的范圍內，更典型地在約0. 7 約0. 3至約0. 9 約0. 1的范圍內，甚至更典型地在約0. 75 約0. 25 至約0.85 約0.15的范圍內。硅源與鋁源的比率可在約0.02 約0.18至約0.18 約 0. 02的范圍內，更典型地在約0. 05 約0. 15至約0. 15 約0. 05的范圍內，甚至更典型地在約0. 075 約0. 125至約0. 125 至約0. 075的范圍內。將足夠的用于水解的水與鈦酸鹽溶液混合，以通過沉淀形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物。水解可在約0°c至約40°C范圍內的溫度下發(fā)生。無需使所述漿液暴露于高溫下。在硅源和鋁源的存在下水解鈦，形成鈦、鋁和硅的沉淀水合氧化物和副產(chǎn)物的混合物。副產(chǎn)物根據(jù)原料而不同。副產(chǎn)物可包括醇、鹵化物、硝酸鹽、和堿金屬。副產(chǎn)物可在混合物的液相中，或吸附在水合氧化物上，或夾雜在沉淀中。例如，當原料為氯化物時，一部分氯化物可形成沉淀水合氧化物的一部分，而另一部分氯化物可在包含水和水可混溶的有機溶劑的液相中?？蓪⑺鏊饨M合物煅燒形成高溫穩(wěn)定的摻雜有硅和鋁的銳鈦型二氧化鈦，具體地講，煅燒溫度可在約400°C至約1200°C范圍內，更典型地為約400°C至約1000°C，甚至更典型地為約450°C至約800°C。達到所述煅燒溫度后，可使產(chǎn)物在煅燒溫度下暴露約5分鐘至約12小時，更典型約30分鐘至約8小時，甚至更典型約1小時至約4小時范圍內的一段時間。在煅燒前，可經(jīng)由任何適宜的碾磨技術，將干燥產(chǎn)物研磨成粉末。煅燒前，可經(jīng)由任何適宜的方法如過濾，將通常為漿液形式的水解組合物從漿液中分離出來，形成濾餅，然后任選干燥所述濾餅。任選洗滌所述水解組合物，以降低或消除副產(chǎn)物含量。通常在原料包含無機陽離子和陰離子時，采用洗滌。本公開的物質組合物可用作催化劑或催化劑載體。例如，TiO2的催化特性是催化劑領域的技術人員所熟知的。使用本發(fā)明的物質組合物作為催化劑或催化劑載體，對于催化劑領域的技術人員而言將是顯而易見的。本公開的銳鈦型二氧化鈦產(chǎn)物可有效地用于催化應用中，其中溫度可超過1000°c，通常為1100°并且至多1200°C，因為已發(fā)現(xiàn)，作為二氧化鈦晶體結構中的摻雜劑的硅和鋁原子的組合提高了二氧化鈦從銳鈦礦形式轉變成金紅石形式的溫度。已發(fā)現(xiàn)，在約1100°的溫度下，二氧化鈦主要為銳鈦礦形式，通常為100% 的銳鈦礦形式并且無金紅石和非晶態(tài)形式。金紅石的存在是依賴于溫度和時間的。在約 1200°c的溫度下，二氧化鈦產(chǎn)物可包含金紅石晶體。發(fā)現(xiàn)將本公開的銳鈦型二氧化鈦產(chǎn)物在1200°C下加熱四小時后，X射線粉末衍射圖顯示出一定量的金紅石，其估計占整個組合物的約45%。因此，二氧化鈦產(chǎn)物可在約1200°以及更高的溫度下使用，其中金紅石晶體部分將不影響性能。在一個實施方案中，可以將本公開理解為不包括任何不會實質上影響組合物或方法的基本和新型特性的要素或工序。另外，可以將本公開理解為不包括任何本文未列出的要素或工序。此外，當數(shù)量、濃度或其他數(shù)值或參數(shù)以范圍、優(yōu)選范圍或優(yōu)選上限數(shù)值和優(yōu)選下限數(shù)值的列表形式給出時，它應理解為具體地公開由任何范圍上限或優(yōu)選數(shù)值和任何范圍下限或優(yōu)選數(shù)值的任何一對所構成的所有范圍，而不管所述范圍是否被單獨地公開。凡在本文中給出某一數(shù)值范圍之處，該范圍均旨在包含其端點，以及位于該范圍內的所有整數(shù)和分數(shù)，除非另行指出。當定義一個范圍時，不旨在將本發(fā)明的范圍限定于所列舉的具體值。以下實施例是對本發(fā)明例證性的和優(yōu)選的實施方案的說明，不旨在限制本公開的范圍?？梢栽诓幻撾x所附權利要求的正確實質和范圍的情況下使用多種修改形式、替代構造和等同物。測試方法在下文實施例中，使用下列測試方法和步驟X射線粉末衍射用3040型Wiilips X，PERT自動粉末衍射儀獲得室溫X射線粉末衍射數(shù)據(jù)。使用PW 1775型或PW 3065型多位樣品更換器，以成批模式處理樣本。所述衍射儀裝有自動可變狹縫、氙正比計數(shù)管、以及石墨單色器。放射物為CuK(Ci) (45kV,40mA)。 使用具有0. 03度等步長的連續(xù)掃描和每步0. 5秒的計數(shù)時間，收集自2至60度2- θ的數(shù)據(jù)。由X射線衍射圖，可從2Θ 25. 3處的衍射峰寬度估計平均晶疇尺寸(nm)。
