CN104828859A - 一种超均匀的亚微米β-Li2TiO3粉体的亚临界制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，1)按照Li﹕Ti的摩尔比为(1.85～2.25)﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，然后向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1～2mol/L；2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100～350℃下充分反应；3)将高压容器置于烘箱中，经干燥得到β-Li₂TiO₃粉体；4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。本发明提供的粉体制备方法操作简单，制得的β-Li₂TiO₃粉体原子有序化程度高，且粉体均匀性很好。

Description

一种超均匀的亚微米β-Li2TiO3粉体的亚临界制备方法

技术领域

本发明属于属于亚临界水热化学制备功能超细粉体领域，具体涉及一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法。

背景技术

偏钛酸锂(β-Li₂TiO₃)作为最具潜力的固态氚增殖剂材料之一，受到广泛关注。β-Li₂TiO₃粉体的超均匀性有益于其氚释放性能，故旨在制备超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体。目前制备亚微米级β-Li₂TiO₃粉体的方法有固相法、湿化学法等。固相法制得的粉体结晶性能较差。一般湿化学法需要后期煅烧，制得的粉体超胞发育较差。如中国专利公告CN103803642A报道了一种纳米八面体状Li₂TiO₃的制备方法。该方法以TiO₂粉体与KOH溶液混合、反应，将所得的产物分散于LiOH溶液中得到白色沉淀，沉淀后经离心干燥、煅烧制得纳米八面体状Li₂TiO₃。此方法引入了K⁺杂质，且需后期煅烧制粉，破坏β-Li₂TiO₃超胞结构、粉体均匀性差且制备周期长、操作较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供的粉体制备方法操作简单，制得的β-Li₂TiO₃粉体原子有序化程度高，且粉体均匀性很好。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为(1.85～2.25)﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，然后向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1～2mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100～350℃下充分反应；

3)将高压容器置于烘箱中，经干燥得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

进一步地，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa。

进一步地，步骤1)中按照蒸馏水占高压容器容积为20％～80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水。

进一步地，步骤2)中的反应时间为5～20h。

进一步地，步骤3)中干燥温度为50～80℃，干燥时间为8～12h。

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为1.90﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为50％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为1mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于250℃下反应5h；

3)将高压容器置于烘箱中，经80℃干燥10h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2.15﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为40％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.5mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于300℃下反应6h；

3)将高压容器置于烘箱中，经60℃干燥12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为1.85﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为20％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为2mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100℃下反应20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经50℃干燥12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2.25﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于350℃下反应15h；

3)将高压容器置于烘箱中，经80℃干燥8h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为60％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为1.5mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于200℃下反应20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经70℃干燥10h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

利用本发明方法制备的β-Li₂TiO₃粉体，粒径为亚微米级、分布超均匀且晶体结晶性能较好。本发明制备的β-Li₂TiO₃粉体，在亚临界水热状态下，由于LiOH能够在亚临界条件下，有效侵入TiO₂晶格，经历溶解-沉淀传质过程，使得结晶性能发育良好，且颗粒粒径分布较窄，颗粒尺寸范围在110～180nm。通过调节简单工艺参数，能够有效控制中值粒径和粒径分布范围。本发明制备的β-Li₂TiO₃粉体不需后期高温煅烧，制备周期时间短，易于快速制粉。

附图说明

图1本发明实施例1制得的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的XRD图；

图2本发明实施例4制得的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的FE-SEM扫描图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为(1.85～2.25)﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器(材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa)中，然后按照蒸馏水占高压容器容积为20％～80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1～2mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100～350℃下反应5～20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经50～80℃干燥8～12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为1.90﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器(材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa)中，然后按照蒸馏水占高压容器容积为50％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为1mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于250℃下反应5h；

3)将高压容器置于烘箱中，经80℃干燥10h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

图1为本实施例制得的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的XRD图，从图中可以看出：结构中LiTi₂层的发育良好，表明Li离子已经有效进入晶格。

实施例2

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2.15﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器(材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa)中，然后按照蒸馏水占高压容器容积为40％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.5mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于300℃下反应6h；

3)将高压容器置于烘箱中，经60℃干燥12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

实施例3

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为1.85﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器(材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa)中，然后按照蒸馏水占高压容器容积为20％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为2mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100℃下反应20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经50℃干燥12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

实施例4

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2.25﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器(材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa)中，然后按照蒸馏水占高压容器容积为80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于350℃下反应15h；

3)将高压容器置于烘箱中，经80℃干燥8h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

图2为本实施例制得的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的FE-SEM扫描图，从图中可以看出，该实施例制备的亚微米颗粒分布均匀，颗粒尺寸范围在110～180nm，颗粒中直径约为145nm。

实施例5

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器(材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa)中，然后按照蒸馏水占高压容器容积为60％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为1.5mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于200℃下反应20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经70℃干燥10h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

Claims (10)

1.一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为(1.85～2.25)﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，然后向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1～2mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100～350℃下充分反应；

3)将高压容器置于烘箱中，经干燥得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

2.根据权利要求1所述的一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa。

3.根据权利要求1所述的一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，步骤1)中按照蒸馏水占高压容器容积为20％～80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水。

4.根据权利要求1所述的一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，步骤2)中的反应时间为5～20h。

5.根据权利要求1所述的一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，步骤3)中干燥温度为50～80℃，干燥时间为8～12h。

6.一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为1.90﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为50％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为1mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于250℃下反应5h；

3)将高压容器置于烘箱中，经80℃干燥10h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

7.一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2.15﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为40％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.5mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于300℃下反应6h；

3)将高压容器置于烘箱中，经60℃干燥12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

8.一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为1.85﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为20％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为2mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于100℃下反应20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经50℃干燥12h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

9.一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2.25﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于350℃下反应15h；

3)将高压容器置于烘箱中，经80℃干燥8h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。

10.一种超均匀的亚微米β-Li₂TiO₃粉体的亚临界制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为2﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，所述的高压容器材料为哈氏合金，压力范围为50～200MPa，然后按照蒸馏水占高压容器容积为60％的体积比向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为1.5mol/L；

2)将高压容器置于高温干燥箱中，于200℃下反应20h；

3)将高压容器置于烘箱中，经70℃干燥10h得到β-Li₂TiO₃粉体；

4)将步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体研磨均匀，即得到亚微米级β-Li₂TiO₃粉体。