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DE102004033621A1 - Preparation of crystalline photo-catalytic titanium dioxide sol/gel, useful for spraying coating surfaces, comprises diluting titanium complex in acidic liquid; adding ammonia water; purifying; deforming; and adding oxidizing agent - Google Patents

Preparation of crystalline photo-catalytic titanium dioxide sol/gel, useful for spraying coating surfaces, comprises diluting titanium complex in acidic liquid; adding ammonia water; purifying; deforming; and adding oxidizing agent Download PDF

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DE102004033621A1
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Abstract

Titandioxid für Fotokatalysatoren wird meist durch chemische Synthese gewonnen. Häufig wird das Titandioxid gemahlen. Dabei können weder die geünschte Partikelgröße, noch die verlangte Kristallstruktur garantiert werden. Das Produkt ist daher nur für Farbstoffe, Kosmetika und ähnliches verwendbar. Ein fotokatalytischer Effekt ist nicht feststellbar. DOLLAR A Ausgehend von Titankomplexen wird durch Lösen, Verdünnen, Neutralisieren und Reinigen in definierten Säuren Titanhydroxid oder Titansäure erzeugt und dann in kristallines Titandioxid Sol/Gel mit Partikelgrößen im Nanometerbereich umgewandelt, welches fotokatalytische und selbstreinigende Eigenschaften hat. Darüber hinaus erfolgt noch ein Formänderungs- und ein Formierungsprozeß. DOLLAR A Das so hergestellte Produkt ist für die Sprühbeschichtung von Oberflächen, die schmutzabweisend und selbstreinigend sein sollen, geeignet.Titanium dioxide for photocatalysts is usually obtained by chemical synthesis. Often the titanium dioxide is ground. Neither the desired particle size nor the required crystal structure can be guaranteed. The product is therefore usable only for dyes, cosmetics and the like. A photocatalytic effect can not be determined. DOLLAR A Based on titanium complexes, titanium hydroxide or titanic acid is produced by dissolving, diluting, neutralizing and purifying in defined acids and then converted into crystalline nanoparticles of sol / gel particle size, which has photocatalytic and self-cleaning properties. In addition, there is still a deformation and a forming process. DOLLAR A The product thus produced is suitable for the spray coating of surfaces which are intended to be dirt-repellent and self-cleaning.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Bereich der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft Fotokatalysatoren und speziell eine Methode zur Synthetisierung von fotokatalytischem Titandioxid Sol/Gel mit Partikelgrößen im Nanometerbereich. Das nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellte Titandioxid Sol/Gel wird vielfältig eingesetzt, z.B. für elektrische Hausgeräte, Beleuchtungskörper, Luftreinigungsgeräte, Küchengeräte, Badezimmereinrichtungen, Außenwände, Möbel, KFZ-Inneneinrichtungen, sowie Abwasser- und Abluftbehandlungsanlagen. Bei der vorliegenden Erfindung werden chemische Prozesse eingesetzt, um Titandioxid Sol/Gel Lösung mit einer Partikelgröße von 2 nm bis 50 nm bei einem Titandioxidgehalt von 0.5% bis 10% zu erhalten.The The present invention relates to photocatalysts and more particularly to a Method for Synthesis of Photocatalytic Titanium Dioxide Sol / Gel with particle sizes in the nanometer range. The titanium dioxide prepared by the process described herein Sol / gel becomes diverse used, e.g. For electrical household appliances, Lighting Equipment Air purifiers, Kitchen appliances, Bathroom facilities, Exterior walls, furniture, automotive interiors, as well Wastewater and waste air treatment plants. In the present invention Chemical processes are used to solubilize titania sol / gel solution a particle size of 2 nm to obtain 50 nm at a titanium dioxide content of 0.5% to 10%.

Seit den siebziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts entstand eine große Anzahl Dokumente über Methoden zur Herstellung von halbleitendem Titandioxid. In den meisten dieser Dokumente werden normale chemische Produkte, insbesondere Titandioxidpartikel, als Ausgangsmaterial benannt. Es sind sowohl die photochemischen als auch die halbleiterphysikalischen Reaktionen beschrieben. Ablauf und Effizienz der Reaktionen werden von Kristallstruktur und Partikelgröße beeinflußt.since In the seventies of the twentieth century arose size Number of documents over Methods for producing semiconducting titanium dioxide. In most These documents are normal chemical products, in particular Titanium dioxide particles, named as starting material. They are both the photochemical as well as the semiconductor-physical reactions described. Sequence and efficiency of reactions are determined by crystal structure and particle size.

Wie aus den veröffentlichten Dokumenten hervorgeht, wird das Titandioxid bei den meisten bekannten Verfahren zur Herstellung von Titandioxid Fotokatalysatoren durch chemische Synthese gewonnen. In einer nicht unbeträchtlichen Anzahl von Fällen wird das Titandioxid gemahlen (z.B. im P-25 Mahlverfahren von Degussa Co.). Bei dieser Methode können allerdings weder die gewünschte Uniformität der Partikelgröße (10 nm bis 500 nm), noch die verlangte Kristallstruktur garantiert werden. Das Produkt wird daher für Farbstoffe, Kosmetika, Korrekturflüssigkeiten und ähnliches benutzt. Ein fotokatalytischer Effekt ist nicht feststellbar. Auch Verbesserungen des Prozesses, wie Ultraschallmahlverfahren, Ultraschallschwingung und mahlen mit Unterstützung durch saure Flüssigkeiten, die zu einer Verbesserung der Größe und Gleichförmigkeit der Titanpartikel führen, sind nur begrenzt effektiv, da sie die Kristallstruktur nicht entscheidend verbessern können. Die Verwendbarkeit des Produkts bleibt daher beschränkt.As from the published According to documents, titanium dioxide is known by most Process for the preparation of titanium dioxide photocatalysts by gained chemical synthesis. In a not inconsiderable Number of cases The titanium dioxide is ground (e.g., in the P-25 milling process of Degussa Co.). With this method you can but neither the desired uniformity the particle size (10 nm to 500 nm), yet the required crystal structure can be guaranteed. The product is therefore for Dyes, cosmetics, correction fluids and the like used. A photocatalytic effect can not be determined. Also Process improvements, such as ultrasonic milling, ultrasonic vibration and grind with support by acidic liquids, which leads to an improvement in size and uniformity lead the titanium particles, are limited in their effectiveness because they do not make the crystal structure crucial can improve. The Product usability remains limited.

