一種電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為無(wú)機(jī)化合物加工領(lǐng)域，具體涉及到一種電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法。該方法包括以下特征：以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以硫酸或者鹽酸為陽(yáng)極液，以石墨、多孔碳材料、鉛或鉛銀合金為陰極，含有四價(jià)鈦的酸性水溶液為陰極液，陽(yáng)極液與陰極液之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)，通入直流電進(jìn)行電解制備高濃度低價(jià)鈦水溶液。本發(fā)明無(wú)需向四價(jià)鈦溶液中添加還原劑，減少了原料成本，具有方法簡(jiǎn)單、設(shè)備壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化合物加工領(lǐng)域中鈦化合物溶液的生產(chǎn)，尤其是涉及一種利用電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦白粉是性能優(yōu)異的白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、油墨、橡膠、化學(xué)纖維和化妝品。顏料級(jí)鈦白粉對(duì)其中雜質(zhì)的含量有嚴(yán)格要求，特別是鐵含量，一般要求窯下品中Fe2O3含量在50ppm以下。Fe3+在pH=2的條件下即開(kāi)始水解,而Fe2+水解的pH值要高得多。為了避免鐵雜質(zhì)對(duì)鈦液水解的不良影響，以及方便后續(xù)漂洗工序中除鐵，只要確保水解鈦液中有Ti3+存在，就能確保鐵雜質(zhì)以Fe2+形式存在于鈦液中(Fe2+不易水解)。在傳統(tǒng)硫酸法鈦白生產(chǎn)中，一般通過(guò)向鈦液中添加鐵粉或鐵屑，或者利用鋁粉還原法制備Ti3+。這種制備Ti3+的方法雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)整個(gè)體系來(lái)說(shuō)，不僅增加了雜質(zhì)含量，也增加了后續(xù)除雜和水處理的工作量，生產(chǎn)成本高，方法復(fù)雜。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利201310097086.X提到了一種電解制備含低價(jià)鈦水溶液的方法，該方法采用石墨為陽(yáng)極，由于陽(yáng)極的析氧反應(yīng)，導(dǎo)致電極容易氧化破損、掉渣，影響陽(yáng)極運(yùn)行的穩(wěn)定性并增加了設(shè)備損耗。中國(guó)專(zhuān)利93102312.2利用電解方式制備三價(jià)鈦的甲磺酸溶液，不但成本高(甲磺酸價(jià)格遠(yuǎn)高于硫酸和鹽酸)，而且因?yàn)楹罅坑袡C(jī)物不適于作為鈦白粉行業(yè)的還原劑，產(chǎn)品的應(yīng)用范圍受到限制。美國(guó)專(zhuān)利4，206，021采用陰離子交換膜電解還原方法，與本專(zhuān)利的陽(yáng)離子交換膜存在本質(zhì)不同。而且其制備的鈦液濃度比較低(小于2g/L)，生產(chǎn)效率不高。如果制備較高濃度的低價(jià)鈦水溶液，在使用時(shí)按照需要稀釋成合適的濃度，不但使用更方便，而且占用更少的儲(chǔ)存空間。高濃度的四價(jià)鈦溶液還可以支持更大的電流密度，從而獲得更聞的生廣效率。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的低價(jià)鈦溶液生產(chǎn)方法普遍存在生產(chǎn)成本高、效率低、使用受限等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的高濃度低價(jià)鈦水溶液制備方法有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種通過(guò)電解還原方式制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，采用本方法可以獲得高濃度的低價(jià)鈦水溶液，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品用途廣泛。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0007]—種電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，采用直流電進(jìn)行電解制備高濃度低價(jià)鈦水溶液；
[0008]以TiO2計(jì)，所述高濃度低價(jià)鈦水溶液中Ti3+濃度不低于20g/L。
[0009]優(yōu)選地，所述方法中采用硫酸或鹽酸作為陽(yáng)極液。
[0010]優(yōu)選地，所述方法中采用石墨電極、多孔碳材料電極、鉛電極或鉛銀合金電極作為陰極。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述多孔碳材料電極中的碳材料為碳?xì)只蚧钚蕴?br> [0011]優(yōu)選地，所述方法中采用含四價(jià)鈦的酸性水溶液作為陰極液，所述含四價(jià)鈦的酸性水溶液的酸性由硫酸或者鹽酸提供。
[0012]優(yōu)選地，所述含四價(jià)鈦的酸性水溶液中四價(jià)鈦的濃度不低于20g/L，更優(yōu)選的，不低于80g/L。
[0013]優(yōu)選地，所述方法中陽(yáng)極液與陰極液之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)。
[0014]本發(fā)明的原理是:
[0015]含有四價(jià)鈦的酸性水溶液在電解槽陰極室電解還原過(guò)程中，陰極發(fā)生如下電極反應(yīng):Ti02++2H++e — Ti3++H20
[0016]陽(yáng)極發(fā)生如下的電極反應(yīng):
[0017]2H20-4e = O2 f +4H+ (硫酸溶液)
[0018]2Cr_2e=Cl2 f (鹽酸溶液)
[0019]電解還原結(jié)束后，陰極區(qū)的低價(jià)鈦水溶液呈紫黑色,該低價(jià)鈦水溶液可以用于鈦白生產(chǎn)、鈦產(chǎn)品制造或者有機(jī)物還原等。
