[发明专利]锐钛矿型纳米二氧化钛制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工产品制备技术领域，确切地说涉及一种以偏钛酸为原料制备锐钛矿型纳米二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛结晶尺度纳米化后，由于其特异的结构使纳米二氧化钛具有了体相材料所不具有的量子尺寸效应和表面效应等特殊性质，并由此而产生一系列特殊的物理和光化学特性。纳米TiO₂由于其特性，可以广泛的应用于机械、电子、光学、磁学、化学和生物等领域。

目前，纳米二氧化钛制备工艺可以分为气相法和液相法，制备原料主要包括：偏钛酸、TiCl₄、有机钛等。国内外对纳米二氧化钛制备技术进行了大量的开发，并形成了许多纳米二氧化钛生产厂家，公开了成百上千的专利技术和发表了大量学术论文，例如重庆大学以硫酸氧钛为原料，采用溶胶法制备了10nm左右的无定型二氧化钛；吉林大学也采用该工艺制备了33nm左右的非晶型二氧化钛；中科院固体物理所以钛酸丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备了20nm以下的锐钛矿型纳米二氧化钛，同时也以钛片为原料，采用激光加热气相法制备了6nm～20nm的纳米二氧化钛；华东理工大学以钛酸丁酯为原料，采用烷氧基钛水解法制备了100nm以下的纳米二氧化钛，同时也以异丙醇钛盐为原料，采用溶胶-凝胶法制备了20nm以下的纳米二氧化钛。目前，国内也建成了一定规模的纳米二氧化钛生产厂家，如舟山明日、河海、裕兴等。国外的纳米二氧化钛生产厂家包括：德国的迪高沙公司、美国卡伯特公司、克尔-麦吉公司、日本的曹达公司、川崎钢铁公司、大阪钛工业公司、Aerosil公司、乌克兰的民族科学院化学实验场。

综合上述纳米二氧化钛的制备技术，可以归纳为两大类工艺技术，五种典型的制备技术(见表1)，所有的制备工艺和制造技术具有工艺流程复杂，制造成本较高的缺点，制造成本高也将限制纳米二氧化钛产品的大量应用。

表1  纳米TiO₂的制备方法

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种以偏钛酸为原料，并同时具备成本低和工艺简单等优点的锐钛矿型纳米二氧化钛制备方法，采用本方法制备出来的锐钛矿型纳米二氧化钛粒径小、粒度均匀、分散性好，可以广泛用于涂料、催化剂等领域。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种锐钛矿型纳米二氧化钛制备方法，以偏钛酸为原料，其特征在于包括如下步骤：

1)将偏钛酸打浆分散，调整至以TiO₂计5.0～30wt％的浆液浓度；

2)向浆液中加入相对于TiO₂计的5.0～12.0wt％的偏钛酸解聚剂，对偏钛酸进行解聚，所述解聚剂为能与硫酸发生化学反应的碱或碱性化合物，或者与硫酸根生成溶解度小的稳定沉淀化合物的钙或钡的盐和碱，解聚剂的加入量约等于或大于偏钛酸中硫酸根的化学当量；

3)将处理后的偏钛酸过滤、洗涤，过滤、洗涤是利用偏钛酸的水不溶性与杂质离子的水溶性进行液固分离；

4)将洗涤后的物料搅拌打浆，并调整至以TiO₂计15～25wt％的浆液浓度；

5)向分散的浆液中进行凝胶化处理，所述的凝胶化处理是指向浆液中加入相对于TiO₂计0.1-10.0wt％的絮凝剂，调整pH值5～7；

6)向物料中加入系列聚乙二醇和/或水溶性有机硅油的粒子稳定控制剂，系列聚乙二醇或水溶性有机硅油的加入量分别为相对于TiO₂计的0.5-3.0wt％；

7)将物料过滤、干燥、煅烧、粉碎，获得锐钛矿型纳米二氧化钛产品，其中过滤是指经步骤6)之后的浆液静置20～30分钟后再过滤，过滤后的滤饼干燥温度控制在120℃，烘干后的滤饼在200℃～600℃下煅烧4～4.5小时。

本发明进一步的技术方案是：本发明所采用的原料偏钛酸是指硫酸法钛白生产中中间产物硫酸氧钛经浓缩、水解、水洗和漂白后得到的。

本发明更进一步的技术方案是：步骤1)中偏钛酸打浆分散是采用去离子水。