本發(fā)明屬于二氧化鈦生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種制備金紅石型納米二氧化鈦的氫氧火焰爐。
背景技術(shù)：
：二氧化鈦P25是一種納米級(jí)的白色粉末，表面的氫氧基團(tuán)使其具有親水性，并且該產(chǎn)品沒(méi)有任何色素特征。基本顆粒的平均粒徑大約為21nm，顆粒的大小和4g/cm3的密度使其具有50m2/g的特殊表面。二氧化鈦P25屬于混晶型，銳鈦礦和金紅石的重量比大約為71/29，由于兩種結(jié)構(gòu)混雜增大了TiO2晶格內(nèi)的缺陷密度，增大了載流子的濃度，使電子、空穴數(shù)量增加，使其具有更強(qiáng)的捕獲在TiO2表面的溶液組份（水、氧氣、有機(jī)物）的能力。納米級(jí)二氧化鈦，有優(yōu)異的紫外線吸收、光催化殺菌、分解有機(jī)污染物等性能，可用于納米涂料，空氣凈化器、自清潔玻璃、陶瓷等。納米二氧化鈦在抗菌防霉、排氣凈化、脫臭、水處理、防污、耐候抗老化、汽車(chē)面漆等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它在環(huán)境、信息、材料、能源、醫(yī)療與衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。中國(guó)的二氧化鈦工業(yè)起始于20世紀(jì)50年代中期，但納米Ti02粉體產(chǎn)品是最近5年上市的高端產(chǎn)品，生產(chǎn)技術(shù)主要被德國(guó)的德高薩公司、美國(guó)的卡伯特公司，F(xiàn)f本的德山曹達(dá)、出光興產(chǎn)、大阪制鈦工業(yè)公司等大型企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)尚缺少此高新技術(shù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種制備金紅石型納米二氧化鈦的氫氧火焰爐，用以解決現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)量低、浪費(fèi)大、生產(chǎn)的雜質(zhì)多，不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保等技術(shù)問(wèn)題。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種制備金紅石型納米二氧化鈦的氫氧火焰爐，其特征是采用一種氫氧火焰爐制備金紅石型納米二氧化鈦，該氫氧火焰爐包括爐體、TiCl4輸入管、含氫燃料管，所述爐體外罩設(shè)有水套，所述爐體內(nèi)設(shè)有耐火材料層，爐體底部設(shè)有反應(yīng)物出口，爐體內(nèi)的頂部設(shè)有燃燒噴嘴，燃燒噴嘴與混合膨脹管底部連接，混合膨脹管上部分別設(shè)有氧氣氣體接頭、惰性氣體接頭，混合膨脹管外套設(shè)有高壓外罩，TiCl4輸入管穿過(guò)高壓外罩與混合膨脹管中部連接，含氫燃料管與高壓外罩連接，所述混合膨脹管與高壓外罩之間設(shè)有中空纖維膜組件；所述含氫燃料管與氨分解器連接，氨分解器與氨原料罐連接；所述反應(yīng)物出口與轉(zhuǎn)運(yùn)泵連接，轉(zhuǎn)運(yùn)泵與一級(jí)螺旋絮凝器連接，一級(jí)螺旋絮凝器與球形反應(yīng)釜連接，球形反應(yīng)釜與二級(jí)螺旋絮凝器連接，二級(jí)螺旋絮凝器的末端經(jīng)過(guò)管道與旋風(fēng)分離器連接，球形反應(yīng)釜頂部與脈沖氣體發(fā)生器連接；所述制備方法包括以下步驟：a.