Das meistverwendete chemische Syntheseverfahren ist die Flüssigsynthese. Stand der Technik ist chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD), bei der ein fotokatalytischer Titandioxidfilm von hoher Stabilität und Reinheit entsteht. Die Herstellkosten sind jedoch hoch und daher nur für spezielle Einsatzfälle gerechtfertigt. Das Verfahren ist nicht für die Großserienproduktion einsetzbar.The The most widely used chemical synthesis method is liquid synthesis. The prior art is chemical vapor deposition (CVD), in which a photocatalytic titanium dioxide film of high stability and purity arises. The manufacturing costs are high and therefore only for special applications justified. The method is not suitable for mass production.

Bei Flüssigsynthese unterscheidet man zwischen Methoden mit organischen Lösungsmitteln und Methoden auf Wasserbasis. Für die Herstellung von Titandioxidfotokatalysatoren werden Methoden auf Wasserbasis bevorzugt.at liquid synthesis one differentiates between methods with organic solvents and Water-based methods. For the production of titanium dioxide photocatalysts become methods Water-based preferred.

Bei den Methoden mit organischen Lösungsmitteln wird Ti-oxyalkyl [Ti(OR)4] mit verschiedenen Lösungsmitteln eingesetzt, so daß je nach dem Erhitzungsprozeß Titandioxidpulver oder ein Titandioxidfilm entsteht. Eines dieser herkömmlichen Verfahren ist in dem japanischen Patent No. 4-83537, in dem Ti-oxyalkyl in Äthylenglykol erhitzt wird, beschrieben. Im japanischen Patent No. 7-10037 wird Ti-oxyalkyl in Aminoalkohol erhitzt, um Titandioxid zu erhalten. Da Ti-oxyalkyl teuer ist und der Prozeß bei hoher Temperatur und unter hohem Druck durchgeführt werden muß, werden die so erzeugten Produkte meist als Katalysatoren in der Industrie und nicht im allgemeinen Bereich eingesetzt.at the methods with organic solvents Ti-oxyalkyl [Ti (OR) 4] is used with various solvents, as that ever after the heating process titanium dioxide powder or a titanium dioxide film is formed. One of these conventional methods is in Japanese Patent. 4-83537, in which Ti-oxyalkyl in ethylene glycol is heated, described. In Japanese Patent No. 7-10037 will Ti-oxyalkyl heated in aminoalcohol to obtain titanium dioxide. There Ti-oxyalkyl is expensive and the process at high temperature and be carried out under high pressure must be the products thus produced mostly as catalysts in industry and not used in the general area.

Die Synthesemethoden auf Wasserbasis sind meist in japanischen Patenten oder Berichten, wie z.B. im japanischen Patent No. 7-171408, beschrieben. Hier wird einer Titantetrachloridlösung ein Bindemittel zugesetzt und das Ganze erhitzt. Im japanischen Patent No. 6-293519 wird eine Titantetrachloridlösung bei einem pH-Wert von maximal 3 erhitzt, was zur Bildung eines Titandioxid Sol/Gels führt. Der Nachteil dieser Methode ist der hohe Restgehalt an Chlorid, der das Sol/Gel instabil macht und leicht ausfallen läßt. Im japanischen Patent No. 9-71418 wird Wasserstoffperoxidlösung zu Titanhydroxid zugesetzt. Der pH-Wert wird zwischen 6 und 8 gehalten und die Temperaturen sind niedriger. Im japanischen Patent No. 62-252319 wird Wasserstoffperoxidlösung zu Titanhydroxid zugesetzt. Der pH-Wert ist zwischen 2 und 6, die Temperatur niedrig und die Reaktion verläuft langsam. Die Partikelgröße in dem auf diese Weise hergestellten Titandioxid Sol/Gel liegt bei ca. 10 nm. Da die Partikel überwiegend nicht-kristallin sind, ist das Produkt zwar zur Oberflächenbehandlung geeignet, ist jedoch kein effizienter Fotokatalysator. Im japanischen Patent No. 7-28614 wird Pertitansäure erhitzt und im japanischen Patent No. 285993 wird Wasserstoffperoxidlösung zu Titanhydroxid gegeben und danach die Reaktionstemperatur erhöht, um Titandioxid Sol/Gel zu erzeugen. Die entstehenden Produkte zeigen den fotokatalytischen Effekt. Auf Grund der Eigenschaften des Wasserstoffperoxids ist die Konzentration des Titandioxid Sol/Gels auf Werte unter 2% beschränkt. Dies steht einer allgemeinen Anwendung im Wege.The Water-based synthetic methods are mostly in Japanese patents or reports, such as in Japanese Patent No. 7-171408. Here, a binder is added to a titanium tetrachloride solution and the whole thing heated. In Japanese Patent No. 6-293519 becomes a Titanium tetrachloride solution heated to a maximum pH of 3, resulting in the formation of a titanium dioxide Sol / gels leads. The disadvantage of this method is the high residual content of chloride, which makes the sol / gel unstable and easy to precipitate. In Japanese Patent No. 9-71418 hydrogen peroxide solution is added to titanium hydroxide. The pH is kept between 6 and 8 and the temperatures are lower. In Japanese Patent No. 62-252319, hydrogen peroxide solution is added Added titanium hydroxide. The pH is between 2 and 6, the temperature low and the reaction runs slowly. The particle size in the Titanium dioxide sol / gel prepared in this way is approx. 10 nm. Because the particles predominantly non-crystalline, the product is indeed for surface treatment however, is not an efficient photocatalyst. In Japanese Patent No. 7-28614 Pertitanic acid is heated and Japanese Patent No. 285993 hydrogen peroxide solution is added to titanium hydroxide and then raising the reaction temperature to titania sol / gel to create. The resulting products show the photocatalytic Effect. Due to the properties of the hydrogen peroxide is the concentration of titanium dioxide sol / gel is limited to values below 2%. This stands in the way of a general application.

