[發明專利]一種快速合成納米二氧化鈦的制備方法

在審

• 申請號: 202110015504.0
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN114715934A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王東軍;王玉軍;姜偉;辛穎;金書含;趙仲陽;王偉眾;何玉蓮;李影輝;何昌洪
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y40/00;B01J19/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 高龍鑫;王玉雙

本發明涉及一種快速合成納米二氧化鈦的制備方法，該制備方法采用微通道反應器進行反應，包括以下步驟：(1)將硫酸氧鈦溶液與尿素溶液分別通入三通混合器，在0～60℃下進行混合，得到澄清混合液；(2)將所述澄清混合液通入所述反應器的微盤管內進行反應，所述微盤管包括依次連接的加熱段和冷卻段，得到反應產物的懸浮液；(3)將反應產物的懸浮液進行離心分離、洗滌、干燥，即可得到白色的二氧化鈦粉末。本發明利用尿素高溫下快速分解以發生爆炸性成核，有效降低了產物二氧化鈦的粒徑；利用微盤管傳熱效率高的特點快速連續的進行水熱反應，直接得到了銳鈦礦型的二氧化鈦，粒徑在2～5nm。

技術領域

本發明涉及熱穩定性良好的無機材料的制備領域，尤其涉及一種利用微通道反應器快速合成納米二氧化鈦的制備方法。

背景技術

二氧化鈦由于性質穩定，光學性能優異，無毒無害，是熱穩定性能較好的一種無機材料，可廣泛應用于催化、涂料油漆、塑料、造紙、食品醫藥、油墨、化纖、橡膠、化妝品等領域；同時二氧化鈦具有3.2eV的禁帶寬度，也常用于污染物的光催化降解等領域。納米二氧化鈦因具有的納米尺度使其不僅具有上述特性，還具有獨特的表面與界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等特性。因此對納米二氧化鈦制備方法的研究具有重要應用意義。

常見的二氧化鈦制備方法包括微乳液法，溶膠-凝膠法，水熱法，沉淀法等。其中，沉淀法所需原料簡單廉價，操作簡單，對設備要求低，利于工業放大，因此在實驗室和工業中應用廣泛。如劉曉熹以工業硫酸氧鈦及尿素為原料，經加熱攪拌后得到前驅體，在550℃下煅燒得到了粒徑為26nm的銳鈦礦型二氧化鈦。但傳統沉淀法制備得到的通常是二氧化鈦的前驅體，需要進一步的高溫煅燒處理，這不僅容易使二氧化鈦產生團聚，粒徑變大，而且會由于溫度控制不當，容易在所需晶相中混入雜相(隨著煅燒溫度升高，二氧化鈦會由銳鈦礦相轉化為金紅石相，轉化溫度因制備方法而異)。而水熱法因其能提供高溫高壓的反應環境，常用于一步合成具有特定晶型的二氧化鈦。如李楠楠等人以鈦酸丁酯為鈦源，在水熱釜中以250℃條件反應6h后得到了銳鈦礦型的二氧化鈦，粒徑在12～50nm之間。但水熱法存在反應時間長，產量小，間歇操作，對反應設備要求高的不足。

微通道反應器是一種新式的反應裝置，自提出以來，由于尺度小，通常在毫米級甚至微米級，因而具有非常高的傳熱傳質速率，有利于工業放大，具有重現性好，反應參數容易精確控制等優點，受到了人們的廣泛關注。專利CN103880073B將無機鈦的乙醇溶液和無機堿水溶液通過微通道模塊化反應器進行混合反應，將得到的沉淀在600℃下煅燒2h得到二氧化鈦，粒徑在30～120nm。該法利用微通道反應器高傳質系數的特點快速得到了前驅體產物，但需煅燒處理才能得到成品二氧化鈦，導致顆粒粒徑較大，流程繁瑣，能耗較高等。

發明內容

基于以上所述，本發明的目的在于提供一種利用微通道反應器快速合成納米二氧化鈦的制備方法。本發明利用微盤管為反應場所，結合沉淀法和水熱法的優勢，在高溫下快速(3～5min)連續合成納米二氧化鈦，無需經過煅燒處理，制備得到的納米二氧化鈦粒徑在2～5nm之間。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種快速合成納米二氧化鈦的制備方法，該制備方法采用微通道反應器進行反應，包括以下步驟：

(1)將硫酸氧鈦溶液與尿素溶液分別通入三通混合器，在0～60℃下進行混合，得到澄清混合液；

(2)將所述澄清混合液通入所述反應器的微盤管內進行反應，優選所述反應的時間為3～5min，所述微盤管包括依次連接的加熱段和冷卻段，得到反應產物的懸浮液；

(3)將反應產物的懸浮液進行離心分離、洗滌、干燥，即可得到白色的二氧化鈦粉末。

本發明所述的快速合成納米二氧化鈦的制備方法，其中優選的是，所述硫酸氧鈦溶液的濃度為20～50g/L，進一步優選為40g/L，流量為5～15mL/min，進一步優選為10mL/min。