KR100545568B1 - 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 저온균일침전법에 의한 산성의 침전체를 요소(Urea)로 간접 중화시켜 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말을 제조할 수 있는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 사염화티탄 원액에 증류수를 첨가하여 티타닐클로라이드 수용액과 요소 수용액을 준비하는 단계; 상기 티타닐클로라이드 수용액을 침전 반응시켜서 침전물과 용액을 얻는 침전 반응 단계; 상기 침전물과 용액 중 적어도 하나에 상기 요소 수용액을 혼합시켜, 상기 요소 수용액이 분해되어 생성되는 암모니아가 염소 이온을 중화시켜 중성의 이산화티탄을 생성시켜 주는 중화 반응 단계; 수세 및 여과후 건조하는 단계로 이루어진다.
저온균일침전법, 간접중화법, 이산화티탄, 광촉매제
Description
본 발명은 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화티탄 분말 제조를 위하여 저온균일침전법에 의하여 침전된 산성의 침전체를 요소(Urea)로 간접 중화시켜 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광촉매로 사용되는 이산화티탄(TiO2)의 제조법은 알콕사이드를 주원료로 하는 졸겔법(sol-gel method), 사염화티탄(TiCl4)이 주원료로 쓰이는 염소법, 그리고 TiOSO4를 주원료로 하는 황산법의 3가지로 대별할 수 있다.
상기 졸겔법은 사용되는 원료가 고가이고 공정이 매우 복잡하고 변수들이 많아 제조 단가가 높다는 단점이 있다.
염소법은 Ti 원석에 염소 가스를 이용하여 고온에서 반응시킴으로서 사염화티탄을 얻은 것으로, 이 것을 고온에서 산화시킴으로써 이산화티탄을 제조한다. 그 러나, 이 공정은 고온 고압에서 반응이 이루어지기 때문에 특별한 장치가 필요하며 취급물질인 염소 가스가 위험하다는 문제점을 안고 있다.
한편, 황산법은 일메나이트광을 진한 황산에 녹여 철분을 황산철(FeSO4)로 분리함으로써 얻어진 황산티탄(TiOSO4)을 더욱 가수분해하면 함수이산화티탄이 된다. 이 것을 산소분위기에서 가열하면 이산화티탄이 생성된다. 그러나, 황산법은 오랜 역사를 가지고 있으며 제조공정기술도 안정화단계에 있으나 광활성이 좋지 않고 색상이 쉽게 변색되는 이산화티탄을 얻는다는 단점이 있다.
한편, 대한민국 등록번호 제277164호와 대한민국 등록번호 제285210호에서 사용된 저온균일침전법은 타 공정에 비해 공정이 간단하고 제조단가가 매우 싸다는 장점 외에 심지어 상온에서 결정상을 직접 얻을 수 있으므로 부가적인 열처리 공정이 없이 루틸상인 이산화티탄 분말을 제조할 수 있다. 그러나, 반응시킨 후 강산성의 이산화티탄 침전체를 세척 또는 중화시킬 때 발생되는 급격한 중화 현상에 의해 해교 현상이 쉽게 발생하는는 문제점이 있어서 대량생산공정으로의 적용에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 기존의 저온균일침전법으로 이산화티탄 분말을 제조할 때 중화제로 사용되는 암모니아수 또는 수산화나트륨 수용액 대신에 값싸고 다루기 쉬운 요소(Urea) 수용액을 사용함으로써 완만한 중화반응을 일으켜 해교 현상을 억제하고 비표면적 을 향상시킴으로써 광활성이 우수한 아나타제상 또는 루틸상의 이산화티탄 광촉매 분말을 제조할 수 있는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (a) 사염화티탄 원액에 증류수를 첨가하여 티타닐클로라이드 수용액과 요소 수용액을 준비하는 단계; (b) 상기 티타닐클로라이드 수용액을 침전 반응시켜서 침전물과 용액을 얻는 단계; (c) 상기 침전물과 용액 중 적어도 하나에 상기 요소 수용액을 혼합시켜, 상기 요소 수용액이 분해되어 생성되는 암모니아가 염소 이온을 중화시켜 중성의 이산화티탄을 생성시켜 주는 단계; (d) 수세 및 여과후 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계는 사염화티탄에 증류수를 첨가하여 Ti4+ 이온의 농도가 1.5몰 이상인 고농도 티타닐클로라이드 수용액을 얻는 단계; 상기 고농도 티타닐클로라이드 수용액에 증류수를 첨가하여 Ti4+ 이온의 농도가 0.2∼1.2몰이 되도록 희석하여 저농도 티타닐클로라이드 수용액을 얻는 단계로 이루어진다.
