专利名称：纳米锐钛矿型氧化钛的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米锐钛矿型氧化钛粉体的制备方法，属精细化工技术领域。
背景技术：
纳米锐钛矿型氧化钛因其颗粒尺寸为纳米量级，具有很强的量子尺寸效应或小尺寸效应。对紫外线具有良好地吸收性能，而且经氧化钛吸收紫外线后生成的光生电子和光生空穴复合效率低，光催化性能强，比表面积大，表面活性高。因此纳米锐钛矿型氧化钛在光催化剂、环保功能涂料、功能陶瓷、污水处理材料、空气净化材料、抗紫外线等方面均有广泛的应用。
现有技术中，国外一般采用钛醇盐水解法，或用四氯化钛高温氧化法制备纳米氧化钛。但是，钛醇盐水解法其主要原料是采用钛酸醇盐，成本很高；用四氯化钛高温氧化法，其主要原料是采用四氯化钛，成本也很高，而且在反应过程中产生大量的HCl气体，对设备要求苛刻，且有严重腐蚀，对大气也有严重污染。一次性投资很大。目前国内有采用偏钛酸为主要原料(CN1044463C)制备纳米氧化钛，它是向湿偏钛酸中加入一定量的碳酸铵(一般含量为3~8％)，用反应法使其与偏钛酸中化学吸附的SO3反应，生成硫酸铵，再用大量的水多次洗涤以除去SO42-，由于在水溶液中的碳酸铵和硫酸铵是双向反应，各自有一个固定的平衡浓度，所以随水洗次数增多，只能使SO3减少，却不能使SO3全部祛除。在产品中总还有一定量的SO3残留下来，在后期的400℃-600℃热处理温度下，残留的SO3无法完全脱附。另外该制备工艺需耗大量洗涤用水，同时产生大量的废水，所加入的碳酸铵利用率并不高，有相当多的流失，而且多次过滤使得工艺冗长，成本增加。该方法使用高分子表面活性剂来克服偏钛酸粒子间的团聚，也增加了生产成本。
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种新的制备工艺，利用廉价的碳酸氢铵作为膨松剂，用其水溶液处理偏钛酸制备纳米氧化钛。
发明内容
本发明是以偏钛酸为主要原料加入适量膨松剂水溶液构成混合液，经过浸渍搅拌，过滤，热处理，最后进行粉碎，旋风分级制得成品。其特征是所述膨松剂，选用碳酸氢铵作为偏钛酸脱水时的膨松剂。所说适量膨松剂水溶液是指水的用量大于或等于偏钛酸重量的25倍。在偏钛酸与碳酸氢铵混合溶液中，碳酸氢铵占偏钛酸重量比例为13wt％-20wt％。经过浸渍，搅拌后进行过滤，再经过550℃-700℃的高温煅烧最后进行粉碎，用旋风机进行分级处理制得成品。
在制备过程中，高温处理期间均匀分布在偏钛酸中的碳酸氢铵在热处理过程中分解气化，和偏钛酸脱水同时生成大量的CO2、H2O、NH3气体，使团状的物料变得膨松，呈分散颗粒状态，一方面使SO3较易脱附，可使完全脱硫温度下降至550℃左右，另一方面减弱了氧化钛的团聚作用，从而抑制了氧化钛晶粒的长大，使得纳米氧化钛在550℃-700℃的高温下不会过分长大。煅烧后的产物，通过机械粉碎方法进行粉碎，最后再进行旋风分级，所得粉体按粒径分级使用，成品粒径为15-50nm。
本发明工艺简单，与传统硫酸法生产钛白粉工艺相容性好，不但能节约大量的洗涤用水和表面活性剂，缩短了生产流程，原料和生产成本大大降低。产品脱硫干净，质量优良、稳定。
图1A，为例1产品X射线衍射图。
图1B，为例1产品透射电镜显微镜照片(×105)。
图2A，为例2产品X射线衍射图。
图2B，为例2产品透射电镜显微镜照片(×105)。
图3A，为例3产品X射线衍射3B，为例3产品透射电镜显微镜照片(×105)。
具体实施例方式
实施例1称取23g偏钛酸，加入600ml的水和3.13g碳酸氢铵构成混合水溶液，搅拌1小时后静置、过滤，得到的滤饼干燥后，在温度650℃热处理1小时后取出，研磨。用X射线衍射(XRD)分析为锐钛矿氧化钛，按透射电镜测定其成品粒径为20-50nm(图1A、图1B)。
实施例2称取23g偏钛酸，加入600ml的水和3.89g碳酸氢铵成为混合液，搅拌1小时后静置、过滤，得到的滤饼干燥后，在温度600℃热处理1小时后取出，研磨。用X射线衍射法(XDR)分析为锐钛矿氧化钛，按透射电镜测定成品粒径为20-50nm(图2A、图2B)。
实旋例3称取23g偏钛酸，加入600ml水和4.51g碳酸氢铵混合溶液，搅拌1小时后静置、过滤，得到的滤饼干燥后，在温度550℃热处理1小时后取出，研磨。用X射线衍射法(XRD)分析为锐钛矿氧化钛，按透射电镜测定成品粒径为15-50nm(图3A、图3B)。
权利要求
1.一种纳米锐钛矿型氧化钛的制备方法，该方法以偏钛酸为原料加入膨松剂水溶液构成混合液，经浸渍、搅拌、过滤、热处理，最后粉碎，制得成品，其特征在于所用膨松剂为碳酸氢铵。
2.如权利要求1所述纳米锐钛矿氧化钛制备方法，其特征在于偏钛酸和膨松剂混合溶液中，碳酸氢铵与偏钛酸的重量比例为13％-20％。
3.如权利要求1所述纳米锐钛矿氧化钛制备方法，其特征在于偏钛酸和膨松剂混合溶液中，水偏钛酸(重量)≥25。
4如权利要求1所述纳米锐钛矿氧化钛制备方法，其特征在于所述热处理温度为550℃-700℃。
全文摘要
本发明提出一种纳米锐钛矿型氧化钛的制备方法。以偏钛酸为原料，经膨松剂碳酸氢铵水溶液处理后，浸渍，搅拌，过滤，高温热处理后进行粉碎分级制得成品。本发明工艺简单，可节约大量洗涤用水及表面活性剂，不但缩短了生产流程，也大大降低原料和生产成本。产品脱硫干净，质量优良、稳定。
文档编号C09C3/00GK1566217SQ03131968
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月21日 优先权日2003年6月21日
发明者王大志, 刘金华 申请人:中国科学技术大学