實施例在這些實施例中，除非另行指出，份數(shù)、百分比和比例均按重量計。比較實施例1該實施例示出，在煅燒產(chǎn)物時，在約650°C下發(fā)生TiO2銳鈦礦結構至金紅石結構轉變，所述產(chǎn)物通過在不加入硅或鋁的情況下，在異丙醇中將鈦酸四異丙酯與水混合而獲得。使16mL鈦酸四異丙酯(DuPont Tyzor TPT, 97% )與約200mL異丙醇混合形成溶液。使該溶液與另一種包含300mL異丙醇和4mL去離子H2O的溶液混合，然后加入IOmL去離子水以獲得白色漿液。再加入230mL去離子H2O,并且將所述漿液加熱至沸，并且沸騰約 5分鐘。冷卻至室溫后，將漿液過濾，并且將濾餅在頂熱燈下干燥過夜。在研缽中將干燥產(chǎn)物研磨成粉末，轉移到氧化鋁托盤中，并且在箱式爐中，在一小時時間內空氣中無覆蓋下從室溫加熱至約450°C，并且在約450°C下再保持一小時。使所述箱式爐自然冷卻至室溫， 并且回收焙燒過的材料。煅燒材料的X射線粉末衍射圖僅示出銳鈦礦的寬線，并且從2Θ 25.3°處的強峰寬度，估計出平均晶疇尺寸為llnm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的一部分該材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 650°C，并且在該溫度下保持四小時。650°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出約80%銳鈦礦和20%金紅石的混合物。就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為31nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 800°C，并且在該溫度下保持四小時。800°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約10%的銳鈦礦和90%的金紅石。就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為四歷。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 900°C，并且在該溫度下保持四小時。900°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖僅示出金紅石線。結果記錄于表1中。比較實施例2該實施例示出，在煅燒產(chǎn)物時，在約900°C下發(fā)生TiO2銳鈦礦結構至金紅石結構轉變，所述產(chǎn)物通過在存在硅源并且不存在鋁源的情況下，在異丙醇中將鈦酸四異丙酯與水混合而獲得。將16mL鈦酸四異丙酯(DuPont Tyzor TPT, 97% )和1. 5mL原硅酸四乙酯(TEOS) 與約200mL異丙醇混合形成溶液。使該溶液與另一種包含300mL異丙醇和4mL去離子H2O 的溶液混合，然后加入IOmL去離子水以獲得半透明的白色漿液。再加入230mL去離子H2O, 并且將所述漿液加熱至沸，并且沸騰約5分鐘。冷卻至室溫后，將漿液過濾，并且將濾餅在頂熱燈下干燥過夜。在研缽中將干燥產(chǎn)物研磨成粉末，轉移到氧化鋁托盤中，并且在箱式爐中，在一小時時間內空氣中無覆蓋下從室溫加熱至約450°C，并且在約450°C下再保持一小時。使所述箱式爐自然冷卻至室溫， 并且回收焙燒過的材料。煅燒材料的X射線粉末衍射圖僅示出銳鈦礦的寬線，并且從2Θ 25.3°處的強峰寬度，估計出平均晶疇尺寸為6nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的一部分該材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 650°C，并且在該溫度下保持四小時。650°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為9nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 800°C，并且在該溫度下保持四小時。800°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為13nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約900°C，并且在該溫度下保持四小時。