Способ получения метатитановой кислоты


 


Владельцы патента RU 2575041:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения метатитановой кислоты включает взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот и последующий трехступенчатый отжиг. Полученный продукт обрабатывают уксусной кислотой, фильтруют, промывают дистиллированной водой и сушат. В качестве соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16,2 мас.%. В качестве неорганической соли лития используют карбонат лития. Лимонную и азотную кислоты вводят в количестве 0,625 моль/Ti+4 и 0,05-0,06 моль, соответственно. Отжиг проводят при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С. Изобретение позволяет упростить получение метатитановой кислоты с получением чистого мелкодисперсного продукта. 2 пр.

 

Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к получению неорганических соединений титана.

Известен способ получения порошка метатитановой кислоты, включающий взаимодействие порошков оксида титана и карбоната лития при температурах отжига 700-950°С в течение 24 ч с последующей обработкой в 0.5 Μ азотной кислоте при температуре 30°С в течение 14 дней. Полученный продукт промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе (S. Awano, A. Saiki, Y. Tamaura, Μ. Abe, Synthesis and Ion Exchange Properties of Monoclinic Titanic Acid (H2TiO3), Journal of Ion Exchange 14 (2003) 181-184).

Недостатками известного способа являются: высокая температура отжига, длительность процесса, высокая концентрация азотной кислоты.

Известен способ получения порошка метатитановой кислоты, включающий взаимодействие порошков оксида титана и карбоната лития в присутствии безводного спирта, сушку при температуре 100°С в течение 2 ч, отжиг при температуре 850°С в течение 24 ч с последующей обработкой порошка в растворе соляной кислоты (X. Shi, Ζ. Zhang, D. Zhou, L. Zhang, B. Chen, L. Yu, Synthesis of Li+ adsorbent (Н2ТiO3) and its adsorption properties, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 23 (2013) 253-259).

Недостатками известного способа являются: высокая температура отжига, большая размерность частиц порошка метатитановой кислоты (1-2 мкм) и наличие примеси Li+ в структуре конечного продукта (16,3%).

Известен способ получения порошка метатитановой кислоты, включающий взаимодействие диоксида титана с нитратом лития в водном растворе в присутствии лимонной и азотной кислот, вводимых в количестве 1 моль/Li+ и 0.02-0.04 моль соответственно, сушку при температуре 150°С, трехступенчатый отжиг полученного промежуточного продукта при температуре 280-300°С, 400-420°С, 470-490°С соответственно и последующую его обработку уксусной кислотой с концентрацией 0.05 Μ при температуре 60°С в течение 4 ч, фильтрование, промывание дистиллированной водой и сушку на воздухе (Патент RU 2431603, МПК С01G 23/00, 2011 г.).

Недостатками известного способа являются его сложность, которая обусловлена использованием в качестве исходного соединения титана - труднорастворимого соединения диоксида титана, большая размерность частиц порошка метатитановой кислоты (0.2-0.3 мкм), высокая длительность обработки раствором уксусной кислоты (4 ч).

Таким образом, перед авторами стояла задача упростить способ получения метатитановой кислоты, обеспечив получение чистого продукта с частицами меньшей размерности.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения метатитановой кислоты, включающем взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот с последующим трехступенчатым отжигом и обработкой полученного продукта уксусной кислотой, фильтрованием, промыванием дистиллированной водой и сушкой, в котором в качестве соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16.2 масс.%, лимонную и азотную кислоты вводят в количестве 0,625 моль/Ti+4 и 0,05-0,06 моль, соответственно, а отжиг проводят при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С.

При этом в качестве неорганической соли лития может быть использован карбонат лития.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения метатитановой кислоты, в котором в качестве исходного соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16.2 масс.%, и взаимодействие тетраизопропоксититана с неорганической солью лития осуществляют в присутствии лимонной и азотной кислот, вводимых в количестве 0.625 моль/Тi(IV) и 0.05-0.06 моль соответственно, с последующим трехступенчатым отжигом полученного порошка при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С.

