CN103288127B - 触媒二氧化钛及制备触媒二氧化钛的方法和水解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备高比表面积触媒二氧化钛的水解方法,属于化工领域。该方法包括以下步骤:a、加热水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液;水解钛液的浓度为140~160g/L,铁钛比为0.68~0.78;b、晶种钛液和氢氧化钠溶液升温至88~92℃之间时,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中形成混合液,升温,当稳定性合格后将混合液加入到水解钛液中;c、熟化,熟化结束后加热达到沸腾;保持微沸,当变为钢灰色时停止;d、将得到的反应体系加热并搅拌使其沸腾;沸腾后在1000~2000pa表压下保持微沸170~190min。本发明得到的触媒钛白比表面积高,成型好,完全符合电厂尾气控制对触媒钛白的要求。
Description
技术领域
本发明属于化工领域,具体涉及一种触媒二氧化钛及制备触媒二氧化钛的方法和制备触媒二氧化钛的水解方法。
背景技术
目前,触媒钛白原料生产主要采用硫酸法钛白生产工艺进行生产,硫酸法钛白生产水解工艺分为:自生晶种水解工艺和外加晶种水解工艺。水解是硫酸法钛白生产的关键工序之一,而外加晶种水解技术需要钛液浓度200g/l,较自生晶种常压水解技术降低25g/l,可以大幅度降低钛液浓缩蒸汽消耗量,因此通常都采用外加晶种水解技术。
外加晶种水解工艺的主要步骤为:将计量的水和片碱加入溶碱槽内,加蒸汽搅拌溶解并加热,放入晶种制备锅内随后将预热计量好的晶种钛液加入晶种锅内搅拌混合反应,加完后将该悬浮液加热,取样检测合格后将其放入水解钛液预热罐,钛液和晶种搅拌混合后,放入水解锅内并经直接蒸汽加热至钛液沸腾。停止蒸汽熟化后再次升温至溶液沸腾几小时完成水解。
我国钛白粉生产规模急剧扩大,颜料及其它通用钛白供大于求,市场环境恶劣。国家环保部已在2009-2010年期间开始对电厂实行严格的NOX(氧化氮)控制标准,已于2011年4月13日发布,十二五作为重点控制,即电厂尾气控制对脱硝触媒载体二氧化钛原料生产的脱硝钛白正呈放量需求趋势。中国钛资源丰富,攀西地区占世界35%,全国的90%以上,但高质量、高附加值的钛制品仍掌握在日本、美国企业手中,特别是国内尚无完整意义上成熟的SCR(SelectiveCatalyticReduction)需要的脱硝剂触媒载体二氧化钛原料生产工艺,尤其是脱硝剂触媒载体二氧化钛原料生产水解技术。因此研究新的水解工艺,以适应脱硝剂触媒载体二氧化钛发展的需要,成为本领域目前研究的重点。
申请号为200810095242.8的专利公开了一种制备钛白的水解方法,该方法采用晶种钛液和水解钛液分步加入的方法,并分步熟化的自生晶种,获得钛白粉粒度半峰宽在80-100nm的颜料级钛白,该专利注重于颜料钛白,在比表面积指标上只有200-220m2/g,与传统生产方法相比并无改善,不能真正满足触媒二氧化钛质量技术要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备高比表面积触媒二氧化钛的水解方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:制备触媒二氧化钛的水解方法,包括如下步骤:
a、准备水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液,水解钛液的浓度以TiO2计为140~160g/L,铁钛比为0.68~0.78;加热水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液;
b、晶种钛液和氢氧化钠溶液升温至88~92℃之间时,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中形成混合液;将混合溶液升温至95~97℃,保温测稳定性,当稳定性达到100~125ml时,将混合液加入到水解钛液中形成反应体系;
c、将步骤b得到的反应体系熟化,熟化结束后加热使反应体系达到沸腾;保持微沸状态,当反应体系变为钢灰色时停止加热,恒温静置;
d、将步骤c得到的反应体系加热并搅拌使其再次达到沸腾;沸腾后使反应体系在1000~2000pa表压下保持微沸状态170~190min;水解结束。
其中,上述的表压是反应体系高于大气压的压力。上述的铁钛比是指钛液中的亚铁粒子浓度与二氧化钛浓度的比值。
其中,步骤b所述的稳定性是指10mL混合液用纯水稀释至刚出现浑浊时的纯水体积,稳定性用毫升来表示。
