CN101074112B - 高纯超细二氧化钛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高纯超细二氧化钛的制备方法。其包括以下步骤：将四氯化钛缓慢加入至去离子水中溶解，向二氯氧钛溶液中加入该溶液总质量2—3‰的添加剂，逐渐升温至100℃，水解2—4小时后，将偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，恒温煅烧2—4小时后取出，经过粉碎，便得到二氧化钛粉体。本发明生产工艺简单，通过加入添加剂，使得四氯化钛的水解速度加快，并且让其水解产物——偏钛酸凝胶颗粒分散的非常均匀，同时本发明在煅烧时又优选合适的温度，因此生产出来的二氧化钛粉体很松散、不团聚，并且白度好、活性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化钛的制备方法，尤其是涉及一种高纯超细二氧化钛的制备方法。
背景技术
二氧化钛(钛白粉)广泛用于涂料、纸张涂层和填料、塑料等领域。特别是纳米二氧化钛还能应用在如电子材料、脱氮催化剂以及光电催化剂等新型材料领域。传统的二氧化钛工业生产方法主要有硫酸法和氯化法。硫酸法是以钛铁矿为原料，用硫酸分解来制取二氧化钛，因而对环境污染较为严重。氯化法以金红石或高含量钛渣为原料，氯化得到四氯化钛，再通过高温氧化制得二氧化钛；由于该法在技术上有一定的难度，目前仅由国外少数几家大公司垄断。并且，以传统的硫酸法和氯化法工艺都难以生产出纳米尺寸的二氧化钛。
发明内容
本发明主要是解决现有技术二氧化钛生产所存在的工艺复杂，对环境污染严重，生产成本高等技术问题。
本发明同时还解决了现有技术二氧化钛生产所存在的粉体颗粒大且粒度分布不均匀等技术问题。
本发明主要是通过下述技术方案得以解决上述技术问题的：其包括以下步骤：
a.将四氯化钛缓慢加入至去离子水中溶解，控制溶解温度低于60℃，然后加去离子水配制，得到0.25-0.4mol/L的二氯氧钛溶液；在连续搅拌的条件下，向二氯氧钛溶液中加入该溶液总质量2-3‰的添加剂，逐渐升温至100℃，水解2-4小时后，得到偏钛酸凝胶，然后将其置入压滤机压滤得到偏钛酸滤饼；
b.将偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，控制煅烧温度为750-900℃，恒温煅烧2-4小时后取出，经过粉碎，并过60目以上筛网，便得到二氧化钛粉体。
所述添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇的混合物，其混合比例为1∶1-1.5。
由于四氯化钛与一定量的水接触，会立即产生激烈反应，放出大量的反应热，并形成沉淀团聚，因此，本发明为了得到高质量二氧化钛前驱体，其四氯化钛水解分为两步进行：首先通过缓慢加料，同时辅以降温之措施，让四氯化钛低温溶解(水解)于水中，以生成二氯氧钛(TiOCl2)；然后将水温逐步升高至95-100℃，让二氯氧钛中的氯原子逐步为OH-基取代，以生成偏钛酸(H2TiO3)。为了能让水解反应能平稳进行，本发明第二步——生成偏钛酸的过程采用梯度升温方式(见表1)，即以5-8℃为一个单位，每升一个单位温度就恒温保持一段时间。这样就让水解反应始终维持在一个比较理想的速度，最终水解生成粒径小、且较为稳定的前驱体偏钛酸凝胶。
表1：梯度温度与恒温时间的关系
| 温度(℃) | 60 | 68 | 76 | 82 | 88 | 95 | 100 |
| 恒温时间(min) | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 30-60 |
另外，本发明添加剂中，聚乙二醇是一种非离子表面活性剂，二氯氧钛溶液中加入该添加剂后，可以改变偏钛酸凝胶颗粒的表面特性，增强空间位阻效应，使偏钛酸凝胶颗粒均匀地分散在反应体系中；而聚丙烯酸酰胺具有絮凝、降阻(降低流体的摩擦阻力)等作用，在本发明中应用，可促进偏钛酸晶体的生长，同时加快了其凝胶颗粒的沉降速度，因此提高了四氯化钛的水解率。
本发明生产工艺简单，通过加入添加剂，使得四氯化钛的水解速度加快，并且让其水解产物——偏钛酸凝胶颗粒分散的非常均匀，同时本发明在煅烧时又优选合适的温度，因此生产出来的二氧化钛粉体很松散、不团聚，并且白度好、活性高。在电镜下显示，其性貌完整，颗粒小，粒径为50-100nm，并且分散性好，没有团聚现象。
附图说明
图1是本发明方法制备的二氧化钛粉体的电镜照片；
图2是本发明方法制备的二氧化钛粉体的电镜照片；
