超细金红石型二氧化钛颗粒的低温合成制造技术

通过四氯化钛汽相水解来合成超细金红石型二氧化钛颗粒的方法，包括以下步骤：　　　　（ａ）在气溶胶反应器中水解ＴｉＣｌ↓［４］，Ｈ↓［２］Ｏ和掺杂剂的汽相混合物；　　　　（ｂ）收集形成为干粉的无定型或锐钛矿型二氧化钛粉末；　　　　（ｃ）煅烧所述干燥粉末以得到金红石型二氧化钛。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超细金红石型二氧化钛颗粒的低温合成
本专利技术涉及通过四氯化钛汽相水解来合成超细金红石型二氧化钛颗粒的低温方法。本专利技术尤其涉及使用乙醇作为掺杂剂来在1-4小时的煅烧过程中将金红石生成温度降低至150-400℃的金红石型二氧化钛粉末的制造方法。该方法包括操作步骤的新组合，来以灵活的生产工艺经济地生产金红石型超细二氧化钛粉末。
技术介绍
二氧化钛(titania)广泛用于颜料，催化剂，无机膜，半导体，光学涂层试剂以及水净化工艺中的光催化剂。二氧化钛(TiO2)由两种工业上重要的晶相结构，即锐钛矿型和金红石型。由于其具有高光活性，锐钛矿型二氧化钛被用作丙酮，苯酚或三氯乙烯的光解，一氧化氮和二氧化氮的氧化以及使用太阳能的转化系统的光催化剂。金红石型二氧化钛广泛用作白色颜料，因为它有很好的能够防御紫外光的散射作用。因为它具有高介电常数和高折射率，吸油能力强，着色力和在强酸或强碱条件下的化学稳定性，因此还被用于光学涂层，射束分离器和抗反射涂层。根据氧分压的不同，二氧化钛有不同的电特性，这是因为它有较好的化学稳定性和非计量相区域。正因如此，它还被用于湿度传感器和高温氧传感器并且它的使用领域变得很广。用于颜料的二氧化钛粉末，其平均粒度通常是150nm至250nm并被认为是主要的商业白颜料。它具有极高的折射率，可忽略的颜色，并且非常惰性。具有更小平均粒度如10nm至100nm的中等粒度的二氧化钛商业上被用于化妆品和个人护理产品，塑料，表面涂层，自清洁表面以及光电方面的应用。这种等级的二氧化钛被称为超细或纳米级二氧化钛。每年生产超过四百万吨的二氧化钛。有若干制造超细二氧化钛的方法，其中一些在商业上使用，另一些方法在开发中。一些-->方法使用无水二氧化钛，其中一些在商业上使用，另一些方法在开发之中。一些方法使用四氯化钛作为原料。另一些方法使用硫酸氧钛溶液作为原料。通常，二氧化钛粉末由氯化物方法制造，该方法是气相法，或者由硫酸盐方法制造，该方法是液相法。由美国杜邦公司于1956年商业化的氯化物方法中，四氯化钛作为原料使用，且反应温度要高于1000℃。因为该方法在高温下使用有腐蚀性的氯气，因此还要其他的保护装置，这导致了更高的生产成本。因为通过氯化物方法制备的二氧化钛粉末虽然细小但是粗糙，需要附加设备提供外电场或控制反应物混合比，以控制二氧化钛粉末的颗粒形状和颗粒大小。TiCl4的氧化需要高纯氧气，这会导致高投资和运营成本。由挪威Titan公司于1961年商业化的硫酸盐方法中，硫酸钛(TiSO4)通常在高于100℃水解，在800℃至1000℃煅烧，并随后粉碎成二氧化钛粉末。在煅烧和粉碎过程中，会引入杂质，造成最终二氧化钛粉末质量的下降。Funaki，Saeki等人在Kogyo Kagaku Zasshi，59(11)，pp.1291(1956)中教导能够通过在200℃至800℃温度范围内混合汽相的四氯化钛和水生产锐钛矿型二氧化钛的细小颗粒，或者通过液相中四氯化钛和水的反应制备含有非常少量或不含有金红石型二氧化钛的锐钛矿型二氧化钛细小颗粒，并经过高得多的温度处理以得到金红石型二氧化钛。美国专利第4,241,042号教导了制备金属氧化物球状颗粒的方法，包括将可水解的液体气溶胶钛(IV)化合物与动态流动的水蒸汽接触进行水解。日本专利Kokai 59-107904和59-107905教导了一种加热以极微小悬浮液滴形式存在的金属氧化物前体，并使其蒸发气化，再加热分解，然后与氧气接触并反应，来制取金属氧化物球状细小颗粒的方法。近来，人们对低温直接合成金红石型二氧化钛有很大兴趣。有许多关于使用四氯化钛合成金红石型二氧化钛粉末的新液相方法的报道。Kim，Park等人(美国专利第6,001,326号)指出新的液相方法，该-->方法通过简单加热并搅拌TiOCl2溶液的共沉淀法在室温至65℃生成直径200-400nm的球状纯金红石型二氧化钛沉淀物。Tang等人(Mater.Chem.Phys.77(2)：pp.314，(2003)公开了40℃至50℃通过Ti(OC4H9)4溶液水解制备纳米级金红石型二氧化钛粉末。当溶液为中性和碱性时，水解产物是沉淀物且干燥后的沉淀物是无定型的。在600℃时煅烧干燥的沉淀物并不能得到金红石型二氧化钛。然而，当溶液是酸性时，水解产物是溶胶，在40℃至50℃干燥溶胶以获得金红石型二氧化钛。然而，因为醇盐在空气中激烈水解，故需要严格控制反应条件。此外，醇盐昂贵的价格也限制了它的商业化。Yang等人(Mater.Chem.Phys.77(2)：501，(2003)还报道了常温常压下在液相中制备金红石型二氧化钛纳米晶体。Li Y.Z.等人在Jour.Mater.Chem.