900°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約80%的銳鈦礦和20%的金紅石。就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為22nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1000°C，并且在該溫度下保持四小時。1000°c煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約30%的銳鈦礦和70%的金紅石。就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為26nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1100°C，并且在該溫度下保持四小時。1100°c煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約8%的銳鈦礦和92%的金紅石。就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為41nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1200°C，并且在該溫度下保持四小時。1200°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在
金紅石。結果總結于表1中。比較實施例3該實施例示出，在煅燒產(chǎn)物時，在約900°C下發(fā)生TiO2銳鈦礦結構至金紅石結構轉變，所述產(chǎn)物通過在存在鋁源并且不存在硅源的情況下，在異丙醇中將鈦酸四異丙酯與水混合而獲得。使16mL鈦酸四異丙酯(DuPont Tyzor TPT, 97% )與約200mL異丙醇混合形成溶液。通過將1. 62g AlCl3 · 6H20溶于4mL去離子H2O中，并且將該水溶液與300mL異丙醇混合，制得另一種溶液將包含鈦和包含鋁的醇溶液混合，并且加入IOmL去離子水以獲得半透明的白色漿液。再加入250mL去離子H2O,并且將所述漿液加熱至沸，并且沸騰約5分鐘。冷卻至室溫后，將漿液過濾，并且將濾餅在頂熱燈下干燥過夜。在研缽中將干燥產(chǎn)物研磨成粉末，轉移到氧化鋁托盤中，并且在箱式爐中，在一小時時間內空氣中無覆蓋下從室溫加熱至約450°C，并且在約450°C下再保持一小時。使所述箱式爐自然冷卻至室溫， 并且回收焙燒過的材料。煅燒材料的X射線粉末衍射圖僅示出銳鈦礦的寬線，并且從2Θ 25.3°處的強峰寬度，估計出平均晶疇尺寸為8nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的一部分該材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 650°C，并且在該溫度下保持四小時。650°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為llnm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 800°C，并且在該溫度下保持四小時。800°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為23nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 900°C，并且在該溫度下保持四小時。900°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約65%的銳鈦礦和35%的金紅石。就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為37nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1000°C，并且在該溫度下保持四小時。1000°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約2%的銳鈦礦和98%的金紅石。銳鈦礦衍射峰強度非常低，使得難以估計平均晶疇尺寸。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1100°C，并且在該溫度下保持四小時。1100°c煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在
金紅石。
