CN101827784B - 制备包含钛-硅混合氧化物的分散体的方法 - Google Patents

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Abstract

制备含水分散体的方法，所述的分散体的pH为9至14，并包含含量为75至99.99重量％的二氧化硅以及含量为0.01至25重量％的二氧化钛的热解的钛-硅混合氧化物粉末的颗粒，其在分散体中的平均聚集体直径不大于200nm，并包含至少一种碱性季铵化合物。

Description

制备包含钛-硅混合氧化物的分散体的方法
技术领域
本发明涉及制备包含钛-硅混合氧化物粉末的分散体的方法。
背景技术
EP-A-814058公开了钛-硅混合氧化物粉末用于制备含钛沸石的用途。含钛沸石是用于烯烃与过氧化氢的氧化反应的有效催化剂。通过由钛-硅混合氧化物粉末在模板(template)存在下进行的水热合成得到含钛沸石。EP-A-814058公开了具有含量为75至99.9重量％二氧化硅的热解钛-硅混合氧化物可用于此目的。特别有利的组合物是包含90至99.5重量％的二氧化硅以及0.5至5重量％二氧化钛的组合物。所用的模板可以是胺、铵化合物或碱金属/碱土金属的氢氧化物。
EP-A-814058所公开方法的不利之处在于其产生常常不具有可重现的活性并且不具有充足催化活性的产物。
因此，本发明的目的是提供一种方法，其中钛-硅混合氧化物以确保在后续得到沸石的工艺中的高催化活性的形式存在。
发明内容
本发明提供用于制备含水分散体的方法，所述的分散体的pH为9至14，并且包含
a)具有75至99.99重量％的二氧化硅含量以及0.01至25重量％的二氧化钛含量的热解的钛-硅混合氧化物粉末的颗粒，其在分散体中的平均聚集体直径不大于200nm，优选小于100nm，
b)以及至少一种碱性季铵化合物，并且对于所述分散体，
c)5≤水的摩尔量/钛-硅混合氧化物的摩尔量≤30，优选10≤水的摩尔量/钛-硅混合氧化物的摩尔量≤20，并且，
d)0.005≤铵化合物的摩尔量/钛-硅混合氧化物的摩尔量＜0.20，在所述的方法中，
e)通过转子/定子机械循环来自储存器的液相，其由水以及一种或多种碱性季铵化合物组成，所述的碱性季铵化合物以使得pH为10至12的量存在，
f)在转子/定子机械运转下，通过填充装置将一定量的钛-硅混合氧化物粉末引入在转子的齿槽和定子的缝槽之间的剪切区域，使得产生具有含量为20至40重量％的钛-硅混合氧化物粉末的分散体，在此期间通过连续地、进一步加入碱性的季铵化合物使pH保持在10至12，并且
g)在已加入所有的钛-硅混合氧化物粉末后，将填充装置关闭，并继续剪切，使得剪切速率在10000和40000s-1之间的范围，并且
h)然后任选地加入水和/或另外的碱性季铵化合物，以调整钛-硅混合氧化物粉末的含量和pH。
已发现当使用含有该细度颗粒的分散体时，制备含钛沸石所需的反应时间显著地减少。该平均聚集体直径优选地小于100nm。
“热解的”应理解为是指通过火焰氧化反应和/或火焰水解反应得到的混合金属氧化物颗粒。可氧化和/或可水解的原料通常是在氢气-氧气火焰中氧化或水解。本发明的混合金属氧化物颗粒基本上是无孔的，并且在其表面具有游离的羟基基团。所述的颗粒是以聚集的初级颗粒形式存在。
使用的热解钛-硅混合氧化物粉末的BET表面积不受限制。但是，已发现当BET表面积是在20至400m2/g，特别是在50至300m2/g的范围时是有利的。对于含钛沸石的制备，使用在分散体中具有高BET表面积并结合较小的平均聚集体直径的钛-硅混合氧化物粉末是特别有利的。
还已发现当所用的热解的钛-硅混合氧化物粉末包含小于50ppm、优选小于25ppm的Na、K、Fe、Co、Ni、Al、Ca以及Zn元素时是有利的。
所用的碱性季铵化合物可以是，例如四乙基氢氧化铵、四正丙基氢氧化铵和/或四正丁基氢氧化铵。将碱性的季铵化合物作为通过插入晶格确定晶体结构的模板。优选将四正丙基氢氧化铵用于钛硅石(titanium silicalite)-1(MFI结构)、将四正丁基氢氧化铵用于钛硅石-2(MEL结构)以及四乙基氢氧化铵用于钛β-沸石(BEA晶体结构)的制备。
在本发明的分散体中碱性季铵化合物的含量不受限制。如果分散体将被储存较长的时间，仅将制备含钛沸石所需量的部分加入分散体中是有利的。可优选地以导致9至11的pH的量加入碱性季铵化合物。在该pH范围，分散体显示出良好的稳定性。
如果分散体是，例如在其制备后将立即被用于制备含钛沸石，所述的分散体还可已包含全部量的碱性季铵化合物。在该情况中，优选0.08≤铵化合物的摩尔量/钛-硅混合氧化物的摩尔量＜0.17。
可将通过根据本发明的方法制备的分散体用于制备含钛沸石。在该情况中，在150至220℃的温度下将任选地进一步添加有碱性季铵化合物的分散体处理少于12小时的时间。通过过滤、离心或倾析而分离出所得的晶体，并将其用合适的洗涤液，优选水进行洗涤。
如有需要，然后可将晶体干燥，并在400℃至1000℃之间、优选500℃至750℃之间的温度进行煅烧以除去模板。
