KR20180116801A - Manufacturemethod of titania using titanate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 티타늄 염을 사용하는 티타니아의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이드록실기를 포함한 티타늄 염을 사용하여 티타니아를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing titania using a titanium salt, and more particularly, to a method for producing titania using a titanium salt containing a hydroxyl group.
티타니아(TiO2)는, 물리적, 화학적 안정성 및 우수한 광전기적 특성을 가지고 있어, 연료감응형 태양전지나 반도체 산업 등에 주로 사용된다. 또한, 티타니아는, 백색 차폐력이 높아 차광 특성이 요구되는 자동차의 도료나 페인트 등의 산업에도 사용되고 있다.Titania (TiO 2 ) has physical and chemical stability and excellent photoelectric properties, and is mainly used in fuel-responsive solar cells and the semiconductor industry. Titania is also used in the automotive paint and paint industry where the shielding ability of white is high and the light shielding characteristic is required.
티타니아는, 졸-겔법, 전기분해법, 수열합성법 등으로 제조되며, 제조과정에서 대부분 TTIP(Titanium isopropoxide) 또는 TiCl4와 같은 전구체를 사용한다. 최근에는 티타늄 메탈 파우더를 과산화수소수와 암모니아수를 이용하여 티타늄 하이드록실 염 형태의 화합물을 제조한 후 열처리하여 티타니아를 제조하는 방법이 연구되고 있으나, 대부분 BaTiO2 같은 목표 소재를 합성하기 위한 중간체 역할의 티타니아가 제조되기 때문에, 티타늄 염을 이용해 티타니아를 직접 얻는 제조법은 제시되지 않고 있다. Titania is manufactured by a sol-gel method, an electrolysis method, a hydrothermal synthesis method, etc. and a precursor such as TTIP (Titanium isopropoxide) or TiCl 4 is mostly used in the manufacturing process. In recent years, with the number and the ammonia hydrogen peroxide with titanium metal powder, titanium hydroxylamine salt to heat treatment after producing a compound of the form, but have been studied a process for producing titania, most titania of intermediate role for synthesizing BaTiO 2 as the target material A production method of directly obtaining titania by using a titanium salt has not been proposed.
한편, 선행기술문헌 1(대한민국 공개특허공보 제2004-0095394호, 명칭: 루타일형 티타니아 나노 졸의 제조방법)에는 TTIP(Titaniumtetraisopropoxide)를 전구체로 사용하는 티타니아 졸의 제조방법이 개시되어 있다. 또한 선행기술문헌 2(일본 공표특허공보 특표2005-507968호, 명칭: 용이하게 분산되는 고내구성 TiO2 안료 및 그 제조 방법)에는 티타니아 입자의 슬러리를 사용하는 실리카와 알루미나가 코팅된 티타니아의 제조법이 개시되어 있다. 그러나 선행기술문헌 1에서는, 사용되는 전구체 TTIP가 유독성이 있고 반응성이 크기 때문에, 공기 중 수분과 반응할 가능성이 있어 공정 조건이 제한되는 단점이 있다. 또한 선행기술문헌 2에서는, 원료로 사용되는 티타니아 슬러리 제조 공정이 필요하기 때문에, 제조비용이 증가하고 공정이 복잡해지는 우려가 있다. On the other hand, a method for producing titania sol using TTIP (Titaniumtetraisopropoxide) as a precursor is disclosed in the prior art document 1 (Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0095394, titled "Method for producing rutile type titania nano sol"). In addition, the production method of titania coated with silica and alumina using a slurry of titania particles in the prior art document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-507968, entitled: Highly durable TiO 2 pigment easily dispersed and its production method) Lt; / RTI > However, in the
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 보다 경제적으로 티타니아를 제조할 수 있도록 구성되는 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing titania using a titanium salt that is more economical to manufacture titania.
본 발명의 목적은 보다 간단한 공정으로 티타니아를 제조할 수 있도록 구성되는 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing titania using a titanium salt which is constituted so as to be able to produce titania in a simpler process.