상기 저농도 티타닐클로라이드 수용액의 농도가 0.2몰보다 낮을 경우에는 침전물이 비정질이 되거나 결정성이 매우 약하게 되며, 농도가 1.2몰보다 높을 경우에는 침전 반응의 수득률이 너무 적어지기 때문에 0.2∼1.2몰로 한정하였다.
상기 요소 수용액은 상기 침전물 및 용액에 포함된 사염화티탄의 전체 몰수 에 대하여 2∼3배 몰의 요소 분자를 포함하는 요소 수용액이며, 상기 티타닐클로라이드 수용액에 혼합한 상태에서 80∼120℃의 온도로 가열하여 30분 이내 시간 동안 유지하면, 상기 티타닐클로라이드 수용액과 혼합된 상기 요소 수용액은 암모니아(NH3)를 생성시키고, 상기 암모니아는 티타닐클로라이드 수용액 중의 염소 이온과 반응하여 중성 상태의 이산화티탄을 생성시켜 준다.
상기 요소 수용액 중의 요소가 분해되기 시작하는 온도는 80℃이며, 온도가 올라갈수록 분해되는 시간이 단축되나 120℃이상이 되면 CO2가스 발생량이 급격하게 증가되어 반응 용기 내의 압력이 크게 증가하여 폭발할 우려가 있으므로 바람직하게는 80℃ 온도에서 약 30분 정도 유지하는 것이 좋다.
그리고, 상기 요소 수용액 중의 요소 분자 농도가 사염화티탄의 전체 몰수에 대하여 너무 낮으면 중화 반응 도중에 분해되는 암모니아의 양이 충분하지 않아 중화 반응이 너무 느리게 진행되거나 그대로 산성 산성 상태로 남고, 너무 높으면 암모니아의 양이 너무 많이 발생되어 완만한 중화 반응을 유도할 수 없기 때문에 2∼3배 정도로 하는 것이 좋다.
상기 (c) 단계는 개방 용기와 밀폐 용기 중 어느 한 용기 내에서 이루어진다.
상기 (b) 단계의 침전 반응 단계 또는 상기 (c) 단계의 중화 반응 단계는, 침전 반응이 15∼70℃의 온도에서 진행되면 루틸상의 이산화티탄이 형성되고, 침전 반응이 70∼155℃의 밀폐 용기에서 중화 대상이 상기 침전물인 경우에 루틸상의 이 산화티탄이 형성되고, 침전 반응이 70∼155℃의 밀폐 용기에서 중화 대상이 상기 침전물과 용액인 경우에 루틸상과 아나타제상이 혼재된 이산화티탄이 형성되고, 침전 반응이 70∼155℃의 개방 용기에서 진행되면 아나타제상의 이산화티탄이 형성된다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 우선, 사염화티탄 원액에 증류수를 얼린 얼음 또는 얼음물을 첨가하여 1.5M 이상의 티타닐클로라이드 수용액을 제조하는 단계(제 1단계), 티타닐클로라이드 수용액에 다시 증류수를 첨가하여 일정농도로 희석하는 단계(제 2단계), 희석된 티타닐클로라이드 수용액을 15∼150℃의 온도범위로 승온 유지시켜 이산화티탄 침전체를 희석하는 단계(제 3단계), 이산화티탄 침전체를 증류수 및 중화제로 여과, 수세 및 건조 하는 단계(제 4단계)로 이루어지는 결정성 이산화티탄 초미립 단분산구 분말의 제조방법을 제공한다.
