[發明專利]一種高溫等離子體制備納米亞氧化鈦的方法

有效

• 申請號: 201710728901.6
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107473264B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 徐寶強;楊斌;趙頂;熊恒;鄧勇;楊佳;劉大春;馬文會;郁青春;李一夫;曲濤;田陽;蔣文龍;戴永年
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01G23/04
• 分類號: C01G23/04;B82Y40/00
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本發明公開了高溫等離子體制備納米亞氧化鈦的方法：首先用載氣將納米級的偏鈦酸粉體輸送至等離子體反應裝置內，其中等離子體反應裝置包括高溫等離子發生系統和粉體冷凝收集系統，偏鈦酸粉體在1秒內通過高溫等離子發生系統的高溫等離子火焰區域，然后進入粉體冷凝收集系統，經過冷凝沉降，最終獲得顆粒尺寸為納米的亞氧化鈦粉體；該方法制備過程簡單易行，耗時少，效率高，具有較廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種高溫等離子體制備納米亞氧化鈦的方法，屬于粉體材料制備領域。

背景技術

亞氧化鈦是一種重要的鈦氧化物材料，其分子式為Ti_nO_2n-1，n為大于零的整數，Magneli相亞氧化鈦是亞氧化鈦材料中的一種。亞氧化鈦化合物都具有較高的導電率，同時化學穩定性極高，在可見光區或是紫外光區都具有較好的光吸收能力，這使其一方面可以成為優異的電化學應用的電極材料及電化學催化劑載體材料，另一方面也是種非常有前途的提高光吸收性能和光電化學性能的材料。

大量研究表明亞氧化鈦納米顆粒在光照室溫條件下能夠分解氣態甲醛，氫化處理形成的氧空位決定了其氧空位的形成，Ti³⁺的存在能夠有效縮短鋰離子擴散路徑，可用于鋰離子正極電池材料，有效改善了鋰離子電池材料的高倍率性能、提高了比容量。研究發現，通過500-700℃氫化處理正極材料Li₄Ti₅O₁₂ 納米線1.5h、引入Ti³⁺后，正極材料Li₄Ti₅O₁₂在C/5 條件下具有173mAh?g^-1 的高容量，30℃條件下仍具有121mAh?g^-1的優秀的倍率性能和穩定性。許多研究結果顯示，摻入TiO_2-x 的鋰離子電池正極材料在100℃條件下具有127mAh?g^-1 的超高比容量，且25℃下100 次循環后仍具有86%的容量。研究者發現氫化處理后的介孔TiO₂ 微球顯示出高于介孔TiO₂ 一倍的倍率性能。

同理，氧空位增加、電導率提高，使得TiO_2-x 在超級電容電極、燃料電池正極材料以及場致發射領域表現出具有良好的應用前景，同時，亞氧化鈦具有高介電常數比TiO₂ 具有更好的微波吸收能力。目前制備亞氧化鈦粉體主要是二氧化鈦還原法，使用氫氣、炭黑、活潑金屬和一氧化碳等還原劑，在真空或惰性氣體氣氛下加熱到一定溫度并保溫一定時間還原二氧化鈦制備所需粉末樣品，但是這些工藝均要使用還原劑且耗時過長，生產效率較低。

CN 106241861A公開了一種制備棒狀亞氧化鈦的方法。其方法是原料為Ti與O的化合物粉體、還原劑及氯鹽，按照各亞氧化鈦粉體的化學式及所用原料之間的化學反應，計算出制備各亞氧化鈦粉體原料的摩爾比。然后進行配料，混料，干燥，燒結，洗滌與干燥最終獲得棒狀亞氧化鈦。其方法可以獲得的較純的單相亞氧化鈦，但是光還原時間需要2-8小時，且工藝流程長。

CN 104925857A亞氧化鈦粉體的旋轉式動態連續制備方法，所述工藝步驟如下：（1）配料，原料為Ti與O的化合物粉體和還原劑；（2）混料與干燥；（3）燒結，在開放體系或封閉體系或負壓下，在爐管處于出料口低于進料口的傾斜狀態和旋轉狀態下加熱爐管，當爐管內的溫度達到反應溫度時，將步驟（2）得到的混合粉料連續送入爐管中，混合粉料進入爐管后以螺旋運動的形式通過爐管加熱區完成反應形成反應產物落入收集室。這種方法能制備出單相或純度高于70%亞氧化鈦粉體，但是制備時間較長。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫等離子體制備納米亞氧化鈦的方法，該方法可在極短的時間內由納米級偏鈦酸制備得到亞氧化鈦粉體，流程簡單、效率高。