以工业钛液为原料经扩散渗析直接低温制备纳米二氧化钛的方法技术

本发明专利技术提供以工业钛液为原料经扩散渗析直接低温制备纳米二氧化钛的方法，该方法利用扩散渗析器回收其中的硫酸，将分离出来的低酸度钛液直接低温液相制备纳米二氧化钛粉体。反应条件：温度４０－１００℃，反应时间０．５－２０小时，生成的产物混合物经离心分离、数次水和乙醇洗涤、真空干燥得到纳米二氧化钛粉体。本发明专利技术的优点是制备成本低，原料中的硫酸可以回收利用，所制备得到的纳米二氧化钛粒径分布均匀，比表面积大。产品可以直接应用，也可以经高温煅烧得到更高结晶度的锐钛矿型或金红石型纳米二氧化钛粉体。该工艺一次性投资少，生产操作简便，生产成本低，属于绿色环境与可持续性发展特点的生产工艺。

Method for preparing nano titanium dioxide by using industrial titanium liquid as raw material by direct dialysis at low temperature by diffusion dialysis

The present invention provides a method for preparing low temperature raw materials by direct diffusion dialysis preparation of nano titania with industrial titanic solution, the method of using the dialyzer diffusion sulfuric acid recovery, low acidity of titanium liquid directly separate low temperature liquid phase preparation of nanometer titanium dioxide powder. Reaction conditions: the temperature is 40-100 DEG C, the reaction time is 0.5 - 20 hours. The product mixture is separated by centrifugation, washed with water and ethanol several times, and dried with vacuum to obtain nano titania powder. The invention has the advantages that the preparation cost is low, and the sulfuric acid in the raw material can be recycled, and the prepared nanometer titanium dioxide has uniform particle size distribution and large specific surface area. The product can be directly applied or calcined at high temperature to obtain anatase or rutile nanometer titanium dioxide powder with higher crystallinity. The process has the advantages of less one-time investment, simple production operation and low production cost, and belongs to the production process of green environment and sustainable development characteristics.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机纳米材料的制备方法，具体涉及一种直接以工业钛液为原料通过扩散渗析降低酸的浓度直接低温制备纳米二氧化钛的新方法。
技术介绍
纳米二氧化钛是一种非常重要的化工原料，广泛应用于抗菌水处理装置、食品包 装、卫生日用品、化妆品、纺织品、抗菌性餐具和切菜板、抗菌地毯，以及建筑用抗菌砂浆、抗 菌涂料和抗菌不锈钢板、铝板等制作的电冰箱、医用敷料及医用设备以及直接利用太阳光 彻底分解有机或无机的有毒污染物和降解氮氧化合物。 在用硫酸法生产钛白粉的过程中会产生大量的废硫酸，据统计生产1吨钛白要排 出质量分数20%左右的废酸6吨。直接蒸发浓縮是回收钛白废酸最主要的方法，但因钛白 废酸中存在较多的亚铁离子，在蒸发浓縮过程中易结晶析出硫酸亚铁，影响浓縮过程的进 行。从硫酸中除铁的方法主要有冷冻结晶法和溶剂萃取法等。 采用廉价、工艺简单的制备方法获得高性能的纳米二氧化钛，是现今工业化生产 纳米二氧化钛所追求的主要目标。制备纳米二氧化钛最常用的原料是钛醇盐、四氯化钛 (TiCl4)和硫酸氧钛(TiOSO》，工业生产中应用较多的是四氯化钛和硫酸氧钛。与Ti(ORh 和TiCl4相比，TiOS04 (工业钛液的主要成分)价格低廉，原料易得，以其作为制备纳米二氧 化钛的基本原料，具有良好的工业化应用前景。目前制备纳米二氧化钛的方法主要有高温 水热法、化学沉淀法、溶胶_凝胶法、机械化学法、微乳法和低温液相法等。