Im taiwanischen Patent No. 135895 wird eine organische Säure zu Titantetrachlorid hinzugefügt und das Ganze auf eine Temperatur von mindestens 70° C erhitzt, wobei scharfkantiges Titandioxid (Anatase) entsteht. Das auf diese Weise erzeugte Titandioxid Sol/Gel hat die richtige Kristallstruktur und Partikelgröße, jedoch einen hohen Gehalt an Chlorid (mehr als 10 g/l), was einen negativen Einfluß auf die Stabilität hat.In Taiwanese patent no. 135895 becomes one added organic acid to titanium tetrachloride and the whole heated to a temperature of at least 70 ° C, wherein sharp-edged titanium dioxide (anatase) is formed. The titania sol / gel produced in this way has the correct crystal structure and particle size, but a high content of chloride (more than 10 g / l), which has a negative influence on the stability.

Im taiwanischen Patent No. 349981 reagiert Titantetrachlorid mit wässriger Ammoniumlösung bei einem pH-Wert zwischen 2 und 6. Das Ausfallprodukt (Titanhydroxid oder Titansäure) wird filtriert und gewaschen. Danach wird bei niedriger Temperatur (5° C bis 8° C) Wasserstoffperoxid zugegeben und lange gerührt, um nicht-kristallines Titandioxid, welches nicht im Zusammenhang mit dieser Erfindung steht, zu dispergieren. Im taiwanischen Patent No. 393342 wird Titansulfat erhitzt, um Titandioxid zu erhalten. Danach wird mono-protonische Säure (z. B. Salpetersäure) zugefügt, um Sulfatreste zu entfernen und um das Titandioxid zu lösen, damit kleinere Partikel entstehen. Dieses Verfahren steht ebenfalls in keinem Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Das taiwanische Patent No. 443992 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Titandioxidfilms anstelle eines Sol/Gels. Im französischen Patent No. 2551743 wird erdalkalisches Titandioxid erzeugt. Dies ist für die vorliegende Erfindung ohne Belang.in the Taiwanese Patent No. 349981 titanium tetrachloride reacts with aqueous ammonium solution at a pH between 2 and 6. The breakdown product (titanium hydroxide or titanic acid) is filtered and washed. After that it is at low temperature (5 ° C to 8 ° C) hydrogen peroxide added and stirred for a long time, non-crystalline titanium dioxide, which is not related with this invention is to disperse. In the Taiwanese patent No. Titanium sulfate is heated to 393342 to obtain titanium dioxide. After that becomes mono-protonic acid (eg nitric acid) added to remove sulfate residues and to dissolve the titanium dioxide so that smaller particles are formed. This procedure is also in unrelated to the present invention. The Taiwanese Patent No. 443992 describes a process for producing a titanium dioxide film in place a sol / gel. In the French Patent No. 2551743 produces alkaline earth titanium dioxide. This is for the present invention irrelevant.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Herstellung von kristallinem fotokatalytischem Titandioxid Sol/Gel mit Partikelgrößen im Nanometerbereich und umfaßt die folgenden Schritte:
Auflösen und Verdünnen eines Titankomplexes in einer definierten sauren Flüssigkeit, um eine verdünnte Titanlösung zu erhalten.
The present invention relates to a method for producing nanometer-scale crystalline photocatalytic titanium dioxide sol / gel having the following steps:
Dissolving and diluting a titanium complex in a defined acidic liquid to obtain a dilute titanium solution.

Neutralisieren durch Zusatz von Ammoniakwasser einer definierten Konzentration zu der verdünnten Titanlösung, wobei eine vorgeschriebene Geschwindigkeit eingehalten wird, um den pH-Wert zwischen 5 und 9 einzustellen.Neutralize by adding ammonia water of a defined concentration to the diluted one Titanium solution, wherein a prescribed speed is maintained to to adjust the pH between 5 and 9.

Reinigen durch Abfiltrieren des Titanhydroxids aus der Lösung und Waschen des so erhaltenen Filterkuchens.Clean by filtering off the titanium hydroxide from the solution and washing the filter cake thus obtained.

Formänderung durch Vermischen des Titanhydroxids mit entionisiertem Wasser und Agitieren bis eine homogene Durchmischung erreicht wurde und anschließende Zugabe von Oxidationsmittel oder einer anorganischen Säure.strain by mixing the titanium hydroxide with deionized water and Agitate until a homogeneous mixing is achieved and subsequent addition of oxidizing agent or an inorganic acid.

Formierung der Lösung über eine bestimmte Zeit bei definierter Temperatur zu einem Sol/Gel.formation the solution over a certain time at a defined temperature to a sol / gel.

