專(zhuān)利名稱(chēng)：一種亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)功能材料領(lǐng)域中鈦酸鉀的方法，特別涉及一種亞熔鹽法制備鈦酸鉀(K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.0.5H2O三種鈦酸鉀)的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鉀是一種具有獨(dú)特性質(zhì)的無(wú)機(jī)物，隨著TiO2含量的不同有多種形式的鈦酸鉀，通常用K2O.nTiO2表示其組成，含有幾個(gè)TiO2就稱(chēng)為幾個(gè)鈦酸鉀，例如二鈦酸鉀K2Ti2O5、四鈦酸鉀K2Ti4O9、六鈦酸鉀K2Ti6O13等。鈦酸鉀具有化學(xué)穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，絕熱耐熱性等優(yōu)良性能，可被廣泛用做絕緣材料，絕熱材料，摩擦材料和離子交換材料等。
已有的制備鈦酸鉀的方法主要有水熱法，燒結(jié)法，熔融法，熔劑法和壓片法等。水熱法是用高壓釜做反應(yīng)器，在高溫高壓下進(jìn)行水溶液中的反應(yīng)。此法的缺點(diǎn)是反應(yīng)在高溫高壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備的要求高，操作復(fù)雜，成本高。燒結(jié)法是將原料混勻后進(jìn)行高溫?zé)傻姆椒?。此法?duì)原料的混合要求十分均勻，此外，此法對(duì)溫度的要求很高，升溫速率要低，降溫速率則越低越好，這樣，造成了生產(chǎn)工藝繁瑣，能耗極大，成本也較高。熔劑法是在鉀源和鈦源中加入助熔劑以降低原料的共熔點(diǎn)，但此法涉及到助熔劑的成本較高，且不易回收。
其中典型制備鈦酸鉀K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.0.5H2O的專(zhuān)利和文獻(xiàn)如下CN1458068A以二氧化鈦和氫氧化鉀為原料，通過(guò)水熱法制備出三方結(jié)構(gòu)的KTiO2(OH)。
Journal of Materials Science35(2000)3307-331以金屬鈦和氫氧化鉀為原料以水熱法制備出K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.xH2O。
Chem.Mater 2002，14，419-42以金屬鈦和氫氧化鉀為原料以水熱法制備出KTiO2(OH)。
Crystal Growth Design2002，2(5)，437-442以碳酸鉀和水和二氧化鈦為原料用燒結(jié)法制備出K2Ti2O5。
總之，以往制備鈦酸鉀K4Ti3O8，KTiO2(OH)和K2Ti2O5.0.5H2O的方法或者需要高溫(如燒結(jié)法)或者需要高壓(如水熱法)，這樣就造成了生產(chǎn)鈦酸鉀的的成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有制備鈦酸鉀K4Ti3O8，KTiO2(OH)或K2Ti2O5.0.5H2O方法的不足，而提供一種在常壓，低溫下亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法。亞熔鹽是指鹽的濃度介于溶液于熔鹽之間的可控離子化介質(zhì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，步驟如下1)混料以鈦化合物和鉀化合物為原料，按Ti與K的摩爾比為0.01∶1～1∶1的比例混均；2)將上述混配料轉(zhuǎn)入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中，在常壓下，升溫至80℃～350℃，保溫反應(yīng)10分鐘～4小時(shí)；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)固液分離制得鈦酸鉀。
還包括步驟2)之后的步驟3)對(duì)制得的鈦酸鉀進(jìn)行醇洗和干燥處理。
所述的鉀化合物的質(zhì)量百分比濃度為50％～85％。所述步驟2)的升溫速率為1℃/min～20℃/min。所述的鈦化合物為金紅石型或銳鈦型的二氧化鈦；所述的鉀化合物為氫氧化鉀。
所述氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為65％～85％，，反應(yīng)溫度為150℃～350℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘～4小時(shí)，所制備的鈦酸鉀為K4Ti3O8。
氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為50％～80％，反應(yīng)溫度為80℃～200℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘～4小時(shí)，所制備的鈦酸鉀為KTiO2(OH)。
氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為53％～63％，反應(yīng)溫度為110～180℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘～4小時(shí)，所制備的鈦酸鉀為K2Ti2O5.0.5H2O。
本發(fā)明提供的亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于，該方法可在常壓下進(jìn)行，并且反應(yīng)溫度較低，這樣就降低了對(duì)設(shè)備的要求，降低了能耗，使生成鈦酸鉀的成本降低，便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為所制備的鈦酸鉀K4Ti3O的XRD(X衍射)圖譜，反應(yīng)條件為常壓，Ti與K的摩爾比為0.01∶1，氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為85％，反應(yīng)溫度320℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。
圖2為制備的鈦酸鉀KTiO2(OH)的XRD(X衍射)圖譜，反應(yīng)條件為常壓，Ti與K的摩爾比為0.5∶1，氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為60％，反應(yīng)溫度150℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。
圖3為制備的鈦酸鉀K2Ti2O5.0.5H2O的XRD(X衍射)圖譜，反應(yīng)條件為常壓，Ti與K的摩爾比為1∶1，氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為53％，反應(yīng)溫度120℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。應(yīng)該指出，本發(fā)明并非局限于下述各實(shí)施例。
實(shí)施例11、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將224.4g KOH，39.6g去離子水和3.1948gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為85％，Ti與K的摩爾比為0.01∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為20℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為320℃保溫10分鐘；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀(K4Ti3O8)，其XRD(X衍射)圖譜見(jiàn)圖1。
實(shí)施例21、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將224.4g KOH，120.83g去離子水和159.74gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為65％，Ti與K的摩爾比為0.5∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為10℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為200℃保溫2小時(shí)；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀(K4Ti3O8)。
實(shí)施例31、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將224.4g KOH，56.1g去離子水和239.61gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為80％，Ti與K的摩爾比為0.75∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為1℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為150℃保溫4小時(shí)；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀(K4Ti3O8)。
