[发明专利]一种高温等离子体燃烧法制备气相纳米二氧化钛的方法

说明书

一种高温等离子体燃烧法制备气相纳米二氧化钛的方法，涉及纳米材料制备技术领域。利用气流磨将原料纳米偏钛酸粉体进行气流粉碎解聚，气流磨中载气采用空气，气流粉碎解聚后的粉体随着空气直接进入高温等离子体反应器的反应腔体，纳米偏钛酸粉体在高温等离子体反应器的反应腔体中快速反应并下落至高温等离子体反应器的粉体收集系统；经过冷却、沉降、收集，从而获得气相纳米二氧化钛粉体。本发明通过气流磨对原料纳米偏钛酸粉体进行气流粉碎解聚，增加气流磨工艺，主要起到解聚作用，形成易分散粉体，有助于制备气相二氧化钛纳米粉体的分散形态。同时，等离子体反应工艺前段增加气流磨，所使用的载气可以直接利用并通入反应中，节约载气。

技术领域

本发明涉及纳米粉体材料制备技术领域，具体是涉及一种高温等离子体燃烧法制备气相纳米二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛是一种无机白色固体或粉末状的两性氧化物，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。二氧化钛有较好的紫外线掩蔽作用，常作为防晒剂掺入纺织纤维中，超细的二氧化钛粉末也被加入进防晒霜膏中制成防晒化妆品。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。

目前，二氧化钛的工业化生产方法主要有两种：硫酸法和氯化法。1.硫酸法是采用硫酸酸解含钛矿物，得到硫酸氧钛溶液，经纯化和水解得到纳米偏钛酸沉淀，再进入转窑焙烧产出二氧化钛，是非连续生产工艺，工艺流程复杂，需要20道左右的步骤，排放废弃物较多。同时，晶型转变需更多操作步骤，采用的焚烧工艺需要消耗大量能。2.氯化法是以钛铁矿、高钛渣、人造金红石或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛，经精馏提纯，再进行气相氧化；速冷后，经过气固分离得到二氧化钛。但是，硫酸法和氯化法普遍存在产物纯度不高，工艺耗能以及生产周期长等缺陷。

随着等离子体技术的不断发展，将等离子体工艺应用于二氧化钛的生产，也存在于一些文献或专利的报道中。中国专利申请 CN 106241870 A公开了一种用于制备二氧化钛的装置及制备二氧化钛的方法，该装置包括通过管道依次连接的四氯化钛蒸发器、氧化炉、浆料罐、成品罐以及等离子体加热器，等离子体加热器用于对氧气进行加热，并将加热后的氧气送入到所述氧化炉中与四氯化钛进行反应。将含有四氯化钛和氯化铝的四氯化钛原料送入到四氯化钛蒸发器中进行蒸发后，将得到的含有四氯化钛的蒸气送入到氧化炉中与氧气进行氧化反应，其中，所述氧气通过在等离子体加热器进行加热后再送入到所述氧化炉中。

但是，上述用于制备二氧化钛的装置及制备二氧化钛的方法，能否生产具有纳米尺寸的二氧化钛粉体，该文献中并未公开详细内容。纳米尺寸二氧化钛因为具有优异的性能，而广泛应用于工业领域，本发明正是基于该发明点而提出一种能够制备近球形、形貌均匀且无团聚现象出现的气相二氧化钛的方法。

发明内容

针对上述存在制备二氧化钛粉体存在的相关技术缺陷，本发明提供了一种高温等离子体燃烧法制备气相纳米二氧化钛的方法，操作简便，能耗低，制备的二氧化钛纳米粉体具有纯度较高、粒径分布均匀、近球形、无团聚、易分散等优点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种高温等离子体燃烧法制备气相纳米二氧化钛的方法，步骤如下：

1）、利用空气作为载气，将纳米偏钛酸粉体输送至高温等离子体反应器的反应腔体，高温等离子体反应器的等离子激发气体为氮气或氩气，纳米偏钛酸粉体在高温等离子体反应器的反应腔体中快速反应并下落至高温等离子体反应器的粉体收集系统；

2）、落入高温等离子体反应器的粉体收集系统的反应产物，经过冷却、沉降、收集，从而获得气相纳米二氧化钛粉体。

进一步地，制备方法中，利用气流磨将原料纳米偏钛酸粉体进行气流粉碎解聚，气流磨中载气采用空气，气流粉碎解聚后的粉体随着空气直接进入高温等离子体反应器的反应腔体。

作为本发明的优选技术方案，所述空气的载气流量为500～1000sccm。