準(zhǔn)備液氨，純度為99%的TiCl4，純凈、干燥的氧氣，惰性氣體；讓氧氣通過(guò)氧氣氣體接頭直接導(dǎo)入火焰水解爐混合膨脹管21，氧氣流量為1-2m3/h，惰性氣體載氣通過(guò)惰性氣體接頭直接導(dǎo)入火焰水解爐混合膨脹管21，惰性氣體流量為1-2m3/h；氨分解器7把分解所得到氫氣和氮?dú)獾幕旌衔锝?jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓后作為含氫燃料經(jīng)過(guò)含氫燃料管導(dǎo)入混合膨脹管的高壓外罩，再經(jīng)過(guò)多個(gè)中空纖維膜組件將氫氣滲透到混合膨脹管內(nèi)，含氫燃料流量為0.5-1m3/h，TiCl4輸入管穿過(guò)高壓外罩3將TiCl4直接導(dǎo)入火焰水解爐混合膨脹管，TiCl4流量為3.3-4.1Kg/h；b.各路氣體在膨脹管21匯集后進(jìn)入燃燒噴嘴處燃燒、水解，爐體內(nèi)爐膛的溫度控制在850—1000℃；c.爐體底部出來(lái)的混合物經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)泵導(dǎo)入一級(jí)絮凝器絮凝，含有Ti02粒子的氣溶膠在絮凝器絮凝中再停留3—8秒后，進(jìn)入球形反應(yīng)釜陳化反應(yīng)1-2分鐘，反應(yīng)釜溫度控制在200℃，脈沖氣體發(fā)生器19向球形反應(yīng)釜載入成核氣體，成核氣體載氣為氮?dú)猓珊藙?8%的氯化鉀、鋁酸鈉混合溶液，其中氯化鉀：鋁酸鈉=1:1。d.經(jīng)過(guò)陳化反應(yīng)的混合物進(jìn)入二級(jí)經(jīng)絮凝器，經(jīng)過(guò)二級(jí)經(jīng)絮凝器再次絮凝，能實(shí)現(xiàn)99.5％以上的收集率，然后在旋風(fēng)分離器中分離，從旋風(fēng)分離器得到的產(chǎn)品氧化物在脫酸爐脫酸后經(jīng)產(chǎn)品料斗收集得到產(chǎn)品。本發(fā)明具有原料易得，生成物純度極高、團(tuán)聚較少、所得粒徑分布窄、節(jié)約能源、提高純度、增加效率等特點(diǎn)。制備過(guò)程中，把含氫燃料氣體，含氧燃料氣體及控制火焰燃燒情況的惰性氣體導(dǎo)入燃燒噴嘴混合腔中，混合均勻后在噴嘴前端點(diǎn)火燃燒。同時(shí)把攜帶有金屬赫的原料氣體均勻的混合在燃燒氣體中，與燃燒產(chǎn)物水蒸氣發(fā)生水解反應(yīng)，并凝集成十幾個(gè)納米的初級(jí)粒子，初級(jí)粒子經(jīng)絮凝、陳化、再絮凝長(zhǎng)大即可用旋風(fēng)分離器進(jìn)行收集，得到納米粉體。本發(fā)明工藝可以獲得純度為99.9％、平徑粒徑為25-35納米、平均比表面在50m2／g、形狀為球狀、晶型為金紅石型的納米TiO2。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明氫氧火焰爐結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。結(jié)合圖1所示，氫氧火焰爐包括爐體9、TiCl4輸入管15、含氫燃料管61，所述爐體9外罩設(shè)有水套，所述爐體內(nèi)設(shè)有耐火材料層9，爐體底部設(shè)有反應(yīng)物出口93，爐體內(nèi)的頂部設(shè)有燃燒噴嘴5，所述燃燒噴嘴5出口處設(shè)有點(diǎn)火器51。燃燒噴嘴5與混合膨脹管21底部連接，混合膨脹管21上部分別設(shè)有氧氣氣體接頭2、惰性氣體接頭1，混合膨脹管外套設(shè)有高壓外罩3，TiCl4輸入管15穿過(guò)高壓外罩3與混合膨脹管21中部連接，含氫燃料管61與高壓外罩連接，混合膨脹管與高壓外罩之間設(shè)有中空纖維膜組件16。中空纖維膜組件具有分離混合氣體功能的中空纖維。分離驅(qū)動(dòng)力為壓差，操作壓力為0.098—9.8MPa，利用透過(guò)率差來(lái)實(shí)現(xiàn)混合氣體分離，透過(guò)物為氣體或蒸氣。制法是采用中噴絲板將熱塑性樹(shù)脂熔紡或?qū)⒕酆衔锶芤焊蓾窦徶频枚辔⒖拙|(zhì)膜后涂覆超薄有機(jī)硅分離膜，也可在中空部通入某些凝固液以形成非對(duì)稱(chēng)膜結(jié)構(gòu)。用于氫-氮、氧-氮、甲烷-氦、醇-水及乙烷、甲烷和乙烯等混合氣分離。含氫燃料管與氨分解器7連接，氨分解器與氨原料罐8連接。