RU2470855C1 - Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана - Google Patents
Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2470855C1 RU2470855C1 RU2011112779/05A RU2011112779A RU2470855C1 RU 2470855 C1 RU2470855 C1 RU 2470855C1 RU 2011112779/05 A RU2011112779/05 A RU 2011112779/05A RU 2011112779 A RU2011112779 A RU 2011112779A RU 2470855 C1 RU2470855 C1 RU 2470855C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pure
- titanium dioxide
- nanodispersed
- mixture
- powder
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к технологии получения нанодисперсных материалов и может использоваться в химической промышленности, электронике, порошковой металлургии. Способ включает смешивание чистого раствора прекурсора со спиртами, поддерживающими горение, распыление и сжигание смеси в пламени, при этом в качестве чистого раствора прекурсора используют чистый подкисленный водный раствор тетрахлорида титана, а содержание спирта в распыляемой смеси составляет не менее 80% (вес.), воды - не более 15% (вес.). Размер капель распыляемой смеси составляет не более 2 мкм. Предлагаемый способ позволяет получать чистые порошки нанодисперсного диоксида титана (не содержащие примесей углерода и с низким содержанием 0,01-0,03% хлорид-иона) с размером частиц менее 100 нм и более высокой химической и каталитической активностью. 1 табл., 12 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения нанодисперсных материалов и может использоваться в химической промышленности, электронике, порошковой металлургии для получения ультра- и нанодисперсного диоксида титана с высокой удельной поверхностью, химической и каталитической активностью, получения керамических материалов.
Известен способ получения нанодисперсных порошков оксидов металлов, в том числе диоксида титана, путем смешения нанопорошков оксидов металлов и адгезивного вещества в массовом соотношении (95-98):(5-2), добавления дистиллированной воды для получения суспензии, распыления суспензии при температуре 100-130°С в пламени горелки или плазменного распыления (при температуре выше 4000°С) для образования микронных агрегированных частиц, плазменного спекания полученных частиц для образования плотного порошка с гранулами 40-90 мкм и нанокристаллической структурой (патент CN 1637080 (A), B05D 1/08; C09D 1/00. UNIV WUHAN ТЕСН [CN] / CN 20041061306 20041209/2005-07-13).
Недостатком способа являются высокие энергозатраты, связанные с поддержанием высоких температур на плазменное распыление и спекание частиц порошка.
Известен способ получения нанодисперсных порошков оксидов металлов, в том числе диоксида титана, в котором для получения полых наношариков оксидов металлов водный раствор прекурсора наноматериала смешивают с органическим растворителем, поддерживающим горение, далее полученную смесь распыляют и сжигают на воздухе в различных точках пламени, что позволяет получить шарики, полые сферы, многогранники и одноразмерные нанотрубки (патент CN 101234751 (А), С01В 13/14, B22F 9/30, C01F 17/00, C01G 23/00. CHINESE ACAD INST CHEMISTRY [CN]/2008-08-06).
Недостатком способа является загрязнение частиц порошка примесями углерода, что снижает качество порошка - оксида металла.
Известен также способ получения чистых нанодисперсных порошков оксидов металлов, в том числе диоксида титана (патент США №5958361, C01G 23/047, C01F 7/02, C01F 1/00. Regents of the University of Michigan, Ann Arbor, Mich. от 28.09.1999 г.), в котором процесс приготовления ультратонких частиц оксидов металлов или их смесей с размером 2-500 нм включает:
a) распыление раствора прекурсора керамики, включающего один или более гликоль-полиметаллоксан в подходящем органическом растворителе или в поддерживающей горение смеси растворителей, причем указанный гликоль-полиметаллоксан присутствует в растворителе в количестве от 1 до 30% (вес.) в растворе прекурсора, гликоль-полиметаллоксан имеет избыток до 90% от содержания оксида металла, чтобы сформировать аэрозоль раствора прекурсора керамики, содержащего в себе капли раствора прекурсора;
b) обеспечение кислородом указанного раствора керамического прекурсора в количестве не менее стехиометрического соотношения к сжигаемому материалу, содержащемуся в растворе керамического прекурсора, чтобы сформировать аэрозоль и кислородную смесь;
c) зажигание указанного аэрозоля кислородной смеси и получение керамических частиц оксида металла или смеси оксидов и газового потока, содержащего продукты сгорания;
d) отделение указанных керамических оксидов металлов или смеси оксидов металлов от газового потока, чтобы извлечь ультратонкие частицы продукта.
