RU2575041C1 - Способ получения метатитановой кислоты - Google Patents

Способ получения метатитановой кислоты Download PDF

Info

Publication number
RU2575041C1
RU2575041C1 RU2014132535/05A RU2014132535A RU2575041C1 RU 2575041 C1 RU2575041 C1 RU 2575041C1 RU 2014132535/05 A RU2014132535/05 A RU 2014132535/05A RU 2014132535 A RU2014132535 A RU 2014132535A RU 2575041 C1 RU2575041 C1 RU 2575041C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mol
solution
titanium
citric
acid
Prior art date
Application number
RU2014132535/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Яна Викторовна Бакланова
Татьяна Александровна Денисова
Лидия Григорьевна Максимова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2575041C1 publication Critical patent/RU2575041C1/ru

Links

Abstract

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения метатитановой кислоты включает взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот и последующий трехступенчатый отжиг. Полученный продукт обрабатывают уксусной кислотой, фильтруют, промывают дистиллированной водой и сушат. В качестве соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16,2 мас.%. В качестве неорганической соли лития используют карбонат лития. Лимонную и азотную кислоты вводят в количестве 0,625 моль/Ti+4 и 0,05-0,06 моль, соответственно. Отжиг проводят при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С. Изобретение позволяет упростить получение метатитановой кислоты с получением чистого мелкодисперсного продукта. 2 пр.