상기방법으로 제조된 강산성의 미세한 이산화티탄 침전체의 해교 현상을 억제하면서 여과하기 위해서는 여과액의 pH를 침전용액 상태에서부터 중성 상태까지 점차로 증가시켜 여과해야 한다.
그러나 이 방법은 이산화티탄 침전체 자체가 겪는 급격한 pH 변화를 정확하게 제어하지 못하므로 결국에는 해교가 일어나는 단점이 있으며, 이러한 현상이 기존의 저온균일침전법에서 나타났고 이는 대량생산공정 적용에 심각한 문제점이 되었다.
대한민국 등록번호 제277164호에서는 여과 시 이산화티탄 침전체의 해교 현 상을 막기 위해 40℃ 이상으로 가열한 따뜻한 증류수를 이용하는 세척방법을 제시하였다. 그런데 따뜻한 증류수를 사용한다 하더라도 이미 생성된 이산화티탄 침전체가 원래부터 완전한 구형이 아닌 부정형으로 형성된 경우에는 여과 및 세척시 해교 현상이 쉽게 발생한다. 그래서 이를 해결하기 위해 대한민국 등록번호 제285210호에서는 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl)들과 같은 0.1M 이상의 알칼리 할라이드 수용액을 사용하여 이산화티탄 침전체를 여과하는 방법을 사용하였다. 이 방법을 이용하여 이산화티탄 침전체를 여과 및 세척하면 침전체의 해교 현상이 전혀 일어나지 않았으나 침전물을 중성 상태로 제조할 때 상당량의 알칼리 할라이드 수용액으로 여과 및 세척을 해야하며 pH를 변화시킬 수 없었고 또한 이산화티탄 표면에 Na+, K+ 이온이 흡착하여 광촉매의 성능이 감소되는 단점이 있었다.
그래서 암모니아 또는 수산화나트륨 수용액을 침전체에 첨가하여 중성 상태로 만들고 염소이온(Cl-)을 세척하는 방법을 사용하였다. 중화반응 중에 이산화티탄 주위에 있는 염소이온과 암모니아 또는 수산화나트륨 수용액이 결합하면서 중화되어 염화암모늄 또는 염화나트륨을 생성하여 균질한 이산화티탄을 제조 할 수 있었다. 중화반응용 암모니아 또는 수산화나트륨 수용액을 사용하는 경우 이산화티탄 입자주변에서 pH 변화가 급격하게 일어나고 전체적으로도 세척 및 중화하는 단계에서 pH 변화를 정확하게 제어하지 못해서 pH 2∼4에서 해교 현상이 나타나는 것이 확인되었으며, 특히, 수산화나트륨으로 중화를 시켰을 경우 분말을 응집시킴으로써 세척을 쉽게 할 수 있었으나, 대한민국 등록번호 제285210호와 마찬가지로 TiO2 표 면에 Na+이온이 흡착하여 광촉매의 특성이 감소되는 단점이 나타났다.
따라서, 본 발명은 아래와 같은 과정을 통하여 중화 과정을 완만하게 진행시켰다. 즉, 저온균일침전법에 의해 TiO2를 침전시키고 요소 수용액을 이용한 중화시키는 과정들에 대한 반응식들이다.
HCNO +H2O → NH3(aq) + CO2(aq)
상기 반응식 1, 2는 저온균일침전법에 따른 과정에서 발생되는 반응 과정을 정리한 것이다.
즉, 상기 반응식 1 및 2는 사염화티탄 원액에 증류수를 얼린 얼음 또는 얼음물을 첨가하여 1.5M 이상의 고농도 티타닐클로라이드 수용액을 제조한다. 그리고, 고농도 티타닐클로라이드 수용액에 다시 증류수를 첨가하여 0.67M의 저농도 티타닐 클로라이드 수용액을 준비한다. 상기 저농도 티타닐클로라이드 수용액을 15∼150℃의 온도범위로 승온 유지시켜 이산화티탄 침전체를 희석하는 과정을 포함한다.
