[发明专利]多孔金红石型二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔二氧化钛的制备方法，特别涉及一种孔径在微孔至介孔之间的金红石型二氧化钛的制备方法。

背景技术

孔径尺寸在2nm以下的物质称为微孔化合物或称分子筛，孔径在2～50nm之间的物质称为介孔材料。微孔材料(如天然沸石)已广泛应用于流体的干燥与分离、硬水的软化、污水的处理、土壤的改良，特别是作为催化材料在石油化工、精细化工以及日用化工领域起着非常重要的作用。1992年Mobil公司科学家首次合成出了MCM-41有序高硅介孔材料之后，介孔材料也在有大分子参与的催化反应中显示出了优异的催化性能，并在有机废料降解、水质净化、汽车尾气处理、酶和蛋白质的固定与分离、细胞/DNA的分离以及控释药物等领域展示出潜在的应用价值。

近几十年来，二氧化钛作为催化剂(特别是光催化剂)和催化剂载体一直是受到最广泛研究的金属氧化物之一，但开发的二氧化钛催化材料大多是非孔结构。现有的研究表明，高比表面积和高结晶度的多孔二氧化钛具有更好的活性，已在有机物的降解(比如CN1287878A、CN1821085A)、天然气和石油气脱硫(比如CN1712500、CN1508221)以及烟气脱NO_X、邻二甲苯选择性氧化等方面显示出了极其优越的催化性能。

介孔二氧化钛的制备及其性能已有大量的研究，但目前的制备方法几乎都采用以有机分子作为模板剂的工艺路线(比如CN1636879A、CN1821085A)，模板剂的脱除要么采用高温煅烧要么采用有机溶剂萃取的方法，煅烧过程容易导致孔结构的坍塌、比表面积显著下降，而萃取则很难将模板剂完全脱除。此外，这类方法所得二氧化钛通常为非晶态且热稳定性较差。

公开号为CN1287878A的专利申请公布了一种不使用模板剂的制备方法，它采用钛醇盐和正硅酸已酯等原料通过溶胶-凝胶法工艺制备介孔TiO₂材料。该方法的缺点是工艺步骤复杂、工艺参数较难控制，同时需要采用昂贵的钛醇盐、正硅酸己酯等原料。

公开号为CN1807259A的专利申请公布了一种介孔二氧化钛的制备方法，该方法采用分步水解法，以工业硫酸钛液为原料制备出了粒径1～2μm、孔径2～8nm、比表面积150～200m²/g的介孔二氧化钛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备多孔二氧化钛的新方法，该方法不仅工艺简单、成本低，而且所制备的金红石型多孔二氧化钛具有从微孔至介孔孔径尺寸的孔结构特征。

本发明所述多孔金红石型二氧化钛的制备方法，既可制备微孔或微孔与介孔混合的金红石型二氧化钛，又可制备介孔金红石型二氧化钛。

本发明所述制备微孔或微孔与介孔混合的金红石型二氧化钛的方法，以钛铁矿精矿为原料，工艺步骤依次如下：

(1)球磨活化

在隔绝氧气的气氛下(比如在氮气氛或真空下)，采用球磨机对钛铁矿精矿进行机械球磨，使钛铁矿精矿活化。

(2)浸出

活化钛铁矿精矿以克或公斤计量，质量浓度5～20％的硫酸溶液以毫升或升计量，硫酸溶液体积∶活化钛铁矿精矿质量(简称液固比)＝50∶1～100∶1。

将按上述固液比计量的活化钛铁矿精矿与硫酸溶液加热至80～130℃进行浸出反应，反应时间2～4小时，得到固相物——多孔水合二氧化钛。

(3)固液分离

反应完成后，将料浆冷却至30～50℃，然后采用真空抽滤法将多孔水合二氧化钛与母液分离。

(4)洗涤、干燥

将分离出的水合二氧化钛洗涤、干燥后，即得到微孔或微孔与介孔混合的金红石型二氧化钛。

本发明所述制备介孔金红石型二氧化钛的方法，是在上述方法的基础上增加煅烧步骤，即将干燥后的微孔与介孔混合的金红石型二氧化钛在500～600℃煅烧2～4小时，获介孔金红石型二氧化钛。

上述方法中，球磨活化所用球磨机可选用行星球磨机或振动球磨机，但球磨机的磨球和磨筒最好是采用不锈钢制作的。若球磨机为行星球磨机，优选活化条件是：球磨时的球料比(磨球与钛铁矿精矿的质量比)为20∶1～40∶1，磨球的离心加速度至少为180m/s²，球磨时间为2～6小时。若球磨机为振动球磨机，优选活化条件是：球磨时的球料比(磨球与钛铁矿精矿的质量比)为40∶1～60∶1，磨球的离心加速度至少为98m/s²，球磨时间为2～6小时。

本发明具有以下有益效果：