一種用于制備鈦鋰酸鉀粉末的方法及其產品技術

本發明專利技術公開了一種制備分子式為K0.80Ti1.733Li0.267O4的鈦鋰酸鉀粉末的方法，包括：（a）將鈦酸四丁酯或異丙醇鈦與硝酸溶液混合制得鈦鹽溶液；（b）向所制得的鈦鹽溶液中依次添加硝酸鉀、硝酸鋰以及作為燃料和還原劑的甘氨酸以形成混合溶液，其中硝酸鉀、硝酸鋰與鈦鹽溶液之間的用量按照化學式K0.80Ti1.733Li0.267O4進行配比；（c）將所形成的混合溶液置于500℃-700℃的高溫爐中執行自蔓延燃燒；以及（d）將所獲得的鈦鋰酸鉀產物在800℃-1100℃條件下繼續熱處理1~2小時，由此制得分子式為K0.80Ti1.733Li0.267O4鈦鋰酸鉀粉末。通過本發明專利技術，可以工藝簡單、成本低廉地獲得鈦鋰酸鉀粉末，并適于大規模批量生產；所制得產品晶粒尺寸小，粒度均勻，并具有優異的層間離子交換/插層能力和解離性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于納米材料制備領域，更具體地，涉及一種用于制備分子式為K0.S0Ti1.T33Li0^67O4的鈦鋰酸鉀粉末的方法及其產品。
技術介紹
鈦鋰酸鉀是一類具備層狀結構的化合物，其主體是由TiO6八面體單元通過共用氧原子而形成的二維層板狀結構。由于它的部分Ti4+被Li+取代，因此帶有負電荷，為了平衡電荷，層間存在K+陽離子，在適當條件下K+和Li+可實現與其它同類離子的交換，且保持層狀結構不被破壞，還可通過改變交換離子的種類實現對層間距的調控。這種特有的層狀結構，為許多化學反應提供了一個獨特的納米級反應空間，使其可作為高性能催化劑、含鈦無機材料的前驅體以及生物醫用材料的載體等，因此在多個領域具備廣泛的應用前景。傳統的鈦鋰酸鉀制備方法是通過高溫固相反應法，該方法以K2C03、Li2C03、TiO2為原料，并采用KMoO4為助熔劑，經過球磨混合后在高溫下煅燒合成。然而，這種現有制備方法的缺陷主要在于(I)由于其中的K2C03、Li2CO3原料易于吸潮，導致難以精確配料生產，容易產生化學計量比不準的問題；(2)由于采用KMoO4作為助熔劑，其價格昂貴，而且反應后要將產物經過多次洗滌去除KMoO4，過程復雜，因此難以實現大規模工業化生產；(3)上述原料要以球磨的方式進行混合，易引入雜質，造成產物純度不高；(4)所制得的產品在粉末晶粒尺寸、粒度均勻度以及層間離子交換/插層能力和解離性能等方面有待提高。因此，在本領域存在著對鈦鋰酸鉀粉末制備工藝進一步改進的技術需求。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷和技術需求，本專利技術的目的在于提供一種用于制備分子式為Ka8tlTih 733Lia 267O4的鈦鋰酸鉀粉末的方法及其產品，其通過在關鍵反應物及其反應條件等方面進行研究和改進，可以工藝簡單、成本低廉地獲得產品，并便于精確控制配料用量及適于大規模批量生產；所制得的鈦鋰酸鉀粉末晶粒尺寸小，粒度均勻，而且具有良好的層間離子交換/插層能力和解離性能。按照本專利技術的一個方面，提供了一種用于制備分子式為Ka8tlT^ 733Lia 267O4的鈦鋰酸鉀粉末的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(a)將鈦酸四丁酯或異丙醇鈦加入到去離子水中形成白色沉淀，分離該白色沉淀并洗滌干凈，然后將該白色沉淀分散到去離子水中，并邊攪拌邊滴加濃度為40°/Γ63%的硝酸，充分攪拌后制得透明的鈦鹽溶液；(b)向所制得的鈦鹽溶液中依次添加硝酸鉀、硝酸鋰以及作為燃料和還原劑的甘氨酸以形成混合溶液，其中硝酸鉀、硝酸鋰與鈦鹽溶液之間的用量按照化學式Ka8Jih 733Lia 267O4 進行配比；(C)將步驟(b)所形成的混合溶液置于500°C _700°C的高溫爐中進行自蔓延燃燒，由此獲得具備層狀結構的鈦鋰酸鉀產物；(d)將所獲得的鈦鋰酸鉀產物在800°C -1100°C條件下繼續熱處理f 2小時，由此制得分子式為Ka8tlT^ 733Lia 267O4且進一步提高結晶程度的鈦鋰酸鉀粉末。通過以上構思，一方面由于采用鈦酸四丁酯或異丙醇鈦與硝酸鉀、硝酸鋰作為原 料，可避免反應物吸潮而導致的配料用料不準問題，另外，反應前將上述原料溶于去離子水中混合，鈦離子、鉀離子與鋰離子能以原子尺度的水平進行混合，有效地提高了產物的均勻性和純凈度；另一方面，由于向混合溶液中直接加入甘氨酸作為燃料，這樣可以在后續步驟中快速節能地執行自蔓延燃燒，省去成本高昂的助熔劑，降低整體生產成本，同時便于操作，提高產品質量的可控性；此外，該反應過程是一種氧化-還原過程，其中的鈦鹽、鉀鹽和鋰鹽作為氧化劑，而甘氨酸除了作為有機燃料之外還能起到還原劑的作用，其反應速率快，并能有效提聞生廣效率。