CN101346313A

Methods for production of titanium oxide particles, and particles and preparations produced thereby

Abstract

The present invention provides a method for forming small-sized titanium oxide particles. The method includes the following steps: a) preparing a starting aqueous solution containing at least one of tetravalent titanium ions and their complexes, with a concentration of at least 0.1% w/w titanium; b) keeping the solution at a temperature lower than 70°C for a certain residence time during which hydrolysis occurs, and the degree of hydrolysis is sufficient to generate 0.1 mmol protons per mmol titanium in the solution, wherein The time is not more than 14 days to form a system containing a retention solution; and c) the conditions of the system are adjusted by at least one of the following steps: i) the retention solution is heated to increase its temperature by at least 1°C; ii) Change the pH of the retention solution by at least 0.1 unit; and iii) dilute the retention solution by at least 20%. There are thus formed particles, most of which have a size of about 2 nm to about 500 nm.

Term

Projected expiry 21 December 2026.

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71 claims: 5 independent, 66 dependent

  1. 1
    第 1. 用于形成小尺寸钛氧化物颗粒的方法,该方法包括以下步骤: a) 制备起始水溶液,该水溶液包含四价钛离子及其络合物中的至 少一种,浓度至少为0. 1% w/w的钛; b) 将所述溶液保持在低于7(TC温度下持续一定停留时间,其间 发生水解,所述水解程度足以对溶液中存在的每mmol钛产生0. lmmol 质子,其中所述时间不超过14天,以形成含保留溶液的体系;及 c)通过下列步骤中的至少一个调节所述体系的条件: i)加热所述保留溶液以便将其温度升高至少1°C;ii )将保留溶液的pH值改变至少0. 1单位;及 iii )稀释保留溶液至少20%, 由此存在形成的颗粒,其中大多数所形成的颗粒的尺寸为约2nm至约 500nm o
  2. 2
    根据权利要求1的方法,其中将所述溶液维持在所述调节的条 件下持续至少0. 5分钟。
  3. 3
    根据权利要求1的方法,其中在少于2小时期间内进行所述条 件调节。
  4. 4
    根据权利要求1的方法,其中大多数所形成的颗粒具有超过50 %的结晶度。
  5. 5
    根据权利要求1的方法,其进一步的特征在于中间50重量%的 形成颗粒中的最小和最大颗粒的颗粒尺寸比小于约10。
  6. 6
    根据权利要求1的方法,其进一步的特征在于中间50重量%的 形成颗粒中的最小和最大颗粒的颗粒尺寸比小于约5。
  7. 7
    根据权利要求1的方法,其进一步的特征在于大多数所形成的 颗粒具有细长以外的构形。
  8. 8
    根据权利要求1的方法,其进一步的特征在于大多数形成的颗 粒具有至少30 n?/gr表面积。
  9. 9
