[发明专利]一种调控偏钛酸粒度与形貌的方法

说明书

本发明提供了一种调控偏钛酸粒度与形貌的方法，所述方法以四氯化钛为原料，将其与水或者盐酸溶液混合后，制得TiOClsubgt;2/subgt;的酸性溶液，往该酸性溶液中添加化学调节剂并升温水解、固液分离后得到偏钛酸颗粒和水解后液。本方法在溶液成分与化学调节剂的共同作用下可调控偏钛酸颗粒的粒度及形貌，以满足二氧化钛在不同场景应用的要求。

技术领域

本发明涉及化工结晶技术领域，尤其涉及一种调控偏钛酸粒度与形貌的方法。

背景技术

二氧化钛因其优良的物理化学性能，被广泛应用于造纸、涂料、油墨、耐火材料等领域，近年来，随着近净成形技术的发展，使用二氧化钛可以直接制备相应的陶瓷器件，也可通过直接还原技术，将其还原为钛粉。

对于上述的大部分应用，单分散颗粒使用效果最优，例如在陶瓷产业中，使用单分散的球形颗粒具有较高的压实密度，提高制品性能；在沉积薄膜时，能够使产物具有致密的排列；在使用直接还原技术制备钛粉时，可以还原得到类球形金属钛粉，有利于提高粉末流动性。因此，调控二氧化钛粉末的形貌和粒度非常有实用价值。

当前，合成二氧化钛粉末的主流方法为硫酸法和氯化法。氯化法氧化获得金红石型二氧化钛，但对过程控制要求严格，我国处于技术吸收消化应用进程中。目前国内仍主要采用硫酸法生产，硫酸氧钛溶液水解获得偏钛酸，再经煅烧获得二氧化钛；硫酸法主要用于生产颜料级钛白，产品颗粒粒径约200-450nm，为细小团聚状，不适合用于上述需求。

实验室研究开发的偏钛酸制备方法还包括水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法等，但所制得的颗粒均存在形貌不可控、粒径分布过宽、粒度大小不可控等缺陷。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种调控偏钛酸粒度与形貌的方法，该方法能在偏钛酸水解制备的过程中实现形貌与粒度的定向控制。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种调控偏钛酸粒度与形貌的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将四氯化钛与水或者盐酸溶液混合，获得TiOCl₂的酸性溶液；

(2)往所述TiOCl₂的酸性溶液中添加化学调节剂，所述化学调节剂为硫酸和磷酸中的一种或两者的混合物，升温搅拌水解，获得含偏钛酸颗粒的料浆；

(3)所得浆料经固液分离，得到固相偏钛酸颗粒和水解后液。

本发明所述方法采用四氯化钛为钛源，先将四氯化钛液体原料与水或者盐酸溶液混合，获得TiOCl₂的酸性溶液，继而向TiOCl₂的酸性溶液中添加化学调节剂，所述化学调节剂为硫酸和磷酸中的一种或两者的混合物，并升温搅拌水解，获得含偏钛酸颗粒的料浆，所得浆料经固液分离，得到固相偏钛酸颗粒和水解后液。四氯化钛液体溶解于水或者盐酸溶液的过程可表述为式(1)，升温水解反应可表述为式(2)，经所述过程后，四氯化钛携带的氯离子变成盐酸溶液。化学调节剂可改变溶液中离子的聚合形态，进而影响离子在结晶过程中在固体表面的吸附与成核行为，从而调控粒子的形貌与粒度。

TiCl₄(l)+H₂O(l)→TiOCl₂(l)+2HCl(l) 式(1)

TiOCl₂(l)+(n+1)H₂O(l)→TiO₂·nH₂O(s)+2HCl(l) 式(2)