Способ получения нанодисперсного титаната никеля


 


Владельцы патента RU 2457182:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" (RU)

Изобретение может быть использовано в химической, полупроводниковой промышленности. Способ получения нанодисперсного титаната никеля включает приготовление эквимолярной смеси нанодисперсного диоксида титана с обезвоженной солью никеля, последующий нагрев этой смеси до температуры синтеза титаната никеля и выдержку при этой температуре. В качестве диоксида титана используют диоксид титана анатазной модификации, полученный по хлоридной технологии, с температурой начала полиморфного превращения анатаз-рутил выше температуры синтеза титаната никеля. В качестве соли никеля используют нитрат никеля, а выдержку эквимолярной смеси осуществляют в диапазоне температур 820-880°С в течение не менее 1 часа. Изобретение позволяет получить однородный по размеру частиц нанодисперсный титанат никеля, снизить энергоемкость процесса. 1 табл.

 

Заявленное техническое решение относится к области получения наноматериалов, а именно к способам получения нанодисперсного титаната никеля.

В последние годы в России, как и во всем мире, активно ведутся работы по получению наиболее простых и эффективных с точки зрения промышленного использования методов синтеза различных наноматериалов.

Нанодисперсные титанаты переходных металлов широко известны как магнитные и полупроводниковые материалы с широкими возможностями использования в полупроводниковой промышленности, оптических системах, катализаторах.

Синтез титаната никеля (Ni ТiO3) осуществляется множеством известных способов с использованием органических производных титана, например его оксалатных комплексов или тетрабутоксититана. Синтез NiTiO3 твердофазным взаимодействием осложняется тем, что при низких температурах (Т<1000°С), наряду с образующимся титанатом никеля, в системе остаются оксид никеля (NiO) и диоксид титана (ТiO2) рутильной и анатазной модификаций. Высокие температуры приводят к неконтролируемому увеличению размера частиц с различной морфологией, вследствие чего размеры частиц полученного продукта неоднородны и превышают размеры частиц исходной двуокиси титана.

(1. Nickel titanate microtubes constructed by nearly spherical nanoparticles: Preparation, characterization and properties / Materials Research Bulletin - 2009 - 44 - p.1797-1801 / Yonghong Ni, Xinghong Wang, Jianming Hong.

2. Effects of Ag-doped NiTiO3 on photoreduction ofmethylene blue under UV and visible light irradiation / Journal of Alloys and Compounds - 2009 - 479 - p.785-790 / Yi-Jing Lina, Yen-Hwei Chang, Guo-Ju Chen, Yee-Shin Chang, Yee-Cheng Chang.

3. Structural characterization of NiTiO3 nanopowders prepared by stearic acid gel method / Materials Letters - 2008 - 62 - p.3679-3681 / M.S.Sadjadi, K.Zare, S.Khanahmadzadeh, M.Enhessari.)

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ синтеза титаната никеля, включающий приготовление эквимолярной смеси мелкодисперсного диоксида титана с солью никеля, например карбонатом никеля, или оксидом никеля с учетом потери массы соли никеля при ее прокаливании, дальнейший нагрев эквимолярной смеси до температуры выше 1100 град. С в течение 72-х и более часов с периодическим охлаждением и перемешиванием (помолом) смеси (Вестник КрасГУ, серия «Физико-математические науки», №1, 2002 г., с.89-93).

Недостатками известного способа являются:

- низкое качество полученного продукта - титаната никеля - вследствие неоднородного размера частиц титаната никеля из-за спекания частиц при высокой температуре, что не дает возможности получения титаната никеля с размерами частиц не превышающими размеры частиц исходного нанодисперсного диоксида титана;

- высокая энергоемкость процесса вследствие применения высоких температур нагрева и длительности процесса синтеза;

- высокая стоимость процесса вследствие высокой энергоемкости и длительности процесса.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение качества продукта, а именно: получение однородного по размеру частиц нанодисперсного титаната никеля, размеры частиц которого не превышают размеров частиц исходного диоксида титана, при одновременном снижении энергоемкости и стоимости процесса его получения.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем приготовление эквимолярной смеси нанодисперсного диоксида титана с обезвоженной солью никеля с учетом потери ее массы при прокаливании, последующий нагрев этой смеси до температуры синтеза титаната никеля и выдержку при этой температуре, в соответствии с предлагаемым изобретением в качестве диоксида титана используют диоксид титана анатазной модификации, полученный по хлоридной технологии, с температурой начала полиморфного превращения анатаз-рутил выше температуры синтеза титаната никеля, в качестве соли никеля используют нитрат никеля, а синтез осуществляют при выдержке указанной эквимолярной смеси в диапазоне температур 820-880°С в течение не менее 1 часа.

