连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法技术

本发明专利技术公开了一种连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法，属于无机纳米材料领域。本发明专利技术解决的技术问题是现有金红石型纳米二氧化钛的生产过程均为间歇式反应，生产效率低。该方法的步骤是：a、四氯化钛溶液与氢氧化钠溶液在连续中和罐反应生成白色浆料，流入中和料储槽；b、然后分批进入胶溶罐，通过胶溶反应制得金红石相二氧化钛浆料，经板框过滤、洗涤，然后经干燥，研磨得到金红石型纳米二氧化钛粉末；c、当前批次金红石相二氧化钛浆料流入板框，即将下一批次白色浆料放进胶溶罐，重复b的操作，连续制备金红石型纳米二氧化钛粉末。本发明专利技术通过连续反应提高了金红石型纳米二氧化钛的生产效率，制得产品粒径分布窄，分散性良好。

【技术实现步骤摘要】
连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法
本专利技术属于无机纳米材料领域，具体涉及一种连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法。
技术介绍
金红石型纳米二氧化钛具有良好的紫外屏蔽能力、随角异色性能、耐光性和耐热性，被广泛应用于汽车漆行业及化妆品、涂料、陶瓷等领域。目前制备纳米二氧化钛的方法有很多，包括液相法、气相法、溶胶凝胶法、热水解法、微乳液法，其中液相法和气相法存在能耗大、成本高、对设备要求高、所得产品分散性不好的缺点，溶胶凝胶法和微乳液法需要使用有机物作为原料，其工艺处理过程比较复杂，不易控制，工业上实施难度较大，而热水解法通常需要在高压反应釜中进行，需要在高压釜中保温十多个小时以上，反应时间较长。制备纳米二氧化钛的原料通常有偏钛酸、四氯化钛和钛有机物。偏钛酸含有的杂质较多，不适合制备高性能的纳米二氧化钛；钛有机物通常价格较高，且容易产生有机副产物，不适合作为工业生产纳米二氧化钛的原料，精制后的四氯化钛杂质含量极低，价格适中，适于工业化制备高性能的纳米二氧化钛产品。申请公布号为CN103073058A的专利公布了一种加热水解制备金红石型纳米二氧化钛的方法，该方法以四氯化钛为原料，在强酸的条件下进行，水解时间控制在3-8h小时，反应时间较长，反应为间歇式反应，且水解产生的盐酸蒸汽会对设备造成腐蚀；授权公告号为CN1398924的专利公开了一种利用液相法以四氯化钛为原料与碱反应制备金红石型纳米二氧化钛粉体的方法，制备方法包括四氯化钛配液、中和、精化处理、二次中和、洗涤、表面处理、干燥等步骤，该方法通过工艺干燥制得的粉体必须经过煅烧之后才能得到金红石型结构的二氧化钛，煅烧时间为2-6小时，煅烧时间长，且反应为间歇式反应，步骤复杂，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中金红石型纳米二氧化钛的生产过程为间歇式反应，生产效率低，提供了一种可以实现连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法，该方法具体包括以下步骤：a、四氯化钛溶液与碱液A在碱液B作为底料的环境下加入连续中和罐反应生成白色浆料，生成的白色浆料连续流入中和料储槽；b、使中和料储槽中的白色浆料分批进入胶溶罐，在胶溶罐中向当前批次白色浆料中加入胶溶剂控制H+浓度为0.01～3.16mol/L，在80-100℃保温至二氧化钛晶型转化生成金红石型二氧化钛的含量大于98％时，冷却至室温，调节pH值至6.8-8.5，得到金红石相二氧化钛浆料，使胶溶罐中当前批次的金红石相二氧化钛浆料进入板框过滤，洗涤，然后经干燥，研磨得到金红石型纳米二氧化钛粉末；c、当胶溶罐中得到的当前批次的金红石相二氧化钛浆料流入板框后，即从中和料储槽将下一批次白色浆料放进胶溶罐，重复步骤b的操作，连续制备金红石型纳米二氧化钛粉末。其中，上述方法步骤a中，配制四氯化钛溶液所用的四氯化钛的纯度＞99.9％，杂质限量Fe＜50ppm，V＜50ppm，Cr＜50ppm。其中，上述方法步骤a中，四氯化钛溶液与碱液A的反应温度为10-100℃。其中，上述方法步骤a中，四氯化钛溶液与碱液A反应的摩尔比为1:4。其中，上述方法步骤a中，二氧化钛计，四氯化钛溶液是浓度为2-4mol/L的澄清溶液。其中，上述方法步骤a中，四氯化钛溶液是在45℃以下的条件下配制得到。其中，上述方法步骤a中，碱液A是质量分数为10％-15％的氢氧化钠溶液。其中，上述方法步骤a中，碱液B是质量分数为3％-15％的氢氧化钠溶液。其中，上述方法步骤b中，胶溶剂为四氯化钛溶液，盐酸或者硝酸。优选地，四氯化钛溶液的浓度为2mol/L。优选地，盐酸为质量分数＞20％的盐酸溶液。优选地，硝酸为质量分数＞20％的硝酸溶液。其中，上述方法步骤b中，保温程序中，保温时间为60-180min。其中，上述方法步骤b中，干燥程序的温度为100-600℃。其中，上述方法步骤b中，用纯水洗涤至洗水电导率＜150μs/cm。其中，上述方法步骤b中，干燥至样品水分含量小于2％。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术方法通过连续加料进行反应，连续溢流出料，反应生成的白色浆料分批次进入胶溶罐进行胶溶反应，连续反应生成的金红石型二氧化钛浆料经板框过滤，洗涤，再经干燥，粉碎得到成品，整个反应体系均为为连续制备生产的，用时短，较其他制备工艺，本专利技术大大加快了纳米二氧化钛的生产效率，易于大规模工业化生产。(2)本专利技术方法通过两步反应即可制得具有金红石型结构的二氧化钛，无需经过高温煅烧来实现晶型转化，简化了工艺步骤，节约了能源，降低了成本。(3)本专利技术方法可以根据不同粒径的需求通过四氯化钛和碱液的反应温度及干燥程序的调整制备不同粒经的纳米二氧化钛，并且制备得到产品的粒径分布窄，分散性良好，可广泛应用于高档涂料、化纤、陶瓷等领域。附图说明图1是连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的工艺流程图。图中标记为：四氯化钛溶液储槽1、稀碱液储槽2、水溶液调节阀3、稀碱液调节阀4、连续中和罐5、溢流管6、中和料储槽7、中和罐底阀8、转料泵9、胶溶剂储槽10、胶溶剂调节阀11、胶溶罐12、放料阀13、板框14、干燥器15、搅拌器16。具体实施方式在寻找提高生产效率制备金红石型纳米二氧化钛方法的过程中，专利技术人通过对加料方式、中间产物的处理等做了改进，使制备金红石型纳米二氧化钛的生产效率有了提高，且本专利技术的制备方法为两步反应，首先采用四氯化钛溶液与碱液进行反应得到正钛酸，其次，对正钛酸进行胶溶反应得到金红石型二氧化钛浆料，整个工艺步骤简单，节约了能源，降低了成本，制备得到产品的粒径分布窄，分散性良好，以下将结合附图通过具体实施方式进一步对本专利技术制备方法的过程进行阐述。如图1所示：四氯化钛溶液储槽1的出口通过管路连接于连续中和罐5的进口，管路上设置有水溶液调节阀3，稀碱液储槽2的出口通过管路连接于连续中和罐5的进口，管路上设置有稀碱液调节阀4，连续中和罐5内设置有搅拌器16，溢流管6的一端连接连续中和罐5的出口，另一端连接中和料储槽7的进口，中和料储槽7的出口与胶溶罐12的进口之间通过管路依次连接有中和罐底阀8和转料泵9，中和料储槽7内设置有搅拌器16，胶溶剂储槽10通过管路连接于胶溶罐12的上方，管路上设置有胶溶剂调节阀11，胶溶罐12内设置有搅拌器16，胶溶罐12下方出口连接有放料阀13，放料阀13下端通过管路连接板框14的入口，板框14的出口通过管路连接干燥器15。结合图1，首先，在容量为3m3的连续中和罐5中加入50L-200L质量分数为3％-15％的氢氧化钠溶液作为底料，在45℃以下的条件下将四氯化钛加入至去离子水中，配制成以二氧化钛计浓度为2-4mol/L的澄清溶液，将配制好的四氯化钛溶液放置四氯化钛溶液储槽1中，10％-15％的氢氧化钠溶液放置于稀碱液储槽2中。然后，打开水溶液调节阀3和稀碱液调节阀4，四氯化钛溶液的流速为150-300L/h，氢氧化钠溶液的流速为276-1746L/h，四氯化钛溶液与氢氧化钠溶液以摩尔比为1:4的比例进入连续中和罐5中，在搅拌器16的搅拌下反应生成白色浆料，连续反应生成的白色浆料从流出口流出，通过溢流管6进入容量为10m3的中和料储槽7中，打开中和罐底阀8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其特征在于包括如下步骤：a、四氯化钛溶液与碱液A在碱液B作为底料的环境下加入连续中和罐反应生成白色浆料，生成的白色浆料连续流入中和料储槽；b、使中和料储槽中的白色浆料分批进入胶溶罐，在胶溶罐中向当前批次白色浆料中加入胶溶剂控制H+浓度为0.01～3.16mol/L，在80‑100℃保温至二氧化钛晶型转化生成金红石型二氧化钛的含量大于98％时，冷却至室温，调节pH值至6.8‑8.5，得到金红石相二氧化钛浆料，使胶溶罐中当前批次的金红石相二氧化钛浆料进入板框过滤，洗涤，然后经干燥，研磨得到金红石型纳米二氧化钛粉末；c、当胶溶罐中得到的当前批次的金红石相二氧化钛浆料流入板框后，即从中和料储槽将下一批次白色浆料放进胶溶罐，重复步骤b的操作，连续制备金红石型纳米二氧化钛粉末。