图3是对比例制备的二氧化钛粉体的电镜照片。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：将1mol四氯化钛缓慢加入至2升去离子水中水解，控制水解温度低于60℃，然后加离子水配制，得到0.25mol/L的二氯氧钛溶液，在连续搅拌的条件下，向二氯氧钛溶液中加入该溶液总重2‰的添加剂，该添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇按1∶1比例混合的混合物；然后以梯度升温方式将溶液温度逐步升温至100℃，水解4小时后，得到偏钛酸凝胶，然后将其放入压滤机进行压滤，将压滤得到的偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，控制煅烧温度为750℃，恒温煅烧4小时后取出，经过粉碎，并过60目以上筛网，便得到二氧化钛粉体。
在20000倍扫描电子显微镜镜(SEM)下显示，其粉体形貌为类球型，粒径在50-80nm之间，并且分散性好，没有团聚现象，该粉体的扫描电镜照片如图1所示。
实施例2：将1mol四氯化钛缓慢加入至2升去离子水中水解，控制水解温度低于60℃，然后加离子水配制，得到0.4mol/L的二氯氧钛溶液，在连续搅拌的条件下，向二氯氧钛溶液中加入该溶液总重3‰的添加剂，该添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇按1∶1.3比例混合的混合物；然后以梯度升温方式将溶液温度逐步升温至100℃，水解2小时后，得到偏钛酸凝胶，然后将其放入压滤机进行压滤，将压滤得到的偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，控制煅烧温度为850℃，恒温煅烧2小时后取出，经过粉碎，并过60目以上筛网，便得到二氧化钛粉体。
在20000倍扫描电子显微镜镜(SEM)下显示，其粉体形貌为类球型，粒径在60-90nm之间，并且分散性好，没有团聚现象，该粉体的扫描电镜照片如图2所示。
实施例3：将1mol四氯化钛缓慢加入至2升去离子水中水解，控制水解温度低于60℃，然后加离子水配制，得到0.32mol/L的二氯氧钛溶液，在连续搅拌的条件下，向二氯氧钛溶液中加入该溶液总重2‰的添加剂，该添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇按1∶1.5比例混合的混合物；然后以梯度升温方式将溶液温度逐步升温至100℃，水解3小时后，得到偏钛酸凝胶，然后将其放入压滤机进行压滤，将压滤得到的偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，控制煅烧温度为900℃，恒温煅烧3小时后取出，经过粉碎，并过60目以上筛网，便得到二氧化钛粉体。
在20000倍扫描电子显微镜镜(SEM)下显示，该粉体形貌为类球型，粒径在70-100nm之间，并且分散性好，没有团聚现象。
对比例1：将1mol四氯化钛倒入1.5升去离子水中水解，控制水解温度低于60℃，然后加离子水配制，得到0.5mol/L的二氯氧钛溶液，然后升温至100℃，恒温水解3小时后，得到偏钛酸凝胶，然后将其放入压滤机压滤；将压滤得到的偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，控制煅烧温度为900℃，恒温煅烧5小时后取出，经过粉碎，并过60目以上筛网，便得到二氧化钛粉体。
在20000倍扫描电子显微镜镜(SEM)下显示，其粉体形貌不完整，颗粒大且团聚很严重，该粉体的扫描电镜照片如图3所示。
Claims (1)
1.一种高纯超细二氧化钛的制备方法，其特征是在所述方法包括以下步骤：
a.将四氯化钛缓慢加入至去离子水中溶解，控制溶解温度低于60℃，然后加去离子水配制，得到0.25-0.4mol/L的二氯氧钛溶液；在连续搅拌的条件下，向二氯氧钛溶液中加入该溶液总质量2-3‰的添加剂，所述添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇的混合物，其混合比例为1∶1-1.5，再逐渐升温至100℃，以5-8℃为一个单位，每升一个单位温度就恒温保持一段时间，其中60℃时保持15-30min，68℃时保持15-30min，76℃时保持15-30min，82℃时保持15-30min，88℃时保持15-30min，95℃时保持15-30min，100℃时保持30-60min，水解2-4小时后，得到偏钛酸凝胶，然后将其置入压滤机压滤得到偏钛酸滤饼；
b.将偏钛酸滤饼放入窖炉内煅烧，控制煅烧温度为750-900℃，恒温煅烧2-4小时后，取出后经过粉碎，过60目以上筛网，便得到二氧化钛粉体。
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