В этом способе заявлено, что не менее одного из указанных гликоль-полиметаллоксанов готовят путем варки одного или более оксидов металлов с гликолятсодержащей средой. Причем эта операция производится в триэтаноламине и этиленгликоле в течение 4-8 часов при повышенной температуре (200°С), без или с добавкой этилового спирта.
Недостатком способа является высокая трудоемкость, длительность и стоимость приготовления прекурсоров.
Признаки прототипа, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения, - смешивание чистого раствора прекурсора со спиртами, поддерживающими горение, распыление и сжигание смеси в пламени.
Задачей изобретения является снижение трудоемкости, длительности и стоимости процесса получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана, включающем смешивание чистого водного раствора прекурсора со спиртами, поддерживающими горение, распыление и сжигание смеси в пламени, в качестве прекурсора используют чистый подкисленный водный раствор тетрахлорида титана. Для достижения цели получения нанодисперсного диоксида титана с минимальными затратами содержание спирта в распыляемой смеси должно составлять не менее 80% (вес.), а содержание воды в распыляемой смеси составляет не более 15% (вес.). При этом размер капель распыляемой смеси не должен превышать 2 мкм.
Использование в качестве прекурсора чистого подкисленного водного раствора тетрахлорида титана позволяет снизить трудоемкость, длительность и стоимость процесса получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана, поскольку сложная и дорогостоящая стадия приготовления прекурсоров в виде гликолятов металлов заменяется простой и малоэнергоемкой стадией приготовления прекурсора в виде чистого подкисленного водного раствора тетрахлорида титана.
Неподкисленный раствор прекурсора приводит к увеличению конечных размеров частиц диоксида титана за счет ускоренного роста частиц на зародышах, образующихся при гидролизе прекурсора тетрахлорида титана.
Содержание органического реагента в распыляемой смеси должно составлять не менее 80% (вес.), поскольку именно такое количество реагента поддерживает горение и создает благоприятные условия для получения ультра и нанодисперсных частиц продукта, а также позволяет проводить процесс в автотермичном режиме.
Содержание воды в распыляемой смеси не должно превышать 15% (вес.). Такое содержание воды позволяет эффективно проводить процесс сжигания смеси в пламени, сопровождаемый термогидролизом тетрахлорида титана. Если содержание воды будет больше, чем 15% (вес.), то температура процесса будет уменьшаться. При этом фрагменты частиц могут расщепляться не полностью, что приводит к загрязнению продукта примесями неполного разложения прекурсора.
Размер распыляемых микрокапель должен составлять не более 2 мкм. Если размер распыляемых капель раствора прекурсора будет больше 2 мкм, то образуются крупные частицы продукта, превышающие 100 нм.
Примеры осуществления способа.
В приведенных ниже примерах №1-12 (таблица 1) получение нанодисперсного порошка оксида титана производили путем смешивания чистого подкисленного водного раствора прекурсора TiCl4 с чистым органическим реагентом, поддерживающим горение, с последующим распылением раствора через специальную форсунку до заданного размера капель и сжиганием смеси на воздухе в токе пламени. Анализ размеров частиц и примесей в порошке оксида металла производили на электронном сканирующем микроскопе «S-3400N» фирмы «Хитачи» с приставкой для рентгеноспектрального анализа фирмы «Брукер».
Пример 1. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя бутанола-1 исходя из соотношения V(бутанола-1):V(р-ра TiCl4)=10:1. Размер микрокапель распыляемой смеси составил не более 2 мкм. При этом содержание примеси хлорид-иона в порошке TiO2 составило 0,01% (вес.), а примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил менее 100 нм.
Пример 2. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя бутанола-1 исходя из соотношения V(бутанола-1):V(p-pa TiCl4)=5:1 (таблица 1). Размер микрокапель распыляемой смеси составил не более 2 мкм. При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 0,05% примеси хлорид-иона и примесь углерода. Размер частиц TiO2 составил до 500 нм.
Пример 3. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя бутанола-1 исходя из соотношения V(бутанола-1):V(p-pa TiCl4)=3:1 (таблица 1). Размер микрокапель распыляемой смеси составил не более 2 мкм. При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 0,02% примеси хлорид-иона и примесь углерода. Размер частиц диоксида титана составил до 1000 нм.
