Способ получения диоксида титана со структурой рутила

(51) 5 ЕТЕН АНИ Б К ПАТ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Институт катализа СО АН СССР(73) Институт катализа СО РАН,1 пйцепсе оЮ Фе Ргерага 11 оп П 1 ейос 1 з оЮ Т 102оп Ве Рго 1 осаса 1 ут 1 с Ое 9 габат 1 оп о РЬепо 11 пАоосоцз О зрегз 1 оп,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА СО СТРУКТУРОЙ РУТИЛА(57) Использование: получение диоксида.титана со структурой рутила. Сущность: споИзобретение относится к способу приготовления диоксида титана со структурой рутила, имеющего высокоразвитую поверх. ность.Наиболее близким по предлагаемому способу приготовления диоксида титана со структурой рутила является способ, по которому диоксид титанаполучается приливанием по каплям 250(з-ного водного раствора аммиака к 15% водному раствору Т 1 С 1 з 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 достаточна 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 трихлорида титана, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в атмосфере водорода, при рН в интервале 4-7 с последующим отделением осадка итермообработкой при температуре 250-400 С. Способ позволяет получать продукт полностью окристаллизованный в фазе рутила при 250 С с величиной у 2 дельной поверхности, достигающей 186 м /г, состоящий из частиц кубической формы размером040 - 50 А,режимах их термообработки показывает, что фаза рутила, начинает формироваться Я лишь при 650 С, Величина удельной поверхности образца, прокаленного. в течение 24 часов при 800 С - температура в завершения формирования фазы рутила - 4 составляет 5 м 2/г. К)Таким образом, основным недостатком (р известного способа приготовления диоксида титана со структурой рутила является недостаточно высокое качествопродукта иэ-за низкой удельной поверхности и высокой 0 ф температуры формирования.целью изобретения яеляетоя улучше. )бе ние качества диоксида титана, т,е. получе-: (д ние диоксида титана со структурой рутила, обладающего высокоразвитой поверхностью.Укаэанная цель согласно изобретению достигается описываемым способом приготовления диоксида титана со структурой рутила, заключающимся в осаждении изсолянокислого раствора трихлорида титана,полученного растворением металлическоготитана в соляной кислоте в атмосфере водорода, водным раствором аммиака при интенсивным перемешивании, охлаждении и 5рН в интервале 4-7, Для получения продукта в стакан заливают дистиллированную воду, охлаждают стакан ледяной водой и приинтенсивном перемешивании осаждаютполученный раствор и водный раствор аммиака с такой скоростью (5-10 мл/мин), чтобы рН получаемой суспензии оставался вуказанном интервале на протяжении всегоэксперимента. Затем полученный осадокотфильтровывают, промывают дистиллированной водой, сушат при 120 С и прокаливают при 250-400 С.Отличительным признаком описываемого способа является проведение осаждения раствором аммиака при рК в интервале 204-7 из раствора, полученного растворениемметаллического титана в соляной кислоте ватмосфере водорода и.температура прокаливания 250 - 400 С,.В полученном по изобретению диоксиде титана удельную поверхность определяли по тепловой десорбции аргона.Рентгенофазовый анализ (РФА) проводилина дифрактометре НБв монохроматизированном медном излучении. Морфологиче- .30скую структуру исследовали с помощьюэлектронного микроскопа.Сущность настоящего метода заключается в следующем: порошок титана растворяли в избытке соляной кислоты (1;1) в 35атмосфере водорода при комнатной температуре. Полученный раствор смешивали покаплям с 25;-ным водным раствором аммиака при охлаждении стакана ледяной водойи интенсивном перемешивании. При проведении осаждения рН поддерживали в пределах 4-7. Осадок отфильтровывался,промъ 1 вэлся, сушился на воздухе до воздушно-сухого состояния, в сушильном шкафупри 1200 С и подвергался термообработке 45при 25 О - 4 ОО С.Сущность изобретения иллюстрируетсяследующими примерами;П р и м е р 1, Для приготовления 10 гдиоксида титана 6 г порошка метэллического титана растворяют в 200 мл соляной кислоты (1:1), не допуская контакта с воздухомв атмосфере водорода. Полученный раствор(раствор 1) соосаждают с 25 водным раствором аммиака (раствор 2). Для этого в 55стакан наливают 50 мл дистиллировайнойводы, стакан охлаждают ледяной водой ввиду сильного разогрева при осаждении и приинтенсивном 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 гидроксида 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 сушильном шкафу при 120 С в течение 6 ч и в муфельной печи при 200 С в течение 2 ч.РФА - образец рентгеноаморный.Удельная поверхность - 219 м /г, П р и м е р 2, Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 250 С в течение 2 ч.