CN100450935C - 尺寸可控的电子级锐钛矿二氧化钛纳米粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种尺寸可控的电子级锐钛矿二氧化钛纳米粉体的制备方法。本方法包括以下步骤：将钛化合物直接溶解于去离子水中形成含钛0.1摩尔/升～20.0摩尔/升水溶液，随后将浓氨水加入含钛水溶液中并调节pH值在5.0～14，充分搅拌后形成乳浊液，乳浊液在30～100℃温度下静置水解形成沉淀，沉淀经烘干后在300～700℃高温下煅烧即可得到电子级纯度的二氧化钛粉体，粉体的晶体结构为锐钛矿相。本发明制备方法简单，制备出的二氧化钛粒度分布均匀，不团聚，工艺过程容易控制，产品质量稳定，通过控制反应条件即可得到不同尺寸的二氧化钛粉体，而且产品的纯度较高，能够满足电子行业的需要。

Description

尺寸可控的电子级锐钛矿二氧化钛纳米粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及制备电子级锐钛矿二氧化钛纳米粉体的方法，粉体的粒径尺寸可控。
背景技术
二氧化钛俗称钛白，是研究较多的功能精细无机材料，是重要的陶瓷、半导体及催化材料。高纯二氧化钛则因其良好的耐候性、耐化学腐蚀性、较高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、光敏性等独特性能，可作为生产高级涂料、催化剂和催化剂载体、化妆品、紫外线吸收剂、特种玻璃以及电子陶瓷、结构陶瓷等精细陶瓷等的原料。钛矿型二氧化钛具有很强的光催化活性，广泛用于废水和污染物的治理。
高纯二氧化钛多以四氯化钛为初级原料，采用气相法或淳朴法制备。气相法(如四氯化钛气相氧化或气相水解，四氯化钛高频等离子气相沉积，钛醇盐气相氧化，气相水解或激光热分解)工艺流程短，适宜较大的生产规模。但此法多为高温过程，且伴有HCl腐蚀性气体产生，因而对设备的材质及结构要求高，一次性投资及技术难度大。相比之下，液相法(如四氯化钛水解，钛醇盐水解等)设备比较简单，操作简易，物料多易回收，因而受到人们的普遍青睐。专利CN94111732.4以TiCl4为基本原料，加入有机溶剂与醇类，经过一系列复杂反应生产出高纯度二氧化钛超细粉体，该方法加入试剂繁多，操作步骤多，设备投资大、工艺条件较苛刻，而且不能获得晶粒尺寸可调的样品。专利CN93110808.X以溶剂油作为酯化合成的反应介质，将钛醇盐酯化合成然后水解制备高纯、微细、单分散TiO2，该方法要需要进行真空干燥，工艺条件苛刻，耗能较大，生产成本高。专利CN1526645A中制备过程中采用乳化剂控制纳米粉体的团聚，很难避免产物中的杂质残留。专利CN1418820A中制备方法前期步骤虽然也采用了含钛水溶液和碱反应生成沉淀，但后来采用硝酸溶解正钛酸沉淀，再加入添加剂进行水解得到菊花状二氧化钛粉体，整个过程仍然较复杂，而且添加剂的引入会导致产品纯度降低。
因素因此，本发明研究开发一种尺寸可控的电子级锐钛矿二氧化钛纳米粉体的制备方法，其制备过程中使用的原材料品种少，成本较低，且不引入其它金属杂质离子，整个反应均在水相体系中进行，保证了后期产品的高纯度。制备工艺简单，容易控制，便于大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸可控电子级锐钛矿型二氧化钛粉体的制备方法。
本发明的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将钛化合物在温度0～4℃下溶解于去离子水中，形成含钛水溶液；
步骤2、在剧烈搅拌下，将浓氨水加入到步骤1得到的含钛水溶液中，形成白色乳浊液，乳浊液pH值控制在5.0～14.0范围内；
步骤3、将步骤2得到的白色乳浊液在温度30～100℃氛围中静置3～18小时，进一步水解形成沉淀；
步骤4、将步骤3得到的沉淀烘干，在温度300～700℃，时间1～10小时范围内，按不同温度煅烧不同时间，即可得到不同粒度尺寸的锐钛矿型二氧化钛。
上述的钛化合物为无机钛化合物，四氟化钛、四氯化钛、硫酸氧钛，含钛水溶液的浓度为0.1摩尔/升～20.0摩尔/升，白色乳浊液在温度30～100℃氛围中静置时间为3～18小时，煅烧温度范围为400～700℃，煅烧时间范围为3～6小时。
本发明根据不同的工艺参数，可得到不同粒径尺寸的锐钛矿型二氧化钛粉体。
本发明的效果和优点：
采用本发明的方法得到的二氧化钛粉体分散性好，粒度分布窄，纯度高，细度可满足工业陶瓷介电材料以及钛酸锶钡晶体原料的要求；且制备方法简单易行，能耗低，产品纯度高，质量稳定，易于推广应用，所用溶剂价廉易得；设备与工艺简单，易于实行大规模工业化生产。
附图说明
图1是对应实施例1，2，3所得粉体的XRD衍射图谱；
图2是本实施例1所得粉体的SEM照片；
表1是根据图1的XRD衍射图谱中主峰(25.32度对应的峰)的半峰宽值计算出的粒径尺寸，产物的BET比表面积和纯度。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，说明在上述本发明的工艺参数范围内，不同的工艺参数，可得到不同粒径尺寸的锐钛矿型二氧化钛粉体，但不是对本发明方法制备工艺条件的限定.
实施例1