Description

Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к получению неорганических соединений титана.
Известен способ получения порошка метатитановой кислоты, включающий взаимодействие порошков оксида титана и карбоната лития при температурах отжига 700-950°С в течение 24 ч с последующей обработкой в 0.5 Μ азотной кислоте при температуре 30°С в течение 14 дней. Полученный продукт промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе (S. Awano, A. Saiki, Y. Tamaura, Μ. Abe, Synthesis and Ion Exchange Properties of Monoclinic Titanic Acid (H2TiO3), Journal of Ion Exchange 14 (2003) 181-184).
Недостатками известного способа являются: высокая температура отжига, длительность процесса, высокая концентрация азотной кислоты.
Известен способ получения порошка метатитановой кислоты, включающий взаимодействие порошков оксида титана и карбоната лития в присутствии безводного спирта, сушку при температуре 100°С в течение 2 ч, отжиг при температуре 850°С в течение 24 ч с последующей обработкой порошка в растворе соляной кислоты (X. Shi, Ζ. Zhang, D. Zhou, L. Zhang, B. Chen, L. Yu, Synthesis of Li+ adsorbent (Н2ТiO3) and its adsorption properties, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 23 (2013) 253-259).
Недостатками известного способа являются: высокая температура отжига, большая размерность частиц порошка метатитановой кислоты (1-2 мкм) и наличие примеси Li+ в структуре конечного продукта (16,3%).
Известен способ получения порошка метатитановой кислоты, включающий взаимодействие диоксида титана с нитратом лития в водном растворе в присутствии лимонной и азотной кислот, вводимых в количестве 1 моль/Li+ и 0.02-0.04 моль соответственно, сушку при температуре 150°С, трехступенчатый отжиг полученного промежуточного продукта при температуре 280-300°С, 400-420°С, 470-490°С соответственно и последующую его обработку уксусной кислотой с концентрацией 0.05 Μ при температуре 60°С в течение 4 ч, фильтрование, промывание дистиллированной водой и сушку на воздухе (Патент RU 2431603, МПК С01G 23/00, 2011 г.).
Недостатками известного способа являются его сложность, которая обусловлена использованием в качестве исходного соединения титана - труднорастворимого соединения диоксида титана, большая размерность частиц порошка метатитановой кислоты (0.2-0.3 мкм), высокая длительность обработки раствором уксусной кислоты (4 ч).
Таким образом, перед авторами стояла задача упростить способ получения метатитановой кислоты, обеспечив получение чистого продукта с частицами меньшей размерности.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения метатитановой кислоты, включающем взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот с последующим трехступенчатым отжигом и обработкой полученного продукта уксусной кислотой, фильтрованием, промыванием дистиллированной водой и сушкой, в котором в качестве соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16.2 масс.%, лимонную и азотную кислоты вводят в количестве 0,625 моль/Ti+4 и 0,05-0,06 моль, соответственно, а отжиг проводят при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С.
При этом в качестве неорганической соли лития может быть использован карбонат лития.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения метатитановой кислоты, в котором в качестве исходного соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16.2 масс.%, и взаимодействие тетраизопропоксититана с неорганической солью лития осуществляют в присутствии лимонной и азотной кислот, вводимых в количестве 0.625 моль/Тi(IV) и 0.05-0.06 моль соответственно, с последующим трехступенчатым отжигом полученного порошка при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С.
В результате исследований, проведенных авторами, была установлена возможность использования в качестве исходного соединения для получения метатитановой кислоты раствора тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16.2 масс.%. Использование в качестве исходного титанового реагента раствора тетраизопропоксититана позволяет исключить образование нерастворимого титанового осадка, приводящего к появлению в конечном продукте примесей диоксида титана, а также получить более высокодисперсный промежуточный порошок, что в, свою очередь, дает возможность резко уменьшить длительность обработки данного промежуточного порошка уксусной кислотой (15 минут вместо 4 часов в известном способе-прототипе). Существенное значение имеет содержание титана (IV) в количестве 16.2 масс.%, что обусловливает определенное количество карбоната лития для полного прохождения реакции в предлагаемых условиях. Использование в качестве исходного реагента раствора тетраизопропоксититана обусловливает и количественное содержание азотной и лимонной кислот. Введение азотной кислоты в избытке менее 0.05 моля не обеспечивает полного окисления органических компонентов комплекса, включающего помимо лимонной кислоты тетраизопропоксититан, и, как следствие, наблюдается загрязнение промежуточного продукта углеродом. При введении избытка азотной кислоты более 0.06 моля наблюдается бурное выделение газов, что усложняет технологическое оснащение процесса. Введение лимонной кислоты менее 0.625 моля на 1 моль Ti(IV) не обеспечивает полного прохождения реакции, поскольку промежуточный продукт по данным рентгенофазового анализа загрязнен примесями диоксида титана ТiO2. Введение лимонной кислоты более 0.625 моль на 1 моль Ti(IV) нецелесообразно, поскольку ведет к необоснованному перерасходу реагента.
В ходе исследования авторами были экспериментально определены интервалы температур ступенчатого отжига. Выдержка при температуре 250-270°С необходима для частичного разложения органической составляющей комплекса; при отсутствии выдержки в интервале 250-270°С дальнейшее повышение температуры приводит к бурному выделению продуктов разложения и к частичной потере продукта за счет выброса из тигля. Отжиг в интервале температур 430-450°С обеспечивает частичное удаление продуктов разложения металл-цитратного комплекса в виде газообразных оксидов (NOx, СО2) и начало формирования промежуточной фазы титаната лития кубической модификации. Выдержка при 520-550°С обусловлена использованием в качестве исходного соединения титана раствора тетраизопропоксититана с большим содержанием органических радикалов и обеспечивает полное удаление остатков органической составляющей, к резкому уменьшению промежуточной фазы титаната лития кубической модификации и к последующему окончательному формированию промежуточной фазы титаната лития моноклинной модификации. Образец имеет белый цвет и является высокодисперсным (0.08-0.15 мкм). При температуре выше 550°С наблюдается спекание образца с формированием крупных агломератов.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В качестве исходных реагентов используют раствор тетраизопропоксититана С16Н36О4Тi с плотностью 0.85 г/см3 и с содержанием Ti(IV)=16.2 масс.% и карбонат лития Li2CO3.
