Способ получения диоксида титана со структурой рутила

 

Использование: получение диоксида титана со структурой рутила. Сущность: споИзобретение относится к способу приготовления диоксида титана со структурой рутила, имеющего высокоразвитую поверхность . Наиболее близким по предлагаемому способу приготовления диоксида титана со структурой рутила является способ, по которому диоксид титана получается приливанием по каплям 25%-ного водного раствора аммиака к 15% водному раствору при комнатной температуре и интенсивном перемешивании с последующими фильтрованием , промывкой, сушкой осадка при 120°С в течение 24 ч и термообработкой. рН в процессе осаждения не регламентируется, однако, судя по методике приготовления образца , можно полагать, что величины рН изменяются от достаточно низких в начале осаждения до неопределенных значений к концу эксперимента. Исследование удельной поверхности и фазового состава образцов при различных соб приготовления диоксида титана со структурой рутила состоит в осаждении водным раствором аммиака из раствора трихлорида титана, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в атмосфере водорода, при рН в интервале с последующим отделением осадка и термообработкой при температуре 250-400°С. Способ позволяет получать продукт полностью окристаллизованный в фазе рутила при 250°С с величиной удельной поверхности , достигающей 186 м /г, состоящий из частиц кубической формы размером 40-50 А. режимах их термообработки показывает, что фаза рутила, начинает формироваться лишь при 650°С. Величина удельной поверхности образца, прокаленного в течение 24 часов при 800°С - температура завершения формирования фазы рутила - составляет 5 м2/г. Таким образом, основным недостатком известного способа приготовления диоксида титана со структурой рутила является недостаточно высокое качество продукта из-за низкой удельной поверхности и высокой температуры формирования. Целью изобретения является улучшение качества диоксида титана, т.е. получение диоксида титана со структурой рутила, обладающего высокоразвитой поверхностью . Указанная цель согласно изобретению достигается описываемым способом приготовления диоксида титана со структурой рутила , заключающимся в осаждении из fe Х| Ю СП ю ел 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 01 G 23/053

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4870855/26 (22) 02.10.90, (46) 15.02.93. Бюл. N. 6 (71) Институт катализа CO АН СССР (72) О.B,Êaëèíêèía, Б,С.Бальжинимаев и

С.В. Богданов (73) Институт катализа СО РАН (56) Selafanl А., Palmisano L., Schiavello М.

Jnfluence of the Preparation gethods of TiOz

on the Protocatalytlc Degradation of Phenol ln

Aqueous Dispersion.

J.Phys. Chem., 1990, н.94, М 2, р.829. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА СО СТРУКТУРОЙ РУТИЛА (5T) Использование: получение диоксида.титана со структурой рутила. Сущность: споИзобретение относится к способу приготовления диоксида титана со структурой рутила, имеющего высокоразвитую поверх. ность.

Наиболее близким по предлагаемому способу приготовления диоксида титана со структурой рутила является способ, по которому диоксид титана получается приливанием по каплям 25%-ного водного раствора аммиака к 15% водному раствору Т!ОЗ при комнатной температуре и интенсивном перемешивании с последующими фильтрованием, промывкой, сушкой осадка при 120 С в течение 24 ч и термообработкой. рН в процессе осаждения не регламентируется, однако, судя по методике приготовления образца, можно полагать, что величины рН изменяются от достаточна низких в начале осаждения до неопределенных значений к концу эксперимента.

Исследование удельной поверхности и фазового состава образцов при различных

„„ А „„1795958 А3 соб приготовления диоксида титана со структурой рутила состоит в осаждении водным раствором аммиака из раствора трихлорида титана, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в атмосфере водорода, при рН в интервале 4-7 с последующим отделением осадка и термообработкой при температуре

250-400 С. Способ позволяет получать продукт полностью окристаллизованный в фазе рутила при 250 С с величиной ууельной поверхности, достигающей 186 м /г, состоящий из частиц кубической формы размером

40 — 50 А, режимах их термообработки показывает, что фаза рутила, начинает формироваться лишь при 650 С. Величина удельной поверхности образца, прокаленного. в течение 24 часов при 800 С вЂ” температура завершения формирования фазы рутила— составляет 5 м /r. К)

Таким образом, основным недостатком р известного способа приготовления диоксида титана со структурой рутила является недостаточно высокое качество продукта иэ-за низкой удельной поверхности и высокой температуры формирования. целью изобретения яеляетоя улучше- )бе ние качества диоксида титана, т.е. получе-: (д ние диоксида титана со структурой рутила, обладающего высокоразвитой поверхностью.

