高纯Magnéli相亚氧化钛及其制备方法技术

本发明专利技术涉及无机材料领域，具体涉及高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法。高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，步骤为：将TiO2与粘结剂混匀制粒，得直径为2～5mm颗粒A；将颗粒A和还原剂按一层还原剂、一层颗粒A，交错放入反应器，且最上层为还原剂；颗粒A层均采用单层颗粒A覆盖；除最上层还原剂外，每层还原剂覆盖厚度≥2cm；最上层还原剂的覆盖厚度≥10cm；还原剂粒度≤74μm；将反应器于1250～1450℃下还原30～60min，结束后取出反应器在惰性气氛中冷却，得到还原产物；将还原产物筛分、清洗,得到高纯Magnéli相亚氧化钛。制得的高纯Magnéli相亚氧化钛，纯度高，残余碳含量低。

High Purity Magn Li Phase Titanium Oxide and Its Preparation Method

The invention relates to the field of inorganic materials, in particular to the preparation method of high purity Magn Li phase titanium oxide. The preparation method of high purity Magn Li phase titanium oxide is as follows: the diameter of particles A is 2-5mm by mixing titanium dioxide with binder; the particles A and reductant are interlaced into the reactor according to one layer of reductant and one layer of particles A, and the upper layer is reductant; the particle A layer is covered by single layer of particles A; besides the upper layer of reductant, the thickness of each layer of reductant is more than 2 cm; and the upper layer is also covered by single layer of particles A. The coverage thickness of the original agent is more than 10 cm; the particle size of the reductant is less than 74 micron; the reactor is reduced at 1250-1450 C for 30-60 minutes, and then the reactor is cooled in inert atmosphere to obtain the reduction products; the reduction products are screened and cleaned to obtain high purity Magn Li phase titanium oxide. The high purity Magn Li phase titanium oxide obtained has high purity and low residual carbon content.

