Способ получения диоксида титана со структурой рутила Советский патент 1993 года по МПК C01G23/53 

солянокислого раствора трихлорида титана, полученного растворением металлического титана в соляной кислоте в атмосфере водорода, водным раствором аммиака при интенсивным перемешивании, охлаждении и рН в интервале 4-7, Для получения продукта в стакан заливают дистиллированную воду, охлаждают стакан ледяной водой и при интенсивном перемешиваний осаждают полученный раствор и водный раствор аммиака с такой скоростью (5-10 мл/мин), чтобы рН получаемой суспензии оставался в указанном интервале на протяжении всего эксперимента. Затем полученный осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой, сушат при 120°С и прокаливают при 250-400°С.

Отличительным признаком описываемого способа является проведение осаждения раствором аммиака при рН в интервале 4-7 из раствора, полученного растворением металлического титана в соляной кислоте в атмосфере водорода и температура прокаливания 250-400°С,.

В полученном по изобретению диоксиде титана удельную поверхность определя- ли по тепловой десорбции аргона. Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на дифрактометре HZG-4 в монохроматизи- ррванном медном излучении. Морфологическую структуру исследовали с помощью электронного микроскопа.

Сущность настоящего метода заключается в следующем: порошок титана растворяли в избытке соляной кислоты (1:1) в- атмосфере водорода при комнатной температуре. Полученный раствор смешивали по каплям с 25%-ным водным раствором аммиака при охлаждении стакана ледяной водой и интенсивном перемешивании. При проведении осаждения рН поддерживали в пределах 4-7. Осадок отфильтровывался, промывался, сушился на воздухе до воздушно-сухого состояния, в сушильном шкафу при 120°С и подвергался термообработке при 250-400°С.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами:

П р и м е р 1. Для приготовления Ют диоксида титана 6 г порошка металлического титана растворяют в 200 мл соляной кислоты (1:1), не допуская контакта с воздухом в атмосфере водорода. Полученный раствор (раствор 1) соосаждают с 25% водным раствором аммиака (раствор 2). Для этого в стакан наливают 50 мл дистиллированной воды, стакан охлаждают ледяной водой вви- -ду сильного разогрева при осаждении и при интенсивном охлаждении и перемешивании одновременно сливают растворы 1 и 2.

Скорость сливания растворов выбирают такой, чтобы рН образующейся суспензии находился в пределах 4-7 (нижняя граница рН обусловлена неполным образованием гид- роксида при низких значениях рН. Образовавшийся осадок фильтруют на плотном фильтре, промывают дистиллированной водой объемом 2 л, сушат на воздухе до воздушно-сухого, состояния, затем в 0 сушильном шкафу при 120еС в течение 6ч и в муфельной печи при 200°С в течение 2 ч. РФА - образец рентгеноаморфный. Удельная поверхность - 219 м/г. П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, 5 отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 250°С в течение 2 ч.

РФ А-дифракционная картина соответствовала фазе ТЮ2 - рутила (тестирование 0 проведено по картотеке ICPDS, № 21-1276). Удельная поверхность - 186 M2/f. Электронно-микроскопическое исследование - частицы кубической формы разо5 мером40-50А.

П р ии м е р 3. Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной пени при 400°С в течение 2 ч. 0 РФА - единственная фаза - рутил. Удельная поверхность - 95 мг/г. П р и м е р 4. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что для облегчения фильтрования после осаждения суспензию 5 подогревают до 70°С и фильтруют.

РФА - единственная фаза - рутил. Удельная поверхность - 134 мг/г. П р и м е р 5, Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что рН в процессе 0 осаждения поддерживают в пределах 5-6. РФА - образец рентгеноаморфный. Удельная поверхность - 215 м /г. Приме р 6. Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что рН в процессе 5 осаждения поддерживают в пределах 6-7. РФА - образец рентгеноаморфный. Удельная поверхность - 218 м /г. Пример. Аналогичен примеру 2,. отличие состоит в том, что рН в процессе 0 осаждения; поддерживали в пределах 5-6. РФА - единственная фаза - рутил. Удельная поверхность - 179 мг/г. ПримерЗ. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что рН в процессе 5 осаждения поддерживали в пределах 6-7. РФА - единственная фаза - рутил. Удельная поверхность - 174 м /г. П р и м е р 9. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что раствор 1 по каплям, при интенсивном перемешивании и

охлаждении ледяной водой добавляется в избыток 25% водного раствора аммиака, т.е. осаждение ведется при рН больших 7.

РФА - образец рентгеноаморфный плюс небольшое количество фазы анатаза.

