DE102014211324A1 - Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase - Google Patents

Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase Download PDF

Info

Publication number
DE102014211324A1
DE102014211324A1 DE102014211324.5A DE102014211324A DE102014211324A1 DE 102014211324 A1 DE102014211324 A1 DE 102014211324A1 DE 102014211324 A DE102014211324 A DE 102014211324A DE 102014211324 A1 DE102014211324 A1 DE 102014211324A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
titanium dioxide
dioxide particles
rutile
particles
fuel gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014211324.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Stipan Katusic
Peter Kress
Harald Alff
Armin Wiegand
Michael Hagemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Priority to DE102014211324.5A priority Critical patent/DE102014211324A1/en
Publication of DE102014211324A1 publication Critical patent/DE102014211324A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/04—Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047—Titanium dioxide
    • C01G23/07—Producing by vapour phase processes, e.g. halide oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30—Three-dimensional structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von wenigstens 50 Gew.-%, bei dem man einen Strom von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von weniger als 50 Gew.-% in einen eine Hochtemperaturzone umfassenden Reaktionsraum einbringt, wobei die mittlere Verweilzeit der Partikel im Reaktionsraum 0,1 bis 5 s, beträgt, und den Feststoff anschließend abtrennt.A process for the preparation of titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50 wt .-%, in which introducing a stream of titanium dioxide particles having a rutile content of less than 50 wt .-% in a high temperature zone comprising a reaction space, wherein the average residence time of the particles in the reaction space 0.1 to 5 s, and then separating the solid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von überwiegend in der Rutilphase vorliegenden Titandioxidpartikeln in einer Hochtemperaturzone. The invention relates to a process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase in a high-temperature zone.

Bei einer Spraypyrolyse werden Metallverbindungen in Form feiner Tröpfchen in eine Zone hoher Temperatur eingebracht, wo sie oxidiert und/oder hydrolysiert werden und Metalloxide liefern. Eine besondere Form dieses Verfahrens stellt die Flammenspraypyrolyse dar, bei der die Tröpfchen einer Flamme zugeführt werden, die durch Zündung eines Brenngases und eines Sauerstoff enthaltenden Gases gebildet wird. Mit der Spraypyrolyse ist es beispielsweise möglich, Titanverbindungen zu Titandioxid zu oxidieren. Dabei ist Anatas meist der Hauptbestandteil des Titandioxides. In spray pyrolysis, metal compounds in the form of fine droplets are introduced into a high temperature zone where they are oxidized and / or hydrolyzed to yield metal oxides. A particular form of this process is flame spray pyrolysis in which the droplets are fed to a flame formed by ignition of a fuel gas and an oxygen-containing gas. With spray pyrolysis, it is possible, for example, to oxidize titanium compounds to titanium dioxide. Anatase is usually the main constituent of titanium dioxide.

Dagegen ist der Stand der Technik, der sich mit der Herstellung rutilreicher Titandioxidpartikel mittels Spraypyrolyse beschäftigt, sehr begrenzt. By contrast, the state of the art, which deals with the production of rutile-rich titanium dioxide particles by means of spray pyrolysis, is very limited.

In der EP-A-1142830 wird ein Beispiel offenbart, bei dem ausschließlich die Rutilphase aufweisende Titandioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 3,1 m2/g erhalten werden. Hierzu werden 0,2 l/h einer 50 prozentigen, wässerigen Lösung von Titan-bis-(ammoniumlactato)-dihydroxid mit Hilfe von Druckluft und einem Vernebler in ein Reaktionsrohr zerstäubt. Hier brennt eine Knallgasflamme aus 1,8 Nm3/h Wasserstoff und 1,3 Nm3/h Luft. In the EP-A-1142830 discloses an example in which only rutile phase-containing titanium dioxide particles having a BET surface area of 3.1 m 2 / g are obtained. For this purpose, 0.2 l / h of a 50 percent aqueous solution of titanium bis (ammonium lactato) dihydroxide are atomized into a reaction tube with the aid of compressed air and a nebulizer. Here a blast gas flame burns out 1.8 Nm 3 / h hydrogen and 1.3 Nm 3 / h air.

Amal et al. in Chemical Engineering Science 66 (2011) 2409 erhalten Titandioxidpartikel mit einem Rutilanteil von maximal 94 Gew.-%, indem sie Titantetraisopropylat in einer sauerstoffarmen Flamme umsetzen. Allerdings werden unter solchen Bedingungen auch kohlenstoffhaltige Verunreinigungen auf der Partikeloberfläche gebildet, die durch einen zusätzlichen Schritt entfernt werden müssen. Unter sauerstoffreichen Bedingungen werden weniger als 10 Gew.-% Rutil erhalten. Amal et al. in Chemical Engineering Science 66 (2011) 2409 obtain titanium dioxide particles with a maximum rutile content of 94 wt .-% by reacting titanium tetraisopropylate in an oxygen-poor flame. However, carbonaceous impurities are also formed on the particle surface under such conditions, which must be removed by an additional step. Under oxygen-rich conditions, less than 10% by weight of rutile is obtained.