【技术实现步骤摘要】
高纯Magnéli相亚氧化钛及其制备方法
本专利技术涉及无机材料领域，具体涉及高纯Magnéli相亚氧化钛及其制备方法。
技术介绍
近年来，Magnéli相亚氧化钛在惰性电极、燃料电池、锂电池、光催化和导电添加剂等方面的应用已有诸多报道，成为国内外钛功能材料的研究热点之一。Magnéli相氧化钛主要有高温还原法、激光烧蚀法和溶胶凝胶-烧结法三种制备工艺。Magnéli相氧化钛的制备主要以TiO2为原料，目前的制备方法存在反应过程时间长、对反应气氛要求苛刻和反应产物物化性质难以控制等缺点。碳热还原法由于其工艺简单、成本低、对设备要求低等优点被广泛应用于材料制备领域。申请号为2017101201355的中国专利公开了一种石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法。该方法是采用石墨粉与二氧化钛混合，并将石墨粉均匀覆盖在混合物料表面，进行高温还原反应。虽然该方法提供了一种在空气气氛中反应的手段，但是该方法制备的产物仍然为石墨-钛低价氧化物复合材料，还原产物中残余的石墨或煤粉难与还原产物有效分离，不能制备出高纯的Magnéli相亚氧化钛，限制了其应用领域的拓展。因此，探索和开发一条全新的碳热还原法制备高纯Magnéli相亚氧化钛的制备工艺路线非常必要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就是提供一种碳热还原法制备高纯Magnéli相亚氧化钛的方法。高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，按以下步骤进行：a、将TiO2与粘结剂按重量比1:0.05～0.1混匀，制粒，烘干，得到直径为2～5mm的颗粒A；b、将颗粒A和还原剂按一层还原剂、一层颗粒A，交错放入反应器中，且最上层覆盖层为还原剂；其中，还原剂为石墨粉或煤粉；颗粒A层均采用单层颗粒A覆盖，覆盖厚度即为颗粒A的直径；除最上层还原剂外，每层还原剂的覆盖厚度≥2cm；最上层还原剂的覆盖厚度≥10cm；还原剂的粒度≤74μm；c、将反应器置于1250～1450℃下还原30～60min，还原结束后取出反应器在惰性气氛中冷却，得到还原产物；d、将还原产物进行筛分，得到粒状Magnéli相亚氧化钛和还原剂；f、清洗粒状Magnéli相亚氧化钛表面残留的还原剂，得到高纯Magnéli相亚氧化钛。优选的，步骤a中，粘结剂为聚乙烯醇。优选的，步骤a中：颗粒A的直径为2.5～5mm；更优选的，颗粒A的直径为2.5mm。优选的，步骤a中：TiO2纯度在99％以上。优选的，步骤b中，每层还原剂覆盖厚度为2.2～3cm，且最上层还原剂的覆盖厚度为12～15cm；优选的，每层还原剂覆盖厚度为2.2cm，且最上层还原剂的覆盖厚度为12cm。优选的，步骤b中，反应器为石墨反应器。优选的，步骤c中，惰性气氛指氩气或氮气。优选的，步骤c中，还原温度1300℃，还原时间50min。优选的，为了实现还原剂的循环利用，节约成本，步骤d中，筛分后的还原剂返回步骤b中继续使用。优选的，步骤f中，清洗粒状Magnéli相亚氧化钛表面残留的还原剂的有机溶剂可以采用乙醇。有机溶剂的选择主要是考虑对石墨的清洗效果，其他有机溶剂只要是能有效清洗石墨均可以。本专利技术还提供一种高纯Magnéli相亚氧化钛，采用上述的高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法制备而成。本专利技术制得的高纯Magnéli相亚氧化钛，纯度≥99％，产品中的C含量≤0.46％。本专利技术的有益效果：1、在空气气氛下制备高纯Magnéli相亚氧化钛，不需要真空或者通入保护气体，对生产设备和生产环境要求低。2、本工艺在较短的还原时间(30～60min)就可以制备出高纯Magnéli相亚氧化钛。3、本专利技术的方法工艺简单，原料价格低且原料储量巨大，该工艺方法便于大规模工业生产。4、本专利技术制备高纯Magnéli相亚氧化钛，纯度高，残余碳含量低。附图说明图1本专利技术实例1所制备的产品XRD图；图2本专利技术实例2所制备的产品XRD图；图3本专利技术实例3所制备的产品XRD图；具体实施方式本专利技术要解决的技术问题就是提供一种碳热还原法制备高纯Magnéli相亚氧化钛的方法。本专利技术的核心是采用造粒的方法，利用石墨粉(还原剂)和二氧化钛颗粒之间的粒度差，实现采用碳热还原工艺制备高纯Magnéli相亚氧化钛，从而克服了传统碳热还原产品残碳难以除去得到高纯产品的技术难题。高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，按以下步骤进行：a、将TiO2与粘结剂按重量比1:0.05～0.1混匀，制粒，烘干，得到直径为2～5mm颗粒A；b、将颗粒A和还原剂按一层还原剂、一层颗粒A，交错放入反应器中，且最上层覆盖层为还原剂；其中，还原剂为石墨粉或煤粉；颗粒A层均采用单层颗粒A覆盖，覆盖厚度即为颗粒A的直径；除最上层还原剂外，每层还原剂的覆盖厚度≥2cm；最上层还原剂的覆盖厚度≥10cm；还原剂的粒度≤74μm；c、将反应器置于1250～1450℃下还原30～60min，还原结束后取出反应器在惰性气氛中冷却，得到还原产物；d、将还原产物进行筛分，得到粒状Magnéli相亚氧化钛和还原剂；f、清洗粒状Magnéli相亚氧化钛表面残留的还原剂，得到高纯粒状Magnéli相亚氧化钛。本专利技术需要先将TiO2造粒，造粒的原因是使二氧化钛与石墨粉(还原剂)产生粒度差，从而在还原后可以采用筛分的方式使还原产物与未反应完全的石墨粉有效分离。并且，本专利技术需要将颗粒A的直径限定在2～5mm范围内，直径过大过小均会影响制得的亚氧化钛的纯度。颗粒A直径越大，不利于CO气体传输至颗粒内部，从而在一定还原时间内反应不充分，造成部分TiO2未还原，从而影响还原产物纯度；当颗粒A的直径过小时(≤2mm)，会影响产物Magnéli相亚氧化钛与石墨粉的分离，导致制备的Magnéli相亚氧化钛纯度不高。本专利技术采用两种材料分层交错叠放的目的是为了扩大石墨粉与TiO2颗粒的接触面积，改善还原过程动力学，缩短还原时间。本专利技术采用的还原剂的粒度≤74μm，还原剂的粒度越小，高温状态时活性越高，有利于整个反应体系还原性气氛的形成和保持，有利于反应的进行。并且可以使二氧化钛与还原剂产生粒度差，从而在还原后可以采用筛分的方式使还原产物与未反应完全的石墨粉有效分离。优选的，步骤a中，粘结剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇在高温过程中可分解为H2O和CO2，不影响产品的纯度。为了提高制备的亚氧化钛的纯度，优选的，TiO2与粘结剂按重量比1:0.05。为了提高二氧化钛转化为亚氧化钛的程度，提高亚氧化钛的纯度，优选的，步骤a中，颗粒A的直径为2.5～5mm；更优选的，颗粒A的直径为2.5mm。为了提高二氧化钛转化为亚氧化钛的程度，提高亚氧化钛的纯度，优选的，步骤a中，TiO2纯度在99％以上。为了提高二氧化钛转化为亚氧化钛的程度，提高制得的产品Magnéli相亚氧化钛的纯度，优选的，步骤b中，每层还原剂覆盖厚度为2.2～3cm，且最上层还原剂的覆盖厚度为12～15cm；当每层还原剂覆盖厚度为2.2cm，且最上层还原剂的覆盖厚度为12cm，此时制得的产品中C含量最低。优选的，步骤b中，反应器为石墨反应器。优选的，步骤c中，惰性气氛指氩气或氮气。为了提高二氧化钛转化为亚氧化钛的程度，提高亚氧化钛的纯度，优选的，步骤c中，还原温度1300℃，还原时间50min。优选的，为了实现还原剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：a、将TiO2与粘结剂按重量比1:0.05～0.1混匀，制粒，烘干，得到直径为2～5mm的颗粒A；b、将颗粒A和还原剂按一层还原剂、一层颗粒A，交错放入反应器中，且最上层覆盖层为还原剂；其中，还原剂为石墨粉或煤粉；颗粒A层均采用单层颗粒A覆盖，覆盖厚度即为颗粒A的直径；除最上层还原剂外，每层还原剂的覆盖厚度≥2cm；最上层还原剂的覆盖厚度≥10cm；还原剂的粒度≤74μm；c、将反应器置于1250～1450℃下还原30～60min，还原结束后取出反应器在惰性气氛中冷却，得到还原产物；d、将还原产物进行筛分，得到粒状Magnéli相亚氧化钛和还原剂；f、清洗粒状Magnéli相亚氧化钛表面残留的还原剂，得到高纯Magnéli相亚氧化钛。

