硫酸氢铵焙烧法从高钛渣中提钛制备二氧化钛的水解过程研究

2019-04-09徐丽霜隋丽丽葛欣邵爽

沈阳医学院学报 2019年2期

徐丽霜，隋丽丽，葛欣，邵爽

（1.沈阳医学院基础医学院临床医学专业2016级8班，辽宁沈阳 110034；2.基础医学院化学系）

纳米二氧化钛是一种重要的半导体金属氧化物，具有良好的光学催化特性、耐化学腐蚀性和热稳定性，已被广泛用于光催化和颜料、光致变色器件、防污、抗老化和汽车面漆等领域［1-3］。肿瘤光动力治疗是20世纪80年代发展起来的一种新的治疗肿瘤的方法，光敏剂的选择是光动力治疗的关键，纳米二氧化钛（TiO2）在紫外线（hυ≥3.2 eV）照射下，产生的活性氧与空穴等组分能对肿瘤细胞内外的生物大分子产生强氧化作用，从而有效地杀灭肿瘤细胞［4-6］。因为TiO2的光催化氧化具有选择性强、微创、基本不伤害正常组织、安全、毒副作用小、操作简便等优点，成为最具前途的抗癌光敏剂之一［7-9］。

本研究采用四川某地高钛渣为原料，采用焙烧法，硫酸氢铵作为焙烧试剂，得到的熟料溶出即为硫酸氧钛溶液。硫酸氧钛溶液水解是指将钛从溶液中沉淀转变为偏钛酸的过程。硫酸氧钛溶液水解过程是制备TiO2的重要工序之一，硫酸氧钛溶液水解没有固定的pH值，只要在稀释或加热的条件下就可水解析出偏钛酸［10-11］。本实验采用自生晶种法，考察水解温度、水解时间、加料速度和底水量等因素对二氧化钛水解率的影响。

1 实验

1.1 实验原料硫酸氢铵焙烧高钛渣后得到熟料，溶出后得到硫酸氧钛溶液。

1.2 实验原理硫酸氧钛溶液发生水解的主要化学反应如下：

1.3 实验过程（1）焙烧：将钛渣和硫酸氢铵混合均匀置于坩埚中，通过电阻丝加热炉加热至480℃、保温60 min后取出，冷却至室温，即熟料。（2）溶出：熟料中加入一定量的去离子水溶出。溶出固定实验条件：溶出温度70℃、固液质量比为 1∶5，搅拌速率 500 r∕min，溶出时间 50 min。（3）合格硫酸氧钛溶液的制备：将硫酸氧钛溶液恒温60℃（温度过高，溶液发生水解生成胶体），在搅拌的条件下加入微量的铁屑，将其Ti3+的含量调节到0.5 g∕L。（4）水解：将底水加热至沸腾，置于一定温度的恒温油浴中，在搅拌速率为300 r∕min的条件下将60℃的硫酸氧钛溶液缓慢滴加到底水中，加热搅拌一定时间后抽滤，可得到偏钛酸沉淀（水解过程中要适当的补水保持溶液的体积）。

TiO2的测定采用硫酸高铁铵滴定法。

2 结果与讨论

2.1 温度对TiO2水解率的影响在底水量O为 5∶1，加料速率为 20 ml∕min，水解时间为1.5 h的实验条件下，考察温度对TiO2水解率的影响。硫酸氧钛溶液的水解反应是吸热反应，升高温度加速水解反应的进行，反应温度在80℃时，水解率为54.3%；当反应温度升高到110℃时，水解率就达到了90.5%，最佳水解温度为油浴110℃。见图1。

图1 温度对TiO2水解率的影响

2.2 加料速率对TiO2水解率的影响加料速率是指将硫酸氧钛溶液滴加到底水中所需的时间。本次实验确定的加料速率为10～30 ml∕min，在水解温度为油浴温度110℃，底水量为VTiOSO4∕VH2O5∶1，水解时间为1.5 h的实验条件下考察加料速率对TiO2水解率的影响，结果见图2。从图2中可看出滴定速率太快影响水解率，最佳加料速率控制在 15 ml∕min。

图2 加料速率对TiO2水解率的影响

2.3 底水量对TiO2水解率的影响本次实验确定硫酸氧钛溶液与水的比例为（3～6）∶1。在油浴温度110℃，加料速率在15 ml∕min，水解时间为1.5 h的实验条件下，考察底水量对TiO2水解率的影响。结果见图3。硫酸氧钛溶液的水解反应是可逆反应，不能反应完全，当底水量VTiOSO4∕VH2O为5∶1时水解率趋于平缓。

2.4 水解时间对TiO2水解率的影响水解时间的长短能决定水解过程进行的完全程度。水解时间长，能提高水解率。在底水量VTiOSO4∕VH2O为5∶1，加料速率为 15 ml∕min，水解温度为油浴110℃的实验条件下考察水解时间对TiO2水解率的影响，结果见图4。由图4可知，随着水解时间的增加，TiO2的水解率是不断增加的，当水解反应80 min时，水解率可达到98%。