硫酸氧鈦制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利申請涉及的是硫酸氧鈦的制備方法，尤其涉及以偏鈦酸為鈦源，與硫 酸反應(yīng)制備硫酸氧鈦的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硫酸氧鈦是一種白色或稍帶黃色的結(jié)晶粉末，分子式：TiOSO4，分子中常含有兩個(gè) 結(jié)晶水，有潮解性，能溶于冷水。
[0003] 硫酸氧鈦的應(yīng)用十分廣泛。它可以作為纖維織物的媒染劑、還原劑和染料褪色劑， 還可以作為光催化劑。納米級二氧化鈦的制備，也很大程度上依賴硫酸氧鈦為鈦源，硫酸氧 鈦溶液可在一定條件下用于制備超細(xì)二氧化鈦。例如，以尿素為沉淀劑，水解使超細(xì)二氧化 鈦負(fù)載于織物表面，織物就具備明顯的自清潔、抗紫外線等功能。超細(xì)二氧化鈦負(fù)載于活性 炭或分子篩上，則有較強(qiáng)的催化功能。以硫酸氧鈦為鈦系表調(diào)劑，能在金屬表面提供大量的 鈦鹽結(jié)晶晶核，而構(gòu)成一層均勻的薄膜，是很好的金屬表面處理劑。近年來技術(shù)研究表明， 硫酸氧鈦還可以作為水處理劑，越來越受人們的關(guān)注。硫酸氧鈦和傳統(tǒng)的絮凝劑一樣，能夠 有效的去除水體中的有機(jī)物污染，其混凝效果優(yōu)于傳統(tǒng)的鋁鹽和鐵鹽絮凝劑，絮體粒徑粗 大、生長速度快，并易于分離。硫酸氧鈦還可用于化工行業(yè)生產(chǎn)高純無機(jī)鈦鹽，如用硫酸氧 鈦溶液與硼酸反應(yīng)生成硼酸鈦，用硫酸氧鈦溶液與氨水合成鈦酸銨，等等。
[0004] 鈦的硫酸鹽有硫酸鈦和硫酸氧鈦，即Ti (SO4) 2和TiOSO 4。按分子式計(jì)算，硫酸鈦的 鈦含量僅為20%,而硫酸氧鈦的鈦含量高達(dá)30%。那么對于鈦的水溶液來說,硫酸氧鈦能夠 提供更充足量的鈦源，對下游產(chǎn)品提供了極大的便利，節(jié)省了去除溶液中大量硫酸根的成 本花費(fèi)。利用硫酸氧鈦制備納米級二氧化鈦，高純度硫酸氧鈦能有效減輕納米級二氧化鈦 粒子的團(tuán)聚，提高分散性，提高其催化效果。
[0005] 綜上所述，硫酸氧鈦的應(yīng)用越來越廣泛，也愈發(fā)顯得重要。
[0006] 硫酸氧鈦的制備技術(shù)基本有兩種，其中一種是由偏鈦酸和濃硫酸為原料來合成硫 酸氧鈦。2011年10月期《江蘇陶瓷》的一篇名稱為《固體TiOSO 4的合成研究》一文中，就 制備工藝中主要涉及的硫酸濃度、反應(yīng)溫度等工藝參數(shù)，以及上述工藝參數(shù)對偏鈦酸和硫 酸合成硫酸氧鈦的影響方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究和探討，認(rèn)為偏鈦酸與硫酸的最佳合成工藝 條件是：硫酸濃度不低于95%，反應(yīng)體系的溫度控制在200~250°C溫度范圍中。
[0007] 高濃度硫酸和反應(yīng)高溫對制備設(shè)備材料的選用、防護(hù)設(shè)施以及參數(shù)控制等方面都 有很高的技術(shù)指標(biāo)要求，且存在高能耗、高設(shè)備維護(hù)成本的技術(shù)問題；再者，高酸解溫度對 硫酸氧鈦溶液有很大影響，易副產(chǎn)物滋生，使其后制得的硫酸氧鈦結(jié)晶體質(zhì)量在色澤和純 度方面出現(xiàn)相當(dāng)?shù)牟町?，?dǎo)致硫酸氧鈦產(chǎn)品在水中的溶解度降低，進(jìn)而影響硫酸氧鈦的應(yīng) 用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明專利申請的發(fā)明目的在于提供一種以偏鈦酸為鈦源、與硫酸反應(yīng)來制取、 獲得硫酸氧鈦的制備方法，該制備方法為低濃度硫酸、低反應(yīng)溫度制備運(yùn)行方法。本發(fā)明專 利申請?zhí)峁┑牧蛩嵫踱佒苽浞椒夹g(shù)方案，其主要技術(shù)內(nèi)容是：一種硫酸氧鈦制備方法，該 制備方法包括以下步驟： 1) 、將偏鈦酸固體和濃度為70~92. 