상기 반응식 1, 2에 의해 제조된 미세한 이산화티탄 침전체에 요소 수용액을 첨가하여 요소를 분해(반응식 3)시켜 수용액 내에 균질하게 분포된 암모니아수를 제공함으로써 이산화티탄 주위에 암모니아(NH3)가 염소 이온(Cl-)과 결합하여 염화암모늄(NH4Cl)이 생성되면서 균질하고 중성 상태인 이산화티탄을 생성한다.
이 과정에서 pH 변화가 완만하게 제어되므로 이산화티탄 침전체의 해교를 일으키는 단점을 해소시킬 수 있는 것이다.
다시 말하면, 기존과 같이 이산화티탄 침전체에 암모니아 수용액이나 수산화나트륨 수용액을 첨가하는 것이 아니라, 이산화티탄 침전체에 요소 수용액을 첨가한 상태에서 상기 요소 수용액이 시간이 진행됨에 따라 완만한 속도로 암모니아 성분으로 변환되고, 이 암모니아 성분이 염소 이온과 결합하여 염화암모늄이 생성되기 때문에 기존과 같이 중화 반응이 급격하게 진행되지 않아 해교 현상이 억제되는 것이다.
또한, 이 과정에서 이산화티탄 표면에 Na+ 이온이 흡착되는 것을 막을 수 있었다. 이 때, 상기 반응식 3 즉, 요소 수용액에서 암모니아 성분이 분리되도록 하기 위해서는 80℃의 온도로 가열하여 30분 이상 유지하는 과정이 필요하다.
만약에 110℃ 이상으로 급격하게 가열하면 암모니아 성분의 생성이 급격하게 진행되어 암모니아와 이산화탄소 성분이 급격하게 발생되어 오히려 분말을 거칠게 하므로 주의해야 한다.
그리고, 정확한 중화가 일어나도록 하기 위해서는 TiCl4의 몰 양에 비해 2∼3배의 요소의 사용이 적당하다. 요소를 과량 사용하였을 경우에는 분해된 암모니아의 양이 많아져 강알카리 용액으로 변화되고, 이는 이산화티탄 분말을 거칠게 하는 부작용을 초래한다.
또, 요소의 분해를 빠르게 하기 위해 밀폐된 용기를 이용해 120℃ 이상의 고온으로 가열하면 오히려 분해 반응이 억제되므로 주의해야 한다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 기술하고자 하며, 본 발명을 이에 국한시키고자 하는 것이 아니다.
1. 제 1실시예
사염화티탄을 0℃이하로 유지되는 반응 용기에 증류수를 얼린 얼음 또는 얼음물을 떨어뜨려 불안정한 노란색의 수산화물을 제조하였다. 그리고 여기에 증류수를 첨가하여 Ti4+ 이온의 농도가 1.5M 이상인 고농도 티타닐클로라이드 수용액을 제조하였다. 이 티타닐클로라이드 수용액에서 가수분해가 빨리 일어나기 위해 Ti4+ 이온의 농도가 0.67M이 되도록 희석하여 저농도 티타닐클로라이드 수용액을 제조하였다(반응식 1과 반응식 2의 과정).
그리고, 상기 티타닐클로라이드 수용액을 2단계로 제조하는 이유는 다음과 같다.
상기 반응식 1에 의해 생성되는 티타닐클로라이드는 사염화티타늄보다 물에 대해 상당히 안정하여, 반응이 끝난 후 안정화를 시키고 농도를 1.5M 이상으로 하면, 상온에서도 안정한 상태로 보관할 수 있다.