【技术特征摘要】
1.高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：a、将TiO2与粘结剂按重量比1:0.05～0.1混匀，制粒，烘干，得到直径为2～5mm的颗粒A；b、将颗粒A和还原剂按一层还原剂、一层颗粒A，交错放入反应器中，且最上层覆盖层为还原剂；其中，还原剂为石墨粉或煤粉；颗粒A层均采用单层颗粒A覆盖，覆盖厚度即为颗粒A的直径；除最上层还原剂外，每层还原剂的覆盖厚度≥2cm；最上层还原剂的覆盖厚度≥10cm；还原剂的粒度≤74μm；c、将反应器置于1250～1450℃下还原30～60min，还原结束后取出反应器在惰性气氛中冷却，得到还原产物；d、将还原产物进行筛分，得到粒状Magnéli相亚氧化钛和还原剂；f、清洗粒状Magnéli相亚氧化钛表面残留的还原剂，得到高纯Magnéli相亚氧化钛。2.根据权利要求1所述的高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，其特征在于：步骤a中，粘结剂为聚乙烯醇。3.根据权利要求1或2所述的高纯Magnéli相亚氧化钛的制备方法，其特征在于，步骤a中：颗粒A的直径为2.5～5mm；优选的，颗粒A的直径为2.5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴恩辉，李军，侯静，徐众，黄平，刘黔蜀，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川,51