以粉末形式得到含钛沸石。对于其作为氧化催化剂的用途，若需要，通过粉末催化剂成型的已知方法，如粒化、喷雾干燥、喷雾粒化或挤出，将所述的含钛沸石转化为适合于使用的形式，例如微粒状、球形、片状、实心圆柱形、空心圆柱形或蜂巢形。
可将含钛沸石用作使用过氧化氢的氧化反应中的催化剂。特别地，可将含钛沸石用作在与水可混溶的溶剂中借助含水过氧化氢进行的烯烃的环氧化反应中的催化剂。
具体实施方式
实施例
原料：
钛-硅混合氧化物粉末1(Ti-Si-MOX)：将6.0kg/h的四氯化硅以及0.26kg/h的四氯化钛蒸发。通过15m3(STP)/h的氮气作为载气将蒸气转移入混合室中。单独地将3.3m3(STP)/h的氢气以及11.6m3(STP)/h的一次空气引入所述的混合室中。在中心管中，将反应混合物提供给燃烧器并将其点燃。火焰烧入水冷却的火焰管中。此外，将13m3(STP)/h的二次空气以及0.5m3(STP)/h的外部氢气引入反应室中。在下游过滤器中分离出所形成的粉末，并且然后将其在520℃用蒸汽逆流处理。
Ti-Si-MOX 1具有305m2/g的BET表面积、275g/100g的DBP数，95重量％的SiO2含量和5重量％的TiO2含量。其Na含量＜10ppm、K含量＜10ppm、Fe含量≤1ppm、Co含量＜1ppm、Ni含量＜1ppm、Al含量＜10ppm、Ca含量＜10ppm、Zn含量＜10ppm。在水中4％的分散体中Ti-Si-MOX 1具有大约3.6的pH。
钛-硅混合氧化物粉末2(Ti-Si-MOX 2)对应于与EP-A-1553054中的实施例18。Ti-Si-MOX 2具有43m2/g的BET表面积、83重量％的SiO2含量和17重量％的TiO2含量。
实施例1：分散体的制备(本发明)
首先将32.5kg去离子水加入100l不锈钢混合容器中。随后，用四正丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液(在水中占40重量％)将pH设定为约11。然后，借助Ystral Conti-TDS 4吸入嘴(suction nose)(定子槽：6mm环以及1mm环，转子/定子距离约1mm)，在剪切条件下，将17.5kg Ti-Si-MOX1吸入。在粉末的抽吸过程中，通过另外加入TPAOH，将pH保持在10和11之间。在抽吸结束后，将抽吸喷嘴关闭，用TPAOH将pH调节至11，并且将浓度为33重量％的预分散体以3000rpm再剪切10分钟。通过热交换器抵消作为高能量输入所产生的对分散体不期待的发热，并且将温度的升高限制在最高40℃。
为了确保非常高的储存稳定性，将产物用25.8kg去离子水稀释，并且彻底混合，用少量TPAOH将pH再次重新调整为11.0。
钛-硅混合氧化物的浓度：22重量％。使用共计3.8kg四正丙基氢氧化铵溶液(在水中占40重量％)。
分散体具有以下的值：水/钛-硅混合氧化物11.5、平均聚集体直径92nm(用Horiba LA910测定)。
实施例2：分散体的制备(对比例)
首先将32.5kg去离子水加入100l不锈钢混合容器中。随后，借助Ystral Conti-TDS 4吸入嘴(suction nose)(定子槽：6mm环以及1mm环，转子/定子距离约1mm)，在剪切条件下，将13.6kg Ti-Si-MOX 1吸入。
这形成了具有钛-硅混合氧化物的含量为28重量％的分散体，其具有高粘性和低稳定性。
实施例3：分散体的制备(对比例)
首先将32.5kg去离子水加入100l不锈钢混合容器中。随后，用四正丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液(在水中占40重量％)将pH设定为约13.5。然后，借助Ystral Conti-TDS 4吸入嘴(suction nose)(定子槽：6mm环以及1mm环，转子/定子距离约1mm)，在剪切条件下，将17.5kg Ti-Si-MOX1吸入。这导致分散体的剧烈发泡。不能进行进一步地分散。
实施例4：分散体的制备(本发明)
除了使用Ti-Si-MOX 2代替Ti-Si-MOX 1之外，进行与实施例1相似的步骤。
分散体具有以下的值：水/钛-硅混合氧化物11.5、平均聚集体直径131nm(用HoribaLA910测定)。
实施例表明，尽管所用的钛-硅混合氧化物粉末主要包含二氧化硅，在酸性pH范围已知用于二氧化硅的分散技术不适用于制备极细(＜200nm)并且高度填充的分散体，而根据本发明在碱性范围内的分散导致了具有期望的颗粒细度和固体物含量的分散体。
在这些条件下，具有可相比的BET表面积的纯二氧化硅如
Figure GSB00000939077300051
H-5(来自Cabot，BET表面积＝300m2/g)的分散体将不会产生期望的颗粒细度和固体物含量。
实施例还表明碱性季铵化合物部分必须与钛-硅混合氧化物粉末一起加入，即在加入所述粉末之前将碱完全加入达不到目的。

