一种水解法制备高纯纳米级二氧化钛的方法与流程

本发明属于电子材料领域，涉及一种水解法制备纳米级二氧化钛的方法。

背景技术：

随着电子元器件、光催化、锂电池等领域的发展，基础电子材料二氧化钛向纳米级方向发展。而目前市场上纳米级二氧化钛生产工艺通常采用水热法或钛酸四丁酯水解法，而水热法生产工艺较为复杂，钛酸四丁脂水解法生产成本高，均不适宜大规模生产，而发现一种制备低成本并且可以制备高纯度纳米级二氧化钛具有重大意义。本发明通过二氯氧钛水解工艺改进，实现了低成本高纯度纳米级二氧化钛生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于制备一种高纯纳米级二氧化钛以解决现有生产纳米级二氧化钛生产成本高及纳米颗粒分散不均匀、粒径过大的问题。

一种水解法制备高纯纳米级二氧化钛的方法，其特征在于，如下制备步骤：

（1）混合：将钛酸四丁酯或丁醇加到二氯氧钛溶液中，搅拌均匀，得到溶液a；

（2）纯水升温：加分散剂到纯水中，升温到98-100℃，搅拌溶解澄清；

（3）反应：将溶液a加到步骤2中的纯水中，混合溶液中加入总质量10％-12％的β分子筛反应。流速为25-35ml/min，转料后保温50-70min，反应与保温过程水温均维持在98-102℃之间。

（4）醇类回收：反应物料静置分层后，回收丁醇。

（5）过滤煅烧分离：采用滤布过滤物料，将滤饼放置在干锅中煅烧。煅烧温度为500-850℃，煅烧时间2-3小时后，放入60℃水洗池中用超声波震荡，过滤，分离大颗粒的β分子筛后烘干，即得成品纳米级二氧化钛。

优选的，所述步骤2中所用分散剂为pam（聚丙烯酰胺）、peg（聚乙二醇）的一种或两种组合，分散剂总质量为水质量的0.3%-0.5%

优选的，所述步骤3反应过程中，钛液与纯水体积比为0.8-1.2。

优选的，步骤5中煅烧温度为850℃，煅烧时间为2.5小时。

优选的，步骤2所用分散剂为pam和peg的混合物，所述pam：peg=2：1，所述pam和peg总质量为水质量的0.4%。

优选的，步骤3反应过程中，钛液与纯水体积比为0.8。

借由上述方案本发明至少有以下优点是：

1）主材为二氯氧钛，而且生成正丁醇可回收循环使用，成本低。

2）采用水解工艺，生成产物杂质低。

3）使用分散剂pam和peg混合使用可提高产品分散性能和产品从β分子筛中分离的性能。

4）β分子筛的加入使得混合过程中形成的纳米二氧化钛颗粒可以及时的被其吸附，阻止了二氧化钛颗粒发生团聚现象，β分子筛的孔径小进一步保证了所形成的二氧化钛纳米颗粒的粒径，β分子筛具有较好的耐高温强度，在煅烧分离后可以继续回收使用。

附图说明

图1为本发明不团聚的电镜照片。

具体实施方式

实施例1-9：

在机械搅拌下，将钛酸正丁酯加到2.5mol/l的二氯氧钛溶液中，钛酸丁酯与二氯氧钛摩尔比为0.1。而后将上述混合溶液以25ml/min流速加到含有0.3%pam：peg的98-100℃的纯水中（体积比为0.8），所述pam：peg=2：1，加入总质量10％的β分子筛，转料过程保持温度在98-100℃，转料结束后保温50min。保温结束后物料与丁醇分层后倒出丁醇，过滤滤饼进行煅烧，煅烧温度为500-850，时间2-3小后，放入60℃水洗池中用超声波震荡，过滤，分离大颗粒的β分子筛后烘干，即得成品纳米级二氧化钛。测试二氧化钛主含量均为99.9%，sem粒度测试如表1：

由表1可知随着煅烧温度和煅烧时间的延长sem晶粒逐渐减小比表面积逐渐增大，但是当其温度为850℃后其晶粒随着煅烧时间延长变化较小，煅烧2.5小时后晶粒尺寸随着时间延长基本无变化。

实施例10-18：

在机械搅拌下，正丁醇加到3.5mol/l的二氯氧钛溶液中，丁醇与二氯氧钛摩尔比分别为0.2，0.3，0.5。而后将上述混合溶液以35ml/min流速加到含有0.5%pam：peg的98-100℃的纯水中（体积比分别为0.8，1.0，1.2），所述pam：peg=2：1，加入总质量12％的β分子筛，转料过程保持温度在100-102℃，转料结束后保温70min。保温结束后物料与丁醇分层后倒出丁醇，过滤滤饼进行煅烧，煅烧温度为800℃，时间2.5小时后，放入60℃水洗池中用超声波震荡，过滤，分离大颗粒的β分子筛后烘干，即得成品纳米级二氧化钛。测试二氧化钛主含量均为99.9%，sem粒度及比表面测试如表2：

由表2可知：无论丁醇的浓度比为多少（在0.2-0.5间取值），钛液与纯水体积比为0.8时其所得的二氧化钛晶粒均为最小，比表面积最大。

实施例19-27：

在机械搅拌下，将钛酸丁酯加到3.0mol/l的二氯氧钛溶液中，钛酸丁酯与二氯氧钛摩尔比分别为0.3。而后将上述混合溶液以30ml/min流速加到多个反应釜中，反应釜的98-100℃的纯水（体积比1.0）中分别添加有0.3%-0.5%的peg、pam、（pam+peg，pam：peg=2：1），一共9组，每组各自加入总质量12％的β分子筛，转料过程保持温度在99-101℃，转料结束后保温60min。保温结束后物料与丁醇分层后倒出丁醇，过滤滤饼进行煅烧，煅烧温度为800℃，时间2.5小时后，放入60℃水洗池中用超声波震荡，过滤，分离大颗粒的β分子筛后烘干，即得成品纳米级二氧化钛。测试二氧化钛主含量均为99.9%，sem粒度及比表面测试如表3：

由表3可知当分散剂为0.4%的pam+peg（pam：peg=2：1）时，其所得的颗粒粒径最小，比表面积最大，而且分散性能良好。

由以上试验数据可知本发明通过此方法所制得的纳米二氧化钛颗粒产品纯度高达99.9%，且生产所得的二氧化钛颗粒均一性较高，粒径小，比表面积高（见图1），生产所用原料便宜且丁醇和β分子筛均可以循环回收使用，相对于现有的纳米二氧化钛的制备方法具备更大的优势。

技术特征：

技术总结
本发明采用水解法制备了一种高纯纳米级二氧化钛，该方法包括以下步骤：(1)混合；（2）纯水升温；（3）反应；（4）醇类回收；(5)过滤煅烧分离；本发明解决了现有纳米二氧化钛生产过程中易团聚、颗粒粒径不均一、粒径过大，生产成本过高等问题，本发明原材料便宜，且多种物质可以回收循环使用，最终所得产物纯度高。

技术研发人员：资美勇;万亚锋;吴浩
受保护的技术使用者：湖北天瓷电子材料有限公司
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.03.22