制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及無機(jī)材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Magnéli相低價鈦氧化物材料的制備方法。首先將鈦白粉、鋁粉和無水乙醇按質(zhì)量體積比0.4～0.8g:1g：0.5～0.8mL混勻，然后把混勻的原料裝入坩堝壓實(shí)。將低熔點(diǎn)的硼氧化物熔化，把其覆蓋到原料表面。再把坩堝放在加熱電爐進(jìn)行焙燒，得到具有不同物相的低價鈦氧化物。由于Magnéli相低價鈦氧化物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，最后將得到的材料在酸中浸出，從而得到純凈的Magnéli相(Ti

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法
本專利技術(shù)涉及無機(jī)材料制備工藝
，尤其涉及一種Magnéli相(TinO2n-1)低價鈦氧化物材料的制備方法。
技術(shù)介紹
TinO2n-1(4<n<10)是鈦的一系列亞化學(xué)計量氧化物，具有導(dǎo)電性好、可見光響應(yīng)能力強(qiáng)、電化學(xué)性能優(yōu)異、環(huán)保無毒等諸多優(yōu)良特性。其中，Ti4O7單晶的電導(dǎo)率達(dá)1500S·cm-1，和石墨相當(dāng)。TinO2n－1的相結(jié)構(gòu)、電磁學(xué)以及電化學(xué)方面的研究已有很多進(jìn)展。由于其特性優(yōu)良，TinO2n-1在惰性電極、催化劑載體、鋰電池、熱電及光電材料、光催化降解等方面的應(yīng)用引起了研究人員的關(guān)注，并得到一些商業(yè)化應(yīng)用，例如Ti4O7已開發(fā)為商業(yè)電極等，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，Magnéli相亞氧化鈦材料的制備方法按照還原劑種類和還原氣氛主要有兩大類，一類是以氫氣或者氨氣等作為還原劑，在還原氣氛下進(jìn)行制備；另一類是，以固態(tài)還原劑如C，Si，Ti，PVA，Zr等作為還原劑，在惰性氣體保護(hù)下或真空條件下進(jìn)行制備。上述兩種方法反應(yīng)條件非常苛刻，煅燒溫度高，焙燒時間長，而且需要不斷通入惰性氣體，使得制備Magnéli相材料的成本非常高，這些因素也限制了亞氧化鈦的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法。制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，按如下步驟制備，(1)將鋁粉、鈦白粉和無水乙醇按質(zhì)量體積比0.4～0.8g:1g:0.5～0.8mL混勻，得到混合原料；(2)將熔化的B2O3覆蓋在混合原料表面上，再放在850～1050℃溫度下焙燒5～60min，冷卻，得到焙燒產(chǎn)物；(3)焙燒產(chǎn)物用酸浸出，得到Magnéli相低價鈦氧化物。其中，步驟(1)中，鈦白粉為金紅石型、銳鈦型。優(yōu)選的，步驟(1)中，鋁粉、鈦白粉、無水乙醇的質(zhì)量體積比為0.56～0.68g:1g：0.5～0.6mL。優(yōu)選的，步驟(1)中，采用球磨機(jī)對鋁粉、鈦白粉和無水乙醇進(jìn)行粉碎混勻。優(yōu)選的，步驟(2)中，熔化的B2O3覆蓋層厚度為至少2mm；優(yōu)選2～5mm。其中，步驟(2)中，焙燒在加熱電爐中進(jìn)行；加熱電爐優(yōu)選高溫馬弗爐、微波爐或箱式電阻爐。優(yōu)選的，步驟(2)中，焙燒溫度為850～950℃。優(yōu)選的，步驟(2)中，焙燒時間為20～40min。其中，步驟(3)中，酸為鹽酸、稀硫酸、氫氟酸或硝酸中的一種，優(yōu)選質(zhì)量濃度為10％～15％的稀鹽酸。由上述方法制得的Magnéli相低價鈦氧化物材料物相為：Ti9O17、Ti8O15、Ti6O11或Ti4O7。本專利技術(shù)的有益效果：1、采用Al作為還原劑，實(shí)現(xiàn)快速還原，制備時間較短，同時制備的溫度較低。2、在制備過程中混合原料表面覆蓋具有較低熔點(diǎn)和一定粘度的硼氧化物(B2O3)，作為隔絕空氣的材料阻擋空氣的進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)了在常壓下制備，大大節(jié)約了制備成本，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。附圖說明圖1：950℃不同時間條件下制備Magnéli相(TinO2n-1)低價鈦氧化物的物相變化的XRD衍射圖。圖2：950℃25min條件下鹽酸浸出前后物相變化的XRD衍射圖。圖3：950℃30min條件下鹽酸浸出后制備的低價鈦氧化物的XRD衍射圖。圖4：850℃30min條件下鹽酸浸出后制備的低價鈦氧化物的XRD衍射圖。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法。制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，按如下步驟制備，(1)將鋁粉、鈦白粉和無水乙醇按質(zhì)量體積比0.4～0.8g:1g:0.5～0.8mL混勻，得到混合原料。其中加入無水乙醇的作用：a起到降溫的作用，無水乙醇在球磨過程中可以蒸發(fā)，帶走熱量，起到降低溫度，防止粘結(jié)的目的；b起到分散劑的作用，可防止顆粒之間的團(tuán)聚，原料混合的更加均勻；c原料球磨后的烘干的過程中，酒精會完全揮發(fā)，不會殘余的，不會對原料造成污染。(2)將熔化的B2O3覆蓋在混合原料表面上，再放在850～1050℃溫度下焙燒5～60min，冷卻，得到焙燒產(chǎn)物。