또한, 1.5 M 이상의 농도 조건만 조절하면 짧은 시간 내에서는 많은 물을 첨가하여도 투명한 상태를 그대로 유지한다. 즉, 물이 첨가되어 가수분해가 일어난다 하더라도 수산화물(Ti(OH)4)로의 가수분해 반응은 일어나지 않는다.
상기 고농도의 티타닐클로라이드 수용액에 다시 물을 가하여 티타늄 이온 농도 0.2∼1.2M인 저농도의 티타닐클로라이드 수용액을 제조하는데, 이렇게 희석된 티타닐클로라이드 수용액을 출발 물질로 사용하면 침전체 생성 반응이 민감하게 되어 반응의 수득률이 높아진다.
상기와 같이 준비된 저농도의 티타닐클로라이드 수용액을 반응용기(그 내부면이 테프론으로 형성되거나 테프론이 코팅된 반용 용기)에 넣어 15∼70℃의 온도(바람직하게는 65℃)로 승온시킨 후에 2∼4시간 유지시켜서 침전 반응에 의하여 생성된 용액과 침전체에(또는 용액 제거 후 침전체만) 요소 수용액을 상기 사염화티탄 양에 대해 2∼3배(몰)의 양으로 첨가하고, 20분 이상 교반 후, 100℃의 온도로 승온시키고 1시간동안 유지하였다.
그리고, 마지막으로 1.0㎛의 기공을 갖는 여과지에 증류수를 사용하여 여러 번 세척하고, 150℃ 이하에서 12시간 이상 건조시킴으로써 이산화티탄 분말을 얻었다.
이 때, 입자 크기가 약 0.3∼0.4㎛이고 평균크기가 0.38㎛인 구형태로서 비표면적이 약 190m2/g인 루틸상의 이산화티탄 분말을 얻었다. 또한 중화 반응 시 해교되는 현상이 나타나지 않았다.
2. 제 2실시예
상기 제 1실시예에서 제조한 Ti4+ 이온의 농도가 0.67M인 저농도 티타닐클로라이드를 제조하여 밀폐된 반응 용기에 넣어 70∼155℃의 온도(바람직하게는 100℃)로 승온시킨 4시간 동안 유지한 침전 반응에서 생성된 용액과 이산화티탄 침전체에 사염화티탄양의 2∼3배 정도되는 요소 수용액을 넣고 20분이상 교반 후 100℃의 온도로 승온시킨 후 1시간 동안 유지하였다.
그리고, 마지막으로 1.0㎛의 기공을 갖는 여과지에 증류수를 사용하여 여러 번 세척하였고, 150℃ 이하에서 12시간 이상 건조시켜 이산화티탄 분말을 얻었다.
이 때, 비표면적이 90m2/g 이하인 루틸상과 아나타제상이 혼합되어 있는 이산화티탄 분말을 얻었다.
또한, pH 0∼2인 강산성의 이산화티탄 침전체만을 사염화티탄양의 2∼3배(몰) 정도되는 요소 수용액을 넣고 20분 이상 교반 후 100℃의 온도로 승온시킨 후에 1시간동안 유지하였다. 그리고, 마지막으로 1.0㎛의 기공을 갖는 여과지와 증류수를 사용하여 여러 번 세척하였고, 150℃ 이하에서 12시간 이상 건조하였다. 이때, 비표면적이 160m2/g 이상인 루틸상의 이산화티탄 분말을 얻었다.
3. 제 3실시예
상기 제 2실시예에서 제조한 Ti4+ 이온의 농도가 0.67M인 저농도 티타닐클로라이드를 개방된 반응 용기에 넣어서 100℃의 온도로 단시간에 승온시켜 10분 이상 유지한 후에, 이산화티탄 침전체에 사염화티탄양의 2∼3배(몰) 정도되는 요소 수용액을 넣고 20분 이상 교반 후 100℃의 온도로 승온시켜서 1시간 동안 유지하였다.
