專利名稱：一種亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機功能材料領域中鈦酸鉀的方法，特別涉及一種亞熔鹽法制備鈦酸鉀(K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.0.5H2O三種鈦酸鉀)的方法。
背景技術：
鈦酸鉀是一種具有獨特性質(zhì)的無機物，隨著TiO2含量的不同有多種形式的鈦酸鉀，通常用K2O.nTiO2表示其組成，含有幾個TiO2就稱為幾個鈦酸鉀，例如二鈦酸鉀K2Ti2O5、四鈦酸鉀K2Ti4O9、六鈦酸鉀K2Ti6O13等。鈦酸鉀具有化學穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，絕熱耐熱性等優(yōu)良性能，可被廣泛用做絕緣材料，絕熱材料，摩擦材料和離子交換材料等。
已有的制備鈦酸鉀的方法主要有水熱法，燒結法，熔融法，熔劑法和壓片法等。水熱法是用高壓釜做反應器，在高溫高壓下進行水溶液中的反應。此法的缺點是反應在高溫高壓下進行，對設備的要求高，操作復雜，成本高。燒結法是將原料混勻后進行高溫燒成的方法。此法對原料的混合要求十分均勻，此外，此法對溫度的要求很高，升溫速率要低，降溫速率則越低越好，這樣，造成了生產(chǎn)工藝繁瑣，能耗極大，成本也較高。熔劑法是在鉀源和鈦源中加入助熔劑以降低原料的共熔點，但此法涉及到助熔劑的成本較高，且不易回收。
其中典型制備鈦酸鉀K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.0.5H2O的專利和文獻如下CN1458068A以二氧化鈦和氫氧化鉀為原料，通過水熱法制備出三方結構的KTiO2(OH)。
Journal of Materials Science35(2000)3307-331以金屬鈦和氫氧化鉀為原料以水熱法制備出K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.xH2O。
Chem.Mater 2002，14，419-42以金屬鈦和氫氧化鉀為原料以水熱法制備出KTiO2(OH)。
Crystal Growth Design2002，2(5)，437-442以碳酸鉀和水和二氧化鈦為原料用燒結法制備出K2Ti2O5。
總之，以往制備鈦酸鉀K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.0.5H2O的方法或者需要高溫(如燒結法)或者需要高壓(如水熱法)，這樣就造成了生產(chǎn)鈦酸鉀的的成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有制備鈦酸鉀K4Ti3O8，KTiO2(OH)或K2Ti2O5.0.5H2O方法的不足，而提供一種在常壓，低溫下亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法。亞熔鹽是指鹽的濃度介于溶液于熔鹽之間的可控離子化介質(zhì)。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，步驟如下1)混料以鈦化合物和鉀化合物為原料，按Ti與K的摩爾比為0.01∶1～1∶1的比例混均；2)將上述混配料轉入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中，在常壓下，升溫至80℃～350℃，保溫反應10分鐘～4小時；反應產(chǎn)物經(jīng)固液分離制得鈦酸鉀。
還包括步驟2)之后的步驟3)對制得的鈦酸鉀進行醇洗和干燥處理。
所述的鉀化合物的質(zhì)量百分比濃度為50％～85％。所述步驟2)的升溫速率為1℃/min～20℃/min。所述的鈦化合物為金紅石型或銳鈦型的二氧化鈦；所述的鉀化合物為氫氧化鉀。
所述氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為65％～85％，，反應溫度為150℃～350℃，反應時間為10分鐘～4小時，所制備的鈦酸鉀為K4Ti3O8。
氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為50％～80％，反應溫度為80℃～200℃，反應時間為10分鐘～4小時，所制備的鈦酸鉀為KTiO2(OH)。
氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為53％～63％，反應溫度為110～180℃，反應時間為10分鐘～4小時，所制備的鈦酸鉀為K2Ti2O5.0.5H2O。
本發(fā)明提供的亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法，其優(yōu)點在于，該方法可在常壓下進行，并且反應溫度較低，這樣就降低了對設備的要求，降低了能耗，使生成鈦酸鉀的成本降低，便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為所制備的鈦酸鉀K4Ti3O的XRD(X衍射)圖譜，反應條件為常壓，Ti與K的摩爾比為0.01∶1，氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為85％，反應溫度320℃，保溫時間4小時。
圖2為制備的鈦酸鉀KTiO2(OH)的XRD(X衍射)圖譜，反應條件為常壓，Ti與K的摩爾比為0.5∶1，氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為60％，反應溫度150℃，保溫時間2小時。
圖3為制備的鈦酸鉀K2Ti2O5.0.5H2O的XRD(X衍射)圖譜，反應條件為常壓，Ti與K的摩爾比為1∶1，氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為53％，反應溫度120℃，保溫時間4小時。
具體實施例方式
以下結合實施例進一步描述本發(fā)明。應該指出，本發(fā)明并非局限于下述各實施例。
實施例11、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將224.4g KOH，39.6g去離子水和3.1948gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為85％，Ti與K的摩爾比為0.01∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為20℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為320℃保溫10分鐘；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀(K4Ti3O8)，其XRD(X衍射)圖譜見圖1。
實施例21、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將224.4g KOH，120.83g去離子水和159.74gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為65％，Ti與K的摩爾比為0.5∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為10℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為200℃保溫2小時；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀(K4Ti3O8)。
實施例31、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將224.4g KOH，56.1g去離子水和239.61gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為80％，Ti與K的摩爾比為0.75∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為1℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為150℃保溫4小時；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀(K4Ti3O8)。
