3h 。所得偏钛酸沉淀过滤 ,用 60 ℃pH 值为 210 ±
015 的蒸馏水洗至无 SO24 - 和 Fe2 + 。经 100 ℃烘干 后进马弗炉于 900 ℃煅烧 2h , 得纳米金 红 石 型
TiO2 粉末 。母液返回初始反应液中 ,以提高回收
率 。考虑环保因素 ,洗涤过滤后的滤液也返回初
始反应液中 。
研究工作快报
2. 4 产物性能 金红石型纳米二氧化钛粉末产物经测试后性
能见表 4 。
表 4 TiO2 产物性能列表
晶型
转化温 度/ ℃
金红石型 900
形貌 球形
平均粒 径/ nm
比表面积 / m2·g - 1
纯度/ %
80
18
99. 95
3 结论
以硫酸 法 生 产 钛 白 粉 的 中 间 产 品 钛 液 为 原 料 ,采用晶种制备 - 均匀沉淀法的新工艺 ,成功研 制了纳米金红石型二氧化钛粉末 。对所制备的二 氧化钛粉末进行了质量和特性检测 。结果表明 : TiO2 为金红石相结构 ,晶型转化完全 ,平均晶粒尺 寸为 80nm ,比表面积为 18m2/ g ,纯度为 99. 95 % , 能够达到市场所要求的质量标准 。新工艺生产成 本低 ,工艺操作简单 ,易于实现工业化 。
Preparation of Nanometer Rutile TiO2 Po wder
Gao Guilan Duan Xuechen
(Dept. of Materials Science and Engineering ,Central South University ,Changsha 410083)
参考文献
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展 ,1997 (5) :5～7 2 李学富. 超微细二氧化钛 ———一种多功能的新型无机
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利用氮气吸附 (BET) 法测定粉末的比表面积 。
2 结果与讨论
211 煅烧温度对晶型的影响 图 1 为不同煅烧温度下 TiO2 粉末的 X 射线
衍射图 。
烧温度的升高 ,锐钛相向金红石相转变的速率显 著提高 ,粉末中金红石型的含量也相应增加 。至 900 ℃,粉末中所有晶粒结构均呈金红石型 。比较 图中曲线 c 和 d 可见 ,对于同一煅烧温度 ,煅烧时 间延长 ,没有新的衍射峰出现 ,即晶相没有变化 。
利用比表面积 (BET) 法测得金红石型二氧化 钛粉体的比表面积为 18m2/ g。由此推算得出等 效粒径为 86nm ,与 TEM 照片得出的平均粒径基 本一致 。
(a) 500 ℃,2h (b) 750 ℃,2h (c) 900 ℃,2h (d) 900 ℃,3h 图 1 不同煅烧温度下 TiO2 粉末的 XRD 图
410 ,制得正钛酸沉淀 ,脱水后用 HCl 胶溶生成具
有一定电荷的 TiO2 + 和 Ti4 + ,吸附在 TiO2 颗粒表 面 ,使其带有正电荷而不溶于稀酸 ,得正钛酸溶胶
晶种 。控制钛液中 TiO2 浓度在 55g/ L ,加入适量 晶种和表面活性剂 DBS ,中速搅拌下升温至 100 ℃
水解 10min 。然后加尿素 170g/ L ,于 80 ℃下反应
本试验利用我国绝大多数钛白粉生产厂家采 用的硫酸法制备钛白粉工艺的中间产物 ———钛液 为原料 ,以晶种制备 - 均匀沉淀法为基础 ,外加自 制晶种为金红石促进剂 ,成功制备了纳米金红石 型二氧化钛 。此法不仅大大降低了生产纳米 TiO2 的成本 ,而且操作简单 ,易于实现工业化 。
1 实验过程
1. 1 原料和试剂 钛液 :株洲化工厂工业 TiOSO4 溶液 (成分分
TiO (OH) 2 = TiO2 ( s) + H2O
(4)
113 样品测试
原料成分 、晶种溶液成分及中间过程测试采
用化学分析 。总钛的测试采用 Al 片还原 、高铁盐
氧化还原滴定法 ;钛液中 Ti3 + 直接用高铁盐氧化
还原滴定 ;亚铁含量用 KMnO4 氧化还原滴定法进 行分析 ;有效酸含量采用酸碱中和滴定 。
硅酸盐通报 2004 年第 1 期
研究工作快报
纳米金红石型二氧化钛粉末的制备及表征
高桂兰 段学臣
(中南大学材料科学与工程学院 ,长沙 410083)
摘 要 利用硫酸法制备钛白粉工艺的中间产物 ———钛液为原料 ,采用晶种制备 - 均匀沉淀法 ,
成功制备纳米金红石型二氧化钛粒子 。利用 TEM ,XRD ,BET , ICP - AES 等分析测试技术对粉体粒子的 性能进行表征 。结果表明 ,所得二氧化钛粒子为金红石型 ,形貌呈球形 ,平均粒径达 80nm ,产品纯度达 99. 95 % ,能满足市场需要 。
Keywords nanometer rutile TiO2 powder seed - homogeneous precipitation