그리고, 마지막으로 1.0㎛의 기공을 갖는 여과지에 증류수를 사용하여 여러 번 세척하였고 150℃ 이하에서 12시간 이상 건조시켜 이산화티탄 분말을 얻었다. 이 때, 비표면적이 110m2/g 이상인 아나타제상의 이산화티탄 분말을 얻었다.
여기서, 본 발명의 제 3실시예는 침전 반응 온도를 상대적으로 고온인 70∼150℃의 온도를 유지하는 개방 용기 내에서 침전 반응시키는 실시예인데, 100%의 아나타제상을 얻기 위해서는 침전 반응 온도를 10℃/분보다 빠르게 목표 온도에 도달할 수 있도록 단시간에 승온시키는 것이 중요하다.
상기와 같은 제 1∼3실시예별 결과를 표 1에 정리하였다.
| 침전 반응 온도 | 승온 조건 | 용기 상태 | 중화 대상 | 이산화 티탄상 (Phase) | 중화제별비표면적(m2/g) | ||
| 물 | NaOH 수용액 | 요소 수용액 | |||||
| 저온 (65℃) | 밀폐 | 침전물 (+ 용액) | 루틸 | < 180 | < 150 | > 190 | |
| 개방 | 루틸 | ||||||
| 고온 (100℃) | 밀폐 | 침전물 | 루틸 | < 100 | < 90 | > 160 | |
| 침전물 + 용액 | 아나타제 + 루틸 | ||||||
| 급가열 | 개방 | 아나타제 | < 90 | > 110 | |||
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 상기 티타닐클로라이드 수용액을 침전 반응시킬 때의 온도 조건을 상대적으로 저온인 15∼70℃로 할 때와 상대적으로 고온인 70∼155℃로 할 때로 구분하여 실시하였다.
그 결과, 저온에서 침전시킨 경우에는 이산화티탄이 루틸상으로 형성되었고, 고온의 밀폐된 용기에서 침전 반응시켰을 경우 루틸상이 형성되었으며, 고온의 개방된 용기에서 단시간에 급가열하여 침전시키면 아나타제상이 형성되었다.
또한, 표 1에서 보는 바와 같이 고온의 밀폐된 용기에서의 침전 반응은 강산성의 침전물만을 중화시킨 경우에는 100% 루틸상만이 존재하며, 강산성의 침전물과 강산성의 용액을 같이 중화시켰을 경우에는 아나타제상과 루틸상이 혼재되어 생성된다.
그리고, 저온에서는 용기의 밀폐 또는 개방 상태에 관계없이 이산화티탄의 구조가 루틸상으로 형성되었지만, 고온에서 침전 반응시킬 때에는 반응 용기의 구조를 개방 구조 또는 밀폐 구조로 하는가에 따라 형성되는 이산화티탄의 구조가 달라진다.
즉, 고온의 밀폐 용기 환경에서 침전물만을 중화하였을 경우에는 루틸상의 이산화티탄이 생성되며, 침전물과 용액을 같이 중화시켰을 경우 아나타제상과 루틸 상이 공존해서 생성되며, 고온의 개방 용기 환경에서 단시간에 급가열 하였을 경우에 100%의 아나타제상이 생성된다.
따라서, 침전 반응의 온도 조건과 반응 용기의 개폐 조건을 이용하여 이산화티탄의 형상을 원하는 형상으로 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 이산화티탄 분말은 제 1실시예에서 65℃ 침전 반응에서 95% 이상 이산화티탄 침전체를 생성시킬 수 있으므로 생성된 용액과 침전물을 요소 수용액으로 간접 중화 반응시켰을 때 루틸상의 이산화티탄 분말을 얻었을 수 있었다.