作為進一步優選地，在步驟(b)中，作為燃料和還原劑的甘氨酸與所述Ka8tlTi1 733LiQ 26704 之間的摩爾比為 2-5. 5。在以甘氨酸為有機燃料的燃燒合成體系中，原料化學配比、PH值、點火溫度等因素對于反應過程及產物質量存在重要的影響。通過將甘氨酸與KaStlTi1.733Lia26704之間的摩爾比具體限定為以上范圍，較多的對比試驗表明其配料比能夠保證混合溶液進行有效地自蔓延燃燒，并獲得具備更佳層間離子交換/插層能力和解離性能的產物，且其粉體質量較好。作為進一步優選地，在步驟(C)中，當采用甘氨酸作為燃料時，執行所述自蔓延燃燒的點火溫度為550°C左右。作為進一步優選地，在步驟(b)中，還可以采用尿素或檸檬酸來替換所述甘氨酸，且其與所述Ka8tlTih 733Lia 267O4之間的摩爾比為I. 2-5。通過采用尿素或檸檬酸來替換甘氨酸作為有機燃料，能夠在保證對混合溶液的充分燃燒的同時，并在混合溶液的氧化-還原過程中起到還原劑的作用。此外，在以尿素或檸檬酸為有機燃料的燃燒合成體系中，較多的對比試驗表明，通過將該有機燃料與K0.80TiL 733Li0.26704之間的摩爾比具體限定為以上范圍，其配料比能夠保證混合溶液的自蔓延燃燒，且其粉體質量較好。作為進一步優選地，在步驟(C)中，當采用尿素或檸檬酸作為燃料時，執行自蔓延燃燒的點火溫度分別為500°C左右和700°C左右。按照本專利技術的另一方面，還提供了相應的鈦鋰酸鉀粉末產品。作為進一步優選地，所述粉末的粒徑平均長度為10 μ m-30 μ m左右，其平均厚度^ I μ m—10 μ m按照本專利技術的又一方面，還提供了所制得的鈦鋰酸鉀粉末產品作為催化劑、含鈦無機材料的前驅體以及生物醫用材料載體方面的用途。總體而言，按照本專利技術的用于制備鈦鋰酸鉀粉末的方法及其產品與現有技術相比，主要具備以下的技術優點 I、通過對制備分子式為K。.80TiL 733Li0.26704的鈦鋰酸鉀過程中的關鍵反應物及其反應條件等方面進行改進，能夠提高產品質量的控制性，并有效避免配料不準的問題；此外，自蔓延燃燒方式與高溫固相反應法相比速度更快，省去助熔劑的使用，節能且降低成本，因此尤其適用于大批量的規模生產；2、通過對所加入有機燃料的類型及原料化學配比點火溫度等條件進行研究，能夠保證混合溶液的自蔓延燃燒的同時提高燃燒合成體系的反應速率，并具備質量較好的粉體；3、通過對自蔓延燃燒后所獲得的鈦鋰酸鉀產物在特定條件下執行熱處理，能夠更有效提高結晶度，所制得的鈦鋰酸鉀產品粉末晶粒均勻、細小，平均粒徑長度為10 μ m-30 μ m,其平均厚度為I μ m-10 μ m,并具備良好的層間離子交換/插層能力和解離性倉泛。附圖說明圖I是按照本專利技術的額用于制備鈦鋰酸鉀粉末的工藝流程圖；圖2a是按照本專利技術實施例I所制得的1#樣品的X射線衍射譜圖；圖2b是按照本專利技術實施例I所制得的1#樣品的掃描電鏡圖；圖3a是按照本專利技術實施例2所制得的2#樣品的X射線衍射譜圖；圖3b是按照本專利技術實施例2所制得的2#樣品的掃描電鏡圖；圖3c是對實施例2所制得的2#樣品解離后所獲得的HTO納米片的透射電鏡圖；圖4a是按照本專利技術實施例3所制得的3#樣品的X射線衍射譜圖；圖4b是按照本專利技術實施例3所制得的3#樣品的掃描電鏡圖；圖4c是對實施例3所制得的3#樣品解離后所獲得的HTO納米片的投射電鏡圖。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制備分子式為K0.80Ti1.733Li0.267O4的鈦鋰酸鉀粉末的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：（a）將鈦酸四丁酯或異丙醇鈦加入到去離子水中形成白色沉淀，分離該白色沉淀并洗滌干凈，然后將此白色沉淀分散到去離子水中，并邊攪拌邊滴加濃度為40%~63%的硝酸，充分攪拌后制得透明的鈦鹽溶液；（b）向所制得的鈦鹽溶液中依次添加硝酸鉀、硝酸鋰以及作為燃料和還原劑的甘氨酸以形成混合溶液，其中硝酸鉀、硝酸鋰與鈦鹽溶液之間的用量按照化學式K0.80Ti1.733Li0.267O4進行配比；（c）將步驟（b）所形成的混合溶液置于500℃?700℃的高溫爐中進行自蔓延燃燒，由此獲得具備層狀結構的鈦鋰酸鉀產物；（d）將所獲得的鈦鋰酸鉀產物在800℃?1100℃條件下繼續熱處理1~2小時，由此制得分子式為K0.80Ti1.733Li0.267O4且進一步提高結晶程度的鈦鋰酸鉀粉末。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛麗紅，嚴有為，張五星，尹圣銘，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：