實(shí)施例41、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，72.12g去離子水和2.3961gTiO2混合均勻(其中其中KOH的濃度為70％，Ti與K的摩爾比為0.01∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為20℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為200℃保溫10分鐘；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀『KTiO2(OH)』。
實(shí)施例5
1、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，112.2g去離子水和119.805gTiO2混合均勻(其中其中KOH的濃度為60％，Ti與K的摩爾比為0.5∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為10℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為150℃保溫2小時(shí)；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀『KTiO2(OH)』其XRD(X衍射)圖譜見(jiàn)圖2。
實(shí)施例61、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，168.3g去離子水和239.61gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為50％，Ti與K的摩爾比為1∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為1℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為100℃保溫4小時(shí)；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀『KTiO2(OH)』。
實(shí)施例71、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，149.25g去離子水和239.61gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為53％，Ti與K的摩爾比為1∶1)；2、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；3、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為20℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為120℃保溫4小時(shí)；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀『K2Ti2O5.0.5H2O』，其XRD圖譜見(jiàn)圖3。
實(shí)施例84、原料配制金紅石型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，121.87g去離子水和119.81gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為58％，Ti與K的摩爾比為0.5∶1)；5、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；6、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為10℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為140℃保溫2小時(shí)；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀『K2Ti2O5.0.5H2O』。
實(shí)施例97、原料配制銳鈦型的TiO2、KOH和去離子水均為分析純。將168.3g KOH，98.84g去離子水和2.3961gTiO2混合均勻(其中KOH的濃度為63％，Ti與K的摩爾比為0.01∶1)；8、裝料將混合均勻的原料裝入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中；9、反應(yīng)在反應(yīng)壓力為常壓的情況下，以升溫速率為1℃/min的速率對(duì)不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行加熱，同時(shí)用電動(dòng)攪拌器攪拌，在反應(yīng)溫度為170℃保溫10分鐘；4、產(chǎn)物處理產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾固液分離后用乙醇洗，在80℃干燥48小時(shí)；上述得到的一種鈦酸鉀『K2Ti2O5.0.5H2O』。
權(quán)利要求
1.一種亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，步驟如下1)混料以鈦化合物和鉀化合物為原料，按Ti與K的摩爾比為0.01∶1～1∶1的比例混均；2)將上述混配料轉(zhuǎn)入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器中，在常壓下，升溫至80℃～350℃，保溫反應(yīng)10分鐘～4小時(shí)；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)固液分離制得鈦酸鉀。
2.按權(quán)利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，還包括步驟2)之后的步驟3)對(duì)制得的鈦酸鉀進(jìn)行醇洗和干燥處理。
3.按權(quán)利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述的鉀化合物的質(zhì)量百分比濃度為50％～85％。
4.按權(quán)利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述步驟2)的升溫速率為1℃/min～20℃/min。
5.按權(quán)利要求1所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述的鈦化合物為金紅石型或銳鈦型的二氧化鈦；所述的鉀化合物為氫氧化鉀。
6.按權(quán)利要求2所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于，所述氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為65％～85％，反應(yīng)溫度為150℃～350℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘～4小時(shí)，所制備的鈦酸鉀為K4Ti3O8。
7.按權(quán)利要求2所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為50％～80％，反應(yīng)溫度為80℃～200℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘～4小時(shí)，所制備的鈦酸鉀為KTiO2(OH)。
8.按權(quán)利要求2所述的亞熔法制備鈦酸鉀的方法，其特征在于氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為53％～63％，反應(yīng)溫度為110～180℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘～4小時(shí)，所制備的鈦酸鉀為K2Ti2O5.0.5H2O。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種亞熔鹽法制備鈦酸鉀的方法，屬于無(wú)機(jī)功能材料領(lǐng)域。其特征在于在常壓情況下，以鈦化合物和鉀化合物為原料，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)的溫度和鉀化合物的濃度用亞熔鹽法制備出三種不同組成的鈦酸鉀；即將鈦化合物和鉀化合物按Ti∶K＝0.01∶1～1；1(摩爾比)混料，加入去離子水調(diào)節(jié)鉀化合物的濃度為50％～85％(質(zhì)量比)，將物料混合均勻后轉(zhuǎn)入帶有回流冷凝的不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；其反應(yīng)條件在常壓下反應(yīng)，反應(yīng)溫度80℃～350℃，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘～4小時(shí)；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)固液分離后醇洗，干燥處理。本方法不需要高溫和高壓，工藝簡(jiǎn)單，成本低，工藝條件易控制，易于工業(yè)放大和連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01D13/00GK1840481SQ20051005971
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者齊濤, 劉玉民, 張懿, 初景龍, 李會(huì)泉, 李佐虎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所