그리고, 제 2실시예와 같이 100℃에서 침전반응을 할 때에는 제 1실시예보다 더 미세한 입자가 생성되어 약 90% 이산화티탄 침전체 만을 얻을 수 있었다. 그래서 침전되지 못한 입자들이 용액에 용해되어 있어 중화 반응을 한 후 이산화티탄 분말을 얻을 때 아나타제상이 생겨 루틸상과 아나타제상이 혼합되어 있는 이산화티탄 분말을 얻었다. 그러나, 침전되지 못한 입자들이 용해되어 있는 용액을 제거한 침전체를 요소 수용액으로 중화를 했을 때 아나타제가 전혀 생성되지 않으면서 이차입자크기가 약 0.4∼0.5㎛이고 평균크기가 0.45㎛인 구 형태로써 비표면적이 약 160㎡/g 이상인 루틸상의 이산화티탄 분말을 얻었다. 또한 중화 반응시 해교되는 현상이 나타나지 않았다.
또한, 제 3실시예에서와 같이 티타닐클로라이드를 개방용기에서 100℃이상의 온도에서 가열하여서 요소 수용액으로 중화시켜서 얻은 순수 아나타제의 경우 NaOH 로 중화할 때 보다 해교 현상이 적으면서 비표면적이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 기존의 저온균일침전법과정 중에서 중화반응 시 나타나는 이산화티탄 침전체의 해교되는 현상을 요소 수용액으로 간접 중화하여 이러한 현상을 억제시킬 수 있었으며, Na+ 이온 흡착에 따른 광분해능 저하를 해결할 수 있어서 매우 우수한 이산화티탄 분말을 얻을 수 있었다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (6)
- (a) 티타닐클로라이드 수용액과 요소 수용액을 준비하는 단계;(b) 상기 티타닐클로라이드 수용액을 밀폐 또는 개방 환경에서 15∼70℃ 또는 70∼155℃의 온도에서 침전시켜 침전물과 용액을 얻는 단계;(c1) 루틸상의 이산화티탄을 얻기 위해, 밀폐 또는 개방 환경의 15~70℃ 온도에서 침전된 상기 침전물 및/또는 상기 용액에 상기 요소 수용액을 혼합시켜, 상기 요소 수용액이 분해되어 생성되는 암모니아를 이용하여 중화하는 단계,(c2) 루틸상의 이산화티탄을 얻기 위해, 밀폐 환경의 70~155℃의 온도에서 침전된 상기 침전물에 상기 요소 수용액을 혼합시켜, 상기 요소 수용액이 분해되어 생성되는 암모니아를 이용하여 중화하는 단계,(c3) 아나타제상의 이산화티탄을 얻기 위해, 개방 환경의 70~155℃의 온도에서 침전된 상기 침전물 및/또는 상기 용액에 상기 요소 수용액을 혼합시켜, 상기 요소 수용액이 분해되어 생성되는 암모니아를 이용하여 중화하는 단계,(c4) 루틸상과 아나타제상이 혼합된 이산화티탄을 얻기 위해, 밀폐 환경의 70~155℃의 온도에서 침전된 상기 침전물 및 상기 용액에 상기 요소 수용액을 혼합시켜, 상기 요소 수용액이 분해되어 생성되는 암모니아를 이용하여 중화하는 단계 중 어느 한 단계로 이루어진 중화 단계;(d) 수세 및 여과후 건조하여 이산화티탄 분말을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 사염화티탄에 증류수를 첨가하여 TI4+ 이온의 농도가 1.5몰 이상인 고농도 티타닐클로라이드 수용액을 얻는 단계; 상기 고농도 티타닐클로라이드 수용액에 증류수를 첨가하여 Ti4+ 이온의 농도가 0.2∼1.2몰이 되도록 희석하여 저농도 티타닐클로라이드 수용액을 얻는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 요소 수용액은 상기 침전물 및 용액에 포함된 사염화 티탄의 전체 몰수에 대하여 2∼3배 몰의 요소 분자를 포함하는 요소 수용액인 것을 특징으로 하는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 상기 요소 수용액과 상기 티타닐클로라이드 수용액이 혼합된 상태에서 80∼120℃의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 개방 용기와 밀폐 용기 중 어느 한 용기 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 간접중화법에 의해 큰 비표면적을 갖는 이산화티탄 분말 제조방법.
- 삭제
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