，12(5)：pp.1387，(2002)也报道了通过低温下四氯化钛溶液水解制备平均晶体粒径为6.9nm至10.5nm的纳米晶体金红石型二氧化钛。所有以上报道的金红石型二氧化钛的合成技术均以液相处理为基础。与液相法相对应，报导了四氯化钛的汽相水解法合成锐钛矿型二氧化钛。例如：B.Xia等人(Jour.Mater.Sci.，34，pp.3505，(1999))报道了通过在600℃以下进行四氯化钛汽相水解制备锐钛矿型二氧化钛纳米粉末。作为独立的制备途径，它还没有引起太多重视。与汽相法相比，在气溶胶反应器中进行的汽相法具有产物纯净，易于收集，能效高和避免包括如过滤，洗涤，干燥等大液体体积操作的优点。然而，氯化物法在高温下进行，且遇到如产物特性控制，建造反应器材料的腐蚀和操作问题，这主要是由于所采用的高温和腐蚀性气体。因此，需要在远低于所述氯化物法的温度进行，但又仅采用气相处理而没有液体参与的生产超细二氧化钛的方法。专利技术目的本专利技术的主要目的是开发通过TiCl4汽相水解合成超细金红石型二氧化钛颗粒的低温方法。-->本专利技术的另一目的是开发在同一反应器中合成锐钛矿型，金红石型及其混合物的灵活的低温方法。
技术实现思路
本专利技术提供通过四氯化钛汽相水解合成超细金红石型二氧化钛颗粒的低温方法，包括以下步骤：a)在气溶胶反应器中水解四氯化钛，水和掺杂剂的汽相混合物；b)收集形成为干粉状的无定型或锐钛矿型二氧化钛粉末；c)煅烧该干燥粉末以得到金红石型二氧化钛。在本专利技术的另一个实施方案中，所述无定型二氧化钛颗粒在150℃至400℃的温度煅烧1小时至4小时以产生金红石型颗粒。在本专利技术的另一个实施方案中，所述掺杂剂含有碳原子并选自脂肪醇，芳烃及其任意混合物。在本专利技术的另一个实施方案中，所述掺杂剂是乙醇。在本专利技术的另一个实施方案中，所述掺杂剂的摩尔浓度为水蒸汽的1-10。在本专利技术的另一个实施方案中，所述反应混合物含有占四氯化钛摩尔数0-10％的乙醇。在本专利技术的另一个实施方案中，四氯化钛的流量为10cm3/min至200cm3/min。在本专利技术的另一个实施方案中，所述反应器中四氯化钛蒸汽浓度为7×10-4mol/min至1×10-2mol/min。在本专利技术的另一个实施方案中，所述水蒸汽的流量为240cm3/min至1500cm3/min，优选500cm3/min至1000cm3/min。在本专利技术的另一个实施方案中，为了得到锐钛矿型二氧化钛颗粒，所述气溶胶反应器出口温度保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.通过四氯化钛汽相水解来合成超细金红石型二氧化钛颗粒的方法，包括以下步骤：(a)在气溶胶反应器中水解TiCl4，H2O和掺杂剂的汽相混合物；(b)收集形成为干粉的无定型或锐钛矿型二氧化钛粉末；(c)煅烧所述干燥粉末以得到金红石型二氧化钛。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无定型二氧化钛颗粒在150-400℃的温度煅烧1-4小时以产生金红石型颗粒。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂剂含有碳原子，并选自脂肪醇、芳烃及其任意混合物。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述掺杂剂是乙醇。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂剂的摩尔浓度为水蒸气的1-10。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物含有占TiCl4摩尔数的1-10％的乙醇。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述TiCl4的流量为10cm3/min至200cm3/min。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器中TiCl4蒸汽浓度为7×10-4mol/min至1×10-2mol/min。9.根据权利要求1所述的方法，其中水蒸汽的流量为240-1500cm3/min，优选为500-1000cm3/min。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述气溶胶反应器出口温度保持在100℃以下，以得到锐钛矿型的二氧化钛颗粒。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述气溶胶反应器为外部加热，以避免颗粒通过热迁移附着在器壁上。12.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪瓦萨咖亚姆·苏兰德尔·戈拉尔德，卡里吾姆帕奥尔·约翰·艾尼，拉珍德阿·普拉萨德·库玛拉皮拉依，萨维斯里·西瓦拉曼，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，
类型：发明
国别省市：