资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法技术

本发明专利技术公开了一种资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，方法包括：(Ⅰ)反应液的配置；(Ⅱ)碱解反应；(III)酸解反应；(IV)焙烧处理等步骤。本发明专利技术利用三级乳化装置内的强化混合和反应能力，利用水洗、酸解、碱解反应去除催化剂中的杂质金属组分得到高纯钛酸钠，将钛酸钠酸解得到高纯纳米二氧化钛，产品粒径、纯度、杂质含量指标均符合《GB/T 19591

【技术实现步骤摘要】
资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法


[0001]本专利技术属于二氧化钛制备领域，具体涉及一种资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法。

技术介绍

[0002]二氧化钛，俗名钛白粉，在自然界中以金红石、板钛矿和锐钛矿三种晶型矿物形式存在，由于其廉价、毒性低、化学性质稳定、光电性质优异等特点而有着广泛的用途，是涂料、塑料、造纸、橡胶、催化等领域的必要工业原料。我国是全球最大的钛白粉生产国和消费国，我国钛铁矿的储量也居世界首位。目前，二氧化钛的传统生产工艺有硫酸法和氯化法，其中硫酸法已被列入《产业结构调整指导目录》限制项目，目前氯化法生产的二氧化钛的占比达56％，由于氯化法对原料质量要求较高，需要从国外大量进口。因此国家高度重视钛白粉工业的发展，科技部将设立“战略性矿产资源开发利用”重点专项，积极推进钛矿资源高值化利用新工艺产业化和钛资源综合利用，未来或将钛白粉纳入国家战略资源储备，进一步促进钛白粉行业的发展。
[0003]二氧化钛是一类性能优异的催化剂和催化剂载体，其在诸多催化领域有着重要应用。目前，在水污染治理、挥发性有机物的去除、光解水产氢和产氧领域应用的二氧化钛基光催化材料的占光催化剂总量的70％左右；在大气污染治理方面，二氧化钛基催化材料的占比更高达90％。随着绿色氢能在能源消耗占比的增加，以及国家对环境污染防治力度的加大，二氧化钛基催化剂的用量及废弃二氧化钛基催化剂的总量逐年激增，每年约产生20万吨左右的废弃二氧化钛基催化剂，这其中二氧化钛的含量约为18万吨，这部分废弃催化剂中往往含有贵金属、重金属等组分，被列为危险固体废弃物，如不处理将对环境和人民身体健康造成危害，同时也会造成了钛资源和有价金属资源的极大浪费，有悖于国家关于钛产业链的良性发展和资源的综合、高效利用的相关政策要求。因此，建立废弃二氧化钛基催化剂的循环利用体系和产业链，实现废弃催化剂中有价金属资源和钛资源的高值转化，提升废弃二氧化钛基催化剂的加工利用水平，具有巨大的市场价值。
[0004]目前关于废弃二氧化钛基催化剂的资源化利用制备高纯纳米二氧化钛的文章及专利报道不多，相关专利大都集中在脱硝催化剂的再生利用领域。专利(CN 111468103 B)公开了一种废弃SCR脱硝催化剂回收制备新SCR催化剂的方法，利用酸性清洗液对废弃SCR脱硝催化剂进行清洗并过滤，随后在硫酸中进行酸解反应，对酸解浆液进行过滤，滤液水解回收得到偏钒酸铵，滤饼干燥焙烧得到钛钨粉，利用得到的偏钒酸铵和钛钨粉制备新SCR脱硝催化剂，并未涉及高纯二氧化钛纳米材料的制备。因此，创制一种简单高效的方法将废弃二氧化钛基催化剂的资源化、高值化转化为高纯纳米二氧化钛并用于橡胶、塑料、农药、造纸、日化等方面，不仅有利于减少因钛矿开采造成的环境污染及高能耗问题，符合国家循环经济发展和节能环保的相关政策，对于经济发展和节能环保具有双重利好。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，包括以下步骤：
[0008](Ⅰ)反应液的配置
[0009]将预处理后的浸出渣分散于碱溶液中形成悬浊液；所述浸出渣是指废弃二氧化钛基催化剂经水洗、酸洗处理去除催化剂中贵金属、重金属、过渡金属等金属组分后，留下的固体相，主要成分为二氧化钛，可能还含有少量的硅、铝组分；
[0010](Ⅱ)碱解反应
[0011]将步骤(Ⅰ)所得悬浊液加入到反应器中进行碱解反应，使得浸出渣中的硅、铝等杂质组分快速转化成相应的可溶性盐，经离心、洗涤后得到高纯固相钛酸盐的中间物；
[0012](Ⅲ)酸解反应
[0013]将步骤(Ⅱ)中得到的高纯固相钛酸盐与酸溶液混合形成悬浊液，将悬浊液加入到反应器中，利用在限域空间内的强制微观混合和强化反应能力，实现钛酸盐的快速酸解，反应完成后经离心、洗涤、干燥，即得到纳米水合二氧化钛；
[0014](Ⅳ)焙烧处理
[0015]将步骤(Ⅲ)所得水和二氧化钛进行焙烧处理，焙烧后自然冷却至室温后得到白色固体，即为纳米二氧化钛。
[0016]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅰ)中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的任意一种或多种混合碱，所述碱溶液中碱的质量百分含量为15％～40％；所述步骤(Ⅰ)的悬浊液中的浸出渣的质量百分含量为5％～30％。
