[发明专利]锐钛晶型纳米二氧化钛的制备方法

说明书

本发明涉及制作光催化剂、化妆品等的纳米级锐钛晶型二氧化钛的制备方法。

锐钛晶型纳米二氧化钛由于对太阳光中的紫外光有强烈的吸收以及本身的高反应活性而被广泛应用于制作光催化剂、化妆品等。国外制备锐钛晶型纳米二氧化钛的方法主要有四氯化钛气相氧化法、硫酸氧钛或硫酸钛溶液液相水解法、溶胶-凝胶法等。用四氯化钛气相氧化法制备该种产品涉及到高温反应过程，对设备的耐腐蚀性要求很高，技术难度大；采用硫酸氧钛或硫酸钛溶液液相水解法制备该种产品制得的纳米二氧化钛粉粒径较大，一般只能制备30纳米(nm)以上的纳米二氧化钛粉，致使该种产品的光催化活性大大降低；采用溶胶-凝胶法制备该种产品由于很难作到钛溶胶与水的彻底分离，使得制备的纳米二氧化钛粉粘结严重，煅烧后很难解聚，使得制备的纳米二氧化钛粉分散性较差，粒径较大。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种纯度较高、粒径较小的锐钛晶型纳米二氧化钛的制备方法。    

本发明用偏钛酸作原料，采用碱溶获得正钛酸，酸溶获得二氧化钛溶胶，用凝聚剂对二氧化钛溶胶进行凝聚和挤水处理，用萃取剂萃取分离二氧化钛溶胶，再在所选择的凝聚剂的分解温度下煅烧分解除去凝聚剂及萃取剂等有机物杂质，以获得锐钛晶型的纳米二氧化钛粉来实现其目的。

本发明的锐钛晶型纳米二氧化钛的制备方法(参见附图)，其特征在于有如下步骤：    

(1)碱溶  将具有锐钛晶型微晶结构的偏钛酸打浆成TiO₂浓度为80～200g/l的浆液，加入碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化锂中的至少一种碱进行碱溶，TiO₂与以K₂O计的碱的比例为1∶1.5～5.0，然后在50～100℃的温度下保温解聚5～8小时。

本发明所使用的原料偏钛酸，具有锐钛晶型的微晶结构，且三氧化二铁的含量小于40ppm。可选用硫酸法钛白粉厂的中间产品。

本步骤把碱加入偏钛酸的浆液中，既起到使偏钛酸降解，又保持偏钛酸原有的微晶结构。

(2)洗涤  将碱溶物质经过滤、洗涤至滤饼呈中性，得到有锐钛晶型的正钛酸。

本步骤中用去离子水或自来水进行洗涤，其中以用去离子水较好。

(3)酸溶  ①一步酸溶，将正钛酸配制成浆液，使TiO₂的浓度为80～200g/l，搅拌均匀后，加入硫酸、氯乙酸、氯磺酸、磷酸中的至少一种酸进行酸溶，酸的加入量以硫酸计为TiO₂的5～10％，随后于60～80℃反应3～4小时；②二步酸溶，将一步酸溶所得物升温至80～90℃以上，加入盐酸、硝酸、冰乙酸、硫酸、磷酸中的至少一种酸进行酸溶，酸的加入量以硝酸计为TiO₂的10～30％，然后在80～100℃的温度下恒液面反应3～5小时，通冷却水冷至40℃以下，得二氧化钛的溶胶。

(4)凝胶  在二氧化钛的溶胶中加入羧甲基本纤维素、OP乳化剂、经铵改性的阳离子聚丙烯酰胺、牛胶、聚己烯醇、聚己二醇、季戊四醇中的至少一种凝聚剂进行凝胶，凝聚剂的加入量以重量计为TiO₂的3～10％，在50～80℃的温度下，反应0.5～1小时，通水冷却至室温，得凝胶。

本步骤中铵盐改性的阳离子聚丙烯酰胺的分子量为10000～50000，聚己烯醇分子量为8000～12000，聚己二醇分子量为3000～5000。

(5)萃取  将凝胶放入萃取器中，用三氯甲烷、二硫化碳、乙醚、萘磺酸、煤油中的至少一种萃取剂进行萃取，然后将萃取相减压蒸馏，回收萃取剂，得无水的二氧化钛溶胶。

(6)煅烧  将二氧化钛溶胶在所选择的凝聚剂的分解温度下煅烧至凝聚剂分解完全，便得锐钛晶型纳米二氧化钛粗品。

本步骤采用煅烧分解除去凝聚剂等有机物杂质。其煅烧温度为400～800℃，在此温度下所用的凝聚剂能分解完全。

(7)粉碎  将纳米二氧化钛粗品冷却至室温，进行砂磨、气粉，制得锐钛晶型纳米二氧化钛产品。

将本锐钛晶型纳米二氧化钛用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜检测，其粒径为5～30纳米，晶型为锐钛型。

使用本发明方法制备的纳米二氧化钛可用于制备光催化剂、化妆品等。

本发明与现有技术相比较，具有如下的明显优点和显著效果。

一、使用本发明方法制造的纳米二氧化钛的质量稳定，二氧化钛纯度可达98％以上。

二、由于本发明使用混合酸、碱进行酸溶、碱溶，能充分保持偏钛酸中的锐钛微晶结构，使制得的纳米二氧化钛均为锐钛晶型，无金红石的混晶。