Einstellung des pH-Werts des Sol/Gels auf den vorgeschriebenen Wert, Filtrieren und Abpacken des Sol/Gels als Produkt.attitude the pH of the sol / gel to the prescribed value, filter and packaging the sol / gel as a product.

Die in dieser Erfindung beschriebene Methode vermeidet die Nachteile der Synthese auf Basis einer wässrigen Lösung wie z.B. den hohen Chloridgehalt, die geringe Stabilität und die ungeeignete Kristallisationsweise. Sie liefert daher eine anwendbare Herstellungsmethode für fotokatalytisches Titandioxid Sol/Gel mit den Prozeßschritten Verdünnen, Neutralisieren, Formänderung, Formierung und Abpacken.The The method described in this invention avoids the disadvantages the synthesis based on an aqueous solution such as. the high chloride content, the low stability and the unsuitable crystallization mode. It therefore provides an applicable manufacturing method for photocatalytic Titanium Dioxide Sol / Gel with the process steps diluting, neutralizing, Change in appearance, Forming and packaging.

Für den Verdünnungsprozeß wird verdünnte Salzsäure verwendet, falls Titantetrachlorid als Ausgangsmaterial dient und verdünnte Schwefelsäure bei Titansulfat als Ausgangsmaterial. Die Konzentration der Säure liegt unter 4 mol/l. Der verdünnte Titankomplex hat eine Konzentration von zwischen 5% und 10% (Gewicht). Die Agitationsgeschwindigkeit liegt zwischen 30 l/min und 600 l/min und die Temperatur zwischen 4° C und 30° C. Die Reaktionszeit beträgt 1 h bis 4 h.For the dilution process dilute hydrochloric acid is used, if titanium tetrachloride serves as starting material and dilute sulfuric acid at Titanium sulfate as starting material. The concentration of the acid is below 4 mol / l. The diluted one Titanium complex has a concentration of between 5% and 10% (weight). The agitation speed is between 30 l / min and 600 l / min and the temperature between 4 ° C and 30 ° C. The reaction time is 1 h to 4 h.

Beim Neutralisierungsprozeß ist die Konzentration des Ammoniakwassers (Ammoniumhydroxid) 10% bis 25%. Die Zuführgeschwindigkeit des Ammoniakwassers liegt bei 1 ml/min bis 30 ml/min, abhängig vom pH-Wert der Lösung. Während des Neutralisationsprozesses wird mit einer Geschwindigkeit von 120 l/min bis 1200 l/min agitiert. Die Reaktionszeit beträgt 1 h bis 4 h bei einer Temperatur von max. 20° C. Die Zugabe von Ammoniakwasser wird beendet wenn ein pH-Wert von 5 bis 9 erreicht wurde. Beim Neutralisationsprozeß wird der Titankomplex in der wässrigen Lösung in Titansäure oder Titanhydroxid umgewandelt, welche ausgefiltert werden, um ein weißes Pulver zu erhalten. Der Filterkuchen wird dann in mindestens die fünffache Menge Leitungs- oder weiches Wasser gegeben und durch Agitieren für eine bestimmte Zeit darin gleichmäßig verteilt. Danach wird mit einem Entwässerer, einem Kompressionsfilter, einem Vakuumfilter oder einer Zentrifuge entwässert. Dieser Reinigungsvorgang wird mindestens dreimal wiederholt.At the Neutralization process is the concentration of ammonia water (ammonium hydroxide) 10% to 25%. The feeding speed of ammonia water is 1 ml / min to 30 ml / min, depending on pH of the solution. While of the neutralization process is at a rate of 120 l / min to 1200 l / min agitated. The reaction time is 1 h to 4 h at a temperature of max. 20 ° C. The addition of ammonia water is stopped when a pH of 5 to 9 has been reached. In the neutralization process of the Titanium complex in the aqueous solution in titanic acid or titanium hydroxide, which are filtered out to a white powder to obtain. The filter cake is then at least five times Give amount of tap or soft water and agitate for a specific amount Time in it evenly distributed. After that, with a dehydrator, drained a compression filter, a vacuum filter or a centrifuge. This Cleaning process is repeated at least three times.

Danach wird der Filterkuchen in entionisiertes Wasser gegeben und durch Rühren gleichmäßig verteilt. Dann wird mindestens ein definiertes Oxidationsmittel oder mindestens eine definierte anorganische Säure zugegeben, um den Formänderungsprozeß einzuleiten. Hierfür stehen Perchlorsäure, Perjodsäure, Kaliumpermanganat, Natriumpermanganat, Salpetersäure, Phosphorsäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Jodwasserstoffsäure und Bromwasserstoffsäure zur Auswahl. Falls das Produkt direkt auf eine Oberfläche gesprüht werden soll, werden die Oxidationsmittel bevorzugt. Ist das Ziel ein Film oder soll in weiteren Schritten eine höhere Konzentration erreicht werden, werden anorganische Säuren oder eine Mischung aus diesen und Oxidationsmittel bevorzugt. Die zuzugebende Menge ist 1 ml/l bis 200 ml/l, die Temperatur liegt je nach Additiv zwischen 10° C und 95° C und die Agitationsgeschwindigkeit beträgt 30 l/min bis 300 l/min für 10 min bis 120 min. Je nach Produktapplikation und Umgebung wird anorganische Lauge ausgewählt. Zur Formierung wird das Titandioxid Sol/Gel auf 50° C bis 95° C erhitzt. Danach wird filtriert und abgepackt.Thereafter, the filter cake is placed in deionized water and evenly distributed by stirring. Then, at least one defined oxidizing agent or at least one defined inorganic acid is added to initiate the strain-changing process. For this purpose, perchloric acid, periodic acid, potassium permanganate, sodium permanganate, nitric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, hydroiodic acid and hydrobromic acid are available. If the product is to be sprayed directly onto a surface, the oxidizing agents are preferred. If the target is a film or if a higher concentration is to be achieved in further steps, inorganic acids or a mixture of these and oxidizing agents is preferred. The amount to be added is 1 ml / l to 200 ml / l, the temperature is between 10 ° C and 95 ° C depending on the additive and the agitation speed is 30 l / min to 300 l / min for 10 min to 120 min. Depending on the product application and the environment, inorganic lye is selected. For the formation of the titania sol / gel is heated to 50 ° C to 95 ° C. Thereafter, it is filtered and packaged.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 Blockdiagramm der Synthese von fotokatalytischer Titandioxid Sol/Gel Lösung entsprechend der vorliegenden Erfindung 1 Block diagram of the synthesis of photocatalytic titanium dioxide sol / gel solution according to the present invention