Claims (1)

1.用于制备含水分散体的方法，所述分散体的pH为9至14，并且包含：
a)热解的钛-硅混合氧化物粉末的颗粒，其具有含量为75至99.99重量％的二氧化硅以及含量为0.01至25重量％的二氧化钛，其在分散体中的平均聚集体直径不大于200nm，
b)以及至少一种碱性季铵化合物，并且对于所述分散体，
c)5≤水的摩尔量/钛-硅混合氧化物的摩尔量≤30，和
d)0.005≤铵化合物的摩尔量/钛-硅混合氧化物的摩尔量＜0.20，在所述的方法中，
e)通过转子/定子机械循环来自储存器的液相，所述液相由水以及一种或多种碱性季铵化合物组成，所述碱性季铵化合物以使得pH为10至12的量存在，
f)在转子/定子机械运转下，通过填充装置将一定量的钛-硅混合氧化物粉末引入在转子的齿槽和定子的缝槽之间的剪切区域，使得产生具有钛-硅混合氧化物粉末的含量为20-40重量％的分散体，在此期间通过连续地、进一步加入碱性季铵化合物使pH保持在10至12，并且
g)在已加入所有的钛-硅混合氧化物粉末后，将填充装置关闭，并继续剪切，使得剪切速率在10000和40000s-1之间的范围，并且，
h)然后任选地加入水和/或另外的碱性季铵化合物以调整钛-硅混合氧化物粉末的含量和pH，
其中所述碱性季铵化合物选自四乙基氢氧化铵、四正丙基氢氧化铵和四正丁基氢氧化铵。
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