CN110028108A - 一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺 - Google Patents

一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备钛酸盐功能材料的方法，所述方法包括：将水洗好的硫酸法钛白粉生产的中间体水合二氧化钛中制成一定浓度的浆料，往其中加入碱性溶液控制PH至8.0～11.0，熟化2～6h后,往浆料中加入酸性溶液调节PH至4.0～7.0，使水合二氧化钛形成均匀的纳米结构，再往浆料中加入微米级的需掺杂金属的氧化物或者盐不溶物，搅拌0.5～1h混合均匀后抽滤，对滤饼进行水洗，将水洗好的滤饼高温煅烧即可得到所需产品MTiO3粗品，再经过粉碎即可得到所需的钛酸盐功能材料。本工艺合成方法简单，可快速实现产业化，而且本发明也是一种通用性的合成方法，可根据需要可以加入一种或多种金属元素进行掺杂，进而使目标产物具有更大的应用价值。

Description

一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺
技术领域
本发明涉及粉体功能材料领域，具体的，涉及钛酸盐功能材料的制备工艺。
背景技术
钛酸盐由于具有优异的化学性能、电学性能和光学性能，纳米钛酸盐粉体的制备研究已成为纳米科技领域的一个研究热点。例如具有钙钛矿结构的钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙等钛酸盐都有很高的熔点，耐热性好。钛酸铝具有良好的抗热冲击性，非常低的热膨胀系数和高的熔点，是一种理想的隔热材料。
大多数钛酸盐材料都属于绝缘体，但在外电场的作用下晶体内部可出现电极化现象，因此它们也是一种性能优异的介电体。例如钛酸铋具有低的介电常数、低的介电损耗、居里温度高(675℃)和无铅污染等优点，有望成为新一代具有压电性的“绿色”功能材料。利用钛酸盐材料储存电荷的能力可用来制备电容器，长期以来，钛酸钡一直是国际电工协会标准中高介系列和低电容温度系数系列陶瓷电容器的主流介质材料。
具有钙钛结构的钛酸盐(ABO3)不仅具有光催化性能,还有催化氧化性能。例如利用BaTiO3高介电常数的铁电体作催化剂，对空气中的有机废气二氯甲烷进行治理。有些过渡金属钛酸盐如钛酸钴、钛酸镍等由于其本身的独特结构显示一定的颜色，因此可用作涂层材料的调色剂。这种颜料的化学惰性大，能耐酸耐碱，耐光性很强，耐候性也非常好，以及有很高的耐热性，近年来备受人们关注。钛酸锶色散和折射指数很高，几乎与宝石接近，因而可用来制造人造宝石。最近发现钛酸钡(ε＝55)和钛酸铅(ε＝100)在交流电作用下可产生电致发光效应,这一性质的发现为钛酸盐功能材料性能增添新的内容。
纳米颗粒的合成方法主要包括沉淀法、溶胶－凝胶法、水热法等。这些方法要么需要高温处理而使纳米颗粒长大和形成硬团聚，要么工艺设备复杂而影响其实用化。目前比较成熟的钛酸钡纳米粉体工业化方法是水热法，合成过程需要高温高压，设备需要高压容器，对设备腐蚀大，造成环境污染。可见，目前制备钛酸盐过程中对原料要求高、工艺复杂、有环境污染的不足，急需研制出一种简便易行且产品质量稳定可控的生产方法。
发明内容
本发明的目的是，是为了提供一种钛酸盐功能材料制备工艺，该方法解决的技术问题是利用纳米级水合二氧化钛的高反应活性的特点，实现物料之间是分子级别的混合，以达到生产质量稳定可控的钛酸盐制备工艺。
本发明提供的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，包括下述步骤：
a、以55～70℃去离子对水合二氧化钛浆料进行水洗，水洗合格的判定指标为水洗废水中的铁含量(以Fe2O3计)控制在小于10mg/L；
b、以TiO2计，将水洗好的水合二氧化钛制成300～400g/L的浆料，并将浆料加热至45～75℃；
c、往浆料中加入碱性溶液，控制PH至8.0～11.0，熟化2～6h后,往浆料中加入酸性溶液调节PH至4.0～7.0，使水合二氧化钛形成均匀的纳米结构；
d、往步骤c处理后浆料中加入一定比例的微米级的需掺杂金属M的氧化物或者盐不溶物，搅拌0.5～1h混合均匀后抽滤，对滤饼进行水洗，洗至洗涤液电导率≤100μs/cm；
