Способ получения нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила



Способ получения нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила
Способ получения нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила
Способ получения нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила

 


Владельцы патента RU 2618879:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при изготовлении керамических материалов, сегнетоэлектриков, наполнителей лакокрасочных и полимерных материалов. Способ получения нанодисперсного рутильного диоксида титана включает осаждение его из раствора, содержащего хлорид титана, и одновременную нейтрализацию 25%-ным водным раствором аммиака. Нейтрализацию осуществляют при мольном соотношении хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония 1:(1,3-1,8). Раствор хлорида титана (IV) приливают к водному раствору аммиака без перемешивания. Суспензию выдерживают не менее 0,5 ч. Осадок промывают методом декантации до полного отмывания примесей и достижения удельного электрического сопротивления суспензии диоксида титана не менее 1⋅105 Ом⋅см. Отмытую суспензию сушат при комнатной температуре. Затем проводят термообработку порошка при 100-200°С. Изобретение позволяет упростить получение нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила, снизить температуру термообработки. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению соединений титана, которые могут быть использованы при изготовлении керамических материалов, сегнетоэлектриков, в качестве наполнителя в лакокрасочных и полимерных материалах.

Известен способ получения диоксида титана рутильной модификации [RU 2281913 С2, МПК C01G 23/053, опубл. 20.08.2006], который включает термогидролиз раствора тетрахлорида титана с получением суспензии TiO2 с концентрацией 60-70 г/дм3, содержащей титановые зародыши и полиакриламид в количестве 100-120 г на 1 кг ТiO2 в исходном растворе, в течение 1,5-2 ч. Полученный гидроксид титана отделяют от фильтрата, обрабатывают 2-3%-ным раствором щавелевой кислоты, промывают дистиллированной водой и подвергают сушке и прокаливанию при температуре 550-650°С.

Недостатком известного способа является недостаточная чистота полученного диоксида титана из-за использования органических соединений, высокие энергозатраты на проведение температурной обработки, а также невозможность получения нанодисперсного диоксида титана.

Известен способ получения диоксида титана [RU 2472707 C1, МПК C01G 23/053, В82В 1/00, B82Y 99/00, опубл. 20.01.2013], который включает гидролиз раствора тетрахлорида титана и нейтрализацию соляной кислоты водной суспензией гидроксида кальция при перемешивании, отделение осадка от раствора, промывку, сушку и прокаливание осадка. Размер частиц гидроксида кальция в суспензии, подаваемой в реактор на гидролиз, составляет не более 3 мкм, а концентрацию тетрахлорида титана поддерживают не более 2%. После гидролиза из суспензии выделяют в качестве целевого продукта мелкую фракцию, а крупную фракцию возвращают в реактор. Промывку целевого продукта проводят после стадии прокаливания гидроксида титана чистой соляной кислотой при рН 1-2, а затем повторно сушат продукт.

Недостатком такого способа является использование соляной кислоты, многостадийность, что технически усложняет процесс.

Известен способ получения рутильного диоксида титана [RU 2171228 С2, МПК7 C01G 23/053, C01G 23/08, опубл. 27.07.2001], который включает гидролиз водного раствора сульфата титана в присутствии зародышей из диоксида титана для образования водного оксида титана и прокаливание водного оксида титана, который образуется в рутильной кристаллической форме после нагревания до 950°С со скоростью 1°С в минуту, нагрев проводят до тех пор, пока не получают диоксид титана, в котором по крайней мере 99,5 мас.% находятся в рутильной кристаллической структуре.

Недостатками этого способа являются высокие энергозатраты - нагрев проводят до 950°С и со скоростью 1°С в минуту в течение неопределенного времени до достижения 99,5 мас.% содержания рутильной фазы в образце.

Известен способ получения диоксида титана со структурой рутила [SU 1795958 A3, МПК5 C01G 23/053, опубл. 15.02.93], выбранный в качестве прототипа, включающий осаждение диоксида титана из раствора, содержащего хлорид титана (III), 25%-ным водным раствором аммиака, фильтрование, промывку, сушку, термообработку. Для увеличения удельной поверхности осаждение проводят из солянокислого раствора, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в атмосфере водорода при рН 4-7, термообработку ведут при 250-400°С.

Недостатками такого способа является использование дорогостоящего металлического титана и проведение синтеза диоксида титана в атмосфере водорода, что повышает требования к технике безопасности ведения работ.

Задачей изобретения является получение нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила.

Предлагаемый способ получения нанодисперсного рутильного диоксида титана, также как в прототипе, включает осаждение его из раствора, содержащего хлорид титана, и одновременную нейтрализацию 25%-ным водным раствором аммиака, промывку, сушку, термообработку.

В отличие от прототипа, нейтрализацию осуществляют при мольном соотношении хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония 1:(1,3-1,8), причем раствор хлорида титана (IV) приливают к водному раствору аммиака без перемешивания, суспензию выдерживают не менее 0,5 ч, проводят промывку осадка методом декантации до полного отмывания примесей и достижения удельного электрического сопротивления суспензии диоксида титана не менее 1⋅105 Ом⋅см. Отмытую суспензию сушат при комнатной температуре, а затем термообработку порошка оксида титана (IV) проводят при 100-200°С.