В результате исследований, проведенных авторами, была установлена возможность использования в качестве исходного соединения для получения метатитановой кислоты раствора тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16.2 масс.%. Использование в качестве исходного титанового реагента раствора тетраизопропоксититана позволяет исключить образование нерастворимого титанового осадка, приводящего к появлению в конечном продукте примесей диоксида титана, а также получить более высокодисперсный промежуточный порошок, что в, свою очередь, дает возможность резко уменьшить длительность обработки данного промежуточного порошка уксусной кислотой (15 минут вместо 4 часов в известном способе-прототипе). Существенное значение имеет содержание титана (IV) в количестве 16.2 масс.%, что обусловливает определенное количество карбоната лития для полного прохождения реакции в предлагаемых условиях. Использование в качестве исходного реагента раствора тетраизопропоксититана обусловливает и количественное содержание азотной и лимонной кислот. Введение азотной кислоты в избытке менее 0.05 моля не обеспечивает полного окисления органических компонентов комплекса, включающего помимо лимонной кислоты тетраизопропоксититан, и, как следствие, наблюдается загрязнение промежуточного продукта углеродом. При введении избытка азотной кислоты более 0.06 моля наблюдается бурное выделение газов, что усложняет технологическое оснащение процесса. Введение лимонной кислоты менее 0.625 моля на 1 моль Ti(IV) не обеспечивает полного прохождения реакции, поскольку промежуточный продукт по данным рентгенофазового анализа загрязнен примесями диоксида титана ТiO2. Введение лимонной кислоты более 0.625 моль на 1 моль Ti(IV) нецелесообразно, поскольку ведет к необоснованному перерасходу реагента.

В ходе исследования авторами были экспериментально определены интервалы температур ступенчатого отжига. Выдержка при температуре 250-270°С необходима для частичного разложения органической составляющей комплекса; при отсутствии выдержки в интервале 250-270°С дальнейшее повышение температуры приводит к бурному выделению продуктов разложения и к частичной потере продукта за счет выброса из тигля. Отжиг в интервале температур 430-450°С обеспечивает частичное удаление продуктов разложения металл-цитратного комплекса в виде газообразных оксидов (NOx, СО2) и начало формирования промежуточной фазы титаната лития кубической модификации. Выдержка при 520-550°С обусловлена использованием в качестве исходного соединения титана раствора тетраизопропоксититана с большим содержанием органических радикалов и обеспечивает полное удаление остатков органической составляющей, к резкому уменьшению промежуточной фазы титаната лития кубической модификации и к последующему окончательному формированию промежуточной фазы титаната лития моноклинной модификации. Образец имеет белый цвет и является высокодисперсным (0.08-0.15 мкм). При температуре выше 550°С наблюдается спекание образца с формированием крупных агломератов.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В качестве исходных реагентов используют раствор тетраизопропоксититана С16Н36О4Тi с плотностью 0.85 г/см3 и с содержанием Ti(IV)=16.2 масс.% и карбонат лития Li2CO3.

К раствору тетраизопропоксититана добавляют кристаллогидрат лимонной кислоты С6Н8O7·2Н2O из расчета в мольном соотношении C6H8O7·2H2O/Ti(IV)=0.625:1. Для получения раствора нитрата лития LiNO3 порошок карбоната лития вводят в дистиллированную воду, а затем добавляют концентрированную азотную кислоту HNO3 с плотностью 1.37 гр/см3, перемешивают и выдерживают до полного растворения порошка. Азотную кислоту берут в количестве, превышающем стехиометрически необходимое значение на 0.05-0.06 моль. Далее полученный раствор с избытком азотной кислоты медленно добавляют в растворимый композит тетраизопропоксититана с лимонной кислотой, выдерживают при температуре 140-150°С при перемешивании в течение 2.5-3.0 ч до образования порошкообразного остатка серо-черного цвета. Полученный порошок подвергают трехступенчатому отжигу при температурах 250-270°С в течение 2-3 ч, при температуре 430-450°С в течение 2-3 ч, при температуре 520-550°С в течение 6-7 ч