5%的硫酸依次投入反應(yīng)釜中，攪拌至無明顯的硬 塊，為均勻的楽液，其中，偏鈦酸與所述硫酸去水后的質(zhì)量比為1 :3~6 ; 2) 、向第1)步的漿液中加入偏鈦酸質(zhì)量3%~15%的酸化助劑；所述的酸化助劑為硫酸 銨、氧化劑和水的混合物，其中的氧化劑是濃度為30%的過氧化氫水溶液，水為去離子水， 硫酸銨、氧化劑和水按3:2:15質(zhì)量配比混合； 3) 、將已混入酸化助劑的漿液升溫至110~160°C，酸化反應(yīng)1~10小時(shí)，得到透明溶液； 4) 、將溶液溫度下降調(diào)整至50~150°C，再投入硫酸氧鈦晶種，保溫析出晶體；所述的 晶種的加入量為偏鈦酸質(zhì)量的〇. 1%~15%。該晶種為質(zhì)地均勻、純凈的硫酸氧鈦晶體,其晶 體粒度大小不超過〇. 15mm ; 5) 、結(jié)晶液冷卻至室溫后，真空抽濾或離心過濾，分離出母液，得到硫酸氧鈦晶體。
[0009] 上述技術(shù)方案的一優(yōu)選方案是保溫析出時(shí)間為3~8小時(shí)。
[0010] 本發(fā)明專利申請公開的硫酸氧鈦制備方法，硫酸濃度可在遠(yuǎn)低于95%的中低濃度 范圍選擇，由酸化助劑輔助與偏鈦酸于110~160°c低溫下酸解反應(yīng)制取硫酸氧鈦，整套制 備方法相比于現(xiàn)有制備工藝，簡便、易行，低反應(yīng)溫度和低濃度硫酸大大減輕了對設(shè)備腐蝕 性，減少設(shè)備投入資金和維護(hù)成本，其中的硫酸也能夠回收、再使用，能源消耗和原料消耗 也大幅度減少。本技術(shù)方案還可以通過掌握、控制和優(yōu)化反應(yīng)條件，制備獲取30~80%的 不同含量硫酸氧鈦晶體。本方法的另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是制得的硫酸氧鈦的水溶解性能得到明顯 提高，對硫酸氧鈦下游產(chǎn)品的制備十分有利。下表是采用現(xiàn)有硫酸氧鈦制備方法得到的硫 酸氧鈦樣品和本發(fā)明申請制備方法得到的硫酸氧鈦樣品的水溶解性能對比表：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種硫酸氧鈦制備方法，該制備方法包括以下步驟： 1) 、將偏鈦酸固體和濃度為70~92. 5%的硫酸依次投入反應(yīng)釜中，攪拌至無明顯的硬 塊，為均勻的楽液，其中，偏鈦酸與所述硫酸去水后的質(zhì)量比為1 :3~6 ; 2) 、向第1)步的漿液中加入偏鈦酸質(zhì)量3%~15%的酸化助劑；所述的酸化助劑為硫酸 銨、氧化劑和水的混合物，其中的氧化劑是濃度為30%的過氧化氫水溶液，水為去離子水， 硫酸銨、氧化劑和水按3:2:15質(zhì)量配比混合； 3) 、將已混入酸化助劑的漿液溫升至110~160°C，酸化反應(yīng)1~10小時(shí)，得到透明溶 液； 4) 、將溶液溫度下降調(diào)整至50~150°C，再投入硫酸氧鈦晶種，保溫析出晶體；所述的 晶種的加入量為偏鈦酸質(zhì)量的〇. 1~15%,該晶種為質(zhì)地均勻、純凈的硫酸氧鈦晶體,其晶 體粒度大小不超過〇. 15mm; 5) 、結(jié)晶液冷卻至室溫后，真空抽濾或離心過濾，分離出母液，得到硫酸氧鈦晶體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于所述的酸化助劑的配制方法 是按質(zhì)量份，取硫酸銨加入去離子水中，攪拌待溶解后再加入過氧化氫水溶液，混合而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于加入酸化助劑后以rc/min 的升溫速度升溫至酸化反應(yīng)溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于保溫析出時(shí)間為3~8小時(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于向三口燒瓶依次加入 偏鈦酸IOg和濃度為92. 5%的硫酸40g，攪拌成均勻的漿液，再加入酸化助劑0. 