[发明专利]水性纳米钛氧化物溶胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米钛氧化物溶胶的合成方法，所述方法包括以下步骤：(1)酸解；(2)钛液净化；(3)硫酸根去除；(4)催化分解；(5)离心分离。根据本发明的制备方法采用价格低廉的钛铁矿为原料，无需通过碱沉淀硫酸氧钛得到正钛酸，本方法用过氧化钡作为反应物质，直接将硫酸根离子沉淀，同时将过氧根与钛离子形成配合物溶于水，反应条件温和，步骤简便；同时，通过引入Fe₃O₄作为Fenton催化剂，避免过氧化钛的凝胶化及在硫酸钡表面的异相成核过程，制备的钛氧化物产物颗粒形貌均匀，能大量节约碱的使用和废水的排放，根据本发明的制备方法工艺简单适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于无机钛氧化物制备领域，特别涉及高活性纳米TiO₂溶胶材料的制备方法。

背景技术

二氧化钛是重要的无机化工原料，在涂料，油墨，造纸，塑料，橡胶，合成纤维等工业中用作白色颜料；同时，在搪瓷，陶瓷，电焊条，电子，冶金等工业上也有重要应用。

一般有硫酸法和氯化法两种工艺生产：传统的硫酸法工艺工业生产钛白粉流程长，三废排放多，得到的产品颗粒大且不均匀，不易控制；而氯化法对原料要求高，设备腐蚀严重，制备条件苛刻。

二氧化钛溶胶作为纳米二氧化钛均匀稳定分散体系，具有广泛的应用前景，可以用于光催化性薄膜涂层合成或是自清洁高级涂料等。目前，制备二氧化钛溶胶一般采用钛有机化合物控制水解或是钛无机盐水解的方法。利用钛有机化合物控制水解的方法制备二氧化钛纳米溶胶，由于钛有机化合物价格昂贵，极大的提高了成本；同时，由于采用醇水混合水解，得到的产物为有机溶液，限制其在亲水性基底上应用。采用钛无机盐水解，需要高温水热晶化等附加步骤，不仅需要特殊设备和装置，增加了成本，也限制生产规模。

如专利申请号91101522.1的复合阴离子法制备金红石型二氧化钛法专利也报道利用硫酸分解钛铁矿得到的硫酸钛溶液加入复合阴离子制备金红石型二氧化钛，但是其需要后续800-900℃的高温晶化过程，这不仅增加了设备工艺难度及提高成本，同时也会由于高温烧结导致粉体团聚增大粒径。Hiroaki Katsuki[Journal of the Ceramic Societyof Japan 106[3]344～347 1998]报道了利用过氧化氢溶解由四氯化钛水解得到的正钛酸沉淀制备二氧化钛溶胶的方法。由于其采用腐蚀性四氯化钛为前驱体，对设备要求高，因而工业化生产成本过高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的一个目的在于，在硫酸法制备锐钛矿型二氧化钛的传统方法基础上，提供了以钛铁矿为原料的纳米钛氧化物溶胶的合成方法，实现常压、低温液相合成纳米钛氧化物，能显著降低反应流程及生产成本。

根据本发明的所述纳米钛氧化物溶胶的合成方法包括以下步骤：

(1)酸解

用重量百分比浓度为80wt％以上的浓硫酸加热溶解钛铁矿，所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:6，反应激烈迅速，一般在5～30min内完成，反应最高温度达250℃，得到的固相沉积物用5-10倍体积的水浸取得到钛液；

(2)钛液净化

将步骤(1)的钛液进行过滤除去不溶性矿渣，冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的前驱体溶液；

(3)硫酸根去除

将步骤2)中的所述前驱体溶液加水稀释至含硫酸氧钛(TiOSO₄)质量百分数为5wt％至20wt％的溶液，将BaO₂分散在水中形成质量百分比浓度为5wt％至20wt％，优选为10wt％的BaO₂悬浊液，然后按照Ti:Ba摩尔比为1:0.2至1:8的比例将BaO₂悬浊液添加到稀释后的含钛的前驱体溶液中，得到橙黄色乳状液；

(4)催化分解