РФА - дифракционная картина соответствовала фазе ПО 2 - рутила (тестирование проведено по картотеке СРОК, В 21-1276).Удельная поверхность - 186 м/г.Электронно-микроскопическое исследование - частицы кубической формы раз 0мерам 40-50 А.П р и и м е р 3. Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что после сушки в сушильном шкафу образец прокаливался в муфельной печи при 400 С в течение 2 ч.РФА - единственная фаза - утил.Удельная поверхность - 95 м /г.П ри м е р 4. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что для облегчения фильтрования после осаждения суспензию подогревают до 700 С и фильтруют.РФА - единственная фаза - рутил, Удельная поверхность - 134 м /г, П р и м е р 5, Аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 5-6.РФА - образец рентгеноаморныйУдельная поверхность - 215 м /г, П р и м е р 6. Аналогичен примеру 1; отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживают в пределах 6 - 7.РФА - образец рентгеноаморный.Удельная поверхность - 218 м /г, П р и м е р 7. Аналогичен примеру 2,. отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживали в пределах 5-6.РФА - единственная фаза - рутил, Удельная поверхность - 179 мф/г, П р и м е р 8. Аналогичен примеру 2, отличие состоит в том, что рН в процессе осаждения поддерживали в пределах 6 - 7.РФА - единственная фаза - ртил.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 и1795958 охлаждении ледяной водой добавляетсяв избыток 25 водного раствора аммиака, т.е. осаждение ведется при рН больших 7.РФА - образец рентгеноаморфныйплюс небольшое количество фазы анатаза.Удельная поверхность - 322 м /г;гП р и м е р 10. Аналогичен примеру 9,отличие состоит в том, что после сушки всушильном шкафу образец прокаливался вмуфельной печи при 350 С в течение 2 ч,РФА - единственная фаза - анатаэ.Удельная поверхность - 111 м /г.гП р и м е р 11. Аналогичен примеру 2,отличие состоит в том, что в данном случаераствором 1 является 15 раствор трихлорида титана в соляной кислоте марки "ЧДА"объемом 120 мл,РФА - содержание рутила - 40, разомер частиц - 150 А, содержание анатаза -о60, размер частиц - 100 А,Удельная поверхность - 164 м /г.гП р и м е р 12. Аналогичен примеру 11,отличие состоит в том, что рН в процессеосаждения поддерживают впределах 5-6.РФА - содержание рутила - 35%, разомер частиц - 150 А, содержание анатаза -о65 о , размер частиц - 100 А.Удельная поверхность - 170 м /г,гП р и м е р 13, Аналогичен примеру 11,отличие состоит в том, что рН в процессеосаждения поддерживают в пределах 6-7.РФА - содержание рутила - 30%, разомер частиц - 150 А, содержание анатаза -о70, размер частиц - 100 АУдельная поверхность - 174 м /г.П р и м е р 14, Аналогичен примеру 11,отличие состоит в том, что после сушки всушильном шкафу образец прокаливался вмуфельной печи при 350 С в течение 2-хчасов,Формула изобретения Способ получения диоксида титана со структурой рутила, включающий осаждение его из раствора, содержащего трихлорид титана 25-ным водным раствором аммиака, фильтрование, промывку. сушку, термообРФА - содержание рутила - 607 ь, разомер частиц - 170 А, содержание анатаза -о540 , размер частиц - 150 А.Удельная поверхность - 88 м /г.гП р и м е р 15. Аналогичен примеру 11,отличие состоит в том, что после сушки всушильном Шкафу образец прокаливался вмуфельной печи при 500 С в течение 2 ч,РФА - единственная фаза - рутил, присутствуют следы анатаза, размер частиц -о1000 А.Удельная поверхность - 29 м /г.гП р и м е р 16, Аналогичен примеру 9,отличие состоит в том, что в данном случаераствором 1 является 15% раствор трихлорида титана в соляной кислоте марки "ЧДА"объемом 120 мл.20 РФА - образец рентгеноаморен.Удельная поверхность - 409 м /г.П р и м е р 17. Аналогичен примеру 16,отличие состоит в том, что после сушки всушильном шкафу образец прокаливался 25 при 350 оС в течение 4 ч.РФА - содержание рутила - 25, разомер частиц - 150 А, содержание анатаза -о30. 75%, размер частиц - 200 А.Удельная поверхность - 73 м /г,Таким образом, из представленных результатов видно, что диоксид титана соструктурой .рутила образуется при соосаж дении раствора, полученного при растворении металлического титана в солянойкислоте в атмосфере водорода и водногораствора аммиака при охлаждении и рН винтервале 4 - 7. После фильтрования, про мывки осадка, сушки и термообработки ужепри 250 С формируется диоксид титана соструктурой рутила с величиной дельной поверхности, достигающей 186 м /г и размеО45ром частиц - 40-50 А. 50 работку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения удельной поверхности, осаждение проводят из солянокислого раствора, полученного растворением металлического титана в избытке соляной кислоты в 55 атмосфере водорода при рН 4 - 7, термообработку ведут при 250-400 С,