一种超微细二氧化钛及其制备方法和用途技术

一种超微细二氧化钛及其制备方法和用途。所述制备方法包括：(1)用含有钛源且pH在2.0以下的反应液进行反应，得到第一混合液；(2)将步骤(1)所述第一混合液与分散剂和酸性物质混合，进行反应，得到第二混合液；(3)对步骤(2)所述第二混合液进行固液分离，得到所述超微细二氧化钛。本发明专利技术的制备方法得到的超微细二氧化钛同时具备较高的纯度、均一的细微颗粒、优异的分散状态和良好的反应活性，不产生团聚。

Superfine titanium dioxide and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种超微细二氧化钛及其制备方法和用途
本专利技术属于纳米材料制备领域，涉及一种二氧化钛及其制备方法和用途，尤其涉及一种超微细二氧化钛及其制备方法和用途。
技术介绍
超微细二氧化钛是一种功能型的半导体陶瓷材料，广泛应用于电子陶瓷、脱硝催化剂、紫外线阻隔材料、储能材料、涂料、油墨等领域。超微细粉体的颗粒状态对应用效果起着决定性的作用，大小不均的颗粒、团聚的粉末状态和杂质元素，都会对超微细二氧化钛的应用产生负面影响。因此，在生产过程中提高粉末的均一性和分散性，是生产高品质超微细二氧化钛粉体的关键。目前超微细二氧化钛的规模化生产，主流方法为气相法和液相沉淀法。在采用液相沉淀技术生产超微细二氧化钛的过程中，由于二氧化钛微颗粒的表面能非常高，导致颗粒极易形成网状的交联结构，增加滤饼洗涤的难度，并促使二氧化钛的细微颗粒在热处理的过程中产生团聚、收缩和凝并，降低粉体的纯度、表面积和反应活性。郑丽凤等(郑丽凤,邵慧明,于忠.超微细粉体材料二氧化钛的开发和应用[J].中国氯碱,2003(10):33-36.)公开了纳米级二氧化钛的制备方法包括：TiCl4水解法:将TiC14与任意无机酸混合，在50℃时加入二元或三元羧酸溶液中，产生二氧化钦沉淀，将沉淀过滤、冷却、水洗，再用碱金属氢氧化物调节溶液的pH值大于8，在50℃时得一悬浮液，经过滤、蒸馏水洗，再把所得材料分散在水中，用无机酸中和悬浮液，使溶液的pH值小于3，并且在50℃时，过滤溶液，将沉淀再水洗、再过滤，将产物在高温下干燥，得超细多孔质的二氧化钦粉体，粒径为20-100nm。也可以将TiCl4加到量浓度为6mol/LHCl溶液中，然后在强烈搅拌下加人量浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，反应大量放热，TiCl4加速水解，生成澄清的二氧化钛溶胶，将溶胶放入冷却干燥机内干燥，820℃下焙烧后即得金红石型二氧化钛超细颗粒。但是该方法得到的纳米二氧化钛聚结明显，影响其使用效果。CN107915254A公开了一种纳米二氧化钛粉体的制备方法，该方法包括对二氧化钛溶胶实施冷冻干燥的步骤，控制冷冻干燥的冻结温度-80至-60℃，使所得到纳米二氧化钛粉体的烧灼失量为10-20％；所述二氧化钛溶胶来自钛醇盐在酸性介质中的水解产物，其中的二氧化钛胶粒的平均分散粒径小于50nm，晶型为锐钛矿型。该方法制备工艺复杂，能耗高，且得到的纳米二氧化钛团聚严重，且产品纯度有待提高。CN103232064A公开了纳米二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池，该方法包括以下步骤：(1)将含有氟离子的酸性水溶液与含钛的盐混合得到混合水溶液；(2)使所述混合水溶液进行水热反应得到二氧化钛。该方法得到的纳米二氧化钛存在团聚问题，且产品纯度有待提高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超微细二氧化钛及其制备方法和用途。本专利技术中，所述超微细二氧化钛为一次颗粒平均粒径在15nm以下的二氧化钛颗粒。本专利技术的制备方法得到的超微细二氧化钛分散性好，纯度高，粒径均一，反应活性良好。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种微细二氧化钛的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)用含有钛源且pH在2.0以下的反应液进行反应，得到第一混合液；(2)将步骤(1)所述第一混合液与分散剂和酸性物质混合，进行反应，得到第二混合液；(3)对步骤(2)所述第二混合液进行固液分离，得到所述超微细二氧化钛。本专利技术提供的制备方法中，步骤(1)的反应液pH在2.0以下，例如2.0、1.9、1.7、1.5、1.3、1.0、0.9、0.7、0.5等。如果反应液pH大于2.0，会导致部分四氯化钛直接水解形成晶型和尺寸都不均匀的颗粒，并使后续反应沉淀出的二氧化钛不能形成分散性良好的微晶体小颗粒，容易出现团聚问题，影响粒径均一度。本专利技术的制备方法中，步骤(1)的反应目的在于得到二氧化钛小颗粒。步骤(2)加入分散剂与酸性物质后的反应，目的在于进一步提高分散效果，将上一步产生的二氧化钛中较大的颗粒转变为二氧化钛溶胶，提高粒径的均一程度。步骤(1)和步骤(2)的相互配合，通过控制钛源的水解条件和界面结构，使得本专利技术提供的方法能够制备出分散性极佳的超微细二氧化钛，避免了产品的在干燥过程中的收缩和团聚。采用本专利技术的方法合成的二氧化钛粉体，同时具备较高的纯度、均一的细微颗粒、优异的分散状态和良好的反应活性。本专利技术步骤(2)中的分散剂作用为使二氧化钛的颗粒表面吸附具有相反电荷的有机物，使颗粒表面形成电荷相同，并且有空间位阻效应的过渡层，减少表面羟基对颗粒在干燥过程中的负面影响，减少团聚和凝并；步骤(2)中酸性物质的作用为使生成的二氧化钛颗粒在一定的酸度下进行胶溶并形成颗粒均一的溶胶。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，骤(1)所述钛源包括四氯化钛和/或硫酸钛，优选为四氯化钛。