本发明专利技术涉及一种用硫酸钛液制备纳米二氧化钛的新工艺。本发明专利技术直接以工业硫酸钛液为原料，通过８０－１５０℃水热预晶化处理，再经３５０－８００℃高温烧结，制备出单一分散、相稳定、粉体体色白和手感润滑的纳米级锐钛矿型ＴｉＯ＃－［２］。本发明专利技术原料易得、价格低廉，工艺和设备简单，水热处理后的废液可回收利用、减低了环境污染，制得的产品结构稳定、分散性优良，可用于化妆品、纺织品、涂料、塑料、面漆、油墨、化纤等行业，还可以为（光）催化行业提供化学和热稳定的纳米催化剂。本方法的推广使用将有相当的经济和社会效益。（*该技术在2022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】水热晶化硫酸钛液制备纳米锐钛矿型二氧化钛的方法
本专利技术涉及一种用工业硫酸钛液制备纳米二氧化钛的新工艺。
技术介绍
TiO2俗称钛白粉，商业上主要有金红石型和锐钛矿型两种。工业上，主要利用硫酸法生产锐钛矿型TiO2。影响产品的主要问题是，TiO2形状和粒度难以控制，煅烧会导致颗粒团聚、长大和粒度分布不均一，并难以制备纳米级TiO2；同时由于高温相变，物相难以控制。目前报道的水热法制备纳米二氧化钛的原料通常为价格昂贵的醇盐，限制了商业接受能力。1992年英国钛业(Tioxide Group)公司公布了在超声辅助条件下的水热法制备纳米级涂料TiO2专利(UK，9200300)，原料是利用高挥发性的TiCl4，操作温度150-300℃；如此高的温度对于目前我国企业所用的搪瓷反应釜具有潜在的爆炸危险。1999年，美国杜邦公司申请了利用特殊的草酸钛铵为原料水热制备纳米TiO2的专利(US5,973,175)，但原料仍然昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用价格低廉的工业硫酸钛液为原料、以相对简单的工艺，制备出可分散的、尺寸均一的、结构稳定的、纳米锐钛矿型二氧化钛。本专利技术方法的工艺步骤包括：(1)钛液的水热预晶化：按常规方法，直接将硫酸钛液在80-150℃热液处理0.5-10小时，使锐钛矿结构预先晶化，然后分离沉淀，得沉淀物A；(2)将所得沉淀物A水洗、分离后，即于350-800℃煅烧0.5-10小时，即可得到所需的纳米锐钛矿型二氧化钛。上述方法中，为了进一步去掉杂质利促使晶化，最好是在进行步骤(2)之前先用以下步骤a或b对沉淀物进行进一步去杂质和促晶化处理：a.用稀有机羧酸(例如稀醋酸)或稀盐酸处理沉淀物(A或C)1-10小时后水洗，得沉淀物(B或B1)；b.用有机胺(例如乙胺)溶液或无机氨水溶液处理沉淀物(A或B)1-10小时，水洗，得沉淀物(C或C1)；然后再将所得沉淀物(B、B1、C或C1)水洗、分离后进行煅烧。为了进一步提高产品的结构稳定性和颗粒分布的均一性，还可用0.01-0.2％的聚乙烯酰胺处理步骤(1)或上述步骤a或b所得沉淀物(A、B、B1、C或C1)1-10小时，得沉淀物(D、D1、D2、D3、D4或D5)；然后再将所得沉淀物(D、D1、D2、D3、D4或D5)水洗、分离后进行煅烧。上述方法中所用的钛液为一般的工业硫酸钛液，所用的稀有机羧酸或稀盐酸、有机胺溶液或无机氨水溶液的浓度一般为0.1-1.0M；稀有机羧酸或稀盐酸与沉淀物(A或C)的用量比一般为1.0-3.0ml/1.0g；有机胺溶液或无机氨水溶液与沉淀物(A或B)的用量比一般为1.0-3.0ml/1.0g；0.01-0.2％的聚乙烯酰胺与沉淀物(A、B、B1、C或C1)的用量比一般为1.0-3.0ml/1.0g。-->用D/MAX-3A X射线衍射仪分析本专利技术方法的产物物相构成(如附图1)。通过分析XRD图中三个d值为3.52，1.89和1.68主要衍射峰，并对照JCPDS的21-1272号粉末衍射卡片，确定产物为纯的锐钛矿型二氧化钛。平均晶粒大小(D)可以用衍射峰的半高宽B，运用Scherrer方程计算：D＝Kλ/(Bcosθ)。式中，当B为半高宽时，K为Scherrer常数(K＝0.89)，λ为X射线的入射波长。根据该方程计算得纳米粒子的平均粒径约为10-50nm。用JEM-1010透射电子显微镜观察纳米颗粒的尺寸、形状和分散程度，如附图2、3所示。用等离子体法测定主要杂质的含量，如表1所示。表1：800℃煅烧的样品的杂质分析[汞的含量未检出(＜0.009μg/g)]，表明样品的杂质含量少。表1.