2 Blockdiagramm des Herstellungsprozesses entsprechend der vorliegenden Erfindung 2 Block diagram of the manufacturing process according to the present invention

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT

1 zeigt den Syntheseprozeß für fotokatalytisches Anatase Titandioxid entsprechend der vorliegenden Erfindung. Der Prozeß umfaßt folgende Schritte:
Lösen und Verdünnen eines Titankomplexes in einer definierten sauren Flüssigkeit, um verdünnte Titanlösung zu erhalten (Schritt 100 in 1, bzw. Schritt 10 in 2).
1 shows the synthesis process for photocatalytic anatase titanium dioxide according to the present invention. The process comprises the following steps:
Dissolve and dilute a titanium complex in a defined acidic liquid to obtain diluted titanium solution (step 100 in 1 , or step 10 in 2 ).

Neutralisieren durch Zugabe von Ammoniakwasser einer definierten Konzentration mit einer definierten Geschwindigkeit, um den pH-Wert auf 5 bis 9 einzustellen (Schritt 120 in 1, bzw. Schritt 12 in 2).Neutralize by adding ammonia water of a defined concentration at a defined rate to adjust the pH to 5 to 9 (step 120 in 1 , or step 12 in 2 ).

Reinigen durch Ausfiltern des Titandioxids aus der Lösung und Waschen des Titandioxidfilterkuchens (Schritt 130 in 1, bzw. Schritt 13 in 2).Purify by filtering out the titania from the solution and washing the titania filter cake (step 130 in 1 , or step 13 in 2 ).

Formänderung durch Gabe des Titanhydroxids in entionisiertes Wasser und Agitierung der Mischung bis eine gleichförmige Durchmischung erreicht ist, mit anschließender kontrollierter Zugabe von Oxidationsmittel bzw. anorganischer Säure (Schritt 140 in 1, bzw. Schritt 14 in 2).Change in shape by administration of the titanium hydroxide in deionized water and agitation of the mixture until a uniform mixing is achieved, with subsequent controlled addition of oxidizing agent or inorganic acid (step 140 in 1 , or step 14 in 2 ).

Formierung bei definierter Temperatur für eine bestimmte Zeit, um Sol/Gel zu erhalten (Schritt 150 in 1, bzw. Schritt 15 in 2).Forming at a defined temperature for a given time to obtain sol / gel (step 150 in 1 , or step 15 in 2 ).

Einstellen des pH-Werts des Sol/Gels, Filtrieren und Abpacken des fertigen Sol/Gels als Produkt (Schritt 160 in 1, bzw. Schritt 16 in 2). Nachfolgend sind einige bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben.Adjust the pH of the sol / gel, filter and pack the final sol / gel as product (step 160 in 1 , or step 16 in 2 ). Hereinafter, some preferred embodiments of the present invention are described.

Erste bevorzugte AusführungFirst preferred embodiment

10 l entionisiertes Wasser werden in einen Reaktionstank mit 20 l Inhalt gefüllt.10 One liter of deionized water is added to a 20L reaction tank filled.