[0017]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅲ)中的酸为硫酸、盐酸或醋酸中的任意一种或多种混合酸，酸溶液中酸的质量百分含量为15％～20％；步骤(Ⅲ)的悬浊液中的高纯固相钛酸盐的质量百分含量为5％～20％。
[0018]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅲ)中干燥的条件为：60℃～100℃下干燥6h～12h。
[0019]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅳ)中焙烧处理的条件为：在300℃～500℃下焙烧2h～4h，升温速率设定在2℃/min～10℃/min。
[0020]在上述技术方案中，步骤(Ⅱ)和(Ⅲ)中所述反应器均为三级乳化装置，所述三级乳化装置可以为无锡江科自动化技术有限公司的三级高剪切乳化机。
[0021]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中反应器的转子转速为2000rad/min～6000rad/min，转动反应时间为10min～60min；所述步骤(Ⅲ)中反应器的转子转速为2000rad/min～6000rad/min，转动反应时间为10min～30min。
[0022]一种纳米二氧化钛，通过资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法制备。
[0023]在上述技术方案中，所述高纯纳米二氧化钛为纯相锐钛矿型二氧化钛，粒径大小在20～90nm；ICP检测产品中二氧化钛含量>96.8％，硅含量<0.05％，铝含量<0.01％；产品的pH值在6.5～7.6，比表面积在120～380m2/g，堆密度在0.35～0.49g/cm3；产品外观呈白
色，白度>92。产品的粒径大小、纯度、杂质含量指标均符合《GB/T 19591
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2004纳米二氧化钛》的标准。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术提供了一种资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，利用三级乳化装置破碎、解聚、分散、强化混合和反应的功能，实现废弃二氧化钛基催化剂颗粒的破碎、在酸碱浸出液中的均匀分散、以及与酸碱浸出液的反应同步进行，提高了催化剂中贵金属、重金属组分与二氧化钛组分的分离效率，降低了酸碱反应液对设备和管线的腐蚀；三级乳化装置内的高压液膜剪切、高频震荡、强湍流作用的高效协同，抑制了酸解、碱解过程中不溶/微溶性盐在催化剂颗粒表面的沉积和包覆，局部浓度和质量分布不均，以及颗粒间的团聚和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，其特征在于：包括以下步骤：(Ⅰ)反应液的配置将预处理后的浸出渣分散于碱溶液中形成悬浊液；(Ⅱ)碱解反应将步骤(Ⅰ)所得悬浊液加入到反应器中进行碱解反应，使得浸出渣中的杂质组分快速转化成相应的可溶性盐，经离心、洗涤后得到高纯固相钛酸盐；(Ⅲ)酸解反应将步骤(Ⅱ)中得到的高纯固相钛酸盐与酸溶液混合形成悬浊液，将悬浊液加入到反应器中，利用在限域空间内的强制微观混合和强化反应能力，实现高纯固相钛酸盐的快速酸解，反应完成后经离心、洗涤、干燥，即得到纳米水合二氧化钛；(Ⅳ)焙烧处理将步骤(Ⅲ)所得纳米水和二氧化钛进行焙烧处理，焙烧后自然冷却至室温后得到的白色固体，即为纳米二氧化钛。2.根据权利要求1所述的资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，其特征在于：所述浸出渣是指废弃二氧化钛基催化剂经水洗、酸洗处理去除催化剂中金属组分后，留下的固体相。3.根据权利要求1所述的资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，其特征在于：所述步骤(Ⅰ)中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的任意一种或多种混合，所述碱溶液中碱的质量百分含量为15％～40％；所述步骤(Ⅰ)的悬浊液中的浸出渣的质量百分含量为5％～30％。4.根据权利要求1所述的资源化利用废弃二氧化钛基催化剂制备高纯纳米二氧化钛的方法，其特征在于：所述步骤(Ⅲ)中的酸为硫酸、盐酸或醋酸中的任意一种或多种混合，酸溶液中酸的质量百分含量为15％～20％；步骤(Ⅲ)的悬浊液中的高纯固相钛酸盐的质量百分含量为5％～20％。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国利，刘恒，孙智，李峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：