反應(yīng)物出口93與轉(zhuǎn)運(yùn)泵92連接，轉(zhuǎn)運(yùn)泵92與一級(jí)螺旋絮凝器10連接，一級(jí)螺旋絮凝器10與球形反應(yīng)釜12連接，球形反應(yīng)釜12與二級(jí)螺旋絮凝器100連接，球形反應(yīng)釜頂部與脈沖氣體發(fā)生器19連接。二級(jí)螺旋絮凝器100的末端經(jīng)過(guò)管道與旋風(fēng)分離器連接。準(zhǔn)備液氨，純度為99%的TiCl4，純凈、干燥的氧氣，惰性氣體。讓氧氣通過(guò)一路氧氣氣體接頭2直接導(dǎo)入火焰水解爐混合膨脹管21，氧氣流量為1-2m3/h；惰性氣體載氣通過(guò)另一路惰性氣體接頭1直接導(dǎo)入火焰水解爐混合膨脹管21，惰性氣體流量為1-2m3/h。作用是利用氣流的高壓沖擊作用來(lái)防止燃燒噴嘴口結(jié)疤。氨分解器7把分解所得到氫氣和氮?dú)獾幕旌衔锝?jīng)鼓風(fēng)機(jī)6增壓后作為含氫燃料經(jīng)過(guò)含氫燃料管61導(dǎo)入混合膨脹管21的高壓外罩3，含氫燃料流量為0.5-1m3/h。含氫燃料流量再經(jīng)過(guò)多個(gè)中空纖維膜組件16將氫氣滲透到混合膨脹管21內(nèi)。TiCl4輸入管15穿過(guò)高壓外罩3將TiCl4直接導(dǎo)入火焰水解爐混合膨脹管21，TiCl4流量為3.3-4.1Kg/h。各路氣體在膨脹管21匯集后進(jìn)入燃燒噴嘴處燃燒、水解。爐體內(nèi)爐膛的溫度控制在850—1000℃。整個(gè)反應(yīng)發(fā)生的非?？欤瑤缀跏撬矔r(shí)進(jìn)行的整個(gè)反應(yīng)過(guò)程比在水中還要迅速，且在此高溫條件下，水解的最主要的產(chǎn)物Ti0。絕大部分都是以金紅石型存在的。爐體9底部出來(lái)的混合物經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)泵導(dǎo)入一級(jí)絮凝器絮凝。氣溶膠在絮凝管中的絮凝，通常并不能一次行的完全長(zhǎng)大到幾個(gè)微米，因此采用球形反應(yīng)釜陳化反應(yīng)+二級(jí)絮凝的方式來(lái)解決，含有Ti02粒子的氣溶膠在絮凝器絮凝中再停留3—8秒后，進(jìn)入球形反應(yīng)釜陳化反應(yīng)1-2分鐘，反應(yīng)釜溫度控制在200℃，球形反應(yīng)釜頂部與脈沖氣體發(fā)生器19連接，脈沖氣體發(fā)生器19向球形反應(yīng)釜內(nèi)載入成核氣體，成核氣體載氣為氮?dú)?，成核劑?8%的氯化鉀、鋁酸鈉混合溶液，其中氯化鉀：鋁酸鈉=1:1，以促進(jìn)Ti02粒子長(zhǎng)大。經(jīng)過(guò)陳化反應(yīng)的混合物進(jìn)入二級(jí)經(jīng)絮凝器，經(jīng)過(guò)二級(jí)經(jīng)絮凝器再次絮凝，能實(shí)現(xiàn)99.5％以上的收集率。然后在旋風(fēng)分離器中分離，從旋風(fēng)分離器81得到的產(chǎn)品氧化物在脫酸爐脫酸后經(jīng)產(chǎn)品料斗收集得到產(chǎn)品。從旋風(fēng)分離器出來(lái)的尾氣混合物進(jìn)行冷凝處理，冷凝溫度為-23℃，將氣體過(guò)濾后回收。參照GB/T5211.20-1999、GB1706-9中5.1.1、GB/T2511.4—85、GB/T3185—92中5.7、GB/T1717-86、GB/T1716-79（89）、GB/T1713-89對(duì)本發(fā)明生產(chǎn)的Ti02進(jìn)行檢測(cè)，得到以下表中檢驗(yàn)結(jié)果。序號(hào)檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果1干粉白度w90.32TiO2含量%99.93105℃發(fā)揮物%3.74燒灼減量（600℃）%1.05水懸浮液PH值6.76耐熱性℃﹤1107密度（15℃）g/ml4.5當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3