    根据权利要求1的方法,还包括在约90至约900°C的燉烧温度 200680049411.3 第 下使所述形成颗粒脱水以形成脱水的颗粒的步骤。
  10. 10
    根据权利要求9的方法,其中在超大气压力下进行所述脱水。
  11. 11
    根据权利要求9的方法,其中所述脱水步骤和所述调节步骤同 时进行。
  12. 12
    根据权利要求11的方法,其中调节包括加热到锻烧温度。
  13. 13
    根据权利要求9的方法,其进一步的特征在于大多数脱水颗粒 具有细长以外的构形。
  14. 14
    根据权利要求9的方法,其进一步的特征在于大多数脱水颗粒 具有至少30 m 2 /gr表面积。
  15. 15
    根据权利要求1的方法,其中所述颗粒选自锐钛矿、金红石或 板钛矿。
  16. 16
    根据权利要求1的方法,其中所述氧化物具有Ti02的化学式。
  17. 17
    根据权利要求1的方法,其中所述氧化物具有化学式Ti(0H)4。
  18. 18
    根据权利要求1的方法,其中所述水溶液的制备包括下列操作 中的至少一个:溶解钛化合物、添加碱和钛盐溶液的酸化。
  19. 19
    根据权利要求18的方法,其中所述钛化合物选自钛盐、钛氧 化物、钛氢氧化物、含所述钛化合物的矿物以及它们的混合物,并且 其中将所述化合物溶解在包含酸的酸性溶液中,所述酸选自硫酸、硝 酸、盐酸、磷酸、有机酸、它们的酸式盐及其纽合。
  20. 20
    根据权利要求1的方法,其中所述制备的水溶液包含选自硫酸 根、氯根、硝酸根、磷酸根和有机酸的阴离子及其混合物。
  21. 21
    根据权利要求1的方法,其中所述制备的起始水溶液中的大多 数阴离子是硫酸根阴离子。
  22. 22
    根据权利要求1的方法,其中制备的溶液中的钛浓度大于约5 重量%。
  23. 23
    根据权利要求1的方法,其中在至少80%的过程持续时间期 间溶液的pH值低于5。
  24. 24
    根据权利要求1的方法,其中在步骤(b)的至少部分持续时 间期间步骤(b)中溶液的pH值保持为约0至约2. 5 0 200680049411.3 第
  25. 25
    根据权利要求1的方法,其中在至少部分所述调节步骤期间所 述水溶液的起始pH值是约0至约1. 5。
  26. 26
    根据权利要求1的方法,该方法包括至少两个加热步骤。
  27. 27
    根据权利要求1的方法,该方法还包括下列步骤中的至少一 个:研磨所述形成的颗粒和筛分所述形成的颗粒。
  28. 28
    根据权利要求1、9和27的方法,其中在制备、保持、调整、 脱水和研磨中的至少一个步骤中存在至少一种分散剂。
  29. 29
    根据权利要求28的方法,其中所述分散剂选自阳离子聚合物、 阴离子聚合物、非离子聚合物、表面活性剂及其混合物。
  30. 30
    根据权利要求28的方法,还包括调整所述分散剂量的步骤。
  31. 31
    根据权利要求1的方法,其中通过下列操作中的至少一个处理 所述起始溶液:超声和微波。
  32. 32
    任何时候根据权利要求1的方法形成的钛氧化物颗粒和它们 转变的产物。
  33. 33
    根据权利32的钛氧化物颗粒,其特征在于相对于与其相互混 合的其它金属,所述钛氧化物颗粒的纯度是至少95%。
  34. 34
    根据权利32的钛氧化物颗粒,其特征在于具有选自球状、杆 状、针状和筏状的形状。
  35. 35
    根据权利32的钛氧化物颗粒,其特征在于所述颗粒掺杂有其 它化合物的原子。
  36. 36
    包含根据权利要求1方法制备的所述钛氧化物颗粒的制品。
  37. 37
    根据权利要求36的制品,其中通过选自下面的调整过程对所 述颗粒进行调整:在液体中分散、负载固体化合物上、团聚为更大颗 粒、部分熔合、被涂覆或其组合。
  38. 38
    用于制造根据权利要求36的制品的方法,包括选自分散所述 颗粒、添加载体、热处理、混合、水蒸·发喷雾干燥、热喷涂及其组合 中的步骤。
  39. 39
    —种方法,其包括将根据权利要求32的所述颗粒和根据权利 要求36的所述制品中的至少一种用作颜料。 200680049411.3 第
  40. 40
    —种方法,其包括将根据权利要求32的所述颗粒和根据权利 要求36的所述制品中的至少一种用于催化剂。
  41. 41
    一种方法,其包括将根据权利要求32的所述颗粒和根据权利 要求36的所述制品中的至少一种用于涂层。
  42. 42
    根据上述权利要求任一项的颗粒工业生产,其中以至少50Kg/ 小时的速率形成颗粒。
  43. 43
