[发明专利]含有二氧化钛和过氧化钛络合物的颗粒的溶液及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及含有二氧化钛和过氧化钛络合物(peroxo-titanium complex)的颗粒的溶液，及其制备。

背景技术

处于颗粒形式的吸附有过氧化钛络合物(PTC)的二氧化钛(TiO₂)颗 粒，由于具备所期望的光学和化学性质，在商业和工业上具有很广的应用 范围。PTC含有配位络合物，所述配位络合物含有Ti(IV)离子和与Ti(IV) 离子键接的过氧配体。TiO₂可为不同的相态。例如，锐钛矿TiO₂可起到 光催化剂的作用，含有锐钛矿TiO₂的涂料具有光活化自洁性。常规技术 中，这种TiO₂颗粒是在溶液中制备和储存的。

但是，制备这种溶液的常规方法具有若干缺陷，其中一些缺陷已在 Ichinose的2003年8月5日公开的美国专利6,602,918(下文称之为 “Ichinose”)中讨论过。Ichinose公开了一种方法，解决了其他常规技术 中共同存在的问题，即，由于PTC和TiO₂颗粒形成过程的化学反应放热 很多而在该形成过程中产生的过热问题。过热会引起凝聚和沉淀，从而降 低得到的PTC溶液的透明性。Ichinose公开了一种降低凝聚和沉淀的三 步法。在第一步中，使含钛化合物与过氧化氢(H₂O₂)反应从而在溶液中形 成过氧化络合物，随后向溶液中加入碱性物质，形成过氧化钛水合物聚合 物，所述过氧化钛水合物聚合物在溶液中沉淀。在第二步中，从溶液中除 去杂质和离子物质，从而将所述杂质和离子物质与沉淀分离。为了充分除 去杂质和离子物质，需要重复使用离子交换树脂。在第三步中，将沉淀冷 却，然后再与H₂O₂反应，从而形成最终产物。据信，基于以下两点理由， 这种方法能够抑制凝聚：第一，含钛化合物与H₂O₂的放热反应是分两步 进行的，因而能使产生的热量更好地从溶液中散发并排除；第二，反应溶 液中的杂质和离子物质能促进凝聚，而它们的除去也就能降低凝聚。

但是，Ichinose法具有缺陷。该方法中的H₂O₂消耗量大。该方法耗 时。这些因素，以及离子交换树脂的反复加入和除去，都导致了生产成本 的提高。而且，采用离子交换树脂也会在反应溶液中引入污染物，降低了 得到的颗粒的稳定性。溶液中颗粒的浓度小于3％，这也是相对低的。

而且，常规技术中，TiO₂颗粒通常先是以无定形形成。无定形TiO₂的光催化活性低。为了提高其光催化活性，所述颗粒需要在高温下结晶以 形成锐钛矿TiO₂。但是，在很多应用场合大量加热会带来问题或导致不 便。在这些情况下，期望在不需要大量加热的情况下制备光催化PTC材 料，如含PTC的TiO₂颗粒或涂料。

发明简述

已经发现，含TiO₂颗粒的稳定的、透明的溶液可按照如下方法制备。 使水合氧化钛(HTO)与过氧化氢(H₂O₂)在溶液中、在挥发性碱催化剂如能 产生铵的碱的存在下反应。反应生成过氧化钛络合物(PTC)。通过蒸发部 分除去催化剂，形成含二氧化钛和表面吸附有PTC的颗粒。为了防止颗 粒的过度生长，可以将所述溶液稀释至少2倍，并在蒸发前陈化。在不同 实施方案中，可根据应用场合改变pH值。可以持续蒸发催化剂直至溶液 的pH值约为7，并且保持透明。产品溶液中的PTC颗粒可以具有纳米级 颗粒尺寸如10nm～25nm。产品溶液中PTC颗粒的浓度可以高达8wt％ (重量百分比)。溶液中的PTC颗粒可具有-60～-80mV的ξ电势。可以 将稀释溶液中的PTC颗粒加热，以形成锐钛矿TiO₂，然后通过蒸发再浓 缩。得到的产品溶液可具有中性pH值。所述中性pH值可为5.5～8.5， 如6.5～7.5。

产品溶液，即使具有高达8wt％的PTC浓度，也能在长时间内、如 超过1年内保持稳定，而没有明显的变色或沉淀。由于挥发性催化剂能通 过蒸发而不需要采用复杂的离子去除技术如离子交换树脂而除去，因而产 品成本得以降低。