Удельная поверхность - 322 м2/г;

П р и мер 10. Аналогичен примеру 9, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 350°С в течение 2 ч.

РФА - единственная фаза - анатаэ.

Удельная поверхность - 111 м2/г.

П р и м е р 11. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что в данном случае раствором 1 является 15% раствор трихло- рида титана в соляной кислоте марки ЧДА объемом 120 мл,

РФА - содержание рутила - 40%. раз0

мер частиц - 150 А, содержание анатаза о60%, размер частиц - 100 А.

Удельная поверхность - 164 м2/г.

П р и м е р 12. Аналогичен примеру 11, .отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 5-6,

РФА - содержание рутила - 35%, раз. о. мер частиц - 150 А, содержание анатаза о . 65%, размер частиц-100 А.

Удельная поверхность - 170 м /г,

Прим е р 13. Аналогичен примеру 11. отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 6-7.

РФА - содержание рутила - 30%, разо

мер частиц - 150 А, содержание анатаза о

70%, размер частиц-100 А. Удельная поверхность - 174 м /г. Пример 14. Аналогичен примеру 11, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 350°С в течение 2-х часов.

О

РФА - содержание рутила - 60%, разомер частиц - 170 А, содержание анатаза о

40%, размер частиц-150 А.

Удельная поверхность - 88 м2/г.

Прим е р 15. Аналогичен примеру 11, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном Шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 500°С в течение 2 ч.

РФА- единственная фаза - рутил, присутствуют следы анатаза, размер частиц -

1000 А..

Удельная поверхность - 29 м2/г. 5 П р и м е р 16. Аналогичен примеру 9, отличие состоит в том, что в данном случае раствором 1 является 15% раствор трихло- рида титана в соляной кислоте марки ЧДА f, объемом 120 мл.

0 РФА - образец рентгеноаморфен. Удельная поверхность - 409 м /г. Пример17. Аналогичен примеру 16, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался 5 при 350°С в течение 4ч.

РФА - содержание рутила - 25%, раз . о мер частиц - 150 А, содержание анатаза О

0 75%, размер части ц-200 А.

Удельная поверхность - 73 м2/г. Таким образом, из представленных результатов видно, что диоксид титана со структурой рутила образуется при соосаж5 дении раствора, полученного при растворении металлического титана в соляной кислоте в атмосфере водорода и водного раствора аммиака при охлаждении и рН в интервале 4-7. После фильтрования, про0 мывки осадка, сушки и термообработки уже при 250°С формируется диоксид титана со структурой рутила с величиной удельной поверхности, достигающей 186 м /г и размео.

- ром частиц - 40-50 А.

Использование: получение диоксида титана со структурой рутила. Сущность: споИзобретение относится к способу приготовления диоксида титана со структурой рутила, имеющего высокоразвитую поверхность. Наиболее близким по предлагаемому способу приготовления диоксида титана со структурой рутила является способ, по которому диоксид титана получается приливани- ем по каплям 25%-ного водного раствора аммиака к 15% водному раствору при комнатной температуре и интенсивном перемешивании с последующими фильтрованием, промывкой, сушкой осадка при 120°С в течение 24 ч и термообработкой. рН в процессе осаждения не регламентируется, однако, судя по методике приготовления образца, можно полагать, что величины рН изменяются от достаточно низких в начале осаждения до неопределенных значений к концу эксперимента. Исследование удельной поверхности и фазового состава образцов при различных соб приготовления диоксида титана со структурой рутила состоит в осаждении водным раствором аммиака из раствора трих- лорида титана, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в атмосфере водорода, при рН в интервале с последующим отделением осадка и термообработкой при температуре 250-400°С. Способ позволяет получать продукт полностью окристаллизованный в фазе рутила при 250°С с величиной удельной поверхности, достигающей 186 м /г, состоящий из частиц кубической формы размером 40-50 А. режимах их термообработки показывает, что фаза рутила, начинает формироваться лишь при 650°С. Величина удельной поверхности образца, прокаленного в течение 24 часов при 800°С - температура завершения формирования фазы рутила - составляет 5 м2/г. Таким образом, основным недостатком известного способа приготовления диоксида титана со структурой рутила является недостаточно высокое качество продукта из-за низкой удельной поверхности и высокой температуры формирования. Целью изобретения является улучшение качества диоксида титана, т.е. получение диоксида титана со структурой рутила, обладающего высокоразвитой поверхностью. Указанная цель согласно изобретению достигается описываемым способом приготовления диоксида титана со структурой рутила, заключающимся в осаждении из fe Х| Ю СП ю ел 00 со