[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備金紅石型二氧化鈦納米顆粒的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210216315.0
• 申請(qǐng)日: 2012-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102701278A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)紅兵;芮澤寶;黃亦福;徐豆豆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G23/053
• 分類(lèi)號(hào): C01G23/053;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市深研專(zhuān)利事務(wù)所 44229
• 代理人: 姜若天

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米材料的制備方法，具體地說(shuō)，涉及一種制備金紅石型二氧化鈦納米顆粒的方法。

背景技術(shù)

二氧化鈦，化學(xué)式為T(mén)iO₂，俗稱(chēng)鈦白粉，是一種很重要的多功能材料，具有濕敏、氣壓和光催化等特性，無(wú)毒且穩(wěn)定性好，廣泛應(yīng)用于油漆、油墨、塑料、橡膠造紙、功能陶瓷、催化劑、化妝品和光敏材料等領(lǐng)域。TiO_2?是同質(zhì)多晶體，工業(yè)上應(yīng)用較廣的是銳鈦礦型（Anatase，簡(jiǎn)稱(chēng)A型）和金紅石型（Rutile，簡(jiǎn)稱(chēng)R型）。我國(guó)的鈦鐵礦資源豐富,由于銳鈦礦型鈦白粉生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)大多數(shù)鈦白粉生產(chǎn)廠家以生產(chǎn)銳鈦礦型鈦白粉為主。高檔的金紅石型鈦白粉大部分仍依賴(lài)進(jìn)口。但金紅石型鈦白粉在許多重要物理性質(zhì)上，如折射率，遮蓋力、著色力，硬度和密度等，均優(yōu)于銳鈦礦型，因而金紅石型應(yīng)用比銳鈦礦型更廣泛。然而，現(xiàn)有技術(shù)中金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，技術(shù)極為精密復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。因此，尋求一種制備金紅石型鈦白粉的簡(jiǎn)易高效的方法是很有必要的。

目前用于制備金紅石型二氧化鈦的鈦源主要采用四氯化鈦，硫酸氧鈦等(如CN101805017,?CN102120611,?CN102218305和CN102249302等)。合成方法主要有液相高溫煅燒法和水解法。然而傳統(tǒng)的金紅石型二氧化鈦的制備方法涉及高溫固相反應(yīng)，經(jīng)歷由無(wú)定形-銳鈦礦-金紅石的轉(zhuǎn)化過(guò)程。而高溫往往會(huì)造成納米顆粒的硬團(tuán)聚，這為后續(xù)使用過(guò)程所需的分散帶來(lái)了不便。四氯化鈦水解法雖然能在低溫?zé)Y(jié)時(shí)就可實(shí)現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變，但該方法工藝復(fù)雜、條件苛刻、粒度難以控制，而且受原料的來(lái)源和品質(zhì)影響較大(CN102249302)。CN101844803（一種金紅石型二氧化鈦及其制備方法）對(duì)傳統(tǒng)的高溫煅燒法進(jìn)行了改進(jìn)，將含有銳鈦礦型鈦白粉和金紅石型二氧化鈦晶種以及鋰鹽的混合物焙燒得到金紅石型二氧化鈦，金紅石型二氧化鈦的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%以上。但是此法生產(chǎn)涉及晶種的制備和鋰鹽等的添加，工藝較復(fù)雜，引入較多雜質(zhì)，且所制備的金紅石型二氧化鈦仍會(huì)含有一定比例的銳鈦礦型鈦白粉（～%2），所以成品質(zhì)量不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本較低，使用方便并且適用精細(xì)化生產(chǎn)的高品質(zhì)金紅石型二氧化鈦的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種制備金紅石型二氧化鈦納米顆粒的方法，包括以下制備步驟：

（1）、將銳鈦礦型二氧化鈦或P25納米顆粒分散到含有金屬氧化物的鹽溶液里，超聲處理；

（2）、將步驟（1）中得到的混合物在100℃空氣中過(guò)夜干燥，500~900℃煅燒?3~6?小時(shí)，得到金屬氧化物量分?jǐn)?shù)為0.5%~7%?的二氧化鈦納米顆粒；所述焙燒溫度和時(shí)間可以在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)，從產(chǎn)品顆粒分散性以及成本考慮，所述焙燒的溫度優(yōu)選為500-900℃，焙燒時(shí)間優(yōu)選為3-6小時(shí)；

（3）、將步驟（2）中得到的含有金屬氧化物的二氧化鈦納米顆粒按1.5~3.0g/100mL的比例分散到體積分?jǐn)?shù)5%~20%的氫氟酸溶液中，靜置24小時(shí)；所述氫氟酸溶液用于純化產(chǎn)品，剝離未轉(zhuǎn)化的銳鈦礦型二氧化鈦和金屬氧化物添加劑，其用量和濃度可以在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)，優(yōu)選的用量是每100毫升HF溶液分散1.5-3.0克焙燒后的顆粒混合物（以干重計(jì)），優(yōu)選的HF溶液濃度是每100份體積的溶液中含有5-20份體積HF；

（4）、將步驟（3）中得到的溶液離心分離、水洗去除氟離子、干燥得到產(chǎn)物金紅石型二氧化鈦納米顆粒。

在上述制備方法中，所述P25納米顆粒為德固賽公司生產(chǎn)的銳鈦礦型與金紅石型的比例為4:1的二氧化鈦納米顆粒。本發(fā)明選擇銳鈦礦型二氧化鈦或P25納米顆粒，原料易得，原料品質(zhì)易控，特別適用于生產(chǎn)精細(xì)化、高品質(zhì)的金紅石型二氧化鈦。

在上述制備方法中，所述金屬氧化物為CuO、CoO或ZnO。所述

金屬氧化物能促進(jìn)銳鈦礦型向金紅石相的轉(zhuǎn)變，其用量可以在較大范圍內(nèi)變動(dòng)。考慮到最終得到產(chǎn)物中的雜質(zhì)含量以及金紅石型二氧化鈦的轉(zhuǎn)化率，優(yōu)選情況下，以100重量份的銳鈦礦型（或P25）二氧化鈦為基準(zhǔn)，以干重計(jì)，所述金屬氧化物的用量為0.5-10重量份。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明所述干重是指將顆粒在1個(gè)大氣壓下、100℃下在空氣氣氛中干燥恒重后的重量。

在上述制備方法中，步驟（1）中所述金屬氧化物的添加量為鹽溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%~7%。