层状α-磷酸钛的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种层状α－磷酸钛的制备方法。该制备方法是将是将钛盐与去离子水按体积比为１∶４－１０混合，充分水解后得到沉淀物，洗涤沉淀物，再将沉淀物、去离子水和浓Ｈ↓［３］ＰＯ↓［４］按摩尔比１∶２０－３０∶３－１５混合，使得混合液中Ｈ↓［３］ＰＯ↓［４］的浓度为４－１２ｍｏｌ／Ｌ，随后将混合液转移到高压釜中，在１５０－２００℃下反应４－２４小时，冷却至室温，用水洗涤至ｐＨ值为３－７，干燥，得到层状α－磷酸钛。本发明专利技术的制备方法具有操作简单、反应时间短、对设备要求低、生产成本低廉，生产安全性高的优点，此外，用该方法得到的层状α－磷酸钛具有结晶度高、形貌规则均匀和热稳定性高的优点。本发明专利技术将在层状α－磷酸钛的生产中发挥重要作用，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
层状α-磷酸钛的制备方法
本专利技术涉及化合物的制备方法，特别是涉及一种层状α-磷酸钛的制备方法。
技术介绍
层状α-磷酸钛(α-Ti(HPO4)2·H2O)是一种阳离子型化合物，它具有耐高温、耐辐射、耐强酸、难溶于水及有机溶剂等特点，此外，该化合物既具有像离子交换树脂一样的离子交换性能，如可用于回收分离铯、锶同位素，从海水中提取钾、铯等，又具有像沸石一样的选择性吸附和催化性能，同时，其磷酸盐层板还是制备插层化合物和层柱催化材料的基体。与层状α-磷酸锆相比，层状α-磷酸钛更易于层离和胶体化，更有利于制备高比表面的层柱催化材料，而且制备原料价格低廉，因此，具有广阔的应用前景。目前制备层状磷酸钛的方法主要有回流法和氢氟酸法，但这两种方法存在反应时间长、产品结晶度低、对设备耐腐蚀性能要求高以及对操作人员存在安全隐患等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反应时间较短、产品结晶度较好，且生产安全性较高的层状α-磷酸钛的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种层状α-磷酸钛的制备方法，是将钛盐与去离子水按体积比为1∶4-10混合，充分水解后得到沉淀物，洗涤沉淀物，再将沉淀物、去离子水和浓H3PO4按摩尔比1∶20-30∶3-15混合，使得混合液中H3PO4的浓度为4-12mol/L，随后将混合液转移到高压釜中，在150-200℃下反应4-24小时，冷却至室温，用水洗涤至pH值为3-7，干燥，得到层状α-磷酸钛。在上述层状α-磷酸钛的制备方法中，钛盐的选择是多种多样的，如钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸乙酯、四氯化钛或硫酸氧钛等。将钛盐与水混合时，最好将钛盐缓慢滴加入水中。所述钛盐的水解沉淀物的洗涤方法优选为抽滤洗涤，洗涤次数优选为2-5次，以去除来源于前驱体中的杂质离子。所述水解及洗涤用水均优选为去离子水。所述干燥温度可为50-80℃。本专利技术提供了一种层状α-磷酸钛的制备方法。与现有的层状α-磷酸钛的制备-->方法相比，本专利技术的制备方法具有操作简单、反应时间短、对设备要求低、生产成本低廉，而且避免了使用强腐蚀性的氢氟酸，从而保证了生产的安全性，具有工业化生产的可行性，此外，用该方法得到的层状α-磷酸钛具有结晶度高、形貌规则均匀(呈六边形薄片状、粒径均匀细小)和热稳定性高的优点。本专利技术将在层状α-磷酸钛的生产中发挥重要作用，应用前景广阔。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为用本专利技术方法制备的α-磷酸钛的SEM显微形貌图图2为用本专利技术方法制备的α-磷酸钛的X-射线衍射图具体实施方式下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。实施例1、层状α-磷酸钛的制备将8.5g钛酸四丁酯缓缓滴加入50mL去离子水中使之充分水解，抽滤洗涤水解沉淀物3次后，向沉淀物中加入9.8g浓度为85％的H3PO4溶液和10mL去离子水，此时混合液中H3PO4的浓度为5.5mol/L，然后将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放入恒温箱中，在180℃下反应16小时后，冷却至室温，用去离子水离心洗涤至pH值为3.8，最后将产物在50℃下干燥，得到层状α-磷酸钛。取样，对用上述方法制备的层状α-磷酸钛进行扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)分析，扫描电镜观测结果如图1所示(图A为低倍下形貌，图B为高倍下形貌)，X-射线衍射图如图2所示(横坐标表示衍射角，纵坐标表示衍射强度；(002)衍射晶面对应着层状α-磷酸钛的层间距，对应衍射角2θ＝11.6°，得出层间距大小为0.76nm。