본 발명의 다른 목적은, 아나타제상만을 포함하는 티타니아를 제조할 수 있도록 구성되는 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing titania using a titanium salt which is constituted so as to produce titania containing only an anatase phase.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조 방법은, 티타늄 메탈 파우더, 착화제, 및 pH 조절용 시료가 혼합된 용액이 반응하여 과산화 티탄산염 착이온 용액이 제조되는 (1) 단계; 상기 제조된 과산화 티탄산염 용액이 교화되어 티타늄 산화수소가 제조되는 (2) 단계; 및 상기 제조된 티타늄 산화수소가 열처리되어 티타니아 파우더가 제조되는 (3) 단계; 를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing titania using a titanium salt, comprising: reacting a solution containing a titanium metal powder, a complexing agent, and a pH control sample to produce a peroxide titanate complex ion solution; (1); (2) the titanium peroxide solution prepared is edited to produce titanium hydrogen oxide; And (3) in which the titanium oxide hydrate is thermally treated to produce a titania powder; .
보다 상세하게는, 상기 (1) 단계에서 사용되는 티타늄 메탈 파우더는 티타늄 하이드라이드(TiH2)이다.More specifically, the titanium metal powder used in the step (1) is titanium hydride (TiH 2 ).
또한, 상기 (1) 단계에서 착화제는 과산화수소(H2O2)가 사용된다.In the step (1), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used as the complexing agent.
그리고 상기 (1) 단계에서 pH 조절용 시료는 암모니아(NH3)가 사용된다. In step (1), ammonia (NH 3 ) is used as a sample for pH adjustment.
상기 (1) 단계에서 TiH2 파우더, 착화제, 및 pH 조절용 시료가 혼합된 용액은 70℃ 이하의 온도를 유지하면서 반응된다.In step (1), the mixed solution of the TiH 2 powder, the complexing agent, and the pH control sample is reacted at a temperature of 70 ° C or lower.
그리고 상기 (1) 단계에서, TiH2 파우더, 착화제, 및 pH 조절용 시료가 혼합된 용액은, 1시간 내지 2시간 동안 반응된다.In the step (1), the mixed solution of the TiH 2 powder, the complexing agent, and the sample for pH control is reacted for 1 hour to 2 hours.
한편, 상기 (2) 단계에서 과산화 티탄산염 용액은, 80℃의 온도를 유지하면서 24시간 동안 교화된다.Meanwhile, in the step (2), the peroxide titanate solution is edible for 24 hours while maintaining the temperature at 80 ° C.
상기 (3) 단계에서, 티타늄 산화수소는 200℃ 초과 800℃ 이하의 온도 범위에서 열처리된다. In the step (3), titanium oxide is heat-treated in a temperature range of more than 200 DEG C to 800 DEG C or less.
또한 상기 (3) 단계에서, 티타늄 산화수소는, 1시간 내지 2시간 동안 열처리 된다. In the step (3), the titanium oxide hydrate is heat-treated for 1 to 2 hours.
그리고 상기 (1) 내지 (3) 단계의 제조방법으로 제조된 티타니아는 아나타제상만을 포함한다.The titania produced by the manufacturing method of the above (1) to (3) includes only an anatase phase.
본 발명의 실시예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.According to the method for producing titania using the titanium salt according to the embodiment of the present invention, the following effects can be expected.
먼저 본 발명의 실시예에서는, 상대적으로 저가인 티타늄 메탈 파우더를 반응시켜서 생성되는 티타늄 염으로부터 티타니아가 제조된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 보다 경제적으로 티타니아를 제조할 수 있게 된다.First, in the embodiment of the present invention, titania is produced from a titanium salt produced by reacting a relatively inexpensive titanium metal powder. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture titania more economically.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 별도의 전구체 등을 사용하지 않고, 티타늄 메탈 파우더의 착화제 및 pH 조절용 시료와의 간단한 반응에 의하여 티타니아가 제조된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 보다 간단한 공정으로 티타니아를 제조할 수 있게 된다.In the embodiment of the present invention, titania is produced by a simple reaction with a complexing agent of titanium metal powder and a sample for pH control, without using a separate precursor or the like. Therefore, according to the embodiment of the present invention, titania can be manufactured by a simpler process.
그리고, 본 발명의 실시예에서는, 티타늄염이 포함하고 있는 하이드록실기에 의하여 표면양자화가 원활하게 진행되어, 면간 공유 형태인 아나타제상 티타니아가 제조된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 아나타제상만을 포함하는 티타니아를 제조할 수 있게 된다. In the embodiment of the present invention, the surface quantization proceeds smoothly by the hydroxyl group contained in the titanium salt, and the anatase phase titania which is an interplanar shared form is produced. Therefore, according to the embodiment of the present invention, titania containing only an anatase phase can be produced.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조방법을 보인 플로우 챠트.