К раствору тетраизопропоксититана добавляют кристаллогидрат лимонной кислоты С6Н8O7·2Н2O из расчета в мольном соотношении C6H8O7·2H2O/Ti(IV)=0.625:1. Для получения раствора нитрата лития LiNO3 порошок карбоната лития вводят в дистиллированную воду, а затем добавляют концентрированную азотную кислоту HNO3 с плотностью 1.37 гр/см3, перемешивают и выдерживают до полного растворения порошка. Азотную кислоту берут в количестве, превышающем стехиометрически необходимое значение на 0.05-0.06 моль. Далее полученный раствор с избытком азотной кислоты медленно добавляют в растворимый композит тетраизопропоксититана с лимонной кислотой, выдерживают при температуре 140-150°С при перемешивании в течение 2.5-3.0 ч до образования порошкообразного остатка серо-черного цвета. Полученный порошок подвергают трехступенчатому отжигу при температурах 250-270°С в течение 2-3 ч, при температуре 430-450°С в течение 2-3 ч, при температуре 520-550°С в течение 6-7 ч
Далее полученный белый порошок добавляют в емкость с раствором уксусной кислоты СН3СООН концентрации 0.05 моль/л при соотношении «твердый реагент/жидкая фаза», равном 1 г/1 л и интенсивно перемешивают при температуре 60°С в течение 15 мин. Затем раствор охлаждают, осадок фильтруют через стеклянный фильтр и промывают дистиллированной водой до близкой к нейтральной среде рН=4-5, сушат на фильтре на воздухе в течение 6-8 ч Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического и термического анализов, ИК и ЯМР 1Η и 6,7Li спектроскопии соответствует формуле Н2ТiО3. Минимальный размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.08-0.15 мкм.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Берут 62 мл раствора тетраизопропоксититана С16Н36O4Тi с плотностью 0,85 г/см3 с содержанием Ti(IV)=16.2 масс.% и помещают в бюкс с притертой крышкой во избежание сорбции влаги из воздуха. Количество титана в объеме данного реактива Ti(IV) составляет 8.58 г или 0.179 моля. Далее к раствору тетраизопропоксититана С16Н36О4Ti добавляют 21.43 г кристаллогидрата лимонной кислоты С6Н8O7·2Н2O., что составляет 0,625 моля. Параллельно 13.92 г карбоната лития Li2CO3 с учетом 5% избытка по Li+ смешивают с 45-50 мл дистиллированной воды и медленно добавляют 22 мл концентрированной азотной кислоты HNO3 с учетом избытка в 0,6 моля и выдерживают до полного растворения порошка. Раствор тетраизопропоксититана с лимонной кислотой переносят в термостойкий стакан объемом 250 мл и добавляют 20 мл дистиллированной воды. Далее раствор нитрата лития с избытком по азотной кислоте вливают в водорастворимый композит тетраизопропоксититана с лимонной кислотой и перемешивают. Полученную смесь в виде белой однородной суспензии нагревают до 140°С и выдерживают при перемешивании в течение 3.0 ч до образования сухого остатка серо-черного цвета. Полученный порошок подвергают трехступенчатому отжигу при температурах 250°С в течение 3 ч, при температуре 430°С в течение 3 ч, при температуре 520°С в течение 7 ч
Далее полученный белый порошок добавляют в емкость с раствором уксусной кислоты СН3СООН концентрации 0.05 моль/л при соотношении «твердый реагент/жидкая фаза» равным 1 г/1 л и интенсивно перемешивают при температуре 60°С в течение 15 мин. Затем раствор охлаждают, осадок фильтруют через стеклянный фильтр и промывают дистиллированной водой до близкой к нейтральной среде рН=4-5, сушат на фильтре на воздухе в течение 8 ч Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического и термического анализов, ИК и ЯМР 1H и 6,7Li спектроскопии соответствует формуле Н2ТiO3. Мини-малыши размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.08-0.15 мкм.
Пример 2.
Берут 12.4 мл раствора тетраизопропоксититана C16H36O4Ti с плотностью 0,85 г/см3 с содержанием Ti(IV)=16.2 масс.% и помещают в бюкс с притертой крышкой во избежание сорбции влаги из воздуха. Количество титана в объеме данного реактива Ti(IV) составляет 1.716 г или 0.036 моля. Далее к раствору тетраизопропоксититана С16Н36О4Тi добавляют 4.29 г кристаллогидрата лимонной кислоты C6H8O7·2H2O, что соответствует 0,625 моля. Параллельно 2.78 г карбоната лития Li2СО3 с учетом 5% избытка по Li+ смешивают с 15-20 мл дистиллированной воды и медленно добавляют 4.1 мл концентрированной азотной кислоты HNO3 с учетом избытка в 0,05 моля, и выдерживают до полного растворения порошка. Раствор тетраизопропоксититана с лимонной кислотой переносят в термостойкий стакан объемом 250 мл и добавляют 10 мл дистиллированной воды. Далее раствор нитрата лития с избытком по азотной кислоте вливают в водорастворимый композит тетраизопропоксититана с лимонной кислотой и перемешивают. Полученную смесь в виде белой однородной суспензии нагревают до 150°С и выдерживают при перемешивании в течение 2.5 ч до образования сухого остатка серо-черного цвета. Полученный порошок подвергают трехступенчатому отжигу при температурах 270°С в течение 2 ч, при температуре 450°С в течение 2 ч, при температуре 550°С в течение 6 ч
Далее полученный белый порошок добавляют в емкость с раствором уксусной кислоты СН3СООН концентрации 0.05 моль/л при соотношении «твердый реагент/жидкая фаза», равном 1 г/1 л и интенсивно перемешивают при температуре 60°С в течение 15 мин. Затем раствор охлаждают, осадок фильтруют через стеклянный фильтр и промывают дистиллированной водой до близкой к нейтральной среде рН=4-5, сушат на фильтре на воздухе в течение 6 ч Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического и термического анализов, ИК и ЯМР 1H и 6,7Li спектроскопии соответствует формуле Н2ТiО3. Минимальный размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.08-0.15 мкм.
Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ получения метатитановой кислоты, обеспечивающий получение чистого мелкодисперсного продукта.