優(yōu)選采用常規(guī)技術(shù)手段將混合原料放入焙燒容器壓實(shí)，以提高混合原料的密實(shí)度。混合原料焙燒容器可以為剛玉坩堝、鎂砂坩堝等耐高溫容器。由于B2O3熔點(diǎn)為445℃，沸點(diǎn)為1500℃，且在850～950℃溫度條件熔化后下有一定的粘度，這樣可以有效降低B2O3溶液向原料內(nèi)進(jìn)行滲透，同時降低空氣中的氧向原料內(nèi)滲透。而普通采用在容器加蓋的方法，則不能完全隔絕氧氣，這樣被還原成的低價氧化物又會被氧化。(3)焙燒產(chǎn)物用酸浸出，得到Magnéli相低價鈦氧化物。焙燒產(chǎn)物是由Magnéli相(TinO2n-1)低價鈦氧化物、Al和微量的Al2O3組成，再把焙燒產(chǎn)物中的Al和Al2O3用酸除去，得到純凈的低價態(tài)氧化物。其中，步驟(1)中，鈦白粉為金紅石型、銳鈦型。也可以選用納米二氧化鈦(P25)。優(yōu)選的，步驟(1)中，鋁粉、鈦白粉、無水乙醇的質(zhì)量體積比為0.56～0.68g:1g：0.5～0.6mL。優(yōu)選的，步驟(1)中，采用球磨機(jī)對鋁粉、鈦白粉和無水乙醇進(jìn)行粉碎混勻。球磨機(jī)可以選用行星式球磨機(jī)。優(yōu)選的，步驟(2)中，熔化的B2O3覆蓋層厚度為至少2mm，優(yōu)選2～5mm，使原料與空氣隔絕。其中，步驟(2)中，焙燒在加熱電爐中進(jìn)行；加熱電爐優(yōu)選高溫馬弗爐、微波爐或箱式電阻爐。優(yōu)選的，步驟(2)中，焙燒溫度為850～950℃。優(yōu)選的，步驟(2)中，焙燒時間為20～40min。其中，步驟(3)中，酸為鹽酸、稀硫酸、氫氟酸或硝酸中的一種，優(yōu)選酸為質(zhì)量濃度10％～15％的稀鹽酸。由上述方法制得的Magneli相低價鈦氧化物材料的物相為：Ti9O17、Ti8O15、Ti6O11或Ti4O7。下面結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本專利技術(shù)限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1實(shí)施本實(shí)施例1所選用的主要原料鋁粉與鈦白粉的質(zhì)量百分比為：0.56:1。S101：稱取鈦白粉50g，鋁粉28g，加入無水乙醇25mL,將所稱取的鈦白粉、鋁粉和無水乙醇在行星式球磨機(jī)中球磨1h，混勻。S102：將S101中混勻好的原料裝入坩堝壓實(shí)，在原料表面覆蓋一層熔化的B2O3，厚度為3mm，用以隔絕空氣。S103：按照S101、S102的步驟制備三份同樣的樣品，分別為a、b、c試樣。S104：將S103中準(zhǔn)備好的試樣分別放入箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為950℃，焙燒時間分別為20min、25min、30min，反應(yīng)完成后在空氣氣氛下自然冷卻。實(shí)施本實(shí)施例1得到的焙燒產(chǎn)物的主要物相與時間有關(guān)。a試樣：當(dāng)焙燒時間為20min時，主要物相為Ti9O17和Al。b試樣：當(dāng)焙燒時間為25min時，主要物相為Ti4O7和Al。c試樣：當(dāng)焙燒時間為30min時，主要物相為Ti4O7和Al。a、b、c試樣的焙燒產(chǎn)物進(jìn)行鹽酸浸出前的XRD衍射圖見圖1。當(dāng)焙燒時間為25min時，b試樣的焙燒產(chǎn)物鹽酸浸出前后物相的變化見圖2。當(dāng)焙燒時間為30min時，c試樣的焙燒產(chǎn)物經(jīng)鹽酸浸出后，得到純相的Ti4O7低價鈦氧化物見圖3。實(shí)施例2實(shí)施本實(shí)施例2所選用的主要原料鋁粉與鈦白粉的質(zhì)量百分比為：0.56:1。S101：稱取鈦白粉50g，鋁粉28g，加入無水乙醇30mL,將本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，其特征在于，按如下步驟制備，(1)將鋁粉、鈦白粉和無水乙醇按質(zhì)量體積比0.4～0.8g:1g:0.5～0.8mL混勻，得到混合原料；(2)將熔化的B

【技術(shù)特征摘要】
1.制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，其特征在于，按如下步驟制備，(1)將鋁粉、鈦白粉和無水乙醇按質(zhì)量體積比0.4～0.8g:1g:0.5～0.8mL混勻，得到混合原料；(2)將熔化的B2O3覆蓋在混合原料表面上，再放在850～1050℃溫度下焙燒5～60min，冷卻，得到焙燒產(chǎn)物；(3)焙燒產(chǎn)物用酸浸出，得到Magnéli相低價鈦氧化物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，其特征在于，步驟(1)中，鈦白粉為金紅石型或者銳鈦型。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，其特征在于，步驟(1)中，鋁粉、鈦白粉、無水乙醇的質(zhì)量體積比為0.56～0.68g:1g:0.5～0.6mL。4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的制備Magnéli相低價鈦氧化物的方法，其特征在于，步驟(1)中，采用球磨機(jī)對鋁粉、鈦白粉和無水乙醇進(jìn)行粉碎混勻。5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的制備Magnéli相...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李軍，吳恩輝，侯靜，楊紹利，賴奇，黃平，徐縱，劉黔蜀，
申請(專利權(quán))人：攀枝花學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51