CN107777692B - 一种脱硝催化剂用高纯硅溶胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱硝催化剂用高纯硅溶胶的制备方法。该制备方法，以气相二氧化硅为原料，以四甲基氢氧化铵为溶胶剂，添加非离子表面活性剂制备出低粘度、高浓度高纯硅溶胶。本发明方法制备的高纯硅溶胶铁离子含量小于0.005％，镁离子含量小于0.02％，铝离子含量小于0.05％。催化剂脱硝效率高，符合脱硝催化剂的要求。

Description

一种脱硝催化剂用高纯硅溶胶的制备方法
技术领域
本发明隶属于硅溶胶领域，更具体地说，涉及脱硝催化剂用高纯硅溶胶的制备方法。
背景技术
大气环境是人类赖以生存的可贵资源，我国二氧化硫和氮氧化物是大气中主要污染物，因此，尾气的排放前的脱硫、脱硝处理对于环保治理是非常重要的。
目前的脱硝处理主要包括低NOX燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)。其中SCR技术NOX脱除率高，是目前国内外应用最广的脱硝技术。
目前SCR催化剂主要有蜂窝式、平板式和波纹式三种。国内主要是以蜂窝式和平板式为主劳动强度较大，波纹式采用玻璃纤维板或陶瓷板为载体，浸渍催化剂后煅烧成型，相比其它两种催化剂质量小，面积适中，生产自动化程度高，是脱硝催化剂生产的发展方向。
目前国内波纹式催化剂主要还是国外进行生产，国内使用波纹式催化剂大部分依赖进口，生产波纹式催化剂载体成型过程中，使用的粘结剂一直是阻碍该产品国产化的瓶颈。
目前比较成熟的硅溶胶工业生产方法主要包括离子交换法。离子交换反应但由于交换树脂交换容量不稳定，因此，目前的离子交换法制备硅溶胶杂质含量高，不符合使用要求。
为了制备出高纯度的硅溶胶专利CN1155514A公开了“高纯度、高浓度、高均匀颗粒分布的大颗粒二氧化硅溶胶的制造方法”该方法，利用两次离子交换，并加入硫酸、草酸除杂。最后经过氨离子交换，制备成氨稳定的硅溶胶，虽然反复进行离子交换利用该方法出高纯的硅溶胶杂质含量不符合使用要求。专利CN201510229620.7公开了一种钠离子含量高纯硅溶胶的制备方法，其采用硅酸钠为原料，经过凝胶反应、水洗、胶溶、过滤、得到浓度39～40％，钠离子含量小于0.01％的硅溶胶，但其中没有明确铁、镁、铝金属杂质含量。专利CN103402933A公开了一种二氧化硅的制备方法，其向酸化剂中加入硅酸钠得到PH小于2悬浮液，水洗，水洗电导小于10μS，然后干燥，最终得到碱金属或碱土金属含量在0.01PPM-10PPM之间。其在精制过程中使用大量的酸造成环境的污染，是不可持续的工艺。
发明内容：
针对目前硅溶胶的生产高纯硅溶胶方法的不足之处，本发明提供了一种脱硝催化剂用高纯硅溶胶的生产方法，采用该方法制备的高纯硅溶胶铁离子含量小于0.005％，镁离子含量小于0.02％，铝离子含量小于0.05％。催化剂脱硝效率高，符合脱硝催化剂的要求。
解决上述技术问题采用的具体技术方案如下：
一种脱硝催化剂用高纯硅溶胶的制备方法，以气相二氧化硅为原料，以四甲基氢氧化铵为溶胶剂，添加非离子表面活性剂制备出低粘度、高浓度高纯硅溶胶，具体包括如下步骤：
(1)配料：将气相二氧化硅加水配制成二氧化硅含量为4-6％wt的悬浮液；四甲基氢氧化铵配制成25％wt水溶液，将强酸性阳离子交换树脂再生后备用；
(2)混料：将步骤(1)配制的二氧化硅悬浮液加入反应罐，在20-25℃下，加入四甲基氢氧化铵水溶液至pH为10-10.5，在以60-120转/分的转速下，搅拌8-10小时；
(3)反应：将步骤(2)得到的物料升温至150-160℃，保温12-16小时，反应完成后冷却至常温；
(4)过滤：过滤步骤(3)的产物除掉未反应的固溶物；
(5)交换：取步骤(4)过滤后得到的产物总量的二分之一，通过强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，控制出口pH为2-3；
(6)合成：将步骤(4)剩余的二分之一过滤后产物加热至90-100℃，在,50-100ml/min速度下，加入步骤(5)离子交换得到的产物，保持最终在pH为9-9.5下熟化1-2小时；
(7)浓缩：将步骤(6)制得的物料，浓缩至二氧化硅浓度39-40wt％，浓缩期间加入非离子表面活性剂JFC调整硅溶胶粘度小于10CP，制得高纯硅溶胶，其中，铁离子含量小于0.005％，镁离子含量小于0.02％，铝离子含量小于0.05％。
本发明制备方法与现有技术相比优势在于，本发明方法采用纯度较高的气相二氧化硅免除了产品的提纯过程，流程短，不会造成环境污染；本发明制备的硅溶胶杂质含量低，二氧化硅浓度高，易于工业化；采用本发明方法制备的硅溶胶用于制备脱硝催化剂脱硝效率高。
具体实施方式：
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1.
(1)配料：配制二氧化硅含量为4％wt的气相二氧化硅悬浮液1000克，四甲基氢氧化铵配制成25％wt水溶液，将强酸性阳离子交换树脂再生后备用；
(2)混料：将配制好的二氧化硅1000克加入反应罐，在20℃下，加入四甲基氢氧化铵至pH为10.2。在以60转/分的转速下，搅拌10小时；
(3)反应：将步骤(2)物料升温至150℃，保温16小时后冷却至常温；
(4)过滤：将步骤(3)得到的物料过滤除掉未反应的固溶物；
(5)交换：取步骤(4)过滤后得到的物料总量的二分之一，通过强酸性阳离子交换树脂，控制出口pH为2.5；
(6)合成：将步骤(4)过滤后得到的剩余的二分之一物料加热至90℃，在50ml/min速度下，加入步骤(5)得到的物料，保持最终pH为9.0熟化1小时；
(7)浓缩：将步骤(6)制得的物料，浓缩至二氧化硅浓度39.5wt％，浓缩期间加入非离子表面活性剂JFC调整硅溶胶粘度至8.5CP，制得高纯硅溶胶，其中，铁离子含量0.004.7％，镁离子含量0.018％，铝离子含量0.03％。
实施例2.
(1)配料：配制二氧化硅含量为5％wt的气相二氧化硅悬浮液1000克，四甲基氢氧化铵配制成25％wt水溶液，将强酸性阳离子交换树脂再生后备用；
(2)混料：将配制好的二氧化硅悬浮液1000克加入反应罐，在25℃下，加入四甲基氢氧化铵至pH为10.5，在以100转/分的转速下，搅拌8小时；
(3)反应：将步骤(2)得到的物料升温至155℃，保温反应15小时，反应完成后冷却至常温；
(4)过滤：将步骤(3)得到的物料过滤除掉未反应的固溶物；
(5)交换：取步骤(4)过滤后得到的物料总量的二分之一，通过强酸性阳离子交换树脂，控制出口pH为2.3；
(6)合成：将步骤(4)过滤后得到的剩余二分之一物料加热至95℃，在80ml/min速度下，加入步骤(5)的物料，保持最终pH为9.5熟化1小时；
(7)浓缩：将步骤(6)制得的物料，浓缩至二氧化硅浓度40％，浓缩期间加入非离子表面活性剂JFC调整硅溶胶粘度至9.0CP，制得高纯硅溶胶，其中，铁离子含量0.005％，镁离子含量0.015％，铝离子含量0.02％。
实施例3.
(1)配料：配制二氧化硅含量为6％wt的气相二氧化硅悬浮液1000克，四甲基氢氧化铵配制成25wt％水溶液，并将强酸性阳离子交换树脂若干再生后备用；
(2)混料：将配制好的二氧化硅悬浮液1000克加入反应罐，在25℃下，加入四甲基氢氧化铵至pH为10.5，在以100转/分的转速下，搅拌10小时；
(3)反应：将步骤(2)得到的物料升温至160℃，保温16小时，反应完成后冷却至常温；
(4)过滤：将步骤(3)得到的物料过滤除掉未反应的固溶物；
(5)交换：取步骤(4)过滤后得到物料总量的二分之一，通过强酸性阳离子交换树脂，控制出口pH为2.8；
(6)合成：将步骤(4)过滤后剩余的二分之一物料加热至100℃，在100ml/min速度下，加入步骤(5)的物料，保持最终pH为9.5熟化1小时；
(7)浓缩：将步骤(6)制得的物料，浓缩至二氧化硅浓度40％，浓缩期间加入降粘剂JFC调整硅溶胶粘度至10CP，制得高纯硅溶胶，其中，铁离子含量0.004％，镁离子含量0.02％，铝离子含量0.01％。