Claims (1)

  1. Способ получения метатитановой кислоты, включающий взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот с последующим трехступенчатым отжигом и обработкой полученного продукта уксусной кислотой, фильтрованием, промыванием дистиллированной водой и сушкой, отличающийся тем, что в качестве соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16,2 мас.%, а в качестве неорганической соли лития используют карбонат лития, при этом лимонную и азотную кислоты вводят в количестве 0,625 моль/Ti+4 и 0,05-0,06 моль, соответственно, а отжиг проводят при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С.
RU2014132535/05A 2014-08-06 Способ получения метатитановой кислоты RU2575041C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2575041C1 true RU2575041C1 (ru) 2016-02-10

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2622012A (en) * 1946-10-24 1952-12-16 Max J Mayer Process of treating metatitanic acid
SU482485A1 (ru) * 1973-08-06 1975-08-30 Способ получени пигментной двуокиси титана
RU2431603C2 (ru) * 2009-10-28 2011-10-20 Институт химии твердого тела УрО РАН Способ получения метатитановой кислоты и сорбент для извлечения актинидных элементов
RU2487836C1 (ru) * 2012-04-18 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Способ получения диоксида титана

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2622012A (en) * 1946-10-24 1952-12-16 Max J Mayer Process of treating metatitanic acid
SU482485A1 (ru) * 1973-08-06 1975-08-30 Способ получени пигментной двуокиси титана
RU2431603C2 (ru) * 2009-10-28 2011-10-20 Институт химии твердого тела УрО РАН Способ получения метатитановой кислоты и сорбент для извлечения актинидных элементов
RU2487836C1 (ru) * 2012-04-18 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Способ получения диоксида титана

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHI X. et al., Synthesis of Li + adsorbent (Н 2 ТiO 3 ) and its adsorption properties, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, v. 23, pp. 253-259. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006329590B2 (en) Methods for production of titanium oxide particles, and particles and preparations produced thereby
US4923682A (en) Preparation of pure titanium dioxide with anatase crystal structure from titanium oxychloride solution
Pasechnik et al. High purity scandium extraction from red mud by novel simple technology
RU2615402C2 (ru) Наночастицы мезопористого диоксида титана и способы их получения
DE60121261T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Titanoxid
Nikishina et al. Niobium-and tantalum-containing oxide materials: synthesis, properties, and application
EA024219B1 (ru) Способ превращения uoили uoв гидратированный uo
JP2017511786A (ja) Uo4水和物へのその転換のためのu3o8の活性化方法
RU2365647C1 (ru) Способ переработки титансодержащего сырья
RU2549421C2 (ru) Способ получения наноигл оксидной ванадиевой бронзы натрия
RU2575041C1 (ru) Способ получения метатитановой кислоты
JP4078479B2 (ja) 酸化チタンの製造方法
CN1295976A (zh) 高活性超微粒钛酸钡的生产方法
RU2442751C1 (ru) Способ получения наноразмерных частиц оксида меди
CN103991885B (zh) 一种医用级氧化镁的制备方法
CN115124072A (zh) 一种硫酸法制备高纯纳米二氧化钛的方法及产品
RU2561919C1 (ru) Способ получения литий-ионного проводящего материала
RU2431603C2 (ru) Способ получения метатитановой кислоты и сорбент для извлечения актинидных элементов
RU2281913C2 (ru) Способ получения диоксида титана
Sedneva et al. Decomposing the titaniferous magnetite concentrate with hydrochloric acid
CN105776329A (zh) 一种絮状大比表面积二氧化钛的制备方法
Guo et al. High-quality zirconia powder resulting from the attempted separation of acetic acid from acrylic acid with zirconium oxychloride
RU2472707C1 (ru) Способ получения диоксида титана
RU2565193C1 (ru) Способ получения наноразмерного диоксида титана
RU2275331C2 (ru) ГИДРАТИРОВАННЫЙ ГИДРОКСОАЛЮМИНАТ ФОРМУЛЫ Mg6Al2(OH)18·4H2O И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