[发明专利]制备光催化的二氧化钛粉末的方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种制备光催化的二氧化钛粉末的方法，更具体地涉及一种用于废水处理和空气纯化的光催化二氧化钛粉末的制备方法。

                        背景技术

一般，工业排放的废水是由有机物质组成的，而所述有机物质通常是由碳、氢、氮、氧和硫组成的。为了处理具有这种难于分解的有机物质的废水，常常使用紫外线和二氧化钛、氧化锌、氧化铁、硫酸镉或硫酸锌光催化剂来分解这些不易分解的有机物质。在光催化剂中，二氧化钛是最适宜的，并且广泛地用于废水处理。

二氧化钛还广泛地应用于颜料、无机膜和半导体工业中。已发现二氧化钛通常具有锐钛矿相和金红石相晶体结构。金红石相的二氧化钛常用作白色的颜料，并且具有优异的拦截紫外线散射的作用。而且，由于金红石相的高介电常数，二氧化钛还被用作半导体的介电材料，同时它也因其高折射率而被用作光学透镜的涂敷材料。它还具有在强酸和强碱存在下的化学稳定性。

锐钛矿晶相的二氧化钛具有高的光活性，并且常用于光学降解三氯乙烷系统和传递太阳能系统中的光催化剂。

目前，二氧化钛工业上是通过硫酸盐法或氯化物法制备的。在硫酸盐法中，把用作初始原料的钛铁矿磨碎，并将所得到的磨碎材料用硫酸盐溶解，以得到锐钛矿相的二氧化钛。在氯化物法中，将天然或合成的金红石相纯度为90％的原料氯化，以得到四氯化钛(TiCl₄)，然后使四氯化钛与氧气反应，得到具有金红石相晶体结构的二氧化钛。这种制备二氧化钛的氯化物法公开于美国专利5698117中。由于二氧化钛粉末的光催化能力的程度主要取决于它的表面积，因此具有较小粒度和较大比表面积的二氧化钛粉末颗粒就具有较高的光催化能力。

在使用硫酸盐法制备二氧化钛时，制备过程期间引入的杂质会破坏粉末的质量，而在氯化物法的工艺中，需要使用腐蚀性的气体，同时需要具有复杂的附属设备，从而增加了二氧化钛粉末的制造成本。此外，通过上述方法得到的粉末具有200-400nm的平均颗粒直径和8-10m²/g的比表面积，这对于最优化二氧化钛粉末的光催化能力来说，是有些不够的和需要改进的。

为了有效地使用光催化剂，特别需要二氧化钛粉末具有大于50m²/g的比表面积，100nm的二级颗粒的平均直径和高纯的锐钛矿晶相。为了制备这种二氧化钛粉末，用Ti(OC₃H₇)₄、Ti(OC₂H₅)₄或烷醇钛作原料的常规方法已经公开。在该方法中，原料经水解和浓缩处理，得到所产生的二氧化钛。这种方法的最大缺点在于原料昂贵，而且该方法需要严格的制备控制，才能得到所需的产物。

此外，前述的氯化物法存在一个问题，即具有处理原料的安全性和毒性所需的设备，同时该方法所得到的产物基本上是金红石相的二氧化钛粉末，使其不适于用作光催化剂。

最近提出一种用混有添加剂的二氧化钛或偏钛酸得到用于废水处理的二氧化钛粉末的方法。在该方法中，上述混有添加剂的原料经球磨机处理然后烧结，得到所需的二氧化钛粉末。例如，韩国专利公开第98-684号公开了一种方法，该方法使用上述的二氧化钛或偏钛酸，所述二氧化钛或偏钛酸至少混有一种选自碳酸盐和氢氧化物的添加剂。在该方法中，具有添加剂的原料在球磨机上研磨，然后于550-1100℃烧结，得到最终的二氧化钛粉末。尽管如此，通过上述方法得到的二氧化钛粉末仍不足以用作光催化剂，因为它的比表面积小且其颗粒平均粒度大。

                          发明公开

基于上述内容，本发明的目的是提供一种用偏钛酸制备便宜和安全的、并且具有优异的光催化能力和高纯度的锐钛矿相晶体结构的二氧化钛粉末的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种制备二氧化钛粉末的方法。在该方法中，将金属氧化物加到偏钛酸TiO(OH)₂中，然后用热空气喷雾干燥其中含有金属氧化物的偏钛酸，得到具有球形颗粒的粉末。然后烧结该颗粒粉末，得到具有锐钛矿相晶体结构的二氧化钛。

本发明利用便宜的偏钛酸为原料，提供具有优异的光催化能力和高纯度的锐钛矿相晶体结构的二氧化钛粉末。

                        附图简述

通过详细描述其中的实验并参照附图，本发明的上述目的和其它优点将变得更加显而易见，在附图中：