其中,上述方法步骤b中,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中时,第一次加入晶种钛液总体积的1/3,在60~90秒内加入完毕;第二次加入晶种钛液总体积的2/3,在30~50秒内加入完毕;第一次加入完毕到第二次开始加入的时间相隔15~25秒。
其中,上述方法步骤a中,水解钛液的浓度以TiO2计为142~148g/L;晶种钛液的浓度以TiO2计为190g/L~200g/L,铁钛比为0.3~0.35。
其中,上述方法步骤a中,氢氧化钠溶液的浓度为8~10%。
其中,上述方法步骤b中,水解溶液的温度为95~97℃。
其中,上述方法步骤c中,所述的熟化是指在94~96℃恒温搅拌20~40min;熟化结束后加热使反应体系在10~15min达到沸腾。
其中,上述方法步骤c中,反应体系变为钢灰色后恒温静置的时间为20~40min。
其中,上述水解方法制得的偏钛酸比表面积为280~350m2/g。
进一步的,上述水解方法制得的偏钛酸比表面积为320~340m2/g。
本发明还提供一种制备触媒二氧化钛的方法,该方法包括水解的步骤,水解采用上述的水解方法。
本发明还提供一种触媒二氧化钛,其是上述制备触媒二氧化钛的方法制备得到。
进一步的,触媒二氧化钛的比表面积为280~350m2/g。
再进一步的,触媒二氧化钛的比表面积为320~340m2/g。
本发明的有益效果是:一方面,由于水解过程中硫酸氧钛不断水解,钛离子浓度不断降低,而铁粒子浓度在水解过程中变化很小,由此本发明通过控制水解钛液的浓度以TiO2计为140~160g/L,铁钛比为0.68~0.78,即大幅降低了水解钛液浓度,提高了铁钛比,达到调整水解总离子浓度的在水解过程中变化较小,影响水解的速度进而影响到水解粒子的形成速度,对稳定均衡粒度,形成高比表面积起着重要作用。另一方面,本发明将晶种钛液分2次加入到氢氧化钠溶液中形成混合液,第一次加入使在碱液中形成亚稳定锐钛型微晶体,直径约3-10nm,第二次加入使微晶体聚集成长为水解晶种,这种方式使水解晶种结构更稳定,更有利于絮团粒子均匀生成和长大,使偏钛酸比表面积更大。再次,本发明步骤d在沸腾后使反应体系在1000~2000pa表压下保持微沸状态170~190min,从而控制水解的在较高的速度下进行使生成的偏钛酸粒子更粗,偏钛酸粒径为絮团粒径,使比表面积更大。在上述三方面内容的综合作用下,结合本发明步骤,使触媒二氧化钛的比表面积更高,并且制得的触媒二氧化钛在压制的过程中,成型状况良好,完全符合电厂尾气控制对触媒二氧化钛的要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明制备触媒二氧化钛的水解方法,包括如下步骤:
a、准备水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液,水解钛液的浓度以TiO2计为140~160g/L,铁钛比为0.68~0.78;加热水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液。
铁钛比控制根据高钛渣和钛精矿使用比例控制,铁钛比过低会造成比表面积下降,过高则容易导致触媒成型过程中出现裂纹。浓度控制根据酸解加水量控制,若浓度过高在铁钛比为0.68~0.78的情况下会造成前段生产困难,设备堵塞。优选的,为了是触媒二氧化钛比表面积更优,步骤a中,水解钛液的浓度以TiO2计为142~148g/L;晶种钛液的浓度以TiO2计为190g/L~200g/L,铁钛比为0.3~0.35。氢氧化钠溶液的浓度为8~10%。
b、晶种钛液和氢氧化钠溶液升温至88~92℃之间时,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中形成混合液;将混合溶液升温至95~97℃,保温测稳定性,当稳定性达到100~125ml时,将混合液加入到水解钛液中形成反应体系。优选水解钛液的温度为95~97℃。
优选的,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中时,第一次加入晶种钛液总体积的1/3,在60~90秒内加入完毕;第二次加入晶种钛液总体积的2/3,在30~50秒内加入完毕;第一次加入完毕到第二次开始加入的时间相隔15~25秒。
c、将步骤b得到的反应体系熟化,熟化结束后加热使反应体系达到沸腾;保持微沸状态,当反应体系变为钢灰色时停止加热,恒温静置。
优选的,所述的熟化是指在94~96℃恒温搅拌20~40min;熟化结束后加热使反应体系在10~15min达到沸腾。反应体系变为钢灰色后恒温静置的时间为20~40min。