部分样品主要杂质的含量 样品 ICP(μg/g) As(砷) Fe(铁) Nb(铌) Pb(铅) Sb(锑) TiA6 29.8 353 323 655 未检出＜6 TiA9 26.2 352 330 21.5 9 TiA11 22.5 249 319 16.2 7 TiA12 26.8 254 334 19.4 7 TiA13 34.6 257 323 41.2 未检出＜6 TiB6 30.4 865 330 16.4 16 TiB9 28.9 691 336 26.2 12 TiB11 26.6 592 323 73.8 11 TiB12 18.4 675 319 37.8 15 TiB13 21.9 791 331 14.0 13本专利技术直接利用工业硫酸钛液，通过水热预晶化，再高温烧结，制备拟球型、分散、高热稳定性的纳米钛白粉。其主要优点是：原料易得、价格便宜，工艺简单，能制备尺寸为10-50nm左右的锐钛矿型二氧化钛，而且产品结构、性能稳定，分散性优良。从而解决了已有技术制备纳米锐钛矿型二氧化钛需要昂贵的原料、复杂的工艺、产品重复性和稳定性差的问题。本专利技术方法水热处理后的废液可回收利用，减低了环境污染。制得的产品可用于化妆品、纺织品、涂料、塑料、面漆、油墨、化纤等行业，还可以为(光)催化行业提供化学和热稳定的纳米催化剂。 附图说明图1：实施例2-7所得样品的粉末X-射线谱图。此图说明了样品已有很好的结晶，并为纯的锐钛矿型结构。其中，a：实施例2；b：实施例3；c：实施例4；d：实施例5；e：实施例6；f：实施例7。图2：实施例1的样品粉末的透射电镜照片。此图说明了样品已有很好的结晶，并为纳米材料。图3：实施例2-7的样品粉末的透射电镜照片。此图说明了样品已有很好的结晶，并为纳米材料。其中，a：实施例2；b：实施例3；c1：实施例4；c2：实施例4；d：实施例5；f：实施例7。其中，c1为100℃水热预晶化，c2为120℃水热预晶化，说明在水热预晶化温度相差不大的条件下，水热预晶化温度对产品的性能影响不大，表明了水热预晶化处理有很好的重复性。--> 具体实施方式各实施例所用的钛液为工业硫酸钛液。每一实施例均分别以100℃水热预晶化及120℃水热预晶化(其它步骤和条件相同)制备两个样品(产物)。实施例1：分别将钛液经100℃、120℃水热预晶化5小时，水洗，得沉淀物，将沉淀物350℃煅烧5小时，即可分别得到结晶的、可分散的、纳米锐钛矿型二氧化钛产物TiA1、TiB1(图2)。实施例2：分别将钛液经100℃、120℃水热预晶化5小时，水洗，得沉淀物A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过水热预晶化硫酸钛液制备纳米锐钛矿型二氧化钛的方法，包括以下步骤：（１）钛液的水热预晶化：按常规方法，直接将硫酸钛液在８０－１５０℃热液处理０．５－１０小时后，分离沉淀，得沉淀物Ａ；（２）将所得沉淀物Ａ水洗、分离后，即于３５０ －８００℃煅烧０．５－１０小时，即可得到所需的纳米锐钛矿型二氧化钛。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过水热预晶化硫酸钛液制备纳米锐钛矿型二氧化钛的方法，包括以下步骤：(1)钛液的水热预晶化：按常规方法，直接将硫酸钛液在80-150℃热液处理0.5-10小时后，分离沉淀，得沉淀物A；(2)将所得沉淀物A水洗、分离后，即于350-800℃煅烧0.5-10小时，即可得到所需的纳米锐钛矿型二氧化钛。2.按照权利要求1所述的方法，其特征是在进行步骤(2)之前先用以下步骤a或b对沉淀物进行进一步去杂质和促晶化处理：a.用稀有机羧酸或稀盐酸处理沉淀物A或C1-10小时后水洗，得沉淀物B或B1；b.用有机胺或无机氨水溶液处理沉淀物A或B1-10小时，水洗，得沉淀物C或C1；然后再将所得沉淀物B、B1、C或C1水洗、分离后进行煅烧。3.按照权利要求2所述的方法，其特征是所用的稀有机羧酸为稀醋酸，有机胺为乙胺。4.按照权利要求2或3所述的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴明，吴昊，黄爱红，林钢，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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