專利名稱：四氯化鈦醇解法制備納米二氧化鈦的新方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以四氯化鈦醇解法制備納米二氧化鈦的新方法，屬化學工藝技術領域。
背景技術：
納米TiO2廣泛應用于電子、紡織、化纖、建材、塑料、橡膠、日化、空氣凈化、廢水廢物降解處理等領域。尤其是在大氣，污水污染治理上，在公共衛(wèi)生，抗菌材料上它是不可替代的理想原料，是公認的應用最廣范，市場需求最大的納米材料之一。當今，大氣污染，水體污染日益惡化，已成為人類共同面對的最大生存難題，已研發(fā)的污染治理方案無數，唯一切實可行之法是廣泛應用納米TiO2獨特優(yōu)異的光催化功能......但阻礙大規(guī)模應用納米TiO2的主要障礙是優(yōu)質的納米TiO2成本太高！目前市場平均在20萬元/噸，富國也很少用來治理污染，窮國人民連想都不敢想，而大氣水體污染治理必須全球一體才奏效！
長期以來，尋找成本低廉、工藝簡單的制備方法來生產性能優(yōu)良的納米TiO2，是納米材料界公認的世界性難題之一。
本發(fā)明在已公開眾多制備方法中瞄中鈦醇鹽法，它投資最少，反應條件平和，工藝簡單，成本低，適合國情......2002年I月30日授權CN1078565C發(fā)明專利即“清華專利”，反復研究后，認為其方法簡單，產品優(yōu)質，粒度4nm 10nm，正好適合光催化要求......小試，才親自嘗到TiCl4見空氣(尤其是濕氣)，馬上就大量散發(fā)HCl氣及TiO2納米白色煙霧的厲害......過去聽說二戰(zhàn)中，納粹以TiCl4作煙霧毒氣原料毒害盟軍士兵，親自嘗試，嗆的人氣都喘不過來！合作人無不痛斥“清華專利”。它不宜大生產，污染難治，只宜防護條件好下，實驗家做做而已。它要求“緩慢滴加TiCl4”，TiCl4分子量189.9，Cr占142，約75%，產一噸TiO2耗2. 4噸TiCl4放出HCl與6噸30%鹽酸相等。 小試按毫升計，相對于日產3. 4噸年產I千噸TiO2納米生產線，小試液表面積千萬倍增長， 超聲震蕩能量集中，反應熱經超聲能使液面HCl揮發(fā)力散熱力百倍增強，大生產如何能比？ 我們要的規(guī)?；笊a，就必須解決鈦醇鹽合成中脫Cl—難題。
開始，以教材講，醇中加定量氨，再加TiCl4。依反應式
TiCl4+4C2H50H+4NH3 — Ti (OC2H5) 4+4NH4Cl I 濾除 NH4Cl，得清亮的 Ti (OC2H5) 4 液，蒸去溶劑醇(冷凝回收循環(huán)用)，留下Ti (OC2H5) 4干凝膠，發(fā)現總是殘存不少NH4Cl晶體無法分離，一起加熱醇解，產品中NH4Cl早已氣化，對產品質量影響不大。但大生產要在不銹鋼罐內高溫醇解,氣化的NH4Cl,分解成NH3+HC1氣，對醇解器腐蝕嚴重，對產品質量影響也就大了......萬般無奈下，作了理論分析生產I噸TiO2納米粉，理論耗TiCl4約2. 4噸。產HCl 50.7謂，重1.83噸。與Ti結合之醇，可稱結合醇也50. 7KM，作液相反應不與鈦反應的醇，可稱溶劑醇。結合醇必須滿足，溶劑醇應以滿足液相操作，中和鹽酸鹽晶體濾除易進行為最低要求，越少越好。加氨為中和，得NH4Cl在乙醇，尤其是甲醇中溶解較大，使干態(tài)鈦醇鹽含NH4Cl高，高溫煅燒醇解就影響醇解器壽命，影響產品質量，找能與HCl中和，且副產氯化鹽醇不溶堿性物就好。很快查到乙二胺(CN2^NH2)2堿性，易溶于醇，與HCl中和成(OC2H5)2 2HC1，不溶于醇，易濾過除之。沸點117. 7°C。反應式TiCl4+4C2H50H+2 (CN2 NH2) 2 — Ti (OC2H5) 4+2 (CN2 NH2) 2 2HC1 I 實驗已證明乙二胺用后，產品TiO2納米粉質量大好，醇解器腐蝕幾乎看不到，將優(yōu)質輕燒鎂(MgO)制成Mg (OH) 23.1 3. 3KM/m3濃衆(zhòng)，每m3加400公斤乙二胺二鹽晶體，入蒸氨塔，反應式Mg (OH) 2+2 (CN2 NH2) 2 2HC1 — MgCl2+ (CN2 NH2) 2 t +2H20蒸出胺，過冷凝器液化回收脫水后循環(huán)使用，蒸余液是濃MgCl2副產品，全過程清潔生產。

