DD245649A1

DD245649A1 - Verfahren zur herstellung hochdisperser oxide

Info

Publication number: DD245649A1
Application number: DD28588786A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Mueller; Wolfram Vogelsberger; Helga Dunken; Richard Rudolph; Jochen Stark
Original assignee: Dessau Zementanlagenbau Veb
Priority date: 1986-01-02
Filing date: 1986-01-02
Publication date: 1987-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung disperser Oxide mit waehlbarer Partikelgroesse und Oberflaechen- und Porenstruktur sowie waehlbaren Oberflaechen- und Zusammensetzungseigenschaften. Ziel der Erfindung ist es, diese Produkte in einem einzigen Reaktionsschritt mit hoher Ausbeute zeit- und energiesparend aus fluessigen oder geloesten Ausgangsstoffen herzustellen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die fluessigen bzw. in Wasser oder organischen Loesungsmitteln geloesten festen Verbindungen von Metallen oder Metalloiden mit organischen Liganden in einer pulsierenden Verbrennung eines Schwingfeuerreaktors mit variablem Reaktortemperaturprogramm umgesetzt werden, indem sie in den Reaktor direkt eingespritzt werden.

Description

Die Länge der Koagulationsstrecke und die Strömungsgeschwindigkeit sowie spezielle Konstruktionen für die Abscheidung bestimmen die Eigenschaften der oxidischen Produkte mit.

Wesentliche Produkteigenschaften nach dem Flammenpyrolyseverfahren sind die kugelförmige Partikelgestalt, die Feinteiligkeit der Partikel, ihr hoher Reinheitsgrad und ihre sehr kleine innere Porenoberfläche.

Bei den bisher bekannt gewordenen Erfindungen mußten die Ausgangsstoffe in dampfförmigem Zustand in den Brenner eingebracht werden. Außerdem sind beim Einsatz chlorhaltiger Verbindungen eine aufwendige Abgasentsorgung sowie der Einsatz korrosionsbeständiger Werkstoffe erforderlich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem disperse Oxide mit wählbarer Partikelgröße, Oberflächenstruktur und Reinheit in hoher Ausbeute aus möglichst kostengünstigen Ausgangsstoffen zeit- und energiesparend hergestellt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wärmeübergang bei gleichzeitiger Reduzierung der Reaktionszeiten und der Anzahl der Verfahrensschritte zu erreichen.

Die Aufgabe wird in der dargelegten Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausgangsstoffe in eine pulsierende Verbrennung eingespritzt und umgesetzt werden. Die pulsierende Verbrennung bietet gegenüber der stationären Verbrennung die Vorteile der Steigerung der Energieumsetzung, der verbesserten Wärmeübertragung, der raschen thermischen Aktivierung der Ausgangsstoffe, der Verkürzung der Reaktionszeiten und insbesondere der zusätzlichen Zerteilung des Brenngutes durch den pulsierenden Betrieb. Die Ausgangsstoffe werden direkt in flüssiger Form in den Reaktor eingedüst. Damit werden zugleich hohe Umsätze garantiert.

Ausführungsbeispiel

Als Ausgangsstoffe werden flüssige oder in Lösungsmitteln gelöste feste Metall- oder metalloide Verbindungen (M), wie Alkolate, M = B, Al, Sn,Ti, Zr, Carboxylate M(OR)_n, M(OOCR)_n, in einen Schwingfeuerrealctor eingespritzt, die bei einer Förderung durch Pumpen oder Kompressionsvorrichtungen problemlos (nicht explosiv) handhabbar sind und die nach der Verbrennung keine zusätzliche Abgasreinigung erfordern.

Als Brenngas dient Stadtgas (Diesel). Durch Regelung der Luftzufuhr, der Reaktortemperatur, der Brenngaszufuhr und der Ausgangsstoffdosierung können hochdisperse Oxide variabler Partikelgrößen und spezifischer Oberflächengrößen steuerbar erhalten werden. Bei entsprechender Prozeßführung, z. B. durch Drosselung der Sauerstoffzufuhr oder Erhöhung der Ausgangsstoffdosierung können diese Oxide mit organischen Oberflächenendgruppen, z. B. Ethoxygruppen im gleichen Umsetzungsschritt modifiziert werden.

Bei festen Ausgangsverbindungen sind brennbare Lösungsmittel, z.B. Methanol, Ethanol, aber auch Wasser einsetzbar. Der Verdünnungsgrad der Lösung, d. h. ihr Feststoffgehalt bietet eine weitere Steuermöglichkeit für die Einstellung der Partikelgröße der Endprodukte.

Einsetzbar sind auch homogene Mischphasen der genannten Ausgangsstoffe im flüssigen oder gelösten Zustand. Auf diese Weise sind Mischoxidpartikel auch in nichtstöchiometrischen Verhältnissen herstellbar.

Beim Einsatz wäßriger Lösungen wird der Brennergasstrom erhöht, um eine rasche H₂O-Verdampfung durch hohe Temperaturen bei 600⁰C bis 800⁰C zu sichern. Der pulsierende Reaktorbetrieb sichert eine hohe Aufheizrate und zugleich eine Tropfenzerteilung. Durch Einsatz halogenfreier Ausgangsstoffe entstehen keine umweltschädigenden Abgase, ein Vorteil gegenüber Verfahren, die halogeniert^ Verbindungen einsetzen. Eine Abgasentsorgung entfällt ebenso wie ein Waschprozeß.

