專利名稱：一種低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO₂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用工業(yè)原料低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法。
背景技術(shù)：
作為一種有巨大潛在開發(fā)價值的全光程催化劑，板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦 (B-TiO2)，除在自然界中有少量存在外，通常很少有大規(guī)模人工合成的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用工業(yè)原料低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是按TiOSO4 ·2Η20與NaOH的摩爾比1 3. 5 4. 5，稱取TiOSO4 · 2Η20溶于去離子水中，水解得澄清溶液，過濾除雜，得無色透明溶液；稱取NaOH溶于水中，溶解得澄清溶液；將NaOH溶液逐滴加入到TiOSO4 ·2Η20的溶液中攪拌后過濾，洗滌至ρΗ = 7 8的中性，得膠狀前軀體；將前驅(qū)體分散到去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的ρΗ為12 13， 裝入反應釜，反應溫度控制在180 240°C水熱條件下，反應6 48h得產(chǎn)物板鈦礦結(jié)構(gòu)的
二氧化鈦。根據(jù)所述的低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是所述TiOSO4 · 2H20 與NaOH的摩爾比為1 4。根據(jù)所述的低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是所述的將前驅(qū)體分散到去離子水中，用用2!1101/1的妝0!1溶液調(diào)節(jié)溶液的？!1為12.5，裝入反應釜。根據(jù)所述的低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是稱取 IOgTiOSO4 · 2H20溶于200ml去離子水中，水解12h，得澄清溶液，略帶黃色雜質(zhì)，過濾除雜， 得無色透明溶液；稱取8. 4g NaOH,溶于200ml水中，溶解得澄清溶液；將NaOH溶液加到分液漏斗里，逐滴加入到TiOSO4 · 2H20的溶液中攪拌12h小時后過濾，洗滌至中性ρΗ = 7 8，得膠狀前軀體；將前驅(qū)體分散到去離子水中，用2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的ρΗ為 12. 5 ；裝入反應釜，反應溫度控制在220°C水熱條件下，反應時間24 48h得產(chǎn)物為純板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(B-TiO2)。本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦(B-TiO2)的方法， 可望為該類材料的普及推廣使用提供便利。


圖1為NaOH滴定TiOSO4 · 2H20溶液示意圖。圖2為ρΗ值為12. 5時，220°C、水熱反應24h，48h，所得產(chǎn)物連同前驅(qū)體的XRD花樣。圖3為ρΗ值為12. 5時，前驅(qū)物水熱反應24h和48h所得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)。
圖4為不同pH值時水熱處理24h所得TiO2產(chǎn)物的拉曼光譜((a)純B-TiO2相， (b) A-TiO2 和 B-TiO2 混合相，(c)純 A-TiO2 相)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明

本發(fā)明所用試劑均選用國藥集團上?；瘜W試劑有限公司。實施例稱取IOg TiOSO4 · 2H20溶于200ml去離子水中，水解12h，得澄清溶液(略帶黃色雜質(zhì))，過濾除雜，得無色透明溶液；稱取8. 4g NaOH,溶于200ml水中，溶解得澄清溶液。上述TiOSO4 · 2H20與NaOH的摩爾比控制在大約1 3. 5 4. 5 ；最佳為1 4。 將NaOH溶液加到分液漏斗里(如圖1所示)，逐滴加入到Ti0S04*2H20的溶液中攪拌。攪拌12h小時后過濾，洗滌至中性(pH = 7 8)，得膠狀前軀體。將前驅(qū)體分散到去離子水中，用2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH為12 13，pH最佳為12. 5 ；裝入5個IOOml的反應釜(填充度約為75% )，反應溫度控制在大約180 240°C，最佳為220°C水熱條件下， 反應不同時間6 48h(6、12、18、24、48h)得產(chǎn)物均為純板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(B-TiO2)。當分別用NaOH和HNO3調(diào)節(jié)溶液的pH值，pH值為0. 8 6時，220°C水熱條件下， 反應24小時，得到的產(chǎn)物為純銳鈦礦(anatase phase)結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(A-TiO2)。當pH為7時(即不用NaOH和HNO3調(diào)節(jié)pH值)，所得產(chǎn)物為層狀鈦酸鹽(layered titanates)。當pH值調(diào)整到10. 5時，約有50%板鈦礦(brookite phase)結(jié)構(gòu)二氧化鈦 (B-TiO2)產(chǎn)物。當pH為12. 5時，(220°C、水熱反應6h以上)，所的產(chǎn)物為純板鈦礦(brookite phase)結(jié)構(gòu)二氧化鈦(B-TiO2)。圖2所示為pH值為12. 5時，220°C、水熱反應24h，48h，所得產(chǎn)物連同前驅(qū)體的XRD花樣。樣品的物相結(jié)構(gòu)，晶格參數(shù)，相含量主要通過X射線衍射儀獲取。所用儀器為日本 Rigaku D/MAX2500 和 Rigaku MiniFlex II benchtopX 射線粉末衍射儀。(X-Ray Diffraction，XRD)，X射線源均為陽極Cu靶的K。射線，掃描步長分別為0. 05°和0.02°， 掃描時間分別為2° /min和1° /min。為區(qū)分不同水熱反應時間對產(chǎn)物形貌的影響，選取pH值為12. 