發(fā)明內容
第一步制鈦醇鹽液計量泵A，進口接TiCl4I槽出口，泵A出口接均質機一入口， 計量泵B進口與醇(甲醇、乙醇、正〈異〉丙醇)貯槽出口相接，泵B出口接均質機另一入口 ；醇貯液內先加入定量乙二胺并混勻，勻質機出液口接高效換熱器，換熱后液入陳化槽，連接好鈦醇鹽制作設備，檢查無誤?？砂瓷aI噸TiO2納米粉，耗3N 4N純度TiCl42. 4噸比醇152KM，醇中預加乙二胺25KM(約1.5噸)。將泵A泵B均質機開動，可連續(xù)生產。換熱器可調出液溫度55 60V為好’入陳化槽保溫50±5°C下陳化16h 24h為宜。陳化好液，過常規(guī)離心機，濾除乙二胺二鹽酸鹽晶體，得清亮鈦醇鹽液為上品；第二步得鈦醇鹽液入蒸餾塔(器)，加熱65°C 100°C促使溶劑醇氣化，醇氣化過冷凝器液化回收循環(huán)利用，蒸干得干凝膠態(tài)鈦醇鹽，粉細后，入醇解器經250 500°C煅燒I 5h出料冷后即得主產品，TiO2納米粉；第三步以優(yōu)質輕燒鎂(MgO ^ 90% )與熱水制成含MgO > 3.1 3. 3KM/m3礦漿，每m3礦漿加3KM，約400公斤乙二胺二鹽晶體，入蒸胺塔加熱100°C 120°C反應，蒸出乙二胺氣，冷凝液化，脫水胺循環(huán)利用，蒸胺余液為濃度> 30% MgCl2液可制成副產品，實現清潔生產。今日純度彡3N 4N TiCljIj廠價約9千元/噸，甲醇價約2600元/噸，乙二胺價2. 4萬元/噸，產一噸TiO2耗TiCl42. 4噸，甲醇醇解后結合醇成乙烯燒掉理論損失1. 6噸實際損1. 7噸。乙二醇循環(huán)中回收率97%以上，加上人工、水電、天然氣、租金折舊等，年千噸規(guī)模生產廠，職工36名，稅前成本4±0. 5萬元/噸?？v然出廠價降為目前市場價50%，也有過半利稅率。我國為鈦資源大國，應以本發(fā)明為基研，再深化研究，將鈦醇鹽水解生產規(guī)模化，水解結合醇可再生，成本可進一步降低，則納米TiO2國貨無敵。
權利要求
1.本發(fā)明是一種以四氯化鈦醇解法制備納米二氧化鈦的新方法，其特征在于合成鈦醇鹽液將TiCl4、醇(包括甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇)、胺(及無水氨)比例混合，強烈攪拌后，過高效換熱器，帶走反應熱，入陳化槽，保溫50±5°C下陳化16h 24h，濾除胺(氨)化鹽酸鹽結晶，得清亮鈦醇鹽液；所用胺(氨)首選乙二胺。
2.鈦醇鹽液醇解法制納米TiO2:將鈦醇鹽液入蒸餾塔(器)，加熱65°C 100°C促使溶劑醇氣化分離，醇氣過冷凝器，冷凝液化回收再生醇循環(huán)利用，蒸余為干凝膠態(tài)鈦醇鹽，取出粉細，入醇解器，加熱250 500°C下煅燒I 5h出料冷卻后即得主產品TiO2納米粉。
3.再生胺以輕燒鎂(MgO^ 90% )熱水混合，制成含MgO彡3.1 3. 3KM/m3氫氧化鎂礦漿，每m3礦漿加3KM，約400公斤乙二胺二鹽酸鹽晶體，入蒸胺塔，加熱100°C 120°C，蒸出乙二胺，冷凝回收循環(huán)利用，蒸余液制取MgCl2為副產。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以四氯化鈦醇解法制備納米二氧化鈦的新方法，該法是第一步合成鈦醇鹽液將TiCl4、醇、胺比例混合，過高效換熱器，帶走反應熱，入陳化槽，保溫陳化16～24h后，濾除胺化鹽酸鹽結晶，得鈦醇鹽液；第二步鈦醇鹽液醇解法制納米TiO2得鈦醇鹽液入蒸餾塔(器)，加熱蒸出溶劑醇，過冷凝器，回收再生醇，脫水后循環(huán)利用，蒸余物即干凝膠態(tài)鈦醇鹽，粉細后入爐經250～500℃煅燒1～5h得TiO2納米粉；第三步再生胺以輕燒鎂制成Mg(OH)2乳與胺化鹽酸鹽晶體比例混合，加熱反應，蒸出胺，冷凝回收，脫水胺循環(huán)利用，蒸胺后副產氯化鎂產品。
文檔編號C01G23/053GK102992396SQ201210325460
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權日2012年9月5日
發(fā)明者朱作遠 申請人:朱作遠