도 2는 본 발명의 제조예에 의하여 제조된 티타니아의 TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 제조예에 의하여 제조된 티타니아의 열처리 온도별 XRD(X-ray Diffraction) 분석 결과를 나타낸 그래프.1 is a flow chart showing a method for producing titania using a titanium salt according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of TGA (Thermogravimetric Analysis) analysis of titania produced according to the production example of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the X-ray diffraction (XRD) analysis results of the titania produced according to the production example of the present invention at each annealing temperature.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing titania using a titanium salt according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조방법을 보인 플로우 챠트이다. 1 is a flow chart showing a method for producing titania using a titanium salt according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조방법은, 과산화 티탄산염 착이온 용액 제조 단계(S100), 티타늄 산화수소 제조 단계(S200), 및 티타니아 파우더 제조 단계(S300)을 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 과산화 티탄산염 착이온 용액 제조 단계(S100)에서는, 티타늄 메탈 파우더, 착화제, 및 pH 조절용 시료가 혼합된 용액이 반응하여 과산화 티탄산염 착이온 용액이 제조된다. 상기 티타늄 산화수소 제조 단계(S200)에서는, 상기 과산화 티탄산염 용액 제조 단계(S100)에서 제조된 과산화 티탄산염 용액이 교화되어 티타늄 산화수소가 제조된다. 그리고 상기 티타니아 파우더 제조 단계(S300)에서는, 상기 티타늄 산화수소 제조 단계(S200)에서 제조된 티타늄 산화수소가 열처리되어 티타니아 파우더가 제조된다.Referring to FIG. 1, the method for producing titania using titanium salt according to the present embodiment includes the steps of (S100) preparing titanium complex carbonate ion solution, (S200) producing titanium oxide, and (S300) . More specifically, in the step (S100) of producing a complex hydroxide solution of titanate complex, a solution containing a mixture of a titanium metal powder, a complexing agent, and a sample for pH control is reacted to produce a complex hydroxide solution of titanate complex. In the titanium oxide manufacturing step (S200), the titanium percarbonate solution prepared in the step (S100) of preparing the peroxide titanate solution is edited to produce titanium oxide. In the titania powder manufacturing step (S300), the titanium oxide produced in the titanium oxide manufacturing step (S200) is heat-treated to produce a titania powder.
이하에서는 본 발명을 제조예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 제조예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 제조예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Preparation Examples. It will be apparent to those skilled in the art that these preparations are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not limited to these preparations.
<제조예><Production Example>
제조예에서는, 과산화 티탄산염 착이온 제조 단계(S100)에서, 공기분위기의 25℃에서 티타늄 하이드라이드(TiH2) 파우더와 과산화수소(H2O2), 암모니아(NH3)를 혼합하여 용액의 온도를 70℃ 이하로 유지하며 1시간 동안 반응시킨 결과로, 과산화 티탄산염 착이온 용액이 제조되었다. 상기 과산화 티탄산염 착이온 용액 제조 단계(S100)의 반응식은 다음과 같다. (TiH 2 ) powder, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and ammonia (NH 3 ) were mixed at 25 ° C. in an air atmosphere in the step of producing percarbonate titanate complex ion Was maintained at 70 ° C or lower for 1 hour. As a result, a complexed potassium percarbonate ion solution was prepared. The reaction formula of the step (S100) of preparing the complex hydroxide solution of titanate complex is as follows.
다음으로 티타늄 산화수소 제조단계(S200)에서는, 상기 제조된 과산화 티탄산염 착이온 용액의 온도를 80℃로 유지하면서 24시간 동안 교화한 결과로, 티타늄 산화수소가 제조되었다. 상기 티타늄 산화수소 제조단계(S200)의 반응식은 다음과 같다.Next, in the titanium oxide manufacturing step (S200), the titanium peroxide complex ion solution was etched for 24 hours while maintaining the temperature of the complexing solution of titanium percarbonate at 80 DEG C, and titanium hydrogen oxide was produced. The reaction formula of the titanium oxide hydrogen production step (S200) is as follows.
또한 티타니아 파우더 제조단계(S300)에서는, 상기 제조된 티타늄 산화수소를 200℃ 초과 800℃ 이하의 온도 범위에서 1시간 동안 열처리한 결과로, 티타니아 파우더가 제조되었다. 상기 티타니아 파우더 제조단계(S300)의 반응식은 다음과 같다. Further, in the titania powder manufacturing step (S300), the titanium oxide produced was heat-treated for 1 hour in a temperature range of more than 200 ° C and 800 ° C or less, whereby titania powder was produced. The reaction formula of the titania powder manufacturing step (S300) is as follows.