結果總結于表1中。實施例1該實施例示出，在煅燒產(chǎn)物時，在約1100-1200°C下，一部分TW2經(jīng)歷銳鈦礦結構至金紅石結構轉變，所述產(chǎn)物通過在鋁源和硅源的存在下，在異丙醇中將鈦酸四異丙酯與水混合而獲得。將16mL鈦酸四異丙酯(DuPont Tyzor TPT, 97% )和1. 5mL原硅酸四乙酯(TEOS) 與約200mL異丙醇混合形成溶液。通過將1. 62g AlCl3 · 6H20溶于4mL去離子H2O中，并且將該水溶液與300mL異丙醇混合，制得另一種溶液將兩種醇溶液混合，并且加入IOmL去離子水以獲得半透明的白色漿液。再加入MOmL去離子H2O,并且將所述漿液加熱至沸，并且沸騰約5分鐘。冷卻至室溫后，將漿液過濾，并且將濾餅在頂熱燈下干燥過夜。在研缽中將干燥產(chǎn)物研磨成粉末，轉移到氧化鋁托盤中，并且在箱式爐中，在一小時時間內空氣中無覆蓋下從室溫加熱至約450°C，并且在約450°C下再保持一小時。使所述箱式爐自然冷卻至室溫， 并且回收焙燒過的材料。煅燒材料的X射線粉末衍射圖僅示出銳鈦礦的寬線，并且從2Θ 25.3°處的強峰寬度，估計出平均晶疇尺寸為6nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的一部分該材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 650°C，并且在該溫度下保持四小時。650°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為7nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 800°C，并且在該溫度下保持四小時。800°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為9nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 900°C，并且在該溫度下保持四小時。900°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為12nm。在兩小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1000°C，并且在該溫度下保持四小時。1000°c煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出僅存在銳鈦礦。估計平均晶疇尺寸為19nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1100°C，并且在該溫度下保持四小時。1100°c煅燒的材料的X射線粉末衍射圖示出銳鈦礦為主要產(chǎn)物，而金紅石為次要產(chǎn)物，估計所述混合物包含約97%的銳鈦礦和3%的金紅石。 就銳鈦礦組分而言，估計平均晶疇尺寸為35nm。在三小時時間內，將450°C下煅燒的另一部分材料在氧化鋁坩堝中加熱至約 1200°C，并且在該溫度下保持四小時。圖1為1200°C煅燒的材料的X射線粉末衍射圖，示出銳鈦礦和金紅石的混合物，估計為約55%的銳鈦礦和45%的金紅石。就銳鈦礦組分而言， 估計平均晶疇尺寸為^nm。結果總結于表1中。表Ig
權利要求
1.制備銳鈦型二氧化鈦的方法，所述銳鈦型二氧化鈦在高于900°C的溫度下是穩(wěn)定的，所述方法包括(a)將水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽混合以形成含鈦溶液；(b)在硅源和鋁源的存在下將所述含鈦溶液水解以形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物；(c)分離出摻雜有硅和鋁的所述鈦水解組合物；以及(d)煅燒所述摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物以形成高溫穩(wěn)定的摻雜有硅和鋁的銳鈦型二氧化鈦。
2.權利要求1的方法，所述方法還包括將所述硅源加入到所述含鈦溶液中。
3.權利要求1的方法，所述方法還包括將所述鋁源加入到所述含鈦溶液中。
4.權利要求1的方法，所述方法還包括將所述硅源和鋁源加入到含鈦溶液中以形成含鈦、硅和鋁的溶液。
5.權利要求3的方法，其中通過將所述含鈦和鋁的溶液與所述硅源和水的混合物混合來水解所述含鈦和鋁的溶液。
6.權利要求2的方法，其中通過將所述含鈦和硅的溶液與所述鋁源和水的混合物混合來水解所述含鈦和硅的溶液。
7.權利要求1的方法，其中通過將所述含鈦溶液與所述鋁源、所述硅源和水的混合物混合來水解所述含鈦溶液。
