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是一種納米級的白色粉末,表面的氫氧基團使其具有親水性,并且該產(chǎn)品沒有任何色素特征?;绢w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,使其具有更強的捕獲在TiO2表面的溶液組份(水、氧氣、有機物)的能力。納米級二氧化鈦,有優(yōu)異的紫外線吸收、光催化殺菌、分解有機污染物等性能,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。中國的二氧化鈦工業(yè)起始于20世紀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)主要被德國的德高薩公司、美國的卡伯特公司,F(xiàn)f本的德山曹達、出光興產(chǎn)、大阪制鈦工業(yè)公司等大型企業(yè)壟斷,國內(nèi)尚缺少此高新技術(shù)。技術(shù)實現(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、浪費大、生產(chǎn)的雜質(zhì)多,不經(jīng)濟、不環(huán)保等技術(shù)問題。為了解決以上技術(shù)問題,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)運泵連接,轉(zhuǎn)運泵與一級螺旋絮凝器連接,一級螺旋絮凝器與球形反應(yīng)釜連接,球形反應(yīng)釜與二級螺旋絮凝器連接,二級螺旋絮凝器的末端經(jīng)過管道與旋風(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氣的混合物經(jīng)鼓風(fēng)機增壓后作為含氫燃料經(jīng)過含氫燃料管導(dǎo)入混合膨脹管的高壓外罩,再經(jīng)過多個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.爐體底部出來的混合物經(jīng)過轉(zhuǎn)運泵導(dǎo)入一級絮凝器絮凝,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,成核氣體載氣為氮氣,成核劑為18%的氯化鉀、鋁酸鈉混合溶液,其中氯化鉀:鋁酸鈉=1:1。d.經(jīng)過陳化反應(yīng)的混合物進入二級經(jīng)絮凝器,經(jīng)過二級經(jīng)絮凝器再次絮凝,能實現(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。制備過程中,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火燃燒。同時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),并凝集成十幾個納米的初級粒子,初級粒子經(jīng)絮凝、陳化、再絮凝長大即可用旋風(fēng)分離器進行收集,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。附圖說明圖1為本發(fā)明氫氧火焰爐結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式,對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。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)動力為壓差,操作壓力為0.098—9.8MPa,利用透過率差來實現(xiàn)混合氣體分離,透過物為氣體或蒸氣。制法是采用中噴絲板將熱塑性樹脂熔紡或?qū)⒕酆衔锶芤焊蓾窦徶频枚辔⒖拙|(zhì)膜后涂覆超薄有機硅分離膜,也可在中空部通入某些凝固液以形成非對稱膜結(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)運泵92連接,轉(zhuǎn)運泵92與一級螺旋絮凝器10連接,一級螺旋絮凝器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。二級螺旋絮凝器100的末端經(jīng)過管道與旋風(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氣的混合物經(jīng)鼓風(fēng)機6增壓后作為含氫燃料經(jīng)過含氫燃料管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)過多個中空纖維膜組件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℃。整個反應(yīng)發(fā)生的非??欤瑤缀跏撬矔r進行的整個反應(yīng)過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底部出來的混合物經(jīng)過轉(zhuǎn)運泵導(dǎo)入一級絮凝器絮凝。氣溶膠在絮凝管中的絮凝,通常并不能一次行的完全長大到幾個微米,因此采用球形反應(yīng)釜陳化反應(yīng)+二級絮凝的方式來解決,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,成核氣體載氣為氮氣,成核劑為18%的氯化鉀、鋁酸鈉混合溶液,其中氯化鉀:鋁酸鈉=1:1,以促進Ti02粒子長大。經(jīng)過陳化反應(yīng)的混合物進入二級經(jīng)絮凝器,經(jīng)過二級經(jīng)絮凝器再次絮凝,能實現(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)分離器出來的尾氣混合物進行冷凝處理,冷凝溫度為-23℃,將氣體過濾后回收。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對本發(fā)明生產(chǎn)的Ti02進行檢測,得到以下表中檢驗結(jié)果。序號檢驗項目檢驗結(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1 2 3