Durch eine CO-Kontrolle im Abgas ist die Vollständigkeit der Verbrennung von Siliciumorganoverbindungen kontrollier- und regulierbar.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Oxide mit einstellbarer Partikelgröße, Oberflächengröße und -struktur und wählbaren oberflächenchemischen und Zusammensetzungseigenschaften, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Einstufenprozeß flüssige oder in Lösungsmitteln gelöste Metall- oder metalloide Verbindungen mit organischen Liganden in einer pulsierenden Verbrennung mit variablem Reaktortemperaturbereich zerstäubt und thermisch behandelt werden.
2. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Oxide nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Lösungsmittel für feste Ausgangsverbindungen Alkohole, Kohlenwasserstoffe und Wasser eingesetzt werden.
3. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Oxide nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß durch Einstellung der Lösungskonzentration die Partikel- und Oberflächengröße steuerbar ist.
4. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Oxide nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß durch Zerstäubung homogener Mischphasen und-lösungen Mischoxidpartikel mit variabler Zusammensetzung herstellbar sind.
5. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Oxide nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß durch Steuerung der Reaktortemperatur, Luftzufuhr, Ausgangsstoffdosierung Produkte mit variabler Porenstruktur und Partikelgröße sowie variablem Gehalt funktioneller Oberflächenendgruppen herstellbar sind.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochdisperser Oxide für Füllstoffe, als Eindicker und Einfärber für Farben und Lacke, für Adsorptions- und chromatische Zwecke, zum Herstellen von Poliermittelmischungen für Sinterwerkstoffe und dergleichen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hochdisperse Oxide sind wegen ihrer vielseitigen Einsetzbarkeit und besonderen Oberflächeneigenschaften in der Literatur vierfach beschrieben. Bei den Herstellungsverfahren dominieren pyrogene oder thermische Verfahren gegenüber Naßverfahren. In Abhängigkeit von den Hefstellungsbedingungen und -verfahren, von den verwendeten Ausgangsstoffen und Zusätzen kann ein breites Spektrum an Oberflächeneigenschaften für hochdisperse Oxide realisiert werden. Diese Oberflächeneigenschaften sind gekennzeichnet durch: die spezifische Oberflächengröß"e (Bereich von 10 bis 1000 mVg), die Primärteilchengröße und -verteilung (5nm bis 1 μνη), die Porengrößen und -verteilung, der Partikelradius und -agglomeration. Chemische Oberflächeneigenschaften werden durch den Oberflächen-OH-Gruppen-Gehaltundden Gehalt anderer funktioneller Oberflächengruppen bestimmt.

Entsprechend dieser erzeugbaren Eigenschaftspalette finden hbchdisperse Oxide ein breites Einsatzspektrum; sie werden als Pigmente und Eindicker in Farben und Lacken, als Füllstoffe für Polymere, als Adsorbentien, als magnetische Aufzeichnungsmaterialien, für chromatographische Zwecke, als Poliermittel und für Sinterwerkstoffe eingesetzt. Die Flammenpyrolyse ist das entscheidende Herstellungsverfahren für hochdisperse Oxide. Dabei werden flüchtige Metall- bzw. metalloide Verbindungen mit oxidierbaren bzw. hydrolysierenden Verbindungen bei höheren Temperaturen in der Gasphase umgesetzt. Als Ausgangsstoffe dienen dabei vornehmlich flüssige oder feste Halogenide mit einem hohen Partikeldampfdruck (z. B. MX₄; M = Ti, Zr, Sn; M¹X₃; M'= B, Al, Fe; X = vornehmlich Cl).

Wichtige Patente dazu sind u.a. die

DE-OS 2923182
DE-OS 3045190
GB-PS 1121229.

Prinzipiell einsetzbar sollten auch Metall- und metalloidorganoverbindungen mit relativ hohem Partikeldampfdruck sein, die selbst brennbar sind, wie das z. B. im Patent DE-OS 3028363 für Siliciumorganoverbindungen beschrieben wird. Die Konstruktion von Brennern Apparaturen für die Flammenpyrolyse wird in einer Reihe von Patenten beschrieben. Die wichtigsten sind die

US-PS 4292290
GB-PS 1049 282
GB-PS 2037726.

Die gasförmigen Verbindungen werden dabei mit Luft, teilweise unter Zusatz von H₂O-Dampf eingeblasen, in entsprechenden Kammern vermischt und in das Brennergas gebracht. Als Brennstoffe können dabei H₂, Wassergas, Leuchtgas, Kokereigas dienen, die bei der Verbrennung auch H₂O freisetzen. Speziell konstruierte Düsen mit Zusatzspülung durch Kaltluft, so z. B. Ringspüldüsen, verhindern das Absetzen der Umsetzungsprodukte und sorgen zugleich für eine Abkühlung der Brennerdüse und der Reaktionsprodukte.