[發(fā)明專利]一種納米二氧化鈦?zhàn)詣?dòng)化生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410268636.4
• 申請(qǐng)日: 2014-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104071834A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭壽鵬;李曉桐;王向陽(yáng);叢紅梅;賀軍;呂海晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省冶金科學(xué)研究院;山東魯冶瑞寶電氣自動(dòng)化有限公司
• 主分類號(hào): C01G23/053
• 分類號(hào): C01G23/053;B82Y30/00
• 代理公司: 濟(jì)南誠(chéng)智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 王永建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米二氧化鈦?zhàn)詣?dòng)化生產(chǎn)裝置和使用該裝置生產(chǎn)納米二氧化鈦的方法。

背景技術(shù)

納米二氧化鈦具有十分寶貴的光學(xué)性質(zhì)，在汽車工業(yè)及諸多領(lǐng)域都顯示出美好的發(fā)展前景。納米二氧化鈦還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無(wú)毒性、超親水性、非遷移性，且完全可以與食品接觸，所以被廣泛應(yīng)用于抗紫外材料、紡織、光催化觸媒、自潔玻璃、防曬霜、涂料、油墨、食品包裝材料、造紙工業(yè)、航天工業(yè)中、鋰電池中。由于二氧化鈦高效、穩(wěn)定、無(wú)毒、低成本，因此被稱為是最優(yōu)秀的綠色環(huán)保型光催化劑，并成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)，它還與其他納米材料一起被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。

基于納米TiO₂具有的優(yōu)異性能，其用途相當(dāng)廣泛，因而其制備受到國(guó)內(nèi)外的極大關(guān)注。目前制備納米TiO₂粉體的方法主要有兩大類：物理法和化學(xué)法。

物理法：制備納米TiO₂粉體的物理法主要有濺射，熱蒸發(fā)法及激光蒸發(fā)法。物理法制備納米粒子是最早的方法，它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，易于操作和易于對(duì)粒子進(jìn)行分析，能制備高純粒子，還可制備薄膜和涂層。它的產(chǎn)量較大，但成本較高。

化學(xué)法:制備納米TiO₂粉體的化學(xué)方法主要有液相法和氣相法。液相法包括沉淀法、溶膠-凝膠法和W/O微乳液法；氣相法主要有TiCl₄(四氯化鈦)氣相氧化法。液相法反應(yīng)周期長(zhǎng)，三廢量較大，雖然能首先得到非晶態(tài)粒子，高溫下發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，但煅燒過(guò)程極易導(dǎo)致粒子燒結(jié)或團(tuán)聚；氣相氧化法具有成本低、原料來(lái)源廣等特點(diǎn)，能快速形成銳鈦型、金紅石型或混合晶型TiO₂粒子，后處理簡(jiǎn)單，連續(xù)化程度高。但此法對(duì)技術(shù)和設(shè)備要求較高。

如均勻沉淀法制備納米TiO₂：納米顆粒從液相中析出并形成包括兩個(gè)過(guò)程，一是核的形成過(guò)程，稱為成核過(guò)程；另一是核的長(zhǎng)大過(guò)程，稱為生長(zhǎng)過(guò)程。當(dāng)成核速率小于生長(zhǎng)速率時(shí)，有利于生成大而少的粗粒子；當(dāng)成核速率大于生長(zhǎng)速率時(shí)，有利于納米顆粒的形成。因而，為了獲得納米粒子必須保證成核速率大于生長(zhǎng)速率，即保證反應(yīng)在較高的過(guò)飽和度下進(jìn)行。均勻沉淀法制備納米TiO₂是利用CO(NH₂)₂在溶液中緩慢地、均勻地釋放出OH-。在這種方法中，不是加入溶液的沉淀劑直接與TiOSO₄發(fā)生反應(yīng)，而是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使沉淀在整個(gè)溶液中緩慢地生成。向溶液中直接添加沉淀劑，易造成沉淀劑的局部濃度過(guò)高，使沉淀中夾有雜質(zhì)。而在均勻沉淀法中，由于沉淀劑是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)緩慢生成的，因此，只要控制好生成沉淀劑的速度，就可避免濃度不均勻現(xiàn)象，使過(guò)飽和度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，從而控制粒子的生長(zhǎng)速度，獲得粒度均勻、致密、便于洗滌、純度高的納米粒子。該法生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

又如溶膠-凝膠法：溶膠-凝膠法是制備納米粉體的一種重要方法。它具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其反應(yīng)中各組分的混合在分子間進(jìn)行，因而產(chǎn)物的粒徑小、均勻性高；反應(yīng)過(guò)程易于控制，可得到一些用其他方法難以得到的產(chǎn)物，另外反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，避免了高溫雜相的出現(xiàn)，使產(chǎn)物的純度高。但缺點(diǎn)是由于溶膠-凝膠法是采用金屬醇鹽作原料，其成本較高，其該工藝流程較長(zhǎng)，而且粉體的后處理過(guò)程中易產(chǎn)生硬團(tuán)聚。采用溶膠-凝膠法制備納米TiO₂粉體，是利用鈦醇鹽為原料。原先通過(guò)水解和縮聚反應(yīng)使其形成透明溶膠，然后加入適量的去離子水后轉(zhuǎn)變成凝膠結(jié)構(gòu)，將凝膠陳放一段時(shí)間后放入烘箱中干燥。待完全變成干凝膠后再進(jìn)行研磨、煅燒即可得到均勻的納米TiO₂粉體。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：在溶膠-凝膠法中，最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)在溶液中已初步形成，且后續(xù)工藝與溶膠的性質(zhì)直接相關(guān)，因而溶膠的質(zhì)量是十分重要的。醇鹽的水解和縮聚反應(yīng)是均相溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z的根本原因，控制醇鹽水解縮聚的條件是制備高質(zhì)量溶膠的關(guān)鍵。因此溶劑的選擇是溶膠制備的前提。同時(shí)，溶液的pH值對(duì)膠體的形成和團(tuán)聚狀態(tài)有影響，加水量的多少會(huì)影響醇鹽水解縮聚物的結(jié)構(gòu)，陳化時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)改變晶粒的生長(zhǎng)狀態(tài)，煅燒溫度的變化對(duì)粉體的相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響?？傊?，在溶膠-凝膠法制備TiO₂粉體的過(guò)程中，有許多因素影響粉體的形成和性能。因此應(yīng)嚴(yán)格控制好工藝條件，以獲得性能優(yōu)良的納米TiO₂粉體。