Die Agitationsgeschwindigkeit wird auf 300 l/min eingestellt. Durch ein Wasserbad wird die Temperatur im Reaktionstank auf 5° C bis 10° C gehalten. Dann werden 500 g 98%iges Titantetrachlorid mit einer Geschwindigkeit von 4 ml/min mit Hilfe einer Dosierpumpe zugegeben. Wenn alles Titantetrachlorid zugegeben wurde, wird noch für 2 h weiteragitiert, bis die Flüssigkeit klar und durchsichtig ist. Danach wird bei einer Agitationsgeschwindigkeit von 600 l/min 20%iges Ammoniakwasser mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min zugegeben, bis ein pH-Wert von 4 erreicht wurde. Mit einer reduzierten Geschwindigkeit von 2 ml/min bis 4 ml/min wird weiter Ammoniakwasser zugegeben, bis der pH-Wert zwischen 7.5 und 8 liegt. Die so erhaltene Lösung wird mit einem Vakuumfilter filtriert. Der Titanhydroxid enthaltende Filterkuchen kommt in einen sauberen Tank mit 200 l Inhalt, in den zuvor 100 l Leitungs- oder weiches Wasser gegeben wurden. Es wird für 2 h mit 600 l/min agitiert, bis der Filterkuchen gleichmäßig mit Wasser vermischt wurde. Danach wird abfiltriert. Dieser Reinigungsprozeß wird dreimal wiederholt. Danach wird der Filterkuchen in den Formänderung- und Formationstank gegeben, in dem sich 20 l entionisiertes Wasser befinden. Die Agitationsgeschwindigkeit wird auf 300 l/min eingestellt und es wird für 1 h gerührt, so daß eine uniforme Durchmischung stattfindet. Nun werden 50 ml Perchlorsäure (HClO4) in die Lösung gegeben und für 80 min weitergerührt. Danach wird die Temperatur auf 80° C bis 90° C angehoben und für 6 h weitergerührt. Dann wird die Temperatur gesenkt und der pH-Wert eingestellt. Danach wird die Lösung als Produkt abgepackt. Das auf diese Weise erhaltene Titandioxid Sol/Gel ist eine farblos oder gelb durchsichtige wässrige Lösung mit einem pH-Wert zwischen 5 und 9. Der Anteil an Titandioxid beträgt ca. 1 % und die Größe der nadel- oder plättchenförmigen kristallinen Partikel liegt zwischen ca. 5 nm und 50 nm. Es kann direkt versprüht oder zu einem Film verarbeitet werden und hat selbstreinigende Eigenschaften. Unter dem Einfluß von ultraviolettem Licht wirkt es sterilisierend.The Agitation speed is set to 300 l / min. By a water bath, the temperature in the reaction tank is maintained at 5 ° C to 10 ° C. Then 500 g of 98% titanium tetrachloride are added at a rate of 4 ml / min with the aid of a metering pump. When all the titanium tetrachloride is added was, is still for 2 hours further agitated until the liquid clear and transparent. After that, at an agitation speed of 600 l / min of 20% ammonia water at a rate of 10 ml / min until a pH of 4 was reached. With a reduced rate of 2 ml / min to 4 ml / min will continue Ammonia water is added until the pH is between 7.5 and 8. The solution thus obtained is filtered with a vacuum filter. The titanium hydroxide containing Filter cake comes in a clean tank with 200 l content, in the previously 100 liters of tap or soft water were added. It will for 2 h agitated with 600 l / min until the filter cake evenly with Water was mixed. Thereafter, it is filtered off. This cleaning process becomes three times repeated. Thereafter, the filter cake is placed in the mold change and formation tank containing 20 liters of deionized water are located. The agitation speed is set to 300 l / min and it will be for Stirred for 1 h, so that one uniform mixing takes place. Now 50 ml of perchloric acid (HClO4) into the solution and for Stirred for 80 min. Thereafter, the temperature is at 80 ° C up to 90 ° C raised and for Stirred for 6 h. Then the temperature is lowered and the pH is adjusted. After that becomes the solution packaged as a product. The titanium dioxide obtained in this way Sol / gel is a colorless or yellow-transparent aqueous solution with a pH between 5 and 9. The proportion of titanium dioxide is about 1 % and the size of the needle or platelet-shaped crystalline Particle is between approx. 5 nm and 50 nm. It can be sprayed directly or be processed into a film and has self-cleaning properties. Under the influence of ultraviolet light, it has a sterilizing effect.

Zweite bevorzugte AusführungSecond preferred embodiment

Der Prozeß ist der gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung. Für den Formänderungsprozeß werden jedoch anstelle der Perchlorsäure (HClO4) 75 g Kaliumpermanganat (KMnO4) verwendet. Die Prozeßbedingungen bleiben gleich. Das so hergestellte Titandioxid Sol/Gel ist eine gelb durchsichtige Lösung mit einem pH-Wert zwischen 7 und 9. Der Anteil an Titandioxid beträgt ca. 1 % und die Größe der nadel- oder plättchenförmigen kristallinen Partikel liegt zwischen ca. 5 nm und 30 nm. Es enthält Mangan, welches reinigend und sterilisierend wirkt. Da der Gehalt an Kalium sehr gering ist, ist es für industriellen Einsatz geeignet.The process is the same as in the first preferred embodiment. However, instead of the perchloric acid (HClO4), 75 g of potassium permanganate (KMnO4) are used for the shaping process. The process conditions remain the same. The titania sol / gel prepared in this way is a yellow-transparent solution with a pH of between 7 and 9. The proportion of titanium dioxide is about 1% and the size of the needle-shaped or platelet-shaped crystalline particles is between about 5 nm and 30 nm It ent holds manganese, which has a cleansing and sterilizing effect. Since the content of potassium is very low, it is suitable for industrial use.

Dritte bevorzugte AusführungThird preferred embodiment

Der Prozeß ist der gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung, die Menge an Titantetrachlorid ist jedoch auf 2.5 l erhöht und für den Formänderungsprozeß werden 150 ml Perchlorsäure (HClO4) verwendet. Die anderen Bedingungen sind identisch mit der ersten bevorzugten Ausführung. Die erzeugten Partikel sind gleich wie bei der ersten bevorzugten Ausführung, der Anteil an Titandioxid im Sol/Gel liegt jedoch bei ca. 5%. Der fotokatalytische Anteil ist hoch. Außer zur Vorbeugung gegen Schimmel, Reinigung und Sterilisation kann der Titandioxid Fotokatalysator aus dieser Ausführung für selbstreinigende Wände und Sanitäreinrichtungen verwendet werden.Of the Process is the same as in the first preferred embodiment, the amount of titanium tetrachloride is however increased to 2.5 l and for become the shape change process 150 ml perchloric acid (HClO4) used. The other conditions are identical to the first one preferred embodiment. The particles produced are the same as in the first preferred Execution, However, the proportion of titanium dioxide in the sol / gel is about 5%. Of the photocatalytic content is high. Except for the prevention of mold, Cleaning and sterilization can be the titania photocatalyst from this version for self-cleaning Walls and sanitary facilities be used.