Claims (1)

1.一种脱硝催化剂用高纯硅溶胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料：将气相二氧化硅加水配制成二氧化硅含量为4-6wt％的悬浮液；四甲基氢氧化铵配制成25wt％水溶液，将强酸性阳离子交换树脂再生后备用；
(2)混料：将步骤(1)配制的二氧化硅悬浮液加入反应罐，在20-25℃下，加入四甲基氢氧化铵水溶液至pH为10-10.5，在以60-120转/分的转速下，搅拌8-10小时；
(3)反应：将步骤(2)得到的物料升温至150-160℃，保温12-16小时，反应完成后冷却至常温；
(4)过滤：过滤步骤(3)的产物除掉未反应的固溶物；
(5)交换：取步骤(4)过滤后得到的产物总量的二分之一，通过强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，控制出口pH为2-3；
(6)合成：将步骤(4)剩余的二分之一过滤后产物加热至90-100℃，在50-100mL/min速度下，加入步骤(5)离子交换得到的产物，保持最终在pH为9-9.5下熟化1-2小时；
(7)浓缩：将步骤(6)制得的物料，浓缩至二氧化硅浓度39-40wt％，浓缩期间加入非离子表面活性剂JFC调整硅溶胶粘度小于10cp ，制得高纯硅溶胶，其中，铁离子含量小于0.005％，镁离子含量小于0.02％，铝离子含量小于0.05％。
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