90
化钛超细粒子. 功能材料 ,1999 ,30 (5) :495～497 5 林元华 ,张中太 ,黄淑兰 ,等. 纳米金红石型 TiO2 粉体
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图 2 金红石型 TiO2 的 TEM 照片
2. 3 产品纯度
对所得二氧化钛粉末的纯度采用 ICP - AES
进行成分分析 ,测定杂质成分含量 ,利用差减法得
出粉末纯度 ,其成分如表 3 。
表 3 纳米 TiO2 粉末纯度分析结果
%
元素
含量
元素
含量
元素含量ຫໍສະໝຸດ Mn0. 0018Mg
0. 001
Cr
析见表 1) 。 尿素 :分析纯 十二烷基磺酸钠 (DBS) :分析纯 硫酸氧钛 :分析纯
表 1 工业 TiOSO4 溶液的成分
TiO2/ g·L21
Ti3 + / g·L21
Fe/ TiO2
澄清度 F
142. 0
1. 17
0. 4
合格 3. 3
112 实验方法
实验中 , 金红石晶种制备是将 TiOSO4 溶液 (90g/ L) 用碱液中和 ,终点控制在 pH 值为 3. 5～
反应方程式 :
TiO2 + + 2OH2 = TiO (OH) 2
(1)
(NH2) 2CO + 3H2O = CO2 + 2NH3·H2O (2)
作者简介 :高桂兰 (1976～) ,女 ,硕士研究生.
88
硅酸盐通报 2004 年第 1 期
研究工作快报
TiO2 + + 2NH3·H2O = TiO (OH) 2 + 2NH4+ (3)
Abstract The nanometer rutile TiO2 powder was prepared by the seed - homogeneous precipitation method , using industrial TiOSO4 solution as raw material . The behaviors of TiO2 powder were characterized by XRD , TEM , BET and ICP - AES methods. The experimental results show that the TiO2 particles prepared are rutile ,spherical and nanometer. The average particle diameter is 80nm. The purity of TiO2 powder is 99. 95 %. The nanometer titanium dioxide powder prepared by the metioned method can meet the needs of markets.
利用电感耦合 - 等离子体发射光谱法 ( ICP -
AES) 对二氧化钛粉末产品进行成分分析 。
制备的二氧化钛粉末的各项物理性能 ,分别
采用日本岛津 XD - 3A 型 X 射线衍射仪测定粉体
样品的物相组成和晶型 ,日本 HITACHI H - 800EM
型透射电镜 ( TEM) 观察样品的粒径大小与形貌 ,
可见 ,500 ℃煅烧 2h 所有晶粒均为锐钛矿相 结构 。当煅烧温度升高 ,粉末开始出现金红石型 结构 。随着煅烧温度的进一步提高 ,锐钛型特征 衍射峰 (2θ为 25. 2°) 逐渐减弱 ,金红石型特征衍 射峰 (2θ为 27. 4°) 逐渐增强 。表 2 是根据衍射峰 强度计算得到 TiO2 颗粒金红石型的含量 。随煅
0. 001
Si
0. 00048
Cu
0. 0001
Co
0. 001
Al
0. 0034
V
0. 0022
Ni
0. 001
Ca
0. 01
Pb
0. 00082
Sn
0. 0078
Fe
0. 013
Zn
0. 001
Sb
0. 0088
TiO2
99. 95
由表 3 得知 ,所得样品纯度达 99. 95 %。
89
硅酸盐通报 2004 年第 1 期
reactive turbulent flows. J Aerosol Sci ,1991 ,22 (5) : 637～ 655 7 施利毅 ,李春忠 ,陈爱平 ,等. 高温气溶胶反应器中制 备纳米 TiO2 颗粒的形态和结构. 华东理工大学学报 , 1994 ,25 (2) :151～155 8 Kamal A M ,Xiong Y,Sotiris E P. Vapor synthesis of titania powder by titanium tetrachloride oxidation. AICHE Journal , 1991 ,37 (10) :1561～1570