    形成颜料的方法,包括权利要求1的步骤。
  44. 44
    形成催化剂的方法,包括权利要求1的步骤。
  45. 45
    形成小尺寸钛氧化物颗粒的方法,包括步骤: a) 制备起始水溶液,该水溶液包含四价钛离子及其络合物中的至 少一种,浓度为至少0. 1% w/w的钛,所述溶液的pH值低于2;b) 制备调整水溶液; c) 在混合室中以连续的方式使起始溶液与调整溶液接触以便形成 调整体系; d) 以活塞流方式从混合室中移出调整体系;并且 该方法的特征在于: i) 在混合室中的停留时间少于约5分钟; ii) 存在形成的颗粒或其团聚物,其中大多数所形成的颗粒的尺寸 是约2nm至约500nm;和 iii) 形成的颗粒包括钛酸或Ti0 2 或其组合。
  46. 46
    根据权利要求45的方法,其中通过调整溶液利用至少一个下 述条件来调节所述体系的条件: a) 加热所述起始水溶液至少10°C, b) 将所述起始水溶液的pH值改变至少0.1单位;及 c) 将起始水溶液稀释至少20% 或其组合,其中将所述调整体系在所述调节条件下保持至少0. 5分钟。
  47. 47
    根据权利要求45的方法,其中所述起始溶液中的钛浓度大于 2重量%。
  48. 48
    根据权利要求45的方法,其中所述起始溶液和所述调整溶液 200680049411.3 第 中的至少一种包含选自分散剂和碱性化合物的试剂。
  49. 49
    根据权利要求47的方法,其中所述碱性化合物选自氨、碳酸 鞍、碳酸氢钱·和尿素
  50. 50
    根据权利要求46的方法,其中所述调整体系的溶液中的OH/Ti 摩尔比小于4。
  51. 51
    根据权利要求45的方法,其中调整溶液的温度为100-300匸。
  52. 52
    根据权利要求45的方法,其中所述调整体系保持在低于100 大气压的压力下。
  53. 53
    根据权利要求45的方法,其中将所述调整体系保持1 -60分钟。
  54. 54
    根据权利要求53的方法,其中在所述保持期间,将温度稳持 在调整体系温度在两个方向任一上的变化小于20°C之内。
  55. 55
    根据权利要求45的方法,还包括在与所述接触前将制备的起 始水溶液在低于80°C温度且大于0的pH值下保持初步的保留时间,所 述初步保留时间足以对溶液中存在的每mmol钛产生0. lmmol质子,其 中所述初步保留时间不超过14天。
  56. 56
    根据权利要求45的方法,其中在混合室中的停留时间少于约 5秒。
  57. 57
    根据权利要求45的方法,其中在混合室中的停留时间少于约 0. 5 秒。
  58. 58
    根据权利要求45的方法,其中将移出的调整体系保持至少 0. 5分钟。
  59. 59
    任何时候根据权利要求45的方法形成的钛氧化物颗粒以及它 们转变的产物。
  60. 60
    权利要求59的钛氧化物颗粒,其特征在于相对于与其相互混 合的其它金属,所述钛氧化物颗粒的纯度是至少95%。
  61. 61
    权利59的钛氧化物颗粒,其特征在于具有选自球状、针状、 杆状和筏状的形状。
  62. 62
    权利59的钛氧化物颗粒,其特征在于所述颗粒掺杂有其它化 合物的原子。 200680049411. 3 第
  63. 63
    包括任何时候根据权利要求45的方法制备的所述钛氧化物 颗粒的制品。
  64. 64
    根据权利要求63的制品,其中所述颗粒分散在液体中、负载 固体化合物上、团聚为更大颗粒、部分熔合或其任何组合。
  65. 65
    根据权利要求45的方法,其中将移出的调整体系或其中的颗 粒引入到结晶器中。
  66. 66
    根据权利要求65的方法,其中结晶器内的温度保持在约 100-300°C o
  67. 67
    根据权利要求65的方法,其中向结晶器中还引入钛盐溶液。
  68. 68
    根据权利要求65的方法,其中向结聶器中还引入钛酸。
  69. 69
    根据权利要求18的方法,其中通过添加酸对所述钛盐溶液进 行所述酸化,所述酸选自:所述钛盐中存在的阴离子的酸、其它酸以 及它们的任何组合。
  70. 70
    根据权利要求45的方法,其中将含选自酸和碱的化合物的溶 液添加到选自所述起始溶液、所述调整溶液和所述调整体系中的至少 一种溶液中。
  71. 71
    根据权利要求1和63的方法,其中在选自制备、保留、调整、 在所述结晶器中结晶、所述活塞流方式流动组成的组中的至少一个步 骤中存在选自分散剂和碱性化合物的试剂。 200680049411.3
Independent claims71