Далее полученный белый порошок добавляют в емкость с раствором уксусной кислоты СН3СООН концентрации 0.05 моль/л при соотношении «твердый реагент/жидкая фаза», равном 1 г/1 л и интенсивно перемешивают при температуре 60°С в течение 15 мин. Затем раствор охлаждают, осадок фильтруют через стеклянный фильтр и промывают дистиллированной водой до близкой к нейтральной среде рН=4-5, сушат на фильтре на воздухе в течение 6-8 ч Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического и термического анализов, ИК и ЯМР 1Η и 6,7Li спектроскопии соответствует формуле Н2ТiО3. Минимальный размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.08-0.15 мкм.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Берут 62 мл раствора тетраизопропоксититана С16Н36O4Тi с плотностью 0,85 г/см3 с содержанием Ti(IV)=16.2 масс.% и помещают в бюкс с притертой крышкой во избежание сорбции влаги из воздуха. Количество титана в объеме данного реактива Ti(IV) составляет 8.58 г или 0.179 моля. Далее к раствору тетраизопропоксититана С16Н36О4Ti добавляют 21.43 г кристаллогидрата лимонной кислоты С6Н8O7·2Н2O., что составляет 0,625 моля. Параллельно 13.92 г карбоната лития Li2CO3 с учетом 5% избытка по Li+ смешивают с 45-50 мл дистиллированной воды и медленно добавляют 22 мл концентрированной азотной кислоты HNO3 с учетом избытка в 0,6 моля и выдерживают до полного растворения порошка. Раствор тетраизопропоксититана с лимонной кислотой переносят в термостойкий стакан объемом 250 мл и добавляют 20 мл дистиллированной воды. Далее раствор нитрата лития с избытком по азотной кислоте вливают в водорастворимый композит тетраизопропоксититана с лимонной кислотой и перемешивают. Полученную смесь в виде белой однородной суспензии нагревают до 140°С и выдерживают при перемешивании в течение 3.0 ч до образования сухого остатка серо-черного цвета. Полученный порошок подвергают трехступенчатому отжигу при температурах 250°С в течение 3 ч, при температуре 430°С в течение 3 ч, при температуре 520°С в течение 7 ч

Далее полученный белый порошок добавляют в емкость с раствором уксусной кислоты СН3СООН концентрации 0.05 моль/л при соотношении «твердый реагент/жидкая фаза» равным 1 г/1 л и интенсивно перемешивают при температуре 60°С в течение 15 мин. Затем раствор охлаждают, осадок фильтруют через стеклянный фильтр и промывают дистиллированной водой до близкой к нейтральной среде рН=4-5, сушат на фильтре на воздухе в течение 8 ч Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического и термического анализов, ИК и ЯМР 1H и 6,7Li спектроскопии соответствует формуле Н2ТiO3. Мини-малыши размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.08-0.15 мкм.

Пример 2.

Берут 12.4 мл раствора тетраизопропоксититана C16H36O4Ti с плотностью 0,85 г/см3 с содержанием Ti(IV)=16.2 масс.% и помещают в бюкс с притертой крышкой во избежание сорбции влаги из воздуха. Количество титана в объеме данного реактива Ti(IV) составляет 1.716 г или 0.036 моля. Далее к раствору тетраизопропоксититана С16Н36О4Тi добавляют 4.29 г кристаллогидрата лимонной кислоты C6H8O7·2H2O, что соответствует 0,625 моля. Параллельно 2.78 г карбоната лития Li2СО3 с учетом 5% избытка по Li+ смешивают с 15-20 мл дистиллированной воды и медленно добавляют 4.1 мл концентрированной азотной кислоты HNO3 с учетом избытка в 0,05 моля, и выдерживают до полного растворения порошка. Раствор тетраизопропоксититана с лимонной кислотой переносят в термостойкий стакан объемом 250 мл и добавляют 10 мл дистиллированной воды. Далее раствор нитрата лития с избытком по азотной кислоте вливают в водорастворимый композит тетраизопропоксититана с лимонной кислотой и перемешивают. Полученную смесь в виде белой однородной суспензии нагревают до 150°С и выдерживают при перемешивании в течение 2.5 ч до образования сухого остатка серо-черного цвета. Полученный порошок подвергают трехступенчатому отжигу при температурах 270°С в течение 2 ч, при температуре 450°С в течение 2 ч, при температуре 550°С в течение 6 ч

Далее полученный белый порошок добавляют в емкость с раствором уксусной кислоты СН3СООН концентрации 0.05 моль/л при соотношении «твердый реагент/жидкая фаза», равном 1 г/1 л и интенсивно перемешивают при температуре 60°С в течение 15 мин. Затем раствор охлаждают, осадок фильтруют через стеклянный фильтр и промывают дистиллированной водой до близкой к нейтральной среде рН=4-5, сушат на фильтре на воздухе в течение 6 ч Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического и термического анализов, ИК и ЯМР 1H и 6,7Li спектроскопии соответствует формуле Н2ТiО3. Минимальный размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.08-0.15 мкм.

Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ получения метатитановой кислоты, обеспечивающий получение чистого мелкодисперсного продукта.