[0020]本發(fā)明無(wú)需向 四價(jià)鈦溶液中添加還原劑，減少了原料成本，具有方法簡(jiǎn)單、設(shè)備壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面以【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]在一個(gè)陰極室和陽(yáng)極室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)的電解槽中，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以硫酸為陽(yáng)極液。石墨電極為陰極，配制含有硫酸的硫酸鈦溶液作為陰極液，其中四價(jià)鈦濃度為330g/L (以TiO2計(jì))。恒流電解Ih后得到的低價(jià)鈦水溶液濃度為48.9g/L (以TiO2 計(jì))。
[0024]實(shí)施例2
[0025]在一個(gè)陰極室和陽(yáng)極室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)的電解槽中，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以硫酸為陽(yáng)極液。鉛板為陰極，配制含有硫酸的硫酸鈦溶液作為陰極液，其中四價(jià)鈦濃度為20g/L (以TiO2計(jì))。恒壓電解2h后得到的低價(jià)鈦水溶液濃度為20g/L (以TiO2計(jì))。
[0026]實(shí)施例3
[0027]在一個(gè)陰極室和陽(yáng)極室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)的電解槽中，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以鹽酸為陽(yáng)極液。鉛銀合金電極為陰極，配制含有硫酸的硫酸鈦溶液作為陰極液，其中四價(jià)鈦濃度為23.3g/L (以TiO2計(jì))。恒流電解2h后得到的低價(jià)鈦水溶液濃度為23.2g/L(以 TiO2 計(jì))。
[0028]實(shí)施例4
[0029]在一個(gè)陰極室和陽(yáng)極室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)的電解槽中，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以鹽酸為陽(yáng)極液。石墨電極為陰極，陰極液為四氯化鈦的水溶液，四價(jià)鈦濃度為100g/L，由于氯化鈦?zhàn)匀凰猱a(chǎn)生鹽酸，溶液本身呈酸性，因此無(wú)需額外加酸。恒流電解2h后得到的低價(jià)鈦水溶液濃度為90g/L (以TiO2計(jì))。
[0030]實(shí)施例5
[0031]在一個(gè)陰極室和陽(yáng)極室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)的電解槽中，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以鹽酸為陽(yáng)極液。碳?xì)?屬于多孔碳材料)為陰極，陰極液為四氯化鈦的水溶液，四價(jià)鈦濃度為80g/L(以TiO2計(jì))。恒流電解4h后得到的低價(jià)鈦水溶液濃度為60g/L(以TiO2計(jì))。
[0032]實(shí)施例6
[0033]在一 個(gè)陰極室和陽(yáng)極室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)的電解槽中，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，以鹽酸為陽(yáng)極液?；钚蕴?屬于多孔碳材料)為陰極，陰極液為四氯化鈦的水溶液，四價(jià)鈦濃度為120g/L (以TiO2計(jì))。在新鮮陰極液連續(xù)流入陰極室的情況下，通過(guò)恒流電解可以持續(xù)獲得濃度為110g/L (以TiO2計(jì))的低價(jià)鈦水溶液。
【權(quán)利要求】
1.一種電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，以DSA鈦電極為陽(yáng)極，采用直流電電解制備高濃度低價(jià)鈦水溶液； 以TiO2計(jì)，所述高濃度低價(jià)鈦水溶液中Ti3+濃度不低于20g/L。
2.如權(quán)利要求1所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，所述方法中采用硫酸或鹽酸作為陽(yáng)極液。
3.如權(quán)利要求1所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，所述方法中采用石墨電極、多孔碳材料電極、鉛電極或鉛銀合金電極作為陰極。
4.如權(quán)利要求3所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，所述多孔碳材料電極中多孔碳材料為碳?xì)只蚧钚蕴俊?br> 5.如權(quán)利要求1所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，所述方法中采用含四價(jià)鈦的酸性水溶液作為陰極液。
6.如權(quán)利要求5所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，所述含四價(jià)鈦的酸性水溶液的酸性由硫酸或者鹽酸提供。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，以TiO2計(jì)，所述含四價(jià)鈦的酸性水溶液中四價(jià)鈦濃度不低于20g/L。
8.如權(quán)利要求7所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，以TiO2計(jì)，所述含四價(jià)鈦的酸性水溶液中四價(jià)鈦濃度不低于80g/L。
9.如權(quán)利要求1所述的電解還原制備高濃度低價(jià)鈦水溶液的方法，其特征在于，所述方法中陽(yáng)極液與陰極液之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)。
【文檔編號(hào)】C25B1/00GK103668302SQ201310676517
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】余志輝, 齊濤, 張繪, 賈志軍, 楊軒, 薛天艷, 初景龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所