Basic HTML Version
19
Keramický zpravodaj 28 (3) (2012)
Obr. 3
Mezinárodní patentová přihláška Advanced
Materials-JTJ kryjící morfologií TiO
2
nanomateriálů, které
žádným jiným způsobem připravit nelze
Obr. 4
Schéma patentované technologie Advanced
Materials-JTJ s.r.o.
výrazně dražší, často dosahující i 200000 USD za tunu,
přestože při použití technologie přípravy nano-rutilu jejich
výrobní náklady obvykle nepřesahují 15000 USD za tunu.
Ekonomická výroba nano TiO
2
Situaci cenové dostupností i kvality nano TiO
2
produktu řeší
do budoucna výrobní proces popsaný v českém patentu č.
301315 s názvem „Katalytická struktura TiO
2
pro katalytic-
ké procesy do 1000 °C a způsob její výroby“ (obr. 3), jehož
autorem a majitelem je společnost Advanced Materials-JTJ
s.r.o. z Kamenných Žehrovic.
Patent byl zároveň podán ve většině vyspělých zemí
v celém světě, včetně EU, USA, Japonska, Kanady, Číny
a Hong Kongu.
Po technické stránce tento patentovaný proces využí-
vá sulfátovou technologii výroby pigmentu, kterou nená-
ročnou modifikací za použití dopování fosforem převádí
na nanotechnologickou výrobu nanočástic oxidu titaniči-
tého v jeho anatasové krystalové modifikaci.
Dnes již existuje několik prací ukazujících na stabilizaci
velikosti části pomocí dopování fosforem. Tuto vlastnost
společnost Advanced Materials-JTJ využila již před deseti
lety, když syntetizovala TiO
2
nanomateriály v souvislosti se
spoluprací s firmou Rako (dnes Lassesberger) na výrobě
fotokatalytických dlaždic.
Advanced Materials-JTJ objevila silný vliv fosforu jed-
nak pro stabilizaci růstu částic, dále pro zvýšení teplotní
odolnosti termodynamicky nestabilní anatasové krystalo-
vé fáze a v neposlední řadě i možnost přípravy různých
morfologií nanomateriálů, které žádným jiným způsobem
připravit nelze.
Ze schéma technologie (obr. 4) je dobře patrná její snadná
převoditelnost do velkovýroby. Příprava oxysulfátu titaniči-
tého probíhá stejně jako v pigmentovém procesu, hydrolý-
za produkující koláč hydrátu se také nemění, ale při vymý-
vání koláče se místo zárodků a pigmentových „penetrací“
používají pouze fosfor obsahující sloučeniny, nejčastěji
čistá H
3
PO
4
. Další technologické kroky jsou opět podobné
pigmentové výrobě.
Pro výrobu lze samozřejmě použít hydrátu zbaveného síry,
či jinak modifikovaného, ale pokud bychom zjednodušili
podmínky procesu, pak se oproti výrobě pigmentu bude
lišit pouze v jednom nebo dvou parametrech – dopování
fosforem a kalcinací při mírně nižší teplotě (z praktického
hlediska je optimální teplota cca do 800 °C).
Během kalcinace za uvedených podmínek dochází k zá-
zračné změně a z rotační pece na konci získáváme na-
nobázi místo pigmentu, která se od pigmentu liší jednak
velikostí částic a jednak morfologií podstruktur agregátů.
Pokud by nebyl přítomen fosfor nebo byly dohromady
s fosforem přítomny soli alkalických kovů, například pří-
davkem fosfátů, nevzniknou nanočástice, ale težce slinu-
té, tvrdé agregáty anatasu (obr. 5 vlevo) nebo rutilový pig-
ment (obr. 5 vpravo).
Kombinací obsahu fosforu a kalcinační teploty lze velmi
dobře kontrolovat velikost částic a jejich morfologii. Této
unikátní vlastnosti využívá patentovaný proces Advanced
Materials-JTJ. Pomocí této technologie lze připravit tepel-
ně stabilizovanou katalytickou strukturu s velice výhod-
nou geometrií planárních kruhových agregátů sestávající
se z fázově čistého nano anatasu o velikosti částic okolo
10 nanometrů.
Náhodná orientace jednotlivých plochých
agregátů o průměru přibližně 30 nm, zajišťuje dobrou pe-
netraci plynů a kapalin do této struktury tak, že celý její
povrch je dokonale přístupný a využitelný. Uplatnění ta-
kové struktury s vysoce přístupným povrchem lze najít
TiOSO
4
Hydrolysis Ti-hydrate paste
Ti(OH)
4
H
2
SO
4
Waste
Phosphorus doping
(H
3
PO
4
)
P-doped
Ti-hydrate
Drying
Calcination
Deposition of
active
substances on
the TiO
2
surface
Final processing
(granulation, pelletizing,
pressing, micronization, etc.)
Product