3g，以1°C/ min的升溫速度升溫至110°C,保溫2小時(shí)后液體呈透明，其后向透明液體中加入0. 5g硫酸 氧鈦晶種，在IKTC溫度下保持4小時(shí)，自然降溫至室溫后，濾除母液，得到80%含量的硫酸 氧鈦晶體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于三口燒瓶中依次加入 偏鈦酸l〇g、濃度為70%的硫酸65g，攪拌成均勻的漿液，再加入I. 2g酸化助劑，以1°C/min 的溫升速度升溫至160°C，保持此溫度4小時(shí)后液體呈透明，降溫至150°C，向透明液體中加 入Ig硫酸氧鈦晶種，在150°C溫度下保持3小時(shí)，自然降溫至室溫后，濾除母液，得到30%含 量的硫酸氧鈦晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于三口燒瓶中依次加入 偏鈦酸20g和濃度為75%的硫酸120g，攪拌成均勻的漿液，再加入2g酸化助劑，以TC/ min的溫長速度升溫至140°C，保溫4小時(shí)液體呈透明，再降溫至50°C，向透明液體中加入 3g硫酸氧鈦晶種，在50°C中保持8小時(shí)，自然降溫至室溫后，濾除母液，得到70. 5%含量的 硫酸氧鈦晶體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于三口燒瓶中依次加入 偏鈦酸IOg和濃度為92. 5%的硫酸60g，攪拌成均勻的漿液，再加入0. 3g酸化助劑，以1°C/ min的溫升速度升溫至135°C，并保溫1小時(shí)得到透明液體；將溫度降至IKTC，向透明液體 中投入0.Olg硫酸氧鈦晶種，在IKTC溫度下保持4小時(shí)，自然降溫至室溫后，濾除母液，得 到含量為50%硫酸氧鈦晶體，同時(shí)得到的母液為濃度81%硫酸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于把其母液硫酸35g加入9g 去離子水再加入92. 5%的硫酸Ilg混配成70%的硫酸55g，向三口燒瓶依次加入偏鈦酸IOg 和已混配好的硫酸，攪拌成均勻的漿液，再加入I. 5g酸化助劑，以1°C/min的速度升溫至 150°C，保溫10小時(shí)后液體呈透明；將溫度降至90°C，向透明液體中加入0. 35g硫酸氧鈦晶 種，在90°C溫度下保持5小時(shí)，自然降溫至室溫后，濾除母液，得到含量為45%的硫酸氧鈦晶 體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硫酸氧鈦制備方法，其特征在于向反應(yīng)釜入依次加 入偏鈦酸200kg和濃度為90%的硫酸1000kg，開動攪拌裝置，攪拌至均勻的漿液，加入12kg 酸化助劑，以1°C/min的溫升速度升溫至120°C保溫進(jìn)行酸化反應(yīng)3小時(shí)，得到液體呈透 明，其后降溫至60°C，向透明液體中加入I. 5kg硫酸氧鈦晶種，在60°C溫度下保持5小時(shí)進(jìn) 行結(jié)晶，自然降溫至室溫后，濾除母液，得到含量為75%硫酸氧鈦晶體。
【專利摘要】本發(fā)明申請?zhí)峁┑囊环N硫酸氧鈦制備方法，是用偏鈦酸固體和中低濃度硫酸，再加入酸化助劑，在110～160℃酸化反應(yīng)1～10小時(shí)，得到透明溶液，投入硫酸氧鈦晶種，保溫析出制備硫酸氧鈦晶體。本技術(shù)方案相比于現(xiàn)有制備工藝，簡便、易行，低反應(yīng)溫度和低濃度硫酸大大減輕了對設(shè)備腐蝕性，減少設(shè)備投入資本和維護(hù)成本，其硫酸亦能回收、再使用，還可通過對反應(yīng)條件掌握、控制和優(yōu)化，制備獲取30～80%不同含量的硫酸氧鈦晶體。
【IPC分類】C01G23-00
【公開號】CN104692455
【申請?zhí)枴緾N201510103679
【發(fā)明人】姜春玲, 孟繁生, 郭嘉妮, 賈南, 姜勝南, 夏陽
【申請人】丹東市化學(xué)試劑廠
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月10日