Vierte bevorzugte AusführungFourth preferred embodiment

Hier werden 9 l entionisiertes Wasser in einen 20 l Tank gegeben. Die Agitationsgeschwindigkeit wird auf 600 l/min eingestellt. Danach wird 1 l Schwefelsäure zugegeben. Darauf folgt die Zugabe von 400 g Titanoxysulfat (TiOSO4). Es wird kontinuierlich für mindestens 2 h weiteragitiert, bis alles in Lösung gegangen ist. Dann wird 20%iges Ammoniakwasser mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min zugegeben. Die anderen Prozeßschritte und auch das so erhaltene Endprodukt sind gleich wie bei der ersten bevorzugten Ausführung.Here 9 l of deionized water are added to a 20 l tank. The Agitation speed is set to 600 l / min. After that is 1 l of sulfuric acid added. This is followed by the addition of 400 g of titanium oxysulfate (TiOSO4). It is being continuously for Continue to agitate for at least 2 hours until everything has gone into solution. Then it will be Add 20% ammonia water at a rate of 10 ml / min. The other process steps and also the final product thus obtained are the same as in the first preferred embodiment.

Fünfte bevorzugte AusführungFifth preferred embodiment

Der Prozeß ist der gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung. Für den Formänderungsprozeß werden jedoch anstelle der Perchlorsäure (HClO4) 100 ml bis 150 ml Phosphorsäure (H3PO4) verwendet und die Formierungstemperatur ist auf 90° C bis 95° C erhöht, bei einer Formierungszeit von 8 h bis 12 h. Die so erzeugte fotokatalytische Titandioxid Sol/Gel Lösung ist farblos oder gelb. Das Produkt ist das Gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung, hat jedoch wegen seines geringen Phosphorgehalts noch bessere Reinigungswirkung.Of the Process is the same as in the first preferred embodiment. Become for the shape change process but instead of perchloric acid (HClO4) 100 ml to 150 ml of phosphoric acid (H3PO4) is used and the forming temperature is increased to 90 ° C to 95 ° C, at a formation time of 8 h to 12 h. The thus produced photocatalytic Titanium dioxide sol / gel solution is colorless or yellow. The product is the same as the first preferred embodiment, However, because of its low phosphorus content even better cleaning effect.

Sechste bevorzugte AusführungSixth preferred embodiment

Der Prozeß ist der gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung, mit dem Unterschied, daß die Temperatur bei der Formierung zwischen 70° C und 80° C liegt und die Reaktionszeit auf 24 h verlängert wurde. Die so erhaltene fotokatalytische Titandioxid Sol/Gel Lösung ist die gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung.Of the Process is the same as in the first preferred embodiment, with the difference that the Temperature during the formation is between 70 ° C and 80 ° C and the reaction time extended to 24 hours has been. The resulting photocatalytic titanium dioxide sol / gel solution is the same as in the first preferred embodiment.

Siebte bevorzugte AusführungSeventh preferred embodiment

Der Prozeß ist der gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführung, beim Formänderungsprozeß werden jedoch 10 ml Perchlorsäure und 50 ml Phosphorsäure zugegeben, die Formierungstemperatur wird auf 90° C bis 95° C erhöht und die Reaktionszeit beträgt 6 h. Das Produkt ist das gleiche wie das der fünften bevorzugten Ausführung.Of the Process is the same as in the first preferred embodiment, in the shape changing process however, 10 ml of perchloric acid and 50 ml of phosphoric acid added, the forming temperature is increased to 90 ° C to 95 ° C and the reaction time is 6 h. The product is the same as that of the fifth preferred embodiment.

Achte bevorzugte AusführungEighth preferred execution

Der Prozeß ist der gleiche wie bei der zweiten bevorzugten Ausführung, es werden jedoch 80 g Kaliumpermanganat und zusätzlich 150 ml Phosphorsäure zugegeben, die Formierungstemperatur wird auf 90° C bis 95° C erhöht und die Reaktionszeit beträgt 8 h. Das Produkt ist das Gleiche wie bei der zweiten bevorzugten Ausführung.Of the Process is the same as in the second preferred embodiment, however, 80 become g potassium permanganate and in addition 150 ml of phosphoric acid added, the forming temperature is increased to 90 ° C to 95 ° C and the reaction time is 8 h. The product is the same as in the second preferred embodiment.

Vorteile der vorliegenden Erfindung sind der Selbstreinigungseffekt, der Sterilisationseffekt in Verbindung mit ultravioletter Strahlung und die gute Haftung.advantages the present invention, the self-cleaning effect, the Sterilization effect in combination with ultraviolet radiation and the good adhesion.

Claims (8)

