一种快速合成纳米二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种快速合成纳米二氧化钛的制备方法，该制备方法采用微通道反应器进行反应，包括以下步骤：(1)将硫酸氧钛溶液与尿素溶液分别通入三通混合器，在0～60℃下进行混合，得到澄清混合液；(2)将所述澄清混合液通入所述反应器的微盘管内进行反应，所述微盘管包括依次连接的加热段和冷却段，得到反应产物的悬浮液；(3)将反应产物的悬浮液进行离心分离、洗涤、干燥，即可得到白色的二氧化钛粉末。本发明专利技术利用尿素高温下快速分解以发生爆炸性成核，有效降低了产物二氧化钛的粒径；利用微盘管传热效率高的特点快速连续的进行水热反应，直接得到了锐钛矿型的二氧化钛，粒径在2～5nm。粒径在2～5nm。粒径在2～5nm。

【技术实现步骤摘要】
一种快速合成纳米二氧化钛的制备方法


[0001]本专利技术涉及热稳定性良好的无机材料的制备领域，尤其涉及一种利用微通道反应器快速合成纳米二氧化钛的制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化钛由于性质稳定，光学性能优异，无毒无害，是热稳定性能较好的一种无机材料，可广泛应用于催化、涂料油漆、塑料、造纸、食品医药、油墨、化纤、橡胶、化妆品等领域；同时二氧化钛具有3.2eV的禁带宽度，也常用于污染物的光催化降解等领域。纳米二氧化钛因具有的纳米尺度使其不仅具有上述特性，还具有独特的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性。因此对纳米二氧化钛制备方法的研究具有重要应用意义。
[0003]常见的二氧化钛制备方法包括微乳液法，溶胶
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凝胶法，水热法，沉淀法等。其中，沉淀法所需原料简单廉价，操作简单，对设备要求低，利于工业放大，因此在实验室和工业中应用广泛。如刘晓熹以工业硫酸氧钛及尿素为原料，经加热搅拌后得到前驱体，在550℃下煅烧得到了粒径为26nm的锐钛矿型二氧化钛。但传统沉淀法制备得到的通常是二氧化钛的前驱体，需要进一步的高温煅烧处理，这不仅容易使二氧化钛产生团聚，粒径变大，而且会由于温度控制不当，容易在所需晶相中混入杂相(随着煅烧温度升高，二氧化钛会由锐钛矿相转化为金红石相，转化温度因制备方法而异)。而水热法因其能提供高温高压的反应环境，常用于一步合成具有特定晶型的二氧化钛。如李楠楠等人以钛酸丁酯为钛源，在水热釜中以250℃条件反应6h后得到了锐钛矿型的二氧化钛，粒径在12～50nm之间。但水热法存在反应时间长，产量小，间歇操作，对反应设备要求高的不足。
[0004]微通道反应器是一种新式的反应装置，自提出以来，由于尺度小，通常在毫米级甚至微米级，因而具有非常高的传热传质速率，有利于工业放大，具有重现性好，反应参数容易精确控制等优点，受到了人们的广泛关注。专利CN103880073B将无机钛的乙醇溶液和无机碱水溶液通过微通道模块化反应器进行混合反应，将得到的沉淀在600℃下煅烧2h得到二氧化钛，粒径在30～120nm。该法利用微通道反应器高传质系数的特点快速得到了前驱体产物，但需煅烧处理才能得到成品二氧化钛，导致颗粒粒径较大，流程繁琐，能耗较高等。