d、将步骤c得到的反应体系加热并搅拌使其再次达到沸腾;沸腾后使反应体系在1000~2000pa表压下保持微沸状态170~190min;水解结束。
本领域技术人员可以理解的是,在水解钛液,晶种钛液的加热过程中,在混合溶液的加热过程中,反应体系的熟化和加热过程中,这些都需要搅拌,这属于现有技术,本发明不再另进行限定。
本发明还提供一种制备触媒二氧化钛的方法,该方法包括水解的步骤,水解采用上述的水解方法。
制备触媒二氧化钛,在水解后需要进行冷却、洗涤、漂白、盐处理、煅烧等步骤,这些属于现有技术,本发明也不再另作限定。
本发明还提供一种触媒二氧化钛,其是上述制备触媒二氧化钛的方法制备得到。
进一步的,触媒二氧化钛的比表面积为280~350m2/g。
再进一步的,触媒二氧化钛的比表面积为320~340m2/g。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明,但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例当中。
实施例一本发明制备触媒二氧化钛的方法
取浓度为(以TiO2计)158.95g/L、铁钛比为0.78的水解钛液2000mL,置于三口烧瓶内在35min升温至96℃。晶种制备时量取40mL8.65wt%的氢氧化钠溶液,取100ml指标合格的晶种钛液,晶种钛液的浓度以TiO2计为195g/L,铁钛比为0.31。水解钛液升温至68℃时开始升温碱液和晶种钛液,晶种钛液90℃时分两次加入到40mL88℃的碱液中,第一次加入晶种钛液总体积的1/3,在70秒内加入完毕,第二次加入晶种钛液总体积的2/3,在30秒内加入完毕,第一次加入完毕到第二次开始加入的时间相隔20秒。3min升温至97℃并保持温度,测其稳定性,在7min后稳定性达到100ml,稳定性合格。取60mL稳定性合格的晶种加入到2000mL水解钛液中形成反应体系,此时水解钛液温度95.5℃。对反应体系继续搅拌、保温40min,保温结束时温度为93.5℃。继续加热,在13min达到第一次沸腾状态,14min时颜色变为钢灰色,进入保温、停搅拌状态,30min保温结束时钛液温度为97℃。继续对反应体系加热,第二次沸腾后使反应体系在1200pa表压下保持微沸状态3分钟,从第二次升温至再次沸腾用时11min。水解结束,测得偏钛酸比表面积为335.9㎡/g。再经冷却、洗涤、漂白、盐处理、煅烧、粉碎制得触媒二氧化钛。
实施例二
取浓度为(以TiO2计)142.95g/L、铁钛比为0.70的水解钛液2000mL,置于三口烧瓶内在39min升温至97℃。晶种制备时量取40mL8.65wt%的氢氧化钠溶液,取100ml指标合格的晶种钛液,晶种钛液的浓度以TiO2计为195g/L,铁钛比为0.33。水解钛液升温至70℃时开始升温碱液和晶种钛液,晶种钛液90℃时分两次加入到40mL90℃的碱液中,第一次加入晶种钛液总体积的1/3,在80秒内加入完毕,第二次加入晶种钛液总体积的2/3,在40秒内加入完毕,第一次加入完毕到第二次开始加入的时间相隔15秒。3min升温至97℃并保持温度,测其稳定性,在9min后稳定性达到100ml,稳定性合格。取60mL稳定性合格的晶种加入到2000mL水解钛液中形成反应体系,此时水解钛液温度96.5℃。对反应体系继续搅拌、保温40min,保温结束时温度为94.5℃。继续加热,在12min达到第一次沸腾状态,14min时颜色变为钢灰色,进入保温、停搅拌状态,30min保温结束时钛液温度为97℃。继续对反应体系加热,第二次沸腾后使反应体系在1500pa表压下保持微沸状态3分钟,从第二次升温至再次沸腾用时12min。水解结束,测得偏钛酸比表面积为320㎡/g。再经冷却、洗涤、漂白、盐处理、煅烧、粉碎制得触媒二氧化钛。
对比实施例一
方法过程及参数同实施例一,区别在于水解钛液的浓度以TiO2计为145.71g/L,铁钛比为0.87。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例二
方法过程及参数同实施例一,区别在于水解钛液的浓度以TiO2计为157.1g/L,铁钛比为0.47。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例三
方法过程及参数同实施例一,区别在于水解钛液的浓度以TiO2计为198.1g/L,铁钛比为0.72。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例四