이하에서는 본 발명의 제조예에 의한 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing titania using the titanium salt according to the production example of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 제조예에 의하여 제조된 티타늄 산화수소의 TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 284.8℃와 296.0℃의 온도 영역에서, 티타늄 산화수소로부터 티타니아 파우더가 제조되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 2 is a graph showing the results of TGA (Thermogravimetric Analysis) analysis of the titanium oxide produced by the production example of the present invention. Referring to FIG. 2, it can be seen that titania powder is produced from titanium oxide in the temperature range of 284.8 占 폚 and 296.0 占 폚.
또한, 도 3은 본 발명의 제조예에 의하여 제조된 티타니아 파우더의 열처리 온도별 XRD(X-ray Diffraction)상 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도3을 참조하면, 300℃ 초과 800℃ 이하의 열처리 온도 영역에서 아나타제상 티타니아만 제조된 것을 확인할 수 있다. FIG. 3 is a graph showing XRD (X-ray diffraction) analysis results of the titania powder prepared according to the preparation example of the present invention at each annealing temperature. Referring to FIG. 3, it can be seen that only anatase titania was produced in a heat treatment temperature range of higher than 300 ° C and lower than 800 ° C.
Claims (11)
(2) 상기 (1) 단계에서 제조된 과산화 티탄산염 용액이 교화되어 티타늄 산화수소가 제조되는 단계(S200); 및
(3) 상기 (2) 단계에서 제조된 티타늄 산화수소가 열처리되어 티타니아 파우더가 제조되는 단계(S300); 를 포함하는 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
(1) a step (S100) in which a mixed solution of a titanium metal powder, a complexing agent, and a sample for pH control is reacted to produce a perititanium complex ion complex solution;
(2) a step (S200) of preparing the titanium hydrogen oxide by the edible potassium percarbonate solution prepared in the step (1); And
(3) a step (S300) in which the titanium oxide produced in the step (2) is thermally treated to produce a titania powder; ≪ / RTI >
상기 (1) 단계(S100)에서,
티타늄 메탈 파우더는, 티타늄 하이드라이드(TiH2)인 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (1) (S100)
Wherein the titanium metal powder is a titanium hydride (TiH 2 ).
상기 (1) 단계(S100)에서,
착화제는, 과산화수소(H2O2)인 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (1) (S100)
Wherein the complexing agent is a titanium salt which is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
상기 (1) 단계(S100)에서,
pH 조절용 시료는, 암모니아(NH3)인 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (1) (S100)
A method for producing titania using a titanium salt, which is ammonia (NH 3 ), as a sample for pH adjustment.
상기 (1) 단계(S100)에서,
TiH2 파우더, 착화제, 및 pH 조절용 시료가 혼합된 용액의 온도가 70℃ 이하로 유지되면서 반응하는, 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (1) (S100)
TiH 2 powder, a complexing agent, and a sample for pH control is reacted while maintaining a temperature of 70 ° C or lower.
상기 (1) 단계(S100)에서,
TiH2 파우더, 착화제, 및 pH 조절용 시료가 혼합된 용액은, 1시간 내지 2시간 동안 반응되는 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the step (1) (S100)
Wherein the mixed solution of the TiH 2 powder, the complexing agent, and the sample for pH control is a titanium salt which is reacted for 1 hour to 2 hours.
상기 (2) 단계(S200)에서,
과산화 티탄산염 용액이, 80℃에서 24시간 동안 교화되는 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (2) (S200)
A method for producing titania using a titanium salt wherein a peroxide titanate solution is edible at 80 DEG C for 24 hours.
상기 (3) 단계(S300)에서,
티타늄 산화수소는, 200℃ 초과 800℃ 이하의 온도 범위에서 열처리되는 티타늄 염을 사용하는 티타니아 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (3) (S300)
Wherein the titanium oxide is a titanium salt which is heat-treated in a temperature range of more than 200 DEG C to 800 DEG C or less.
상기 (3) 단계(S300)에서,
티타늄 산화수소는, 1시간 내지 2시간 동안 열처리되는 티타늄염을 사용하는 티타니아 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the step (3) (S300)
Wherein the titanium oxide is a titanium salt which is heat-treated for 1 hour to 2 hours.
A titania powder produced by the method for producing titania using the titanium salt of any one of claims 1 to 9.
아나타제상만을 포함하는 티타니아 파우더.11. The method of claim 10,
Titania powder containing only anatase phase.
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