e、将水洗好的滤饼高温煅烧，即可得到所需产品MTiO3粗品，最高煅烧温度控制在600～1000℃。
f、将煅烧品用粉碎机粉碎，控制粉碎细度，即可得到所需的粉状钛酸盐功能材料。
其中，步骤b中，所述的水合二氧化钛纳米化的温度优选为50～65℃。
步骤c中，所述的碱性溶液为碱性氢氧化物溶液、碱式碳酸盐溶液、碱式碳酸氢盐溶液、氨水中的一种或几种的混合，且浓度不能高于50％。所述的碱的加入量是通过PH值控制，且PH值在8.0～11.0之间。所述的酸性溶液为盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液中的一种或几种的混合。所述的酸的加入量是通过PH值控制，且PH值在4.0～7.0之间。
步骤d中,所述的掺杂金属M的氧化物或者盐不溶物，其有效成分的质量分数不得小于99％，且筛余物的质量分数，25μm不得大于0.01％。所述的对滤饼进行水洗，控制洗涤液电导率≤50μs/cm。所述掺杂金属M为Li、K、Na、Rb、Mg、Ca、Ba、Co、Cu、Fe、Ni、Cr、Pb、Zn、Mn、Sn、Si、La、Al等。本发明所述的制备工艺适用范围并不局限于上述金属元素。
步骤e中,所述的滤饼煅烧温度为800～1000℃。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过对水合二氧化钛进行碱性酸性处理，通过使用碱性物质将水合二氧化钛pH调节至一定的碱性范围，能够中和所有的吸附硫酸并脱除结合硫酸。在加碱过程中将温度控制在一定范围内，既可以降低能耗，也可以提高脱除结合硫的效率；碱性处理后再进行酸性处理，将pH调至酸性，一方面防止了阳离子被水合二氧化钛吸附，另一方面在此pH范围下水合二氧化钛更容易水洗。通过该除杂处理的水合二氧化钛保留了较大的比表面积，活性强，并且纯度高。
2.先通过对水合二氧化钛进行除杂，再对其进行处理形成高活性的纳米结构，再加入需掺杂的金属元素，实现物料之间是分子级别的混合，使得钛酸盐的粒径成长可控，可使得产品具有更广泛的适用性。
3.本发明工艺简单，操作方便，成本低廉。
附图说明
附图1是实施例1和市售产品的反射率曲线对比图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，下面结合具体实例，以氧化钴CoO为原料，制备钛酸钴CoTiO3对本发明进行进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
取硫酸法钛白生产工艺制备的水解产物水合二氧化钛，以55℃去离子水对水合二氧化钛进行水洗，洗至洗涤液中铁含量(以Fe2O3计)为10mg/L；将水洗好的水合二氧化钛加去离子水制成浓度为300g/L的浆料(以TiO2计)；往浆料中滴加氢氧化钠溶液至浆料PH值为8.0；熟化6h后，再用盐酸溶液调节浆料PH值至7.0，使水合二氧化钛形成均匀的纳米结构；以占待处理浆料中所含TiO2量的质量分数计，加入一定比例的微米级氧化钴后，搅拌0.5小时，混合均匀后将浆料抽滤，并对滤饼进行水洗，洗至洗涤液电导为100μs/cm；滤饼压干水分进行煅烧，煅烧温度控制在1000℃；将煅烧品用机械粉碎机进行粉碎，控制粉碎细度即得钛酸钴产品，煅烧品中尖晶石型含量为99.3％。
实施例2：
取硫酸法钛白生产工艺制备的水解产物水合二氧化钛，以75℃去离子水对水合二氧化钛进行水洗，洗至洗涤液中铁含量(以Fe2O3计)为7mg/L；将水洗好的水合二氧化钛加去离子水制成浓度为400g/L的浆料(以TiO2计)；往浆料中滴加氢氧化钠溶液至浆料PH值为11.0；熟化4h后，再用盐酸溶液调节浆料PH值至4.0，使水合二氧化钛形成均匀的纳米结构；以占待处理浆料中所含TiO2量的质量分数计，加入一定比例的微米级氧化钴后，搅拌1小时，混合均匀后将浆料抽滤，并对滤饼进行水洗，洗至洗涤液电导为80μs/cm；滤饼压干水分进行煅烧，最高煅烧温度控制在800℃；将煅烧品用机械粉碎机进行粉碎，控制粉碎细度即得钛酸钴产品，煅烧品中尖晶石型含量为98.8％。
实施例3：