本专利技术中，采用四氯化钛作为钛源，其产品在纯度、一次颗粒平均粒径和在水中的分散性上优于使用硫酸钛作为钛源得到的产品。优选地，步骤(1)所述反应液的溶剂为水。优选地，步骤(1)所述反应液中，钛源的浓度为50-200g/L，例如50g/L、75g/L、100g/L、125g/L、150g/L、175g/L或200g/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。所述钛源浓度以TiO2计，即本专利技术中，所述钛源浓度是以钛源中的钛换算为TiO2后，以TiO2的质量计算的浓度。优选地，步骤(1)中，反应液的pH为0.5-2.0。本专利技术中，如果步骤(1)的反应液pH过低，会导致无法产生二氧化钛沉淀；如果反应液pH过高，会导致部分钛源直接水解形成晶型和尺寸都不均匀的颗粒，并使后续反应沉淀出的二氧化钛不能形成分散性良好的微晶体小颗粒，容易出现团聚问题，影响粒径均一度。优选地，步骤(1)所述反应液通过用第一碱性物质调节钛源溶液的pH制备得到。优选地，所述钛源溶液中，溶剂为水。优选地，所述第一碱性物质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。优选地，用第一碱性物质调节钛源溶液的pH时，控制钛源溶液的温度低于30℃，例如29℃、28℃、26℃、24℃、22℃、20℃、18℃、16℃或15℃等。本专利技术中，在调节钛源溶液温度是控制钛源溶液的温度低于30℃的目的在于高温会促进钛源的水解，并在不可控的反应条件下部分钛源直接水解形成晶型和尺寸都不均匀的颗粒。本专利技术中，可以采用现有技术的方法对溶液温度进行控制，例如用循环水控制温度。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述反应在常压下进行。优选地，步骤(1)所述反应的反应温度为80-100℃，例如80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果步骤(1)的反应温度过高，会导致反应体系产生大量的酸性蒸汽，降低体系的酸度，并使釜体内部产生较大压力，大大提高对反应设备的材质与品质要求，增加生产成本；如果步骤(1)的反应温度过低，会导致钛源水解过程不充分，并产生大量的无定形二氧化钛。优选地，步骤(1)所述反应的反应时间为1-4h，例如1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超微细二氧化钛的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)用含有钛源且pH在2.0以下的反应液进行反应，得到第一混合液；(2)将步骤(1)所述第一混合液与分散剂和酸性物质混合，进行反应，得到第二混合液；(3)对步骤(2)所述第二混合液进行固液分离，得到所述超微细二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种超微细二氧化钛的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)用含有钛源且pH在2.0以下的反应液进行反应，得到第一混合液；(2)将步骤(1)所述第一混合液与分散剂和酸性物质混合，进行反应，得到第二混合液；(3)对步骤(2)所述第二混合液进行固液分离，得到所述超微细二氧化钛。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述钛源包括四氯化钛和/或硫酸钛，优选为四氯化钛；优选地，步骤(1)所述反应液的溶剂为水；优选地，步骤(1)所述反应液中，钛源的浓度为50-200g/L，所述钛源浓度以TiO2计；优选地，步骤(1)中，反应液的pH为0.5-2.0；优选地，步骤(1)所述反应液通过用第一碱性物质调节钛源溶液的pH制备得到；优选地，所述钛源溶液中，溶剂为水；优选地，所述第一碱性物质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾；优选地，用第一碱性物质调节钛源溶液的pH时，控制钛源溶液的温度低于30℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述反应在常压下进行；优选地，步骤(1)所述反应的反应温度为80-100℃；优选地，步骤(1)所述反应的反应时间为1-4h，优选为2-3h。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述分散剂为多元醇胺、羧酸盐或磺酸盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(2)所述分散剂与钛源的质量比为1:100-1:20；优选地，步骤(2)所述酸性物质为盐酸和/或硫酸；优选地，步骤(2)所述酸性物质与钛源的质量比为1:50-1:10；优选地，步骤(2)所述反应的反应温度为80-100℃；优选地，步骤(2)所述反应的反应温度与步骤(1)所述反应的反应温度相同；优选地，步骤(2)所述反应的反应时间为1-2h。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述固液分离为过滤分离；优选地，所述过滤分离的方法包括以下步骤：调节步骤(2)所述第二混合液的pH至2.0-4.0，进行第一次过滤分离，将滤饼分散在水中后，调节所得溶液pH至4.0-6.0，进行第二次过滤分离；优选地，所述第一次过滤分离和第二次过滤分离之后均洗涤滤饼；优选地，用第二碱性物质调节步骤(2)所述第二混合液的p...

【专利技术属性】
技术研发人员：施利毅，傅磊，张大卫，韩倩倩，
申请(专利权)人：青岛上惠新材料科技有限公司，上海上惠纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37