[发明专利]一种高活性纳米水合二氧化钛的生产方法及装置

说明书

本发明涉及一种高活性纳米水合二氧化钛的生产方法及装置，其特征在于：（1）向反应罐加罐体积1/2‑2/3的纯水；（2）将钛盐溶解成质量浓度2‑40%的钛盐溶解液，以雾化形式加入反应罐；（3）将水溶性的有机分散剂以雾化的形式加入反应罐中，控制分散剂的占比为钛盐摩尔质量分数的0.01‑0.2%；（4）充分搅拌，速度为5‑12m/s，搅拌10‑30min后，超声振动10‑60分钟，控制频率10‑60KHZ；（5）物料在反应罐内打循环，循环操作20‑60分钟；（6）控制搅拌速度为10‑20m/s，运行1‑2小时后，加入低分子醇类有机分散剂溶液进行洗涤,即可。本发明优点：可将浆料粘度降低至10³‑10⁴CPS以下，乳化时间降至60min以内；装置易于操作、应用范围广，能有效避免二次污染；产品具有粒度分布窄、易分散、纯度高、比表面积大的优点。

技术领域

本发明属超细材料的制备技术领域，涉及一种高活性纳米水合二氧化钛的生产方法及装置。

背景技术

水合二氧化钛是液相法制备纳米TiO₂的重要前驱体材料，也是生产制备纳米二氧化钛晶膜的重要原料，因其具有的特殊物理各化学性能，在半导体、太阳能转化、光催化材料、高能电池、材料保护、电子元器件基础材料等领域备受关注。

水合二氧化钛亦称为偏钛酸，是制备具有宽带隙半导体材料的纳米二氧化钛的前驱体，可广泛应用于具有压敏、气敏、热敏电子传感器、电阻元器件、电容元器件等领域，是高纯超细电子功能粉体材料中重要的基础原料。

目前主要以液相法制备高纯纳米二氧化钛为主，通常采用水解法、水热法、溶胶-凝胶法等制备；

如：在专利CN104085919A中采用将洗涤后的偏钛酸浆料在搅拌条件下加热至75-85℃并加入45-55%氢氧化钠溶液，控制钠钛质量比，再升温熟化洗涤，加入硝酸调节至酸性，制备成水合二氧化钛；该套制备工艺和涉及的装备不仅耗能耗时、给环保带来很大的问题，而且设备粗放简陋、无法保证制备过程的纯度和方便操作性，难以在生产应用中得到推广。

如：日本帝国化工以硫酸法钛白粉厂的中间产品硫酸氧钛溶液为原料，以工业尿素为沉淀剂的加热水解法，制备成偏钛酸沉淀物，再加入大约0.01mol/L的硫酸和去离子水，以及溶胶剂与十二烷基磺酸钠为表面活性剂，然后絮凝分离得到水合二氧化钛，再经喷雾干燥、回转窑煅烧，获得纳米二氧化钛；该操作过程对产品纯度控制难度增加，且需要对设备加热和添加絮凝剂和煅烧，不仅增加了生产成本，也影响了纳米水合二氧化钛的制备制备效率。

如：在专利CN103523821B中采用将四氧化钛用去离子水溶解，得到二氯氧钛清液，再在二氯氧钛清液中加入氨水后加入分散剂，恒经温水解后，得到偏钛酸浆料；该法制备过程中会因为产生的盐酸、二氯氧钛和氯化铵的混合液，需要进一步添加表面活性剂调节偏钛酸浆料，进行压滤以除去具有腐蚀性的氯离子和影响环境的氨氮离子，易造成水体污染，难以满足现代工业绿色发展的需求。

又如：在专利CN109704399 A中也是对四氯化钛溶液配制过程进行改进，将四氯化钛溶液加入至900-100℃热水中，进行保温水解后得到偏钛酸溶液，再经过弃去上清液进行压滤，以得到偏钛酸滤饼进行二次煅烧工艺制得金红石型纳米二氧化钛粉体；该专利不仅需要高温的水解环境，容易生成高腐蚀性盐酸气体腐蚀设备，而且加入的十二烷基硫酸钠表面活性剂中的硫酸根离子和钠离子容易包覆在偏钛酸滤饼中，难以完全除去，进而影响制备二氧化钛粉体的电性能指标。

再如：在专利CN105712398 A中亦是将四氯化钛缓慢加到纯水中制得钛液，并在钛液中加入固体碳铵形成混合溶液后直接加热到95-100℃，保温冷却后加入絮凝剂获得浆料，最后经过形成偏钛酸滤饼进行煅烧制备成金红石型二氧化钛；此专利将钛液加入固态碳铵中，虽然反应过程无需搅拌，但形成的二氧化钛颗粒团聚严重，基本上都是呈球形结构，比表面积较小，活性较低，仅能用于低端电子元器件产品，难以满足高端纳米级高活性二氧化钛的粉体指标需求，同时对生产设备的腐蚀和应用提出了更高的要求，限制了其应用前景。