取硫酸法钛白生产工艺制备的水解产物水合二氧化钛，以65℃去离子水对水合二氧化钛进行水洗，洗至洗涤液中铁含量(以Fe2O3计)为6mg/L；将水洗好的水合二氧化钛加去离子水制成浓度为300g/L的浆料(以TiO2计)；往浆料中滴加氢氧化钠溶液至浆料PH值为10.0；熟化2h后，再用盐酸溶液调节浆料PH值至5.0，使水合二氧化钛形成均匀的纳米结构；以占待处理浆料中所含TiO2量的质量分数计，加入一定比例的微米级氧化钴后，搅拌1小时，混合均匀后将浆料抽滤，并对滤饼进行水洗，洗至洗涤液电导为70μs/cm；滤饼压干水分进行煅烧，最高煅烧温度控制在900℃；将煅烧品用机械粉碎机进行粉碎，控制粉碎细度即得钛酸钴产品，煅烧品中尖晶石型含量为99.0％。
对实施例的钛酸钴产品进行检测，其中的R％为XRD检测结果，粒径为激光粒度仪检测结果，反射率曲线为安捷伦cary5000检测结果，所得检测数据：
表1：实施例产品检测数据:
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (10)

1.一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、以55～75℃去离子对水合二氧化钛浆料进行水洗，水洗合格的判定指标为水洗废水中的铁含量以Fe2O3计控制在小于10mg/L；
b、以TiO2计，将水洗好的水合二氧化钛制成300～400g/L的浆料，并将浆料加热至45～75℃；
c、往浆料中加入碱性溶液，控制PH至8.0～11.0，熟化2～6h后,往浆料中加入酸性溶液调节PH至4.0～7.0，使水合二氧化钛形成均匀的纳米结构；
d、往步骤c处理后的浆料中加入微米级的需掺杂金属M的氧化物或者盐不溶物，搅拌0.5～1h混合均匀后抽滤，对滤饼进行水洗，洗至洗涤液电导率≤100μs/cm；
e、将水洗好的滤饼高温煅烧，即可得到所需产品nMOX·TiO2粗品，其中，X＝0.5,1,1.5或2，煅烧温度控制在600～1000℃；
f、将煅烧品用粉碎机粉碎，控制粉碎细度，即可得到所需的粉状钛酸盐功能材料。。
2.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤b中，所述的水合二氧化钛纳米化的温度为50～65℃。
3.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤c中，所述的碱性溶液为碱性氢氧化物溶液、碱式碳酸盐溶液、碱式碳酸氢盐溶液、氨水中的一种或几种的混合，且浓度不能高于50％。
4.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤c中，所述的碱的加入量是通过PH值控制，且PH值在8.0～11.0之间。
5.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤c中，所述的酸性溶液为盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤c中，所述的酸的加入量是通过PH值控制，且PH值在4.0～7.0之间。
7.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤d中,所述的掺杂金属M的氧化物或者盐不溶物，其有效成分的质量分数不得小于99％，且筛余物的质量分数，25μm不得大于0.01％。
8.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤d中,所述的对滤饼进行水洗，控制洗涤液电导率≤50μs/cm。
9.根据权利要求1所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，步骤e中,所述的滤饼煅烧温度为800～1000℃。
10.根据权利要求7所述的一种新型的钛酸盐功能材料制备工艺，其特征在于，所述掺杂金属M为Li、K、Na、Rb、Mg、Ca、Ba、Co、Cu、Fe、Ni、Cr、Pb、Zn、Mn、Sn、Si、La、Al。
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