Таким образом, предлагаемый способ получения нанодисперсного диоксида титана со структурой рутила обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: снижение температуры термообработки с 400-250 до 200-100°С, упрощение способа за счет уменьшения числа компонентов и числа операций в процессе синтеза.

На фиг. 1 представлены результаты рентгенофазового анализа образца, полученного при соотношении хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония 1:1,5, времени выдержки суспензии 0,5 ч, высушенного при комнатной температуре.

На фиг. 2 представлены результаты рентгенофазового анализа образца, полученного при соотношении хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония 1:1,5, времени выдержки суспензии 0,5 ч, после прогрева образца при 200°С.

В таблице 1 приведены результаты примеров реализации предложенного способа получения нанодисперсного порошка диоксида титана со структурой рутила.

К 1 л TiCl4 в химическом реакторе прибавляли 25%-ный водный раствор аммиака без перемешивания суспензии до достижения соотношения тетрахлорида титана к гидроксиду аммония 1:1,5. Суспензию выдерживали 0,5 ч и проводили промывку осадка гидратированного диоксида титана методом декантации до полного отмывания примесей и достижения удельного электрического сопротивления суспензии диоксида титана не менее 1⋅105 Ом⋅см, которое измеряли с помощью электроприбора К4570/1Ц с мегаомметрической приставкой МП4579. Отмытую суспензию высушивали при комнатной температуре. Площадь удельной поверхности полученных образцов, которую определяли с помощью автоматического газоадсорбционного анализатора TriStar II, составила 130 м2/г. Согласно рентгенофазовому анализу, проведенному с помощью дифрактометра Дифрей-401 (фиг. 1), образцы представлены аморфизированной фазой рутила. После прогрева этих образцов в муфельной печи до 200°С площадь удельной поверхности возросла до 165 м2/г, при этом во время прогрева прошла кристаллизация фазы рутила (фиг. 2). Среднеповерхностный диаметр частиц , соответствующий полученной площади удельной площади поверхности, который рассчитывали по формуле

где ρ - плотность вещества, г/см3;

S - площадь удельной поверхности, м2/г,

составил 7,9 нм.

Результаты рентгенофазового анализа и площади удельной поверхности образцов, полученных при различных соотношениях хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония, температурах обработки и времени выдержки представлены в таблице 1.

Согласно полученным результатам, фаза рутила в полученном продукте образуется при мольном соотношении хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония 1:(1,3-1,8). При мольном соотношении меньше, чем 1:1,3 в полученном продукте, присутствует фаза анатаза; при мольном соотношении больше, чем 1:1,8, происходит укрупнение частиц диоксида титана, полученный продукт не является нанодисперсным.

Время выдержки суспензии менее 0.5 ч приводит к стабилизации рентгеноаморфного диоксида титана, т.е. неокристаллизованного продукта, что ухудшает качество продукции.

Удельное электрическое сопротивление суспензии диоксида титана менее 1⋅105 Ом⋅см свидетельствует о наличии примесей и приводит к снижению диэлектрических свойств изделий из диоксида титана структуры рутила: рутил с минимальным содержанием примесей дороже на мировом рынке.

При температуре обработки менее 100°С в продукте остается даже слабосвязанная вода как вредная примесь при изготовлении керамических изделий, а также низкая температура способствует стабилизации рентгеноаморфных продуктов, ухудшающих качество продукции.

При температуре обработки более 200°С происходит снижение среднечислового диаметра частиц, что приводит к укрупнению частиц диоксида титана, т.е. он становится не нанодисперсным, хуже по параметрам.

Температура обработки 100-200°С является оптимальной для получения нанодисперсного порошка структуры рутила: порошок не содержит примесей воды и не содержит рентгеноаморфного продукта, в то же время остается нанодисперсным.

Способ получения нанодисперсного рутильного диоксида титана, включающий осаждение его из раствора, содержащего хлорид титана, и одновременную нейтрализацию 25%-ным водным раствором аммиака, промывку, сушку, термообработку, отличающийся тем, что нейтрализацию осуществляют при мольном соотношении хлорида титана (IV) к гидроксиду аммония 1:(1,3-1,8), причем раствор хлорида титана (IV) приливают к водному раствору аммиака без перемешивания, суспензию выдерживают не менее 0,5 ч, проводят промывку осадка методом декантации до полного отмывания примесей и достижения удельного электрического сопротивления суспензии диоксида титана не менее 1⋅105 Ом⋅см, отмытую суспензию сушат при комнатной температуре, а затем термообработку порошка оксида титана (IV) проводят при 100-200°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения диоксида титана включает взаимодействие при перемешивании тетрабутоксититана с органической жидкостью, а затем с осаждающим компонентом с последующими нагревом и выдержкой.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к хлоридной технологии получения диоксида титана. Наноструктурный диоксид титана получают путем гидролиза водного раствора, содержащего ионы трехвалентного титана.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения наноразмерной модификации η-TiO2 проводят гидролиз сульфата титанила в присутствии азотной кислоты HNO3 или хлорной кислоты HClO4 в течение 40-70 мин при температуре 90-98°C без использования коагулянта.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения кристаллического диоксида титана в структурной модификации анатаз готовят исходный раствор тетрахлорида титана и проводят гидролиз раствором гидроксида аммония.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ переработки титансодержащего материала включает выщелачивание измельченного материала серной кислотой при нагревании с получением суспензии.