将四氯化钛在温度0℃下滴加入去离子水中，形成浓度为0.2摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为11.0，在常温下搅拌白色浑浊液4小时，然后在50℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度400℃下煅烧6小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径15nm，BET比表面积80～120米2/克，纯度≥99.9％。
实施例2
将四氯化钛在温度2℃下滴加入去离子水中，形成浓度为0.2摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为8.0，在常温下搅拌反应4小时，然后在50℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度600℃下煅烧3小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径20nm，BET比表面积60～80米2/克，纯度≥99.9％。
实施例3
将四氯化钛在温度2℃下滴加入去离子水中，形成浓度为2摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为11.0，在常温下搅拌反应4小时，然后在50℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度700℃下煅烧1小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径30nm，BET比表面积30～60米2/克，纯度≥99.9％。
实施例4
将四氯化钛在温度0℃下滴加入去离子水中，形成浓度为5摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为10.0，在常温下搅拌反应4小时，然后在80℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度600℃下煅烧3小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径20nm，BET比表面积60～80米2/克，纯度≥99.9％。
实施例5
将硫酸氧钛在温度2℃下滴加入去离子水中，形成浓度为5摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为11.0，在常温下搅拌反应4小时，然后在80℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度700℃下煅烧2小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径30nm，BET比表面积30～60米2/克，纯度≥99.9％。
实施例6
将硫酸氧钛在温度2℃下滴加入去离子水中，形成浓度为0.1摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为8.0，在常温下搅拌反应4小时，然后在80℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度400℃下煅烧6小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径15nm，BET比表面积80～120米2/克，纯度≥99.9％。
实施例7
将硫酸氧钛在温度2℃下滴加入去离子水中，形成浓度为4摩尔/升的含钛水溶液，加入浓氨水后得到白色浑浊液，用浓氨水调节所得白色浑浊液pH值为10.0，在常温下搅拌反应4小时，然后在80℃水浴中恒温加热6小时，反应结束后将所得沉淀烘干，在温度600℃下煅烧3小时，得到高纯白色锐钛矿型二氧化钛粉体。产物粒径20nm，BET比表面积60～80米2/克，纯度≥99.9％。
表1实施例1-3二氧化钛粉体产物的性能
实施例 产物粒径/nm   BET比表面积/(米<sup>2</sup>/克)   纯度/％
  实施例1   15   80～120   ≥99.9
  实施例2   20   60～80   ≥99.9
  实施例3   30   30～60   ≥99.9

Claims (2)

1.制备尺寸可控的电子级锐钛矿二氧化钛粉体的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、将四氯化钛在温度0～4℃下溶解于去离子水中，形成含钛2～5摩尔/升水溶液；
步骤2、在剧烈搅拌下，将浓氨水加入到步骤1得到的含钛水溶液中，形成白色乳浊液，乳浊液pH值控制在5.0～14.0范围内；
步骤3、将步骤2得到的白色乳浊液在温度50～80℃氛围中静置3～18小时，进一步水解形成沉淀；
步骤4、将步骤3得到的沉淀烘干，在温度300～700℃，时间3～6小时范围内，按不同温度煅烧不同时间，得到不同粒度尺寸的锐钛矿型二氧化钛；
所述四氯化钛为反应前驱物。
2.根据权利要求1所述的尺寸可控电子级锐钛矿型二氧化钛粉体的制备方法，其特征在于所述的沉淀烘干后，煅烧温度范围为400～700℃。
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