5時，分別經(jīng)水熱處理24h，48h，生成的純板鈦礦相結(jié)構(gòu)二氧化鈦(B-TiO2)為例加以對比，所得產(chǎn)物形貌沒有明顯差異，但隨著反應時間的延長，產(chǎn)物的晶粒明顯增大。如下圖3所示，圖3、pH值為12.5 時，前驅(qū)物水熱反應24h和48h所得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)。樣品的微觀結(jié)構(gòu)特性比如形貌，顆粒大小，顆粒分布等采用掃描電子顯微鏡進行觀察。所用儀器為美國FEI公司的Tecnai G2 F20 S-TWI型場發(fā)射透射電鏡。為準確鑒定pH值為12. 5時水熱反應24h，所得產(chǎn)物為純相的板鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2, 分別選取PH值為5，10. 5，12. 5 ；水熱處理24h所得產(chǎn)物的拉曼光譜來加以區(qū)分。圖4為不同pH值時水熱處理24h，所得二氧化鈦產(chǎn)物的拉曼光譜[其中，(a)為純板鈦礦二氧化鈦B-TiO2, (b)為銳鈦礦二氧化鈦Α- 02與板鈦礦二氧化鈦B-TiO2的混合物，(c)為純銳鈦礦二氧化鈦A-TiO2]。當pH值為5時，水熱反應24h，所得產(chǎn)物為純相銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(A-TiO2) ；pH值為10. 5時，所得產(chǎn)物為銳鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦(A-TiO2)和板鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦(B-TiO2)的混合物；pH值為12. 5時，所得產(chǎn)物為純相板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(B-TiO2)。
對產(chǎn)物進行了拉曼光譜檢測，是為了更準確地鑒定反應產(chǎn)物為純板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(B-TiO2)15通常，拉曼(Raman)光譜可以用來探測化學鍵的振動行為，分辨晶相結(jié)構(gòu)，特別是區(qū)分A-TiO2和B-Ti02。樣品的Raman光譜采用英國Renishaw公司的紫外-可見共聚焦拉曼光譜儀Uv-vis Renishaw-1000測試。激光器采用He-Ne激光器，激發(fā)線為 532nm,輸出功率為20mW。圖4所示，在100 700CHT1范圍內(nèi)，B-TiO2產(chǎn)物具有15個拉曼振動帶，分別歸屬為 Alg(155，194, 247,412,636cm_1), Blg (213, 322, 501cm_1), B2g (366, 395,460, 583CHT1)和B3g (172，287，545CHT1)。沒有觀察到A-TiO2的特征振動峰(波數(shù)為513CHT1)，這就進一步證實了該樣品為高相純度的B-TiO2，體現(xiàn)了合成樣品的優(yōu)越性，而過去所報道的眾多所謂的純相B-TiO2合成均具有A-TiO2的痕跡。上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和保護范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是按TiOSO4 ·2Η20與NaOH的摩爾比1 3. 5 4. 5，稱取TiOSO4 · 2Η20溶于去離子水中，水解得澄清溶液，過濾除雜，得無色透明溶液；稱取NaOH溶于水中，溶解得澄清溶液；將NaOH溶液逐滴加入到TiOSO4 · 2Η20的溶液中攪拌后過濾，洗滌至ρΗ = 7 8的中性，得膠狀前軀體；將前驅(qū)體分散到去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的ρΗ為12 13，裝入反應釜，反應溫度控制在180 240°C水熱條件下，反應6 48h得產(chǎn)物板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是所述 TiOSO4 · 2H20 與 NaOH 的摩爾比為 1 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是所述的將前驅(qū)體分散到去離子水中，用用2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的ρΗ為12. 5，裝入反應釜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是稱取IOg TiOSO4 ·2Η20溶于200ml去離子水中，水解12h，得澄清溶液，略帶黃色雜質(zhì)，過濾除雜，得無色透明溶液；稱取8. 4g NaOH,溶于200ml水中，溶解得澄清溶液；將NaOH溶液加到分液漏斗里，逐滴加入到TiOSO4 · 2H20的溶液中攪拌12h小時后過濾，洗滌至中性ρΗ = 7 8，得膠狀前軀體；將前驅(qū)體分散到去離子水中，用2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的ρΗ為12. 5 ； 裝入反應釜，反應溫度控制在220°C水熱條件下，反應時間24 48h得產(chǎn)物為純板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(B-TiO2)。
全文摘要
一種低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦TiO2的方法，其特征是按TiOSO4·2H2O與NaOH的摩爾比1∶3.5～4.5，稱取TiOSO4·2H2O溶于去離子水中，水解得澄清溶液，過濾除雜，得無色透明溶液；稱取NaOH溶于水中，溶解得澄清溶液；將NaOH溶液逐滴加入到TiOSO4·2H2O的溶液中攪拌后過濾，洗滌至pH＝7～8的中性，得膠狀前軀體；將前驅(qū)體分散到去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH為12～13，裝入反應釜，反應溫度控制在180～240℃水熱條件下，反應6～48h得產(chǎn)物板鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)板鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦(B-TiO2)的方法，可望為該類材料的普及推廣使用提供便利。
文檔編號C01G23/053GK102303905SQ201110243109
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者劉奕 申請人:劉奕