纳米钛白粉的制备方法---TiCl4气相氧化法
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：507
此法与氯化法制造普通金红石型钛白粉的原理相类似，只是工艺控制条件更加复杂和精确。在反应初期，TiCl4和氧气发生均相化学反应，生成TiO2时前体分子，通过成核形成TiO2的分子簇或粒子。由于非均相成核比均相成在热力学上更容易，随着反应的进行，TiCl4在TiO2粒子表面吸附并进行在非均相反应，使粒子变大，其反应式如下 TiCl4 (g)+O2(g)===TiO2(s)+2Cl2(g) 施利毅等利用N2携带TiCl4气体，经预热到435℃后，经套管喷嘴的内管进入高温管式反应器，氧气经预热到870℃后，经套管喷嘴外管而也进入反应器，TiCl4和O2在900~1400℃下反应，反应生成的纳米钛白粉微粒经粒子捕集系统实现气固分离。他们研究了氧气预热温度、反应器尾部氮气流量、反应温度、停留时间和掺铝量对TiO2颗粒大小、形貌和晶型的影响。结果表明，提高氧气预热温度和加大反应器尾部氮气流量对控制产物粒径有利，纳米TiO2颗粒的粒径随反应温度升高和停留时间延长而增大，当反应温度为1373K，AlCl3与TiCl4的摩尔比为0.25:1、停留时间为1.73s时，纯金红石型纳米TiO2颗粒的粒径分布为30~50mm。 华东理工大学首先将可燃气体与过量氧气混合燃烧，生成高温含氧气流，然后再与经过预热的气态TiCl4 (含微量晶型 转化促进剂)呈一定角度交叉混合，使反应在高速下进行。同时采用外部急冷的方法，使反应物迅速冷却，从而获得高金红石型含量的纳米钛白粉。 TiCl4气体氧化法 ，由于氯气可以循环利用，具有节能、环保、成本低和自动化程度高的优点，可以分别制备出锐钛型、混晶型 和金红石型纳米钛白粉。但是由于这种工艺过程的复杂性，一方面是在发生化学反应和成核、成长的同时，TiO2分子、分子簇和粒子之间会发生碰撞、凝聚并形成团聚体，在高温下还会发生烧结和晶型转化等固相反应，而且各过程并非是简单的并联和串联过程；另一方面由于反应器涉及复杂的流动、传递、混合等工程问题，这些问题也会影响纳米钛白粉的结构和性能。为了实现对纳米钛白粉粒子状态、粒径分布、比表面积和晶型的有效控制，必须对过程的特点、动力学规律和影响因素进行进一步研究。 目前，实现TiCl4气相氧化法的规模化生产的关键是要解决氧化反应器的结构设计，反应器必须达到以下两个目的：①使反应物在极短的时间达到高度的湍动和激烈的动量交换，使反应物达到预定的温度和人子水平的混合均匀，同时避免任何宏的逆向流动，以确保均一的反应条件；②反应器内有较大的温度梯度，使粒子的成核与生长尽可能分开进行。反应过程既要在较高的温度下进行，使反应速率增大，从而增加产物的过饱和度，有利于形成纳米钛白粉，促使锐钛型向金红石转变，反应结束后，又必须使产物迅速冷却，避免纳米粒子的凝聚和烧结，使粒子变大。该法副产物的腐蚀性强，投资大，设备结构复杂，对材料要求高，需要耐高温、耐腐蚀，装置难以维修，研究开发难度大。
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