8.權利要求4的方法，所述方法還包括將所述含鈦、硅和鋁的溶液與水混合以形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物。
9.權利要求1的方法，其中所述鈦酸鹽為具有以下化學結構的醇鈦 Ti (OR1) (OR2) (OR3) (OR4)其中R1至R4為相同或不同的具有1至約30個碳原子的烷基。
10.權利要求1的方法，其中所述鈦酸鹽選自異丙醇鈦(IV)、正丁醇鈦(IV)、甲醇鈦 (IV)、乙醇鈦(IV)、和正丙醇鈦(IV)、以及它們的混合物。
11.權利要求1的方法，其中所述鈦酸鹽為異丙醇鈦(IV)。
12.權利要求1的方法，其中所述水可混溶的有機溶劑選自醇、醛、酮、腈、以及它們的混合物。
13.權利要求11的方法，其中所述醇選自甲醇、乙醇、異丙醇或正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、以及它們的混合物。
14.權利要求1的方法，其中所述硅源選自硅酸鈉和硅酸鉀、以及它們的混合物。
15.權利要求1的方法，其中所述硅源為式HSi(OR)3的烷氧基硅烷，其中R為包含1至 6個碳原子的烷基，或者所述硅源為式Si (OR)4的原硅酸烷基酯，其中R為包含1至6個碳原子的烷基。
16.權利要求1的方法，其中所述鋁源選自六水合三氯化鋁、六水合三溴化鋁、九水合硝酸鋁、甲酸鋁、乙醇鋁、丙醇鋁、丁醇鋁、乙酸鋁、以及它們的混合物。
17.權利要求1的方法，其中所述摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物在約400°C至約1200°C 的溫度下煅燒。
18.權利要求1的方法，其中銳鈦礦晶型的所述二氧化鈦在高于900°C至約1200°C范圍內的溫度下是穩(wěn)定的。
19.銳鈦礦晶型的二氧化鈦，所述二氧化鈦在高于900°C的溫度下是穩(wěn)定的，所述二氧化鈦由下述方法制得，所述方法包括(a)將水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽混合以形成含鈦溶液；(b)在硅源和鋁源的存在下將所述含鈦溶液水解以形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物；(c)分離出摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物；以及(d)煅燒所述摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物以形成高溫穩(wěn)定的摻雜有硅和鋁的銳鈦型二氧化鈦。
20.權利要求19的二氧化鈦，其中所述鈦酸鹽為具有以下化學結構的醇鈦 Ti (OR1) (OR2) (OR3) (OR4)其中R1至R4為相同或不同的具有1至約30個碳原子的烷基。
21.權利要求19的二氧化鈦，其中所述鈦酸鹽為異丙醇鈦(IV)。
22.權利要求19的二氧化鈦，其中所述水可混溶的溶劑為醇，所述醇選自甲醇、乙醇、 異丙醇或正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、以及它們的混合物。
23.權利要求19的二氧化鈦，其中所述硅源選自硅酸鈉和硅酸鉀；式HSi(OR)3的烷氧基硅烷，其中R為包含1至6個碳原子的烷基；或式Si (OR) 4的原硅酸烷基酯，其中R為包含1至6個碳原子的烷基；以及它們的混合物。
24.權利要求19的二氧化鈦，其中所述鋁源選自六水合三氯化鋁、六水合三溴化鋁、九水合硝酸鋁、甲酸鋁、乙醇鋁、丙醇鋁、丁醇鋁、乙酸鋁、以及它們的混合物。
25.權利要求19的二氧化鈦，其中所述摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物在約400°C至約 1200°C的溫度下煅燒。
全文摘要
本公開涉及制備銳鈦型二氧化鈦的方法和由上述方法制得的高溫穩(wěn)定的銳鈦型二氧化鈦，所述銳鈦型二氧化鈦在高于900℃的溫度下是穩(wěn)定的，所述方法包括(a)將水可混溶的有機溶劑和鈦酸鹽混合以形成含鈦溶液；(b)在硅源和鋁源的存在下將所述含鈦溶液水解以形成摻雜有硅和鋁的鈦水解組合物；(c)分離出摻雜有硅和鋁的所述鈦水解組合物；以及(d)煅燒所述摻雜有硅和鋁的所述鈦水解組合物以形成高溫穩(wěn)定的摻雜有硅和鋁的銳鈦型二氧化鈦。
文檔編號C01G23/08GK102356045SQ201080012418
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權日2009年3月18日
發(fā)明者C·托拉迪 申請人:納幕爾杜邦公司