一种钛酸钠晶须的制备方法

摘要

一种钛酸钠晶须的制备方法，属于材料技术领域。本发明的钛酸钠晶须是以工业纯钠化合物、钛化合物固体粉末为原料，并采用氟化物作为晶须生长促进剂，经过在密闭陶瓷坩埚中高温固相反应制备而成，获得成本低廉、性能优良的钛酸钠晶须。本发明工艺简单，易于实现工业化生产。

权利要求

1、一种钛酸钠晶须的制备方法，步骤如下：

1)将钠化合物和钛化合物按照Na2O/TiO2摩尔比1∶(2～6)称量，充分混合，得混合料； 所述的钠化合物为碳酸钠、氯化钠或氢氧化钠中的一种，所述的钛化合物为金红石型二氧化 钛、锐钛矿型二氧化钛或偏钛酸的一种；

2)将步骤1)制得的混合料与晶须生长促进剂氟化物按照100∶(2～10)的质量份数混 合，得含有氟化物的混合料；所述的晶须生长促进剂氟化物为氟化钠或氟化钾的一种或两种；

3)将步骤2)制得的含有氟化物的混合料装入密闭的陶瓷坩锅中，于800～1100℃的温 度下煅烧2～10小时，随后自然冷却，得到混合料煅烧块体；

4)将步骤3)制得的混合料煅烧块体粉碎，以水为介质在球磨机中球磨1～4小时，得到 浆料，用水洗涤至清液为中性，脱水、烘干、过筛，得到钛酸钠晶须。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用固相反应法制备钛酸钠晶须的方法，属于材料技术领域。