Компоненты исходной эквимолярной смеси и режимы процесса синтеза титаната никеля были подобраны экспериментальным путем: была приготовлена серия эквимолярных механических смесей нанодисперсных диоксидов титана, полученных сульфатным или хлоридным методами, а в качестве второго реагента: основной карбонат никеля (NiОН)2СО3 или нитрат никеля Ni(NO3)2×6H2O:

смесь I - ТiO2 (анатаз, полученный сульфатным методом)+Ni(NO3)2×6H2O;

смесь II - TiO2 (анатаз, полученный хлоридным методом)+Ni(NO3)2×6H2O;

смесь III - TiO2 (анатаз, полученный сульфатным методом)+(NiОН)2СО3;

смесь IV - TiO2 (анатаз, полученный хлоридным методом)+(NiOH)2СО3.

Изотермическая выдержка в процессе синтеза осуществлялась в лабораторной печи типа СНОЛ с колебанием температуры в зоне нагрева ±5°С.

Смеси I-IV изотермически выдерживались в температурном интервале 700-850°С с интервалом 50°С.

Количественное содержание титаната никеля, полученного из различных смесей при различных температурах нагрева и времени синтеза, представлен в таблице 1. При этом было установлено, что процесс синтеза титаната никеля в смеси II на 95-97% происходит в течение 1 часа. Увеличение содержания титаната никеля в этой смеси при увеличении времени прокаливания с 1 ч до 3 ч незначительно и составляет всего 3-5%.

Количественные данные о фазовом составе смесей после изотермической выдержки, полученные рентгено-фазовым анализом, представлены в таблице 1. Анализ представленных данных показывает, что в прокаленных смесях I, III и IV полного превращения эквимолярной смеси в титанат никеля не происходит. При термообработке смеси II полное превращение эквимолярной смеси в титанат никеля происходит в течение 3 ч при температуре 850°С. Тогда как при температурах 800-850°С в смесях I и IV образуется рутильная модификация диоксида титана, которая не взаимодействует с NiO.

Для синтеза титаната никеля использовался диоксид титана с размерами частиц 20±5 нм. Полученный в соответствии с предложенным способом титанат никеля также имел размеры частиц 20±5 нм.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов установлено, что предложенный способ позволяет получить нанодисперсный титанат никеля высокого качества вследствие получения однородного по размеру частиц продукта, размеры частиц которого не превышают размеров частиц исходного диоксида титана. Кроме того, предложенный способ имеет существенно меньшую энергоемкость по сравнению с прототипом вследствие применения низких температур нагрева и малой длительности процесса синтеза, а также более низкую стоимость вследствие малых энергоемкости и длительности процесса.

Изобретение поясняется таблицей.

В таблице 1 представлены фазовые составы исследуемых исходных смесей, содержащих диоксид титана, полученный по различным технологиям, и разные соли никеля; а также выход титаната никеля из исходных смесей после изотермической выдержки в течение 1-го или 3-х часов при указанных в таблице температурах.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В качестве исходных компонентов выбирают диоксид титана (ТiO2) анатазной модификации Соликамского магниевого завода, полученный по хлоридной технологии, и 6-ти гидратный нитрат никеля (Ni(NO3)2×6H2O). При этом исходный диоксид титана имеет температуру начала полиморфного превращения анатаз-рутил, равную 900°С, и средний размер частиц 20 нм. Далее в лабораторных условиях устанавливают потери массы исходного нитрата никеля при прокаливании. Для этого точную навеску нитрата никеля массой 1 г помещают в предварительно прокаленный кварцевый тигель и прокаливают при температуре 800°С в течение 3 часов.

Затем следует приготовление эквимолярной смеси. Эквимолярная смесь готовится из вышеупомянутых исходных компонентов в следующих весовых соотношениях:

- 51,7 г диоксида титана ТiO2 анатазной модификации, полученной по хлоридной технологии, Соликамского магниевого завода;

- 161,0 г 6-ти гидратного нитрата никеля Ni(NO3)2×6H2О.

Смесь готовится в агатовой ступке путем тщательного смешивания диоксида титана и нитрата никеля, взятых в эквимолярных соотношениях, в спирте до получения взвеси однородного цвета. Затем взвесь высушивают при температуре 80-100°С, периодически (1 раз в 10 мин) перемешивая. После испарения спирта смесь еще раз перемешивают.

