Спосіб одержання діоксиду титану анатазної модифікації

Изобретение относится к способам получения диоксида титана и может быть использовано для получения каталитически активного диоксида титана анатазной модификации. Диоксид титана находит широкое применение во многих областях промышленности и народного хозяйства. Особое значение он приобрел в последние годы как катализатор. Для каталитических целей требуется диоксид титана анатазной модификации с высокой дисперсностью. Известен способ получения диоксида титана анатазной модификации, принятый за прототип, согласно которому предварительно получают титановые зародыши, тетрахлорид титана растворяют в воде, о тгоняют вводят в раствор раствор нагревают до 70 - 75°C, а затем вводят в него титановые зародыши, полученный раствор нагревают до 95 - 98°C и выдерживают при отой температуре не менее 3 3,5 часов, после чего осадок отделяют и прокаливают при температуре 600 - 650°C [1]. Однако известный способ сложен в исполнении за счет многостадийности и необходимости предварительного приготовления зародышей и трихлорида титана. Изобретение решает задачу получения мелкодисперсного продукта и упрощения процесса. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения диоксида титана анатазной модификации из тетрахлорида титана, включающем его растворение в воде, введение добавки, способствующей формированию структуры анатаза, согласно изобретению добавку вводят непосредственно при растворении, а в качестве добавки используют растворимые в воде соединения, содержащие ионы в количестве 3 - 6% от массы образующегося диоксида титана или ионы в количестве 3 50% от массы образующегося диоксида титана. Известно, что термогидролиз тетрахлорида титана водой идет с получением смеси фаз анатаза и рутила. Для преимущественного формирования какой-либо одной фазы требуется применение определенных приемов; например введение добавок. Ионы относятся к добавкам, способствующим формированию анатазной структуры. Способов получения термогидролизом с добавлением или нет. При разработке предлагаемого способа выяснилось, что при введении перед термогидролизом в водный раствор ионов или в заявляемом количестве раствор проявляет новое свойство - образует основу только для анатазной структуры диоксида титана. Это новое свойство неожиданно приводит к упрощению процесса гидролиза за счет совмещения операций растворения и введения добавки, а также исключения операций специальной подготовки раствора. Экспериментально установлено, что при введении или менее 3% от образуется смесь фаз анатаза и рутила, а при любом большем количестве - только фаза анатаза. Ионы и вводят в стр уктуру Повышение количества добавки с ионом более 6% нежелательно, так как концентрация серы в катализаторе поднимается выше регламентированной величины. Содержание общей серы в нем не должно превышать 2%. Повышение количества добавки приводит к получению не титаноксидного, а ванадиевого катализатора. Таким образом заявляемая совокупность признаков позволяет получить диоксид титана анатазной модификации более простым способом, так как значительно сокращается количество операций и затраты времени. Заявляемый способ упрощается за счет совмещения операций растворения и введения добавки, исключения операций специальной подготовки раствора и операций приготовления зародышей и низших хлоридов титана, а также дополнительно повышается дисперсность целевого продукта в 100 раз, что очень важно для диоксида титана, используемого для каталитических целей. Способ осуществляется следующим образом. В воду вводят при непрерывном перемешивании тетрахлорид титана и добавку в требуемом количестве. Смесь подают с определенной скоростью в горячую воду, имеющую температуру 90 - 95°C. Объем воды составляет примерно 2/3 от объема исходной смеси. Смесь выдерживают при температуре 3 часа, охлаждают, отстаивают, разделяют твердую и жидкую фазы, осадок промывают и прокаливают. После прокаливания осадок анализируют методами химического анализа на состав примесей, рентгенофазового анализа на состав фаз и размер блоков, микроскопического анализа на размер частиц. Пример 1. В 300г дистиллированной воды растворили 65мл тетрахлорида титана и 0,9г (2% от массы концентрированной серной кислоты марки х.ч. Растворение проводили в водоохлаждаемом смесителе при непрерывном перемешивании, а тетрахлорид титана дозировали из капельной воронки со скоростью 0,04мл/с. Полученную смесь подавали со скоростью 5мл/с в 200мл воды с температурой 95°C и выдерживали при этой температуре 3 часа. После охлаждения твердую и жидкую фазы разделяли декантацией, осадок многократно промывали водой на фильтре до pH = 4, сушили на воздухе и прокаливали при 400°C 2 часа. Полученный осадок представлял собой диоксид титана анатазной и рутильной модификации: 31% рутила с размером блоков 0,8 ´ 10-2мкм; 69% анатаза с размером блоков 1,0 ´ 102 мкм. Содержание общей серы в диоксиде титана 0,7%. Пример 2. В 300г дистиллированной воды растворили 65мл тетрахлорида титана и 1,5г концентрированной серной кислоты марки х.