球形TiO2是一种性能优异的功能材料,具有良好的流动性和互溶性、较大的比表面积,还具有白度最佳、消色力好和抗紫外光能力强等特性,因此根据球形TiO2的粒径不同可广泛应用于颜料、油墨、造纸、化妆品、化纤、冶金、光催化、电子等领域。目前球形TiO2的制备方法以溶胶-凝胶法、水热法等高成本方法为主,水解法虽成本低廉,但仍存在颗粒的分散性差和粒径难以控制的问题。本文以廉价的TiOSO4溶液为原料,优化钛液常压水解工艺条件,详细研究水解过程及颗粒形成过程;确定制备单分散球形TiO2及其粒径可控工艺的相关参数;此外,还对高浓度钛液水解制备单分散球形TiO2进行了研究,为水解法制备单分散球形TiO2的工业化生产提供借鉴。首先进行了TiOSO4水解工艺条件优化,得到了最适宜工艺参数:酸度系数F值为1.7～1.8、钛液与底水体积比5:1、熟化时间20 min、水解时间3 h,制备得到的水解产物是由类球形一次粒子组成的二次聚集体,通过控制水解条件可以调节二次聚集体的粒径。F值和底水量为诱导阶段和整个沉淀过程的主要影响因素,水解前期的影响因素为熟化时间,成熟阶段的影响因素为水解时间。在异丙醇分散溶剂体系中,以PVP为表面活性剂,低浓度钛液水解获得了粒度分布均匀、分散性良好的球形TiO2;分散溶剂的最佳用量为异丙醇与钛液体积比1:1,PVP最佳用量为5～10g/L。考察了钛液浓度、水解温度、水解时间、搅拌速率和升温速率对单分散球形TiO2颗粒粒径的影响,结果表明:钛液浓度和水解温度对粒径影响最大,在较低钛液浓度和较低水解温度下易得到分散良好、粒径小的球形TiO2颗粒;适宜的水解时间有利于颗粒粒径的均匀化,最佳水解时间为2 h;搅拌速率对单分散体系的颗粒粒径无明显影响,最佳搅拌速率为200 r/min;升温速率快更易得到粒径小且粒度分布窄的产品。通过改变水解条件可以制得粒径在0.1～1 μm之间的粒径可控单分散球形TiO2。在高浓度钛液水解制备球形TiO2的研究中,发现当钛液浓度升高时,最佳表面活性剂用量和水解温度也随之改变,但当钛液浓度超过一定值时,无法获得形貌规整、分散性好的球形TiO2;本文在PVP用量25 g/L,水解温度70℃下,以60 g/L高浓度钛液水解得到了单分散球形TiO2颗粒。