技术实现思路

[0005]基于以上所述，本专利技术的目的在于提供一种利用微通道反应器快速合成纳米二氧化钛的制备方法。本专利技术利用微盘管为反应场所，结合沉淀法和水热法的优势，在高温下快速(3～5min)连续合成纳米二氧化钛，无需经过煅烧处理，制备得到的纳米二氧化钛粒径在2～5nm之间。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种快速合成纳米二氧化钛的制备方法，该制备方法采用微通道反应器进行反应，包括以下步骤：
[0008](1)将硫酸氧钛溶液与尿素溶液分别通入三通混合器，在0～60℃下进行混合，得到澄清混合液；
[0009](2)将所述澄清混合液通入所述反应器的微盘管内进行反应，优选所述反应的时间为3～5min，所述微盘管包括依次连接的加热段和冷却段，得到反应产物的悬浮液；
[0010](3)将反应产物的悬浮液进行离心分离、洗涤、干燥，即可得到白色的二氧化钛粉末。
[0011]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述硫酸氧钛溶液的浓度为20～50g/L，进一步优选为40g/L，流量为5～15mL/min，进一步优选为10mL/min。
[0012]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述尿素溶液的浓度为20～200g/L，进一步优选为40～160g/L，流量为5～15mL/min，进一步优选为10mL/min。
[0013]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述微盘管的直径为1～3mm，进一步优选为2mm。
[0014]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述加热段的长度为15～25m，进一步优选为20～25m。
[0015]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述加热段置于高温加热装置中，所述加热段的温度为120～220℃，进一步优选为140～220℃。
[0016]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述冷却段的长度为1～3m，进一步优选为2m。
[0017]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述冷却段置于冷却装置中，所述冷却段的温度为0～30℃，进一步优选为15℃。
[0018]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述离心的转速为4000～5000rpm，进一步优选为4400rpm，所述离心的时间为4～8min，进一步优选为6min。
[0019]本专利技术所述的快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其中优选的是，所述洗涤步骤包括：3～5次水洗，1～3次乙醇洗涤；进一步优选包括：3次水洗，1次乙醇洗涤。
[0020]采用上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]采用常温下不易水解的尿素作为沉淀剂可使原料液充分混合，过饱和度均一，得到的二氧化钛粒径分布更窄，粒径更小；使用微盘管作为反应场所，在100～220℃的宽温度范围均能得到锐钛矿型的二氧化钛，且反应快速连续，工艺简单，一步到位，3～5min即可得到反应产物，无需高温煅烧处理；本专利技术的制备方法所使用的原料均为工业上常见且廉价的原料，生产成本低；可通过调节流量来调节体系的反应参数，易于控制。
[0022]采用本专利技术的制备方法所制备的纳米二氧化钛，经XRD表征，所得产品为锐钛矿相，粒径为2～5nm；TEM测试表明，颗粒的分散相好，且形貌均一。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的快速合成纳米二氧化钛的制备方法的装置流程图；
[0024]图2为实施例1～3合成的纳米二氧化钛的XRD谱图及锐钛矿型二氧化钛的标准峰；
[0025]图3A
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3B为实施例1合成的纳米二氧化钛的TEM图。
[0026]其中，
[0027]1、为硫酸氧钛溶液，
[0028]2、尿素溶液，
[0029]3、平流泵，
[0030]4、三通混合器，
[0031]5、高温加热装置，
[0032]6、冷却装置，
[0033]7、收集产物的烧杯，
[0034]8、加热段盘管，
[0035]9、冷却段盘管。
具体实施方式
[0036]以下对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
[0037]本专利技术提供的利用微通道反应器快速合成纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
[0038](1)将硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速合成纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，该制备方法采用微通道反应器进行反应，包括以下步骤：(1)将硫酸氧钛溶液与尿素溶液分别通入三通混合器，在0～60℃下进行混合，得到澄清混合液；(2)将所述澄清混合液通入所述反应器的微盘管内进行反应，所述微盘管包括依次连接的加热段和冷却段，得到反应产物的悬浮液；(3)将反应产物的悬浮液进行离心分离、洗涤、干燥，即可得到白色的二氧化钛粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸氧钛溶液的浓度为20～50g/L，优选为40g/L，流量为5～15mL/min，优选为10mL/min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尿素溶液的浓度为20～200g/L，优选为40～160g/L，流量为5～15mL/min，优选为10mL/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微盘管的直径为1～3mm，优选为2mm。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东军，王玉军，姜伟，辛颖，金书含，赵仲阳，王伟众，何玉莲，李影辉，何昌洪，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：