水解法制备纳米TiO2的研究

• 作 者: 李威
• 出 处: 昆明理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 纳米二氧化钛 直接水解法 TiCl4 TiOSO4 超声分散 粒度

采用云南地区丰富的钛资源为研究对象,开展纳米二氧化钛制备技术开发研究,突破液相法制备纳米二氧化钛的过程中易团聚的关键技术,获得相关过程的最佳工艺参数。本研究采用沉淀法制备锐钛矿型纳米二氧化钛,其主要应用于制备钛酸锂电池负极材料的原料。重点对TiCl₄酸解液的配制及水解过程进行了热力学分析,对分别以TiCl₄和TiOSO₄为原料制备锐钛矿型纳米二氧化钛的实验条件进行了研究,得到最佳实验条件。TiCl₄酸解液的配制及水解过程中,由于TiCl₄极不稳定,遇水即发生剧烈水解,其水解反应为分步反应。因此可将其溶解于较高浓度的盐酸溶液中来抑制其水解。由于这是一个放热反应,所以配制过程必须在冰水浴下进行。反应溶液稳定性随TiCl₄浓度的增加而增大,随溶液温度的增高而降低。降低TiCl₄的浓度或者升高温度都会促进TiCl₄的水解。以TiCl₄为原料进行实验的过程中主要研究了TiCl₄浓度、NaOH溶液浓度、NH₃·H₂O浓度、NH₄HCO₃溶液浓度、分散剂用量、超声波条件、煅烧温度、煅烧时间等实验条件对产品粒度和分散性的影响。结果表明:当TiCl₄浓度为100 g/L,用氨水滴定,控制反应液的pH值为6-7,搅拌速度为450 r/min,选用聚乙二醇2000作为分散剂,超声陈化60 min,陈化温度为40℃,煅烧温度400℃时,可制备出d₅₀=30.00 nm;比表面积:60-80 m²/g,纯度为99.10%的锐钛矿型纳米二氧化钛。同时,超声分散可以有效解决产品的团聚问题,但是时间不宜过长。低功率长时间的超声分散和高功率短时间的超声分散可以抑制颗粒的团聚。以TiOSO₄为原料进行实验。主要研究了表面活性剂用量、TiCl₄浓度、反应温度、反应体系pH、超声波强化、煅烧温度等因素对纳米二氧化钛生成及性能的影响。结果表明:产品最佳煅烧温度为450℃。煅烧温度过低会导致产物没有完全转化为锐钛型Ti O₂;煅烧温度过高锐钛型会逐渐转化为金红石型Ti O₂,而且过高的煅烧温度会导致颗粒进一步烧结,形成硬团聚,导致后期研磨困难。因此在保证晶相转化的前提下,应尽量降低热处理温度,缩短热处理时间,或多次短时热处理均有助于降低硬团聚。