方法过程及参数同实施例一,区别在于水解钛液的浓度以TiO2计为121.19g/L,铁钛比为0.75。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例五
区别在于将晶种钛液一次性加入到氢氧化钠溶液中,其他过程及参数同实施例一。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例六
区别在于将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中时,第一次加入晶种钛液总体积的1/3,但在10秒内加入完毕,第二次加入晶种钛液总体积的2/3,但在15秒内加入完毕,,其他过程即参数同实施例一。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例七
区别在于在第二次沸腾后反应体系在常压下保持微粉3分钟,其他过程即参数同实施例一。测得偏钛酸比表面积见表一。
对比实施例八
区别在于将晶种钛液一次性加入到氢氧化钠溶液中,并且在第二次沸腾后反应体系在常压下保持微粉3分钟,其他过程及参数同实施例一。测得偏钛酸比表面积见表一。
表一实施例及对比实施例效果表
从上述实施例和对比实施例的比较可知,本发明能够制备出高比表面积的触媒二氧化钛,比表面积达到320m2/g以上,并且成型状况良好,完全符合电厂尾气控制对触媒二氧化钛的要求,这和本发明水解钛液的浓度、晶种钛液的分步加入和是否进行加压是密不可分的,只有三者技术的结合,才能更好的实现本发明效果。其中,所述的成型状况,是触媒二氧化钛在用于电厂烟气处理的填料前,需要压制成蜂窝状的模型,所述的成型状况就是压制时的情况。
Claims (8)
1.制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于包括如下步骤:
a、准备水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液,水解钛液的浓度以TiO2计为140~160g/L,铁钛比为0.68~0.78;加热水解钛液、晶种钛液和氢氧化钠溶液;
b、晶种钛液和氢氧化钠溶液升温至88~92℃之间时,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中形成混合液;将混合溶液升温至95~97℃,保温测稳定性,当稳定性达到100~125ml时,将混合液加入到水解钛液中形成反应体系;
c、将步骤b得到的反应体系熟化,熟化结束后加热使反应体系达到沸腾;保持微沸状态,当反应体系变为钢灰色时停止加热,恒温静置;
d、将步骤c得到的反应体系加热并搅拌使其再次达到沸腾;沸腾后使反应体系在1000~2000pa表压下保持微沸状态170~190min;水解结束。
2.根据权利要求1所述的制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于:步骤b中,将晶种钛液分两次加入到氢氧化钠溶液中时,第一次加入晶种钛液总体积的1/3,在60~90秒内加入完毕;第二次加入晶种钛液总体积的2/3,在30~50秒内加入完毕;第一次加入完毕到第二次开始加入的时间相隔15~25秒。
3.根据权利要求1所述的制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于:步骤a中,水解钛液的浓度以TiO2计为142~148g/L;晶种钛液的浓度以TiO2计为190g/L~200g/L,铁钛比为0.3~0.35。
4.根据权利要求3所述的制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于:步骤a中,氢氧化钠溶液的质量浓度为8~10%。
5.根据权利要求1所述的制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于:步骤b中,水解溶液的温度为95~97℃。
6.根据权利要求1所述的制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于:步骤c中,所述的熟化是指在94~96℃恒温搅拌20~40min;熟化结束后加热使反应体系在10~15min达到沸腾。
7.根据权利要求6所述的制备触媒二氧化钛的水解方法,其特征在于:步骤c中,反应体系变为钢灰色后恒温静置的时间为20~40min。
8.制备触媒二氧化钛的方法,包括水解的步骤,其特征在于:水解采用权利要求1至6中任一项所述的水解方法。
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