Пример 4. Процесс проводили аналогично примеру 1, с тем отличием, что размер микрокапель распыляемой смеси составил более 2 мкм. При этом содержание примеси хлорид-иона в порошке TiO2 составило 0,01% (вес.), а примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил более 200 нм.
Пример 5. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя изопропанола исходя из соотношения V(изопропанола):V(р-ра TiCl4)=10:1 (таблица 1). При этом содержание примеси хлорид-иона в порошке TiO2 составило 0,03% (вес.), а примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил менее 100 нм.
Пример 6. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя изопропанола исходя из соотношения V(изопропанола):V(р-ра TiCl4)=5:1 (таблица 1). При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 0,58% примеси хлорид-иона и примесь углерода. Размер частиц TiO2 составил до 500 нм.
Пример 7. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя изопропанола, исходя из соотношения V(изопропанола):V(р-ра TiCl4)=3:1 (таблица 1). При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 1,34% примеси хлорид-иона и примесь углерода. Размер частиц TiO2 составил до 1000 нм.
Пример 8. Процесс проводили аналогично примеру 5, с тем отличием, что размер микрокапель распыляемой смеси составил более 2 мкм. При этом содержание примеси хлорид-иона в порошке TiO2 составило 0,03% (вес.), а примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил более 500 нм.
Пример 9. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя этанола исходя из соотношения V(этанол):V(р-ра TiCl4)=10:1 (таблица 1). При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 1,20% примеси хлорид-иона, примесь углерода отсутсвовала. Размер частиц TiO2 составил до 700 нм.
Пример 10. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя этанола исходя из соотношения V(этанол):V(р-ра TiCl4)=5:1 (таблица 1). При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 4,50% примеси хлорид-иона, примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил до 1000 нм.
Пример 11. Для получения нанодисперсного порошка TiO2 аналогично примеру 1 был использован чистый подкисленный водный раствор TiCl4 с концентрацией 2,2 моль/л, к которому добавляли необходимый объем органического растворителя этанола исходя из соотношения V(этанол):V(р-ра TiCl4)=3:1 (таблица 1). При этом получили порошок диоксида титана, содержащий 1,30% примеси хлорид-иона, примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил до 5000 нм.
Пример 12.
Процесс проводили аналогично примеру 8, с тем отличием, что размер микрокапель распыляемой смеси составил более 2 мкм. При этом содержание примеси хлорид-иона в порошке TiO2 составило 1,20% (вес.), а примесь углерода отсутствовала. Размер частиц TiO2 составил более 700 нм.
Из анализа данных таблицы следует, что только при сжигании спиртов изопропанола и бутанола в примерах №1 и №5 образуются нанодисперсные порошки диоксида титана с размером частиц менее 100 нм. При этом процесс приготовления прекурсора и раствора для распыления (в отличие от прототипа) осуществляется простой операцией смешивания чистого подкисленного водного раствора тетрахлорида титана с чистым спиртом, поддерживающим горение.
Таким образом, проведение процесса по заявляемому способу (примеры №1 и №5) с использованием в качестве прекурсоров чистого подкисленного водного раствора тетрахлорида титана с содержанием спирта в распыляемой смеси не менее 80% (вес.) и воды не более 15% (вес.), с размером капель распыляемой смеси менее 2 мкм позволяет получить чистые порошки нанодисперсного диоксида титана (не содержащие примесей углерода и имеющие низкое содержание 0,01-0,03% хлорид-иона) с размером частиц менее 100 нм. Проведение процесса по заявляемому способу позволяет снизить трудоемкость, длительность и стоимость процесса приготовления прекурсоров и всего процесса в целом.