Способ получения метатитановой кислоты, включающий взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот с последующим трехступенчатым отжигом и обработкой полученного продукта уксусной кислотой, фильтрованием, промыванием дистиллированной водой и сушкой, отличающийся тем, что в качестве соединения титана используют раствор тетраизопропоксититана с содержанием Ti(IV) 16,2 мас.%, а в качестве неорганической соли лития используют карбонат лития, при этом лимонную и азотную кислоты вводят в количестве 0,625 моль/Ti+4 и 0,05-0,06 моль, соответственно, а отжиг проводят при температурах 250-270°С, 430-450°С и 520-550°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана, проводят выщелачивание хлоридных возгонов с получением пульпы.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения образцов наноразмерного диоксида титана со структурами рутила или смеси анатаза и рутила в разном соотношении получают реакционную смесь диспергированием порошкообразного гидратированного сульфата титанила с пероксосоединением.
Изобретение может быть использовано в производстве солнцезащитных продуктов. Частицы диоксида титана обладают медианным средневзвешенным диаметром частиц более 70 нм, а также Е524 менее 9 л/г/см, E360 от 25 до 50 л/г/см и отношением Е360/Е308 от 0,5 до 1,0.
Группа изобретений может быть использована в производстве катализаторов, в частности, для селективного восстановления NOx. Каталитическая композиция содержит по меньшей мере один оксид на носителе, состоящий из оксида циркония, или оксида титана, или смешанного оксида циркония и титана, или из оксида циркония и оксида по меньшей мере одного оксида другого элемента, выбранного из празеодима, лантана, неодима и иттрия, нанесенный на носитель на основе оксида кремния.

Изобретение может быть использовано в производстве аккумуляторов на основе лития, применяемых в перезаряжаемых батареях. Для получения титаната лития, имеющего формулу Li4Ti5O12-x, где 0<x<0,02, получают смесь оксида титана и компонента на основе лития, при этом компонент на основе лития и оксид титана присутствуют в полученной смеси в количествах, необходимых для обеспечения атомного отношения лития к титану 0,8.

Изобретение относится к области материалов полупроводниковой электроники и может быть использовано для создания элементов спинтронных устройств, сочетающих источник и приемник поляризованных спинов носителей заряда в тройной гетероструктуре ферромагнитный полупроводник/немагнитный полупроводник/ферромагнитный полупроводник.

Изобретение может быть использовано в химической и лакокрасочной промышленности. Окрашенная композиция содержит состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, и одно или более цветное окрашивающее вещество.
Изобретение относится к способу получения наночастиц оксида переходного металла, покрытых аморфным углеродом. .
Изобретение относится к пигменту на основе диоксида титана с высокой непрозрачностью, а также - к способу его получения и применения для изготовления декоративной бумаги или декоративной фольги.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения наночастиц диоксида титана проводят откачивание вакуумной камеры, наполнение ее инертным газом, зажигание электрической дуги постоянного тока между графитовым электродом и металл-углеродным композитным электродом. Композитный электрод представляет собой графитовый стержень с просверленной по центру полостью, которая заполнена спрессованной смесью порошков титана и графита. Весовое соотношение титан/графит составляет 1/2. В плазме электрического дугового разряда распыляют композитный электрод. Отжиг синтезированного материала проводят путем нагрева в кислородсодержащей среде при атмосферном давлении до температуры 900-1000°С и выдержки в течение 1 ч. Изобретение позволяет получить диоксид титана со структурой рутила с высокоразвитой поверхностью, без затрат на коррозионностойкое оборудование и высоких требований к качеству сырья. 1 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в химической, добывающей, пищевой отраслях промышленности и в медицине. Для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наноразмерными частицами оксида титана, к исходному СВМПЭ при интенсивном перемешивании добавляют тетрахлорметан-бензольную смесь. В образовавшуюся суспензию прикапывают бензиловый спирт. Реакционную массу интенсивно перемешивают, поддерживая температуру 180-210°C. К образовавшейся суспензии прикапывают тетрахлорметан-бензольный раствор тетрахлорида титана. Указанный раствор содержит тетрахлорид титана в количестве, соответствующем его мольному соотношению к бензиловому спирту, равному 1:4-4,2. Смесь перемешивают, поддерживая температуру 180-210°C. Полученную суспензию охлаждают, подвергают фильтрации, обработке хлороформом, отгонке растворителей и сушке. Изобретение позволяет получить модифицированный наночастицами оксида титана СВМПЭ в виде белого порошка с размером частиц 50 - 200 мкм с высокими физико-механическими свойствами, повысить прочность на разрыв и модуль упругости полученного материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.
Наверх