低温制备法具有 产物单分散性好，比表面积大，以及能耗低和易实施工业化生产等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供了以工业钛液为原料经扩散 渗析直接低温制备纳米二氧化钛的方法，该方法直接以硫酸钛白工业的中间体工业钛液直 接制备出单分散性好、粒径分布均匀、具有较好结晶度的高纯度锐钛矿型纳米二氧化钛。 本专利技术的目的采用如下技术方案实现 ，包括以下步 骤 (i)扩散渗析分离分别将水和工业钛液按照v水v欽液二 i : o. oi i. 5分别从进水口和进料口进入扩散渗析器，分别从回收酸出口和废液出口得到回收硫酸和低酸度钛液； (2)纳米二氧化钛的制备取步骤(1)得到的低酸度钛液置于密闭的反应容器中， 40-10(TC反应搅拌加热0. 5-20小时，得到含纳米二氧化钛的混合物；其中，纳米二氧化钛 的质量分数为2. 1-15. 3%，水的质量分数为75. 5-97. 4%，酸的质量分数为0. 1_5. 3%，其 它为FeS04 ; (3)然后将混合物溶液离心分离，固体用水与乙醇分别洗涤；然后真空干燥即得 到纳米二氧化钛粉体。 上述的方法中，所述扩散渗析器是均相阴离子交换膜扩散渗析器。 上述的方法中，所述扩散渗析器是HKY系列或DF120均相阴离子交换膜扩散渗析器。 上述的方法中，步骤(3)得到的纳米二氧化钛粉体直接应用或者经煅烧得到结晶 度更高的锐钛矿型或金红石型纳米二化钛。 上述的方法中，步骤(3)得到的纳米二氧化钛粒子的粒径为5 60nm。上述的方法中，步骤(i)中水和工业钛液的体积比为v水v钛液二 i : i。 上述的方法中，步骤(2)中所述混合均匀后，在8(TC下搅拌加热2小时，得到含纳 米二氧化钛的混合物。 上述的方法中，所述工业钛液含有的主要成分是硫酸氧钛、硫酸亚铁和硫酸，工业 钛液为硫酸法制备钛白工艺的中间体。 上述的方法中，步骤(2)所述搅拌的转速为500-10000转/分，在搅拌为 500-10000转/分的范围内均可达到充分分散的效果。 所述扩散渗析器是HKY系列或DF120均相阴离子交换膜中的一种。 本专利技术与现有技术相比有如下优点和有益的效果 (1)本专利技术的分离出硫酸的方法是在扩散渗析器中进行，根据扩散渗析原理在反 应过程中不需要能量，只需要进行一次性投资。利用扩散渗析分离出工业钛液中的大部分 硫酸，得到低酸度的硫酸氧钛溶液，该溶液用于直接低温制备纳米二氧化钛，分离出来的酸 可以应用于工业钛液的生产。 (2)本专利技术制备的纳米二氧化钛是在低温液相条件下完成，该方法工艺条件简单， 反应条件温和，对设备要求不高，周期短，具有很好的工业前景。(3)本专利技术的反应近程中引入的杂质少，产品纯度高，该粉体可以直接应用，也可以进一步通过煅烧得到具有更高结晶度的锐钛型晶体产品或金红石晶型的产品。(4)制备的纳米二氧化钛的平均粒径大小可以达到几到几十纳米，具有良好的单分散性与高的比表面积。 (5)本专利技术所利用的工业钛液是钛白粉厂的中间体，来源丰富并非常廉价，有利于 本专利技术的工业化大规模生产。 (6)本专利技术是一种成本低的纳米二氧化钛的低温制备方法，并且采用扩散渗析法 从钛液中提取硫酸，实现废物利用，降低硫酸对环境的破坏。附图说明 图1是实施例2所得产品的XRD图。 图2是实施例2所得产品的SEM图。具体实施例方式以下结合实例对本专利技术的具体实施作进一步的详细描述，但本专利技术的具体实施并 不限于此。 实施例1 步骤(一)分别将水和钛液按照v水v钛液二 1 : o.oi分别从进水口和进料口 进入扩散渗析器，分别从回收酸出口和废液出口得到回收硫酸和低酸度钛液。 步骤(二 )量取500ml步骤( 一 )得到的低酸度钛液置于密闭的反应容器中，4(TC反应搅拌加热20小时，得到产品混合物；其中，纳米二氧化钛的质量百分数为2. 1%，水的质量百分数为97. 4%，酸的质量百分数为0. 1%， FeS(^质量百分数为0. 5%。 步骤(三)将(二)的产品混合物离心分离得到纳米二氧化钛固体物，水与乙醇分别洗涤三次，再经真空干燥得到纳米二氧化钛粉体产品。 制得的纳米二氧化钛粉体为编号1。 实施例2 步骤( 一 )分别将水和钛液按照v水v欽液二 1 : i.5分别从进水口和进料口进入扩散渗析器，分别从回收酸出口和废液出口得到回收硫酸和低酸度钛液。 步骤(二)取500ml步骤(一)得到的低酸度钛液置于密闭的反应容器中，10(TC 反应搅拌加热0. 5小时，得到产品混合物；其中，混合物中纳米二氧化钛的质量百分数为 15. 3%，水的质量百分数为75. 5%，酸的质量百分数为5. 3%， FeS04质量百分数为3. 9%。 步骤(三)同实例l。 制得的纳米二氧化钛粉体为编号2。图1和图2分别是实施例2所得产品的纳米 二氧化钛粉体的XRD图和SEM图。可见，本专利技术产品纯度高，该粉体可以直接应用，也可以 进一步通过煅烧得到具有更高结晶度的锐钛型晶体产品或金红石晶型的产品。制备的纳米 二氧化钛的平均粒径大小可以达到几到几十纳米，具有良好的单分散性与高的比表面积。 实施例3 步骤(一)分别将水和钛液按照v水v钛液二i : i分别从进水口和进料口进入扩散渗析器，分别从回收酸出口和废液出口得到回收硫酸和低酸度钛液。 步骤(二 )取500ml步骤( 一 )得到的低酸度钛液置于密闭的反应容器中，8(TC 反应搅拌加热2小时，得到纳米二氧化钛产品混合物；其中，纳米二氧化钛的质量百分数为 8. 0%，水的质量百分数为90. 4%，酸的质量百分数为0. 9%， FeS04质量百分数为0. 7%。 步骤(三)同实例1。制得的纳米二氧化钛粉体为编号3。 各实施实例样品的性质如表1所示。在制备过程中，反应温度与酸度对粒径会本文档来自技高网...