Полученную эквимолярную смесь помещают в печь с температурой в рабочей зоне 850±5°С и прокаливают при этой температуре не менее 1 часа. По данным рентгенофазового анализа выход титаната никеля через час составляет 96%. При выдержке при указанной температуре в течение 3-х часов выход титаната никеля составляет 100%.

С помощью рентгеноструктурного анализа в сочетании с микроскопией было установлено, что размер частиц полученного титаната никеля составил 20±5 нм.

Предложенный способ получения титаната никеля имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом и другими известными способами:

- высокое качество полученного продукта - титаната никеля - вследствие получения его дисперсности не более дисперсности исходного диоксида титана, а также вследствие обеспечения однородности размера частиц готового продукта;

- низкая энергоемкость процесса вследствие применения низких температур нагрева и малой длительности процесса синтеза;

- низкая стоимость процесса синтеза вследствие малых энергоемкости и длительности процесса.

Способ получения нанодисперсного титаната никеля, включающий приготовление эквимолярной смеси нанодисперсного диоксида титана с обезвоженной солью никеля, последующий нагрев этой смеси до температуры синтеза титаната никеля и выдержку при этой температуре, отличающийся тем, что в качестве диоксида титана используют диоксид титана анатазной модификации, полученный по хлоридной технологии, с температурой начала полиморфного превращения анатаз-рутил выше температуры синтеза титаната никеля, в качестве соли никеля используют нитрат никеля, а выдержку эквимолярной смеси осуществляют в диапазоне температур 820-880°С в течение не менее 1 ч.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к приготовлению активной массы электрода с наноразмерными частицами NiO на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока, в частности в никель-металл-гидридных аккумуляторах, а также в суперконденсаторах.

Изобретение относится к устройству и способу получения соединений в результате выпадения из раствора в осадок твердых веществ. .

Изобретение относится к способу получения карбонила никеля. .

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для получения карбонильных соединений металлов, в частности к конструкции реакторов синтеза тетракарбонила никеля или пентакарбонила железа, используемых для производства компактного или порошкового никеля, а также - карбонильного железа в цветной и черной металлургии.

Изобретение относится к неорганическим красителям, а именно к неорганическим пигментам, в частности к составам для окрашивания на основе сложных молибдатов никеля и щелочных металлов, а именно лития, натрия, калия, рубидия и цезия с окраской от оранжево-желтого до желтого цвета, которые могут быть использованы в лакокрасочной промышленности, производстве пластмасс, керамики, строительных материалов.
Изобретение относится к области металлургии и химической технологии неорганических веществ. .

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано для получения препарата радионуклида никеля-63. .

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в препаративной химии, технологии выделения никеля из промышленных отходов. .
Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано для очистки препарата радионуклида никеля-63 от меди при выделении никеля-63 из облученных медных мишеней, а также в аналитической химии.

Изобретение относится к медицинской технике. .

Изобретение относится к технологии утилизации отходов, включающих соединения титана, и может быть использовано для улучшения экологии путем переработки техногенных отходов, возникающих в процессе производства полуфабрикатов и изделий из сплавов на основе титана, а также для получения товарного продукта - гексафторотитаната калия (K2ТiF6).

Изобретение относится к области получения сложных оксидных материалов, в частности к получению титанатов щелочноземельных металлов или свинца, частично замещенных железом, и может быть использовано для производства материалов газовых сенсоров, работающих при высоких (выше 1000°C) температурах, а также материалов, обладающих важными для практического использования электрическими, магнитными, оптическими и магнитооптическими характеристиками.
Изобретение относится к химической технологии получения титансодержащих продуктов, используемых в качестве пигментов, в том числе пигментов-наполнителей, и сорбентов.
Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, в частности к производству художественных красок, лаков, глазурей, окрашиванию полимеров и др. .
Изобретение относится к области химической технологии, а именно к области получения соединений электролитическим способом, конкретно к способам получения интеркаляционных соединений, содержащих чередующиеся монослои дихалькогенида металла и органического вещества.

Изобретение относится к получению диоксида титана при окислении тетрахлорида титана с последующим охлаждением частиц газообразной смеси диоксида титана в зоне охлаждения, при этом поток газообразной смеси частиц подают при вращении.

Изобретение относится к способам получения нанокомпозитов на основе диоксида титана с повышенной фотокаталитической активностью и расширенной спектральной восприимчивостью и может быть использовано для фотокаталитической очистки воды и воздуха от органических соединений и патогенной флоры, преобразования энергии солнечного света в электрическую энергию, фотокаталитического разложения воды, а также в качестве электродного материала литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области наноматериалов. .
Наверх