[发明专利]钛精矿制备大孔二氧化钛材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种利用钛精矿制备大孔二氧化钛材料的方法。

背景技术

TiO₂作为一种氧化能力强、催化活性高、化学稳定性好、无毒、价格低廉的无机半导体材料。多孔TiO₂是TiO₂材料中的一个重要分支，它具有比表面积高，孔道结构发达，表面易于改性等特点。近来，孔径在50nm以上的TiO₂大孔材料受到的关注越来越多。

已有报导制备TiO₂大孔材料的方法中最主要的方法为模板法。专利CN201210543475.6采用聚苯乙烯微球乳液、二氧化钛溶胶形成的二元组分混合液，在一定温度下恒温蒸发自组装形成二元有序材料，经焙烧除去模板剂形成三维有序大孔二氧化钛材料；专利CN200810012244.6以有机泡沫为模板，浸渍含二氧化钛的浆液，浆液粘附在有机泡沫上，通过煅烧去除有机泡沫，得到块状大孔二氧化钛材料。专利CN201310508528.5将无水乙醇与酞酸四丁酯混合形成的均匀透明溶胶在真空状态下填充到模板缝隙中，然后放入恒温恒湿箱凝胶化干燥，高温煅烧除去模板，即得到具有特定晶型的三维有序大孔二氧化钛。模板法制备的大孔材料具有孔径大小可调、分布均匀的等优点，但是它所用的前驱体和模板原料一般为昂贵或有毒的化学药品，并且步骤复杂，产量非常少。

针对这一问题，尝试用储量丰富、价格低廉的钛精矿为原料制备大孔TiO₂材料。。

发明内容

针对现有技术制备大孔二氧化钛存在的问题，本发明人研究了钛矿焙烧处理产生物相形貌变化后，提供了一种利用钛精矿制备大孔二氧化钛的方法。

本发明所要解决的技术问题是提供一种钛精矿制备大孔二氧化钛的方法。该方法包括以下步骤：

a、钛精矿在700～850℃氧化焙烧，得氧化矿；

b、氧化矿在500～700℃还原焙烧，得改性矿；

c、改性矿分别酸浸、碱浸，洗涤后得大孔二氧化钛初品；

d、将大孔二氧化钛初品进行煅烧，得到大孔二氧化钛成品。

具体的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤a中，所述钛精矿中TiO₂含量在45％以上。

具体的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤a中，所述氧化焙烧至氧化率在80％以上。所述氧化率是指三价铁与全铁含量之比。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤a中，所述氧化焙烧时间为0.5～4h。

具体的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤b中，所述还原焙烧是指还原率在80％以上。所述还原率是指被还原的三价铁与全铁含量之比。即当还原率在80％以上，则三价铁与全铁之比小于20％。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤b中，所述还原焙烧的时间为1～4h。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤c中，所述酸为盐酸，质量浓度为15～25％。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤c中，所述碱为氢氧化钠溶液，质量浓度为5～15％。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤c中，所述酸浸泡的液固比为3～4﹕1L/kg。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤c中，所述酸浸温度为120～150℃加压浸泡为6～10h。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤c中，所述碱浸的液固比为1～3﹕1L/kg。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤c中，所述碱浸温度为30～80℃，时间为0.5～1h。

优选的，上述钛精矿制备大孔二氧化钛的方法步骤d中，所述煅烧温度为300～500℃，时间为0.5～10h。

本发明方法对钛精矿通过预氧化-低温弱还原使钛矿内部高效地生成结构较好的二氧化钛网络，且活性较高；然后通过盐酸酸浸除去大部分的杂质，再碱浸进一步除去硅酸盐杂质得到大孔二氧化钛材料，孔径在0.5-5微米左右。二氧化钛材料的孔径尺寸可以通过调节氧化焙烧温度和时间进行调节。本发明方法中各步骤是相辅相成，不能随意地改变，只有按照上述步骤顺序才能够取得很好的效果。本方法工艺简单，效率高，成本低，可实现大规模生产。

具体实施方式

一种钛精矿制备大孔二氧化钛的方法，包括以下步骤：

a、钛精矿在700～850℃氧化焙烧至氧化率在80％以上，得氧化矿；

b、氧化矿在500～700℃弱还原焙烧至还原率在80％以上，得改性矿；