Укаэанная цель согласно изобретению достигается описываемым способом приготовления диоксида титана со структурой рутила, заключающимся в осаждении из

1795958 солянокислого раствора трихлорида титана, полученного растворением металлического титана в соляной кислоте в атмосфере водорода, водным раствором аммиака при интенсивным перемешивании, охлаждении и 5 рН в интервале 4-7, Для получения продукта в стакан заливают дистиллированную воду, охлаждают стакан ледяной водой и при интенсивном перемешивании осаждают полученный раствор и водный раствор ам- 10 миака с такой скоростью (5-10 мл/мин), чтобы рН получаемой суспензии оставался в указанном интервале на протяжении всего эксперимента. Затем полученный осадок отфильтровывают, промывают дистиллиро- 15 ванной водой, сушэт при 120 С и прокаливают при 250-400 С.

Отличительным признаком описываемого способа является проведение осаждения раствором аммиака при рК в интервале 20 . 4-7 из раствора, полученного растворением металлического титана в соляной кислоте в атмосфере водорода и.температура прокаливания 250 — 400 С, .В полученном по изобретению диокси- 25 де титана удельную поверхность определяли по тепловой десорбции аргона.

Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на дифрактометре HZG-4 в монохроматизированном медном излучении. Морфологиче- 30 скуЮ структуру исследовали с помощью электронного микроскопа.

Сущность настоящего метода заключается в следующем: порошок титана растворяли в избытке соляной кислоты (1,1) в 35 атмосфере водорода при комнатной температуре. Полученный раствор смешивали по каплям с 25;(;-ным водным раствором аммиака при охлаждении стакана ледяной водой и интенсивном перемешивании. При прове- 40 дении осаждения рН поддерживали в пределах 4-7. Осадок отфильтровывался, промъ1вэлся, сушился на воздухе до воздушно-сухого состояния, в сушильном шкафу при 1200С и подвергался термообработке 45 при 250 — 400 С.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами;

Пример 1, Для приготовления 10 r диоксида титана 6 г порошка метэллическо- 50 го титана растворяют s 200 мл соляной кислоты (1:1), не допуская контакта с воздухом в атмосфере водорода. Полученный раствор (раствор 1) соосаждают с 25$ водным раствором аммиака (раствор 2). Для этого в 55 стакан наливают 50 мл дистиллировайной воды, стакан охлаждают ледяной водой вви-ду сильного разогрева при осаждении и при интенсивном охлаждении и перемешивании одновременно сливают растворы 1 и 2.

Скорость сливания растворов выбирают такой, чтобы рН образующейся суспензии находился в пределах 4 — 7 (нижняя граница рН обусловлена неполным образованием гидроксида при низких значениях рН. Образовавшийся осадок фильтруют. на плотном фильтре, промывают дистиллированной водой объемом 2 л, сушат на воздухе до воздушно-сухого состояния, затем в сушильном шкафу при 120 С в течение 6 ч и в муфельной печи при 200 С в течение 2 ч.

РФА — образец рентгеноаморфный.

Удельная поверхность — 219 м /r, Пример 2, Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 250 С в течение 2 ч.

РФА — дифракционная картина соответствовала фазе TiOz — рутила (тестирование проведено по картотеке 1CPDS, М 21-1276).

Удельная поверхность - 186 м /r .

Электронно-микроскопическое исследование — частицы кубической формы раз0 мерам 40-50 А.

П р и и м е р 3. Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 400 С в течение 2 ч.

РФА — единственная фаза — р2утил.