Eine Methode zur Synthetisierung von kristallinem fotokatalytischem Titandioxid Sol/Gel mit Partikelgrößen im Nanometerbereich, die die folgenden Schritte umfaßt: Auflösen und Verdünnen eines Titankomplexes in einer definierten flüssigen Säure, um verdünnte Titanlösung zu erhalten; Neutralisieren durch Zugabe von Ammoniakwasser mit definierter Konzentration und definierter Zugabegeschwindigkeit zu einem pH-Wert zwischen 5 und 9; Reinigen durch abfiltrieren des Titanhydroxids aus der Lösung und waschen des so erhaltenen Filterkuchens; Formänderung durch mischen des gewaschenen Filterkuchens mit entionisiertem Wasser und agitieren der Mischung, bis sie völlig homogen ist, mit anschließender Zugabe von Oxidationsmittel oder anorganischer Säure; Formierung bei definierter Temperatur über eine bestimmte Zeit, um Sol/Gel zu erhalten, einstellen des pH-Werts, abfiltern und verpacken als Fertigprodukt.A method for synthesizing crystalline photocatalytic titanium dioxide sol / gel with particle sizes in the nanometer range, which includes the following steps: Dissolve and Dilute of a titanium complex in a defined liquid acid to add diluted titanium solution receive; Neutralize by adding ammonia water with defined concentration and defined rate of addition to a pH between 5 and 9; Purify by filtration of the titanium hydroxide from the solution and washing the filter cake thus obtained; strain by mixing the washed filter cake with deionized water and agitate the mixture until completely homogeneous with subsequent addition oxidizing agent or inorganic acid; Formation at defined Temperature over a certain time to get sol / gel, adjust the pH, filter and pack as finished product. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der als Titankomplex entweder Titantetrachlorid (TiCl4) oder Titanoxysulfat (TiO(SO4)) gewählt wird.The method described under 1., in the titanium complex either titanium tetrachloride (TiCl4) or titanium oxysulfate (TiO (SO4)) chosen becomes. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der als flüssige Säure im Fall von Titantetrachlorid verdünnte Salzsäure und im Fall von Titanoxysulfat verdünnte Schwefelsäure gewählt wird, wobei die Säurekonzentration unter 4 mol/l liegt; der gelöste Titankomplex eine Konzentration von 5% bis 10% (Gewicht) hat; die Agitationsgeschwindigkeit zwischen 30 l/min und 600 l/min liegt; die Temperatur zwischen 4° C und 30° C liegt; die Reaktionszeit zwischen 1 h und 4 h liegt.The method described in 1., in which hydrochloric acid diluted as liquid acid in the case of titanium tetrachloride and sulfuric acid diluted in the case of titanium oxysulfate, the acid concentration being less than 4 mol / l; the dissolved titanium complex has a concentration of 5% to 10% (weight); the rate of agitation is between 30 l / min and 600 l / min; the temperature is between 4 ° C and 30 ° C; the reaction time is between 1 h and 4 h. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der die Konzentration des Ammoniakwassers zwischen 10% und 25% liegt; die Zuführgeschwindigkeit des Ammoniakwassers je nach pH-Wert der Lösung zwischen 1 ml/min und 30 ml/min liegt; die Zufuhr von Ammoniakwasser endet, wenn ein pH-Wert von 5 bis 9 erreicht ist; während des Neutralisationsprozesses mit einer Geschwindigkeit zwischen 120 l/min und 1200 l/min agitiert wird; die Reaktionszeit zwischen 1 h und 4 h beträgt.The method described in 1., in the the Concentration of ammonia water is between 10% and 25%; the feed of ammonia water depending on the pH of the solution between 1 ml / min and 30 ml / min is; the supply of ammonia water ends when a pH of 5 to 9 is reached; during the neutralization process agitated at a rate between 120 l / min and 1200 l / min becomes; the reaction time is between 1 h and 4 h. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der das aus der Lösung ausgefällte Titanhydroxid (oder Titansäure) abgefiltert und gereinigt wird, wobei zum Abfiltern ein Entwässerer, Druckfilter, Vakuumfilter oder eine Zentrifuge benutzt werden und wobei der so gewonnene Filterkuchen vier bis fünf mal in der drei bis zwanzigfachen Menge Wasser gewaschen, für 10 min bis 120 min mit 120 l/min bis 1200 l/min agitiert und wieder genauso abfiltriert wird.The method described in 1., in which the the solution precipitated Titanium hydroxide (or titanic acid) is filtered off and cleaned, wherein for filtering a dehydrator, Pressure filter, vacuum filter or a centrifuge can be used and wherein the filter cake thus obtained four to five times in the three to twenty times Lot of water washed, for Agitated 10 min to 120 min with 120 l / min to 1200 l / min and again is filtered off as well. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der der Filterkuchen in entionisiertes Wasser gegeben und gleichmäßig vermischt und danach ein ausgewähltes Oxidationsmittel oder eine anorganische Säure für die Einleitung eines Formänderungsprozesses zugegeben wird; wobei mindestens einer der folgenden Stoffe ausgewählt wird Perchlorsäure, Perjodsäure, Kaliumpermanganat, Natriumpermanganat, Salpetersäure, Phosphorsäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Jodwasserstoffsäure und Bromwasserstoffsäure; wobei die Zugabemenge zwischen 1 g/l und 200 g/l liegt; wobei die Temperatur des Formänderungsprozesses zwischen 10° C und 95° C liegt; wobei die Agitationsgeschwindigkeit zwischen 30 l/min und 300 l/min liegt bei einer Reaktionsdauer von 10 min bis 120 min.The method described under 1., in which the filter cake in deionized water and mixed uniformly and then a selected Oxidizing agent or an inorganic acid for initiating a strain process is added; where at least one of the following substances selected becomes perchloric acid, periodic acid, Potassium permanganate, sodium permanganate, nitric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, hydriodic acid and hydrobromic; in which the addition amount is between 1 g / l and 200 g / l; the Temperature of the deformation process between 10 ° C and 95 ° C is; in which the agitation speed is between 30 l / min and 300 l / min at a reaction time of 10 minutes to 120 minutes. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der der Formierungsprozeß in einem Tank bei einer Temperatur zwischen 50° C und 95° C und einer Agitationsgeschwindigkeit von 30 l/min bis 300 l/min für 4 h bis 24 h durchgeführt wird.The method described in 1., in which the forming process in a Tank at a temperature between 50 ° C and 95 ° C and an agitation speed from 30 l / min to 300 l / min for 4 hours to 24 hours becomes. Die unter 1. beschriebene Methode, bei der das Produkt je nach Anwendung und Notwendigkeit abgepackt wird.The method described under 1., in which the product depending on the application and need is packaged.
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