ч. (3% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 1. Полученный осадок представлял собой диоксид титана со 100% анатазной структурой размером блоков 1,2 ´ 102 мкм. Содержание общей серы в диоксиде титана 1%. Пример 3. В 300г дистиллированной воды растворили 65мл тетрахлорида титана и 2,9г концентрированной серной кислоты марки х.ч. (6% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 1. Получен 100% - ный диоксид титана анатазной модификации с размером блоков 1,2 ´ 10-2мкм, содержание общей серы в нем - 2%. Пример 4. В 300мл дистиллированной воды растворили 65мл тетрахлорида титана и 4,5г концентрированной серной кислоты марки х.ч. (9% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 1. Получен диоксид титана со 100% - ной структурой анатаза и размером блоков 1,4 ´ 10-2мкм. Содержание общей серы в диоксиде титана 3%. Образец непригоден для производства катализатора. Пример 5. В 300мл дистиллированной воды растворили 60мл тетрахлорида титана и 0,5мл чистого оксотрихлорида ванадия (2% от массы с содержанием основного вещества 99,95%. Растворение проводили в водоохлаждаемом смесителе при непрерывном перемешивании, а тетрахлорид титана дозировали из капельной воронки со скоростью 0,06мл/с. Раствор подавали в 200мл горячей воды с температурой 95°C. Скорость подачи смеси 4мл/с. Смесь выдерживали при 95°C три часа, затем охлаждали, отделяли образовавшуюся твердую фазу декантацией, осадок многократно промывали водой до pH = 4, сушили на воздухе и прокаливали при 400°C 2 часа. Состав осадка, %: анатаз - 56; рутил - 42; - 2. Пример 6 (заявляемый способ). В 300мл дистиллированной воды растворили 60мл тетрахлорида титана и 0,8мл оксотрихлорида ванадия (3% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 5. Состав осадка: структуры анатаза - 97%; - 3%. Пример 7. В 300мл дистиллированной воды растворили 60мл тетрахлорида титана и 5,0мл оксотрихлорида ванадия (20% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 5. Получен осадок, содержащий 80% диоксида титана 100% - ной анатазной модификации и 20% пентооксид ванадия. Пример 8. В 300мл дистиллированной воды растворили 60мл тетрахлорида титана и 12,4мл оксотрихлорида ванадия (50% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 5. Осадок представлял собой диоксид титана анатазной модификации (100%) с размером блоков 1,1 ´ 10-2мкм. Состав осадка: 50% диоксида титана анатазной модификации и 50% пентооксида ванадия. Пример 9. В 300мл дистиллированной воды растворили 60мл тетрахлорида титана и 13мл окситрихлорида ванадия (53% от массы Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 5. Состав осадка: 53% пентооксида ванадия; 47% диоксида титана анатазной модификации. Полученный осадок является основой для получения ванадиевого не титаноксидного катализатора. Пример 10. В 300г дистиллированной воды растворили 65мл тетрахлорида титана и 3г сульфатхлорида титана Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 1. Получен диоксид титана анатазной модификации с размером блоков 1,0 ´ 10-2мкм. Пример 11. В 300мл дистиллированной воды растворили 65мл тетрахлорида титана и 3г сульфата циркония Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 1. Получен диоксид титана анатазной модификации с размером блоков 0,9 ´ 10-2мкм. Пример 12. В 300мл дистиллированной воды растворили 60мл тетрахлорида титана и 1г метаванадиевой кислоты с содержанием основного вещества 99,95%. Дальнейшее течение процесса аналогично примеру 5. Получен диоксид титана анатазной модификации с размером блоков 1,1 ´ 10-2мкм. Пример 13 (по прототипу). 1 стадия. Приготовление зародышей. К 10мл суспензии гидратированного диоксида титана с концентрацией 300г/л добавили 8мл (40мас.%) 1н. раствора Смесь кипятили 4 часа, охладили, отфильтровали, промыли от водорастворимых примесей до pH = 6,0. Суспензию полученного титана (30мл) с содержанием 100г/л поделили на 2 части. В первую часть объема 20мл ввели 2,5мл концентрированной соляной кислоты и кипятили смесь 1 час, затем ввели вторую часть суспензии объемом 10мл и термостатировали при 80°C в течение 1 часа. 2 стадия. Получение диоксида титана. 95мл тетрахлорида титана растворили в 500мл дистиллированной воды, отогнали часть образовавшейся до кислотного фактора 1,5; ввели в раствор 1 часть Смесь нагревали до 700°C и ввели в нее 3,5г титановых зародышей, полученных ранее, раствор при непрерывном перемешивании нагревали до 98°C, выдержали при этой температуре 3,5 часа. Осадок отфильтровывали, промывали водой, просушили и прокалили при 650°C. По данным рентгенофазного анализа осадок представлял собой анатазную модификацию диоксида титана с размером частиц до 1мкм. Использование предлагаемого изобретения позволяет упростить способ за счет исключения некоторых трудоемких стадий процесса (приготовление зародышей; отгонка соляной кислоты; введение в раствор который как реактив не производится, так как быстро окисляется, необходимо его приготовление, что весьма трудоемко; нагрев раствора до 70°C) и получить высокодисперсность частиц анатаза - до 1мкм.