【技术保护点】
以工业钛液为原料经扩散渗析直接低温制备纳米二氧化钛的方法，其特征在于包括以下步骤：　　（１）扩散渗析分离：分别将水和工业钛液按照Ｖ水∶Ｖ钛液＝１∶０．０１～１．５分别从进水口和进料口进入扩散渗析器，分别从回收酸出口和废液出口得到回收硫酸和低酸度钛液；　　（２）纳米二氧化钛的制备：取步骤（１）得到的低酸度钛液置于密闭的反应容器中，４０－１００℃反应，搅拌加热０．５－２０小时，得到含纳米二氧化钛的混合物；其中，纳米二氧化钛的质量分数为２．１－１５．３％，水的质量分数为７５．５－９７．４％，酸的质量分数为０．１－５．３％，其它为ＦｅＳＯ↓［４］；　　（３）然后将混合物溶液离心分离，固体用水与乙醇分别洗涤；然后真空干燥即得到纳米二氧化钛粉体。

【技术特征摘要】
以工业钛液为原料经扩散渗析直接低温制备纳米二氧化钛的方法，其特征在于包括以下步骤(1)扩散渗析分离分别将水和工业钛液按照V水∶V钛液＝1∶0.01～1.5分别从进水口和进料口进入扩散渗析器，分别从回收酸出口和废液出口得到回收硫酸和低酸度钛液；(2)纳米二氧化钛的制备取步骤(1)得到的低酸度钛液置于密闭的反应容器中，40-100℃反应，搅拌加热0.5-20小时，得到含纳米二氧化钛的混合物；其中，纳米二氧化钛的质量分数为2.1-15.3％，水的质量分数为75.5-97.4％，酸的质量分数为0.1-5.3％，其它为FeSO4；(3)然后将混合物溶液离心分离，固体用水与乙醇分别洗涤；然后真空干燥即得到纳米二氧化钛粉体。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述扩散渗析器是均相阴离子交换膜扩散渗析器。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小泉，沈文浩，李宗任，刘焕彬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]