【技术特征摘要】
1.连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其特征在于包括如下步骤：a、四氯化钛溶液与碱液A在碱液B作为底料的环境下加入连续中和罐反应生成白色浆料，生成的白色浆料连续流入中和料储槽；b、使中和料储槽中的白色浆料分批进入胶溶罐，在胶溶罐中向当前批次白色浆料中加入胶溶剂控制H+浓度为0.01～3.16mol/L，在80-100℃保温至二氧化钛晶型转化生成金红石型二氧化钛的含量大于98％时，冷却至室温，调节pH值至6.8-8.5，得到金红石相二氧化钛浆料，使胶溶罐中当前批次的金红石相二氧化钛浆料进入板框过滤，洗涤，然后经干燥，研磨得到金红石型纳米二氧化钛粉末；c、当胶溶罐中得到的当前批次的金红石相二氧化钛浆料流入板框后，即从中和料储槽将下一批次白色浆料放进胶溶罐，重复步骤b的操作，连续制备金红石型纳米二氧化钛粉末。2.根据权利要求1所述的连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：步骤a中，四氯化钛溶液与碱液A反应的温度为10-100℃。3.根据权利要求1或2所述的连续反应制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：步骤a中，四氯化钛溶液与碱液A反应的摩尔比为1:4。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健春，杜剑桥，王斌，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51