Удельная поверхность — 95 м /г.

Пример 4. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что для облегчения фильтрования после осаждения суспензию подогревают до 70 С и фильтруют, РФА — единственная фаза — рутил, Удельная поверхность — 134 м /r, Пример 5, Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 5-6.

РФА — образец рентгеноаморфный..

Удельная поверхность — 215 м /г, Пример 6. Аналогичен примеру 1; отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 6 — 7.

РФА — образец рентгеноаморфный.

Удельная поверхность — 218 м /г, Пример 7. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживали в пределах 5-6.

РФА — единственная фаза — рутил.

Удельная поверхность — 179 м /г.

Пример 8. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживали в пределах 6 — 7.

РФА — единственная фаза — р тил.

Удельная поверхность — 174 м /г.

Пример 9. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что раствор 1 по каплям, при интенсивном перемешивании и

1795958 охлаждении ледяной водой добавляется в избыток 25 водного раствора аммиака, т.е. осаждение ведется при рН больших 7.

РФА — образец рентгеноаморфный плюс небольшое количество фазы анатаза.

Удельная поверхность — 322 м /г; г

Пример 10. Аналогичен примеру 9, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 350 С в течение 2 ч, РФА — единственная фаза — анатаэ.

Удельная поверхность — 111 м /г. г

Пример 11. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что в данном случае раствором 1 является 15 раствор трихлорида титана в соляной кислоте марки "ЧДА" объемом 120 мл, РФА — содержание рутила — 40, разо мер частиц — 150 А, содержание анатаза— о

60, размер частиц — 100 А.

Удельная поверхность — 164 м /ã. г

Пример 12. Аналогичен примеру 11, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 5-6.

РФА — содержание рутила — 35%, разо мер частиц — 150 А, содержание анатаза— о

65, размер частиц — 100 А.

Удельная поверхность — 170 м /г, г

Пример 13. Аналогичен примеру 11, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 6-7.

РФА — содержание рутила — 30, разо мер частиц — 150 А, содержание анатаза— о

70, размер частиц — 100 А..

Удельная поверхность — 174 м /r.

Пример 14. Аналогичен примеру 11, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 350 С в течение 2-х часов, Формула изобретения

Способ получения диоксида титана со структурой рутила, включающий осаждение его из раствора, содержащего трихлорид титана 25 -ным водным раствором аммиака, фильтрование, промывку. сушку, термообРФА — содержание рутила — 60, разо мер частиц — 170 А, содержание анатаза— о

40, размер частиц — 1 50 А.

Удельная поверхность — 88 м /г. г

Пример 15. Аналогичен примеру 11, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 500 С в течение 2 ч, РФА — единственная фаза — рутил, присутствуют следы анатаза, размер частиц —. о

1000 А.

Удельная поверхность — 29 м /г. г

Пример 16. Аналогичен примеру 9, отличие состоит в том, что в данном случае раствором 1 является 15% раствор трихлорида титана в соляной кислоте марки "ЧДА" объемом 120 мл.

РФА — образец рентгеноаморфен.

Удельная поверхность — 409 м /г.

Пример 17. Аналогичен примеру 16, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался

25 при 350оС в течение 4 ч.

РФА — содержание рутила — 25, разо мер частиц — 150 А, содержание анатаза— о

3O» размер частиц — 200 А.

Удельная поверхность — 73 м /г, г

Таким образом, из представленных результатов видно, что диоксид титана со структурой рутила образуется при соосаж35 дении раствора, полученного при растворении металлического титана в соляной кислоте в атмрсфере водорода и водного раствора аммиака при охлаждении и рН в интервале 4 — 7. После фильтрования, про40 мывки осадка. сушки и термообработки уже при 250 С формируется диоксид титана со структурой рутила с величиной дельной поверхности, достигающей 186 м /г и размео

45 ром частиц — 40-50 А.

50 работку, отличающийся тем, что. с целью увеличения удельной поверхности, осаждение проводят из солянокислого раствора, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в

55 атмосфере водорода при рН 4 — 7, термообработку ведут при 250-400 С.