Изобретение может быть использовано в производстве формованных полимерных изделий и покрытий. Водный раствор тетрахлорида титана нагревают при 25-75°C с получением взвеси частиц оксида титана рутила.

Изобретение может быть использовано в производстве фотокатализаторов. Для модифицирования марганцем наноразмерного диоксида титана вводят перманганат калия в реакционную смесь.

Изобретение может быть использовано при получении фотокатализатора, носителя для катализатора, фотоактивного покрытия, пигмента на основе диоксида титана. Для получения мезопористого диоксида титана, допированного фтором в атомарном соотношении к титану от 0,35 до 0,7, содержащего только фазу анатаза, проводят гидролиз изопропоксида титана в присутствии фторида аммония.

Изобретение относится к способам получения порошков нанокристаллического диоксида титана, которые могут быть использованы для фотокаталитической очистки и обеззараживания воздуха и воды, создания фотоэлектрических преобразователей энергии, новых композиционных и каталитических материалов.

Изобретение относится к способу приготовления фотокатализатора на основе диоксида титана. Способ включает сенсибилизацию диоксида титана введением активизирующей добавки (органические красители и окрашенные координационные соединения).

Изобретение относится к барьерным полимерным пленкам и касается инкапсулирующей барьерной многослойной структуры, способной инкапсулировать изделие, чувствительное к влаге и/или кислороду.

Изобретение относится к бумагоподобному нанокомпозиционному материалу на основе минеральных волокон, который может быть использован в качестве капиллярно-пористых элементов установок охлаждения воздуха испарительного типа.

Использование: для создания регенеруемого биосенсора. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя изготовление подложки биосенсора с массивом нанопроволок, формирующих фотонный кристалл, подготовку поверхности подложки для модификации аффинными молекулами, активацию поверхности аффинными молекулами, специфичными к целевым аналитам, присутствие целевых аналитов выявляют добавлением специфичных к ним детектирующих молекул, несущих на себе флуоресцентную метку, выбранную таким образом, чтобы максимум флуоресценции метки совпадал по длине волны с резонансной модой фотонного кристалла, приводя к увеличению интенсивности флуоресценции метки на этой длине волны, после чего поверхность биосенсора регенерируют для повторных использований.

Изобретение относится к технологии получения окислительно-стойких ультравысокотемпературных керамических композиционных материалов состава MB2/SiC, где М=Zr и/или Hf с нанокристаллическим карбидом кремния, которые могут быть использованы в качестве окислительно-, химически- и эрозионно-стойких материалов в потоках воздуха при температурах выше 2000°С, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, а также в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности.

Использование: для получения наноструктурированных металлуглеродных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что коллоидный раствор золота, серебра смешивают с коллоидным раствором углерода (шунгита) в концентрации от 10 (углерод) : 1 (золото) : 1 (серебро) до 5 (углерод) : 3 (золото) : 3 (серебро) с последующим воздействием на смесь лазерного излучения (длительностью импульсов 100 нс, средней энергией от 5 до 20 Дж, частотой следования импульсов 20 кГц) в сканирующем режиме со скоростью от 100 мкм/с до 10 мм/с в течение 15 минут.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул лекарственных препаратов группы пенициллинов, выбранных из ампициллина, бензилпенициллина натриевой соли или амоксициллина, в каррагинане.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул витаминов группы B в каппа-каррагинане. Указанный способ характеризуется тем, что в качестве оболочки используется каппа-каррагинан, а в качестве ядра - витамины группы В, при массовом соотношении ядро:оболочка 1:3 или 1:1, при этом витамин добавляют в суспензию каппа-каррагинана в изопропиловом спирте в присутствии препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, далее добавляют петролейный эфир, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение относится к коллоидному раствору наносеребра в органическом растворителе - метилцеллозольве и способу его получения. Предложенный коллоидный раствор содержит метилцеллозольв и наночастицы серебра и имеет концентрацию наночастиц серебра от 0,29 до 0,30 мас.%, при следующем долевом распределении наночастиц серебра по размеру: 80% - наночастиц размером 50-75 нм, 20% - наночастиц размером от 80 нм до 100 нм.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано при изготовлении наполнителей для порошковой металлургии, красок, пластмасс, металлокерамики, клеевых и композиционных материалов.

Изобретение может быть использовано в медицине, косметологии и пищевой промышленности. Для получения наночастиц серебра сначала готовят водный раствор стабилизатора.

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением с использованием пластической деформации и может быть использована при получении нанокристаллических материалов с увеличенным уровнем механических свойств.
Наверх