表明用本专利技术的方法得到了结晶度好，形貌规则均匀，粒径均匀细小，平均粒径约为400nm，片厚约为60nm的六边形薄片状α-磷酸钛晶体，且具有较高的热稳定性。实施例2、层状α-磷酸钛的制备将7.11g钛酸四异丙酯缓缓滴加入40mL去离子水中使之充分水解，抽滤洗涤水解沉淀物5次后，向沉淀物中加入31.16g浓度为85％的H3PO4溶液和10mL去离子水，此时混合液中H3PO4的摩尔浓度为10mol/L，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放入恒温箱中，在150℃下反应24小时后，冷却至室温，用去离子水离心洗涤至pH值为7，最后将产物在60℃下干燥，得到层状α-磷酸钛。取样，对用上述方法制备的层状α-磷酸钛进行扫描电镜和X-射线衍射分析，检-->测结果表明用上述方法得到了结晶度好，形貌规则均匀，粒径均匀细小，平均粒径约为300nm，片厚约为60nm，层间距大小为0.76nm的六边形薄片状α-磷酸钛晶体，且具有较高的热稳定性。实施例3、层状α-磷酸钛的制备将5.70g钛酸乙酯缓缓滴加入30mL去离子水中使之充分水解，抽滤洗涤水解沉淀物4次后，向沉淀物中加入14.3g浓度为85％的H3PO4溶液和10mL去离子水，此时混合液中H3PO4的摩尔浓度为7mol/L，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放入恒温箱中，在200℃下反应4小时后，冷却至室温，用去离子水离心洗涤至pH值为6，最后将产物在70℃下干燥，得到层状α-磷酸钛。取样，对用上述方法制备的层状α-磷酸钛进行扫描电镜和X-射线衍射分析，检测结果表明用上述方法得到了结晶度好，形貌规则均匀，粒径均匀细小，平均粒径约为500nm，片厚约为60nm，层间距大小为0.76nm的六边形薄片状α-磷酸钛晶体，且具有较高的热稳定性。实施例4、层状α-磷酸钛的制备将4.74g四氯化钛缓缓滴加入30mL去离子水中使之充分水解，抽滤洗涤水解沉淀物3次后，向沉淀物中加入18.67g浓度为85％的H3PO4溶液和10mL去离子水，此时混合液中H3PO4的摩尔浓度为8mol/L，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放入恒温箱中，在170℃下反应10小时后，冷却至室温，用去离子水离心洗涤至pH值为5，最后将产物在80℃下干燥，得到层状α-磷酸钛。取样，对用上述方法制备的层状α-磷酸钛进行扫描电镜和X-射线衍射分析，检测结果表明用上述方法得到了结晶度好，形貌规则均匀，粒径均匀细小，平均粒径约为400nm，片厚约为60nm，层间距大小为0.76nm的六边形薄片状α-磷酸钛晶体，且具有较高的热稳定性。实施例5、层状α-磷酸钛的制备将4.90g硫酸氧钛缓缓滴加入30mL去离子水中使之充分水解，抽滤洗涤水解沉淀物3次后，向沉淀物中加入23.84g浓度为85％的H3PO4溶液和10mL去离子水，此时混合液中H3PO4的摩尔浓度为9mol/L，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放入恒温箱中，在160℃下反应12小时后，冷却至室温，用去离子水离心洗涤至pH值为4，最后将产物在60℃下干燥，得到层状α-磷酸钛。-->取样，对用上述方法制备的层状α-磷酸钛进行扫描电镜和X-射线衍射分析，检测结果表明用上述方法得到了结晶度好，形貌规则均匀，粒径均匀细小，平均粒径约为350nm，片厚约为60nm，层间距大小为0.76nm的六边形薄片状α-磷酸钛晶体，且具有较高的热稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状α－磷酸钛的制备方法，是将钛盐与去离子水按体积比为１∶４－１０混合，充分水解后得到沉淀物，洗涤沉淀物，再将沉淀物、去离子水和浓Ｈ↓［３］ＰＯ↓［４］按摩尔比１∶２０－３０∶３－１５混合，使得混合液中Ｈ↓［３］ＰＯ↓［４］的浓度为４－１２ｍｏｌ／Ｌ，随后将混合液转移到高压釜中，在１５０－２００℃下反应４－２４小时，冷却至室温，用水洗涤至ｐＨ值为３－７，干燥，得到层状α－磷酸钛。

【技术特征摘要】
1、一种层状α-磷酸钛的制备方法，是将钛盐与去离子水按体积比为1∶4-10混合，充分水解后得到沉淀物，洗涤沉淀物，再将沉淀物、去离子水和浓H3PO4按摩尔比1∶20-30∶3-15混合，使得混合液中H3PO4的浓度为4-12mol/L，随后将混合液转移到高压釜中，在150-200℃下反应4-24小时，冷却至室温，用水洗涤至pH值为3-7，干燥，得到层状α-磷酸钛。2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钛盐为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：程萍，邓长生，戴遐明，李冰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]