Claims (2)
1. Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана, включающий смешивание чистого раствора прекурсора со спиртами, поддерживающими горение, распыление и сжигание смеси в пламени, отличающийся тем, что в качестве чистого раствора прекурсора используют чистый подкисленный водный раствор тетрахлорида титана, а содержание спирта в распыляемой смеси составляет не менее 80 вес.%, воды - не более 15 вес.%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер капель распыляемой смеси составляет не более 2 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112779/05A RU2470855C1 (ru) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112779/05A RU2470855C1 (ru) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011112779A RU2011112779A (ru) | 2012-10-10 |
RU2470855C1 true RU2470855C1 (ru) | 2012-12-27 |
Family
ID=47079184
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011112779/05A RU2470855C1 (ru) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2470855C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5958361A (en) * | 1993-03-19 | 1999-09-28 | Regents Of The University Of Michigan | Ultrafine metal oxide powders by flame spray pyrolysis |
KR20050079151A (ko) * | 2004-02-04 | 2005-08-09 | 김선재 | 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의대량 제조방법 |
EP1760043A1 (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-07 | ETH Zürich, ETH Transfer | Reducing flame spray pyrolysis method for the production of metal, non-oxidic, ceramic and reduced metal oxide powders and nano-powders |
RU2353584C2 (ru) * | 2007-02-19 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат", (ОАО "СХК") | Способ получения нанодисперсного порошка оксида алюминия |
EP0876295B1 (en) * | 1996-11-18 | 2009-10-07 | The University Of Connecticut | Methods for synthesis of nanostructured oxides and hydroxides |
-
2011
- 2011-04-01 RU RU2011112779/05A patent/RU2470855C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5958361A (en) * | 1993-03-19 | 1999-09-28 | Regents Of The University Of Michigan | Ultrafine metal oxide powders by flame spray pyrolysis |
EP0876295B1 (en) * | 1996-11-18 | 2009-10-07 | The University Of Connecticut | Methods for synthesis of nanostructured oxides and hydroxides |
KR20050079151A (ko) * | 2004-02-04 | 2005-08-09 | 김선재 | 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의대량 제조방법 |
EP1760043A1 (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-07 | ETH Zürich, ETH Transfer | Reducing flame spray pyrolysis method for the production of metal, non-oxidic, ceramic and reduced metal oxide powders and nano-powders |
RU2353584C2 (ru) * | 2007-02-19 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат", (ОАО "СХК") | Способ получения нанодисперсного порошка оксида алюминия |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011112779A (ru) | 2012-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mueller et al. | Nanoparticle synthesis at high production rates by flame spray pyrolysis | |
US8187562B2 (en) | Method for producing cerium dioxide nanopowder by flame spray pyrolysis and cerium dioxide nanopowder produced by the method | |
CN106698509B (zh) | 粒度分布均匀的复合纳米氧化锆、连续制备方法及其设备 | |
CN102500295A (zh) | 碳包覆金属纳米颗粒的制备方法 | |
JP2021112738A (ja) | マイクロ波プラズマ処理を使用した多相複合材料の製造方法 | |
JP2009184923A (ja) | 金属の熱分解法により得られたナノ程度の酸化物の製造法 | |
WO2005123272A2 (en) | Liquid feed flame spray modification of nanoparticles | |
CN101134586A (zh) | 一种纳米氧化铝空心球的制备方法 | |
US20220106232A1 (en) | Ceramic composite oxide | |
JP5398126B2 (ja) | 金属酸化物微粒子粉末、金属酸化物微粒子の製造方法および製造システム | |
CN1035280A (zh) | 稳定锆土其制备方法和在化学成份中的应用 | |
Siriwong et al. | Flame-made single phase Zn2TiO4 nanoparticles | |
US20170275166A1 (en) | Method for producing metal oxides by means of spray pyrolysis | |
Eslamian et al. | Recent advances in nanoparticle preparation by spray and microemulsion methods | |
KR100376247B1 (ko) | 화염을 이용한 기상산화반응에 의한 나노사이즈이산화티타늄 초미분체 제조 방법 | |
KR100752954B1 (ko) | 초음파분무 열분해법을 이용한 나노 다공성 분말의제조방법 및 이에 의해 제조된 나노 분말 | |
US11103848B2 (en) | Flame based fluidized bed reactor for nanomaterials production | |
JP5248054B2 (ja) | 球状アルミナ粒子の製造方法 | |
RU2470855C1 (ru) | Способ получения чистого нанодисперсного порошка диоксида титана | |
CN107413358B (zh) | 一种黑磷量子点/凹凸棒纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
TWI471266B (zh) | 碳化物微粒子之製造方法 | |
RU2738596C1 (ru) | Способ получения ультрадисперсных частиц однородных оксидных керамических композиций, состоящих из ядра и внешних оболочек | |
JP4711744B2 (ja) | チタン酸バリウム粉末の製法およびチタン酸バリウム粉末 | |
JP5909777B2 (ja) | 分散体 | |
CN106995217A (zh) | 一种纳米级高纯度氧化铈粉的生产方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210402 |