背景技术

类似于四钛酸钾，三钛酸钠(Na2Ti3O7)晶体具有层状结构，可以用作阳离子交换剂和 催化剂，作为离子交换剂可以用于去除饮用水中的过渡金属离子和阴离子以及净化工业废水 中的重金属离子。六钛酸钠晶体中存在隧道结构，使得其具有较高的绝缘性和化学稳定性。 相对于钛酸钾晶须，生产钛酸钠材料具有较低的生产原料成本。
关于钛酸钠材料的制备，相关报道大多集中于钛酸钠纳米线、纳米管和纳米颗粒的合成。 A-L.Sauvet等采用溶胶-凝胶工艺合成了单相三钛酸钠(Na2Ti3O7)和六钛酸钠(Na2Ti6O13) 参见“Synthesis and characterization of sodium titanates Na2Ti3O7 and Na2Ti6O13”，Journal of Solid State Chemistry 177(2004)4508-4515。Joel Ramirez-Salgado等采用溶胶-凝胶工艺合成 了用于敏感器的钛酸钠，参见“Synthesis of sodium titanate composites by sol-gel method for use in gas potentiometric sensors”，Journal of the European Ceramic Society 24(2004)2477＝2483。 王莉等采用水热法制备了钠的钛酸盐纳米带。纳米带的厚度和宽度分别在50～80nm和200～ 300nm的范围，长度可达十几微米，平均宽厚比为3～5。参见“钠的钛酸盐纳米带的水热制 备”，青岛科技大学学报，26[5](2005)417-420。龚强等以溶胶、无定形及晶态的TiO2为原料， 在合适的温度和氢氧化钠浓度下，水热合成了直径1～2nm的钛酸钠盐纳米晶须和孔径约为 3.5nm的纳米管，参见“水热条件下钛酸钠盐纳米晶须与纳米管的选择制备”，材料科学与 工程学报25[1](2007)43-47。Dong-Seok Seo等采用水热合成工艺制备了Na2Ti6O13和TiO2 晶须，参见“Hydrothermal synthesis of Na2Ti6O13 and TiO2 whiskers”，Journal of Crystal Growth 275(2005)e2371-e2376。
Inés Becker等通过溶胶-凝胶工艺制备了不同钠含量的钛酸钠生物活性陶瓷，参见 “Preparation of bioactive sodium titanate ceramics”，Journal of the European Ceramic Society 27 (2007)4547-4553。
中国专利CN1205679A(申请号96199126.7)公开了部分结晶层状钛酸钠，该发明是一 种部分结晶的九钛酸钠的锶离子交换组合物。
现有技术钛酸钠晶须制备过程相对复杂，制造成本高，不利于钛酸钠晶须的大批量生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种成本低廉、生产工艺简单、适合于批量生产的钛 酸钠晶须的制备方法。
发明概述
本发明的钛酸钠晶须以工业纯钠化合物、钛化合物固体粉末为原料，并采用氟化物作为 晶体生长促进剂，经过在密闭陶瓷坩埚中高温固相反应制备而成。本发明的技术特点还在于 采用氟化物作为钛酸钠晶体生长的促进剂，促进钛酸钠晶须晶体的生长发育。
发明详述
一种钛酸钠晶须的制备方法，具体步骤如下：
1)将钠化合物和钛化合物按照Na2O/TiO2摩尔比1∶(2～6)称量，充分混合，得混合 料；
2)将步骤1)制得的混合料与晶须生长促进剂氟化物按照100∶(2～10)的质量份数混 合，得含有氟化物的混合料；
3)将步骤2)制得的含有氟化物的混合料装入密闭的陶瓷坩锅中，于800～1100℃的温 度下煅烧2～10小时，随后自然冷却，得到混合料煅烧块体。
4)将步骤3)制得的混合料煅烧块体粉碎，以水为介质在球磨机中球磨1～4小时，得 到浆料，用水洗涤至清液为中性，脱水、烘干、过筛，得到钛酸钠晶须。
上述步骤1)中所述的钠化合物为碳酸钠、氯化钠或氢氧化钠中的一种，钛化合物为金红 石型二氧化钛、锐钛矿型二氧化钛或偏钛酸的一种；其中的钠化合物和钛化合物均为工业纯。
上述步骤2)的晶须生长促进剂氟化物为氟化钠或氟化钾的一种或两种。
上述步骤4)中的球磨时间可以根据需要调整，以得到不同粒度的钛酸钠晶须。
与现有技术相比，本发明硬度较高(莫氏硬度6～7)、导热系数更低、红外线反射率更 高、成本低等。在隔热材料上的应用前景更广阔。其优良效果如下：
1、由于采用工业纯原料，固相反应一步合成，本发明的钛酸钠晶须具有制备工艺简单、 成本低廉的特点，易于实现工业化生产。
2、由于本发明采用钾、钠的氟化物作为晶须生长的促进剂，制备的钛酸钠晶须性能稳 定，形貌规则，长径比为10～30，而且产率可高达98％以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限于此，实施例中钠化合物和钛化合物均 为工业纯。
实施例1：
一种钛酸钠晶须的制备方法，具体步骤如下：
1、将工业纯碳酸钠和锐钛矿型二氧化钛按照Na2O/TiO2摩尔比1∶3的比例称量，充分 混合，得混合料；
2、将步骤1制得的混合料与晶须生长促进剂氟化钠按照100∶8的质量份数称量，混合， 得到含有氟化物的混合料；
3、将步骤2制得的含有氟化物的混合料装入密闭的陶瓷坩锅中，于850℃的温度下煅烧， 保温4小时，随后自然冷却，得到混合料煅烧块体。
4、将步骤3制得的混合料煅烧块体粉碎，并以水为介质在球磨机中球磨3小时，得到 的浆料用水洗涤，直至清液pH值为7。随后脱水、烘干、过筛，得到三钛酸钠晶须，晶须 的直径为0.5～3μm，长度10～30μm。
实施例2：
一种钛酸钠晶须的制备方法，具体步骤如下：
1、将工业纯氯化钠和金红石型二氧化钛按照N2O/TiO2摩尔比1∶6的比例称量，充分混 合，得混合料；
2、将步骤1制得的混合料与氟化钾按照100∶4的质量份数称量，混合，得到含有氟化 物的混合料；
3、将步骤2制得的含有氟化物的混合料装入密闭的陶瓷坩锅中，于1050℃的温度下煅 烧，保温8小时，随后自然冷却，得到混合料煅烧块体。
4、将步骤3制得的混合料煅烧块体粉碎，并以水为介质在球磨机中球磨4小时，得到 的浆料用水洗涤，直至清液pH值为7。随后脱水、烘干、过筛，得到六钛酸钠晶须，晶须 的直径为1～3μm，长度10～30μm。