實施例41、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，72.12g去離子水和2.3961gTiO2混合均勻(其中其中KOH的濃度為70％，Ti與K的摩爾比為0.01∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為20℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為200℃保溫10分鐘；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀『KTiO2(OH)』。
實施例5
1、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，112.2g去離子水和119.805gTiO2混合均勻(其中其中KOH的濃度為60％，Ti與K的摩爾比為0.5∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為10℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為150℃保溫2小時；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀『KTiO2(OH)』其XRD(X衍射)圖譜見圖2。
實施例61、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，168.3g去離子水和239.61gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為50％，Ti與K的摩爾比為1∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為1℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為100℃保溫4小時；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀『KTiO2(OH)』。
實施例71、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，149.25g去離子水和239.61gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為53％，Ti與K的摩爾比為1∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；3、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為20℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為120℃保溫4小時；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀『K2Ti2O5.0.5H2O』，其XRD圖譜見圖3。
實施例84、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，121.87g去離子水和119.81gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為58％，Ti與K的摩爾比為0.5∶1)；5、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；6、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為10℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為140℃保溫2小時；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀『K2Ti2O5.0.5H2O』。
實施例97、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，98.84g去離子水和2.3961gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為63％，Ti與K的摩爾比為0.01∶1)；8、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中；9、反應在反應壓力為常壓的情況下，以升溫速率為1℃/min的速率對不銹鋼反應器進行加熱，同時用電動攪拌器攪拌，在反應溫度為170℃保溫10分鐘；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時；上述得到的一種鈦酸鉀『K2Ti2O5.0.5H2O』。
權利要求
1.一種亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，步驟如下1)混料以鈦化合物和鉀化合物為原料，按Ti與K的摩爾比為0.01∶1～1∶1的比例混均；2)將上述混配料轉入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器中，在常壓下，升溫至80℃～350℃，保溫反應10分鐘～4小時；反應產(chǎn)物經(jīng)固液分離制得鈦酸鉀。
2.按權利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，還包括步驟2)之后的步驟3)對制得的鈦酸鉀進行醇洗和干燥處理。
3.按權利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述的鉀化合物的質(zhì)量百分比濃度為50％～85％。
4.按權利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述步驟2)的升溫速率為1℃/min～20℃/min。
5.按權利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述的鈦化合物為金紅石型或銳鈦型的二氧化鈦；所述的鉀化合物為氫氧化鉀。
6.按權利要求2所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為65％～85％，反應溫度為150℃～350℃，反應時間為10分鐘～4小時，所制備的鈦酸鉀為K4Ti3O8。
7.按權利要求2所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為50％～80％，反應溫度為80℃～200℃，反應時間為10分鐘～4小時，所制備的鈦酸鉀為KTiO2(OH)。
8.按權利要求2所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為53％～63％，反應溫度為110～180℃，反應時間為10分鐘～4小時，所制備的鈦酸鉀為K2Ti2O5.0.5H2O。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法，屬于無機功能材料領域。其特征在于在常壓情況下，以鈦化合物和鉀化合物為原料，通過調(diào)整反應的溫度和鉀化合物的濃度用亞熔鹽法制備出三種不同組成的鈦酸鉀；即將鈦化合物和鉀化合物按Ti∶K＝0.01∶1～1；1(摩爾比)混料，加入去離子水調(diào)節(jié)鉀化合物的濃度為50％～85％(質(zhì)量比)，將物料混合均勻后轉入帶有回流冷凝的不銹鋼反應器進行反應；其反應條件在常壓下反應，反應溫度80℃～350℃，反應時間為30分鐘～4小時；反應產(chǎn)物經(jīng)固液分離后醇洗，干燥處理。本方法不需要高溫和高壓，工藝簡單，成本低，工藝條件易控制，易于工業(yè)放大和連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號C01D13/00GK1840481SQ20051005971
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權日2005年3月31日
發(fā)明者齊濤, 劉玉民, 張懿, 初景龍, 李會泉, 李佐虎 申請人:中國科學院過程工程研究所