In WO2009/064592 wird ein Flammenspraypyrolyseverfahren zur Herstellung von mit Siliciumdioxid umhüllten Titandioxidpartikeln offenbart, welches einen Rutilanteil von mindestens 95 Gew.-% aufweist. Zum Erreichen eines hohen Rutilanteiles ist es nötig, rutilfördernde Komponenten, wie beispielsweise Aluminiumverbindungen, zuzusetzen. In WO2009 / 064592 discloses a flame spray pyrolysis process for producing silica-coated titania particles having a rutile content of at least 95% by weight. To achieve a high rutile content, it is necessary to add rutilfördernde components such as aluminum compounds.

Verfahren zur Herstellung rutilreicher Titandioxidpartikel, die mit einem stöchiometrischen Unterschuß an Sauerstoff betrieben werden, eignen sich hinsichtlich der Verfahrenssicherheit und der Bildung von kohlenstoffhaltigen Nebenprodukten nicht als großtechnische Verfahren. Processes for producing rutile-rich titanium dioxide particles which are operated with a stoichiometric excess of oxygen are not suitable as large-scale processes with regard to process safety and the formation of carbonaceous by-products.

Verfahren, die es zwar erlauben Titandioxidpartikel mit hohem Rutilanteil herzustellen, dies jedoch nur unter Einsatz rutilfördernder Metallverbindungen, sind nicht geeignet, wenn das Einsatzgebiet eine hohe Reinheit der Partikel verlangt. Although processes which permit high-rutile titanium dioxide particles to be produced, but only by using rutile-promoting metal compounds, these are not suitable if the field of application requires a high purity of the particles.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher ein Verfahren zur Herstellung von rutilreichen Titandioxidpartikeln bereitzustellen, welches großtechnisch einfach beherrschbar ist. The object of the present invention was therefore to provide a process for the preparation of rutile-rich titanium dioxide particles, which is easy to control industrially.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von wenigstens 50 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 95 Gew.-%, bei dem man einen Strom von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von weniger als 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% in einen eine Hochtemperaturzone umfassenden Reaktionsraum einbringt, wobei die mittlere Verweilzeit der Partikel im Reaktionsraum 0,1 bis 5 s, bevorzugt 1,0 bis 3,5 s, ist, und den Feststoff anschließend abtrennt. The invention relates to a process for the preparation of titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50 wt .-%, preferably at least 90 wt .-%, particularly preferably at least 95 wt .-%, wherein a stream of titanium dioxide particles having a rutile content of less as 50 wt .-%, preferably 10 to 40 wt .-%, particularly preferably 20 to 30 wt .-% in a high temperature zone comprising a reaction chamber, wherein the mean residence time of the particles in the reaction chamber 0.1 to 5 s, preferably 1 , 0 to 3.5 s, and then separating the solid.

In der Hochtemperaturzone beträgt die Temperatur 500° bis 1800°C, bevorzugt 800 bis 1200 °C. Die Temperatur kann beispielsweise von einem Heißwandreaktor, einem heißen Gasstrom oder einer Flamme herrühren. Im Rahmen dieser Erfindung ist eine Flamme die besonders bevorzugte Ausführungsform. Sie wird erzeugt durch die Zündung eines Gemisches aus einem Brenngas und einem Sauerstoff enthaltenden Gas. Als Brenngas eignet sich besonders Wasserstoff, als Sauerstoff enthaltendes Gas Luft. Mit dem Verhältnis Brenngas/Sauerstoff enthaltendes Gas läßt sich die Temperatur der Flamme regeln. In the high temperature zone, the temperature is 500 ° to 1800 ° C, preferably 800 to 1200 ° C. The temperature may be for example from a hot wall reactor, a hot gas stream or a flame. In the context of this invention, a flame is the most preferred embodiment. It is generated by the ignition of a mixture of a fuel gas and an oxygen-containing gas. As the fuel gas is particularly suitable hydrogen, as the oxygen-containing gas air. With the ratio of fuel gas / oxygen-containing gas, the temperature of the flame can be controlled.

Eine besondere Ausführungsform sieht eine mittlere Austrittsgeschwindigkeit vOx des Sauerstoff enthaltenden Gases in den Reaktionsraum von 2 Nm/s ≤ vOx ≤ 12 Nm/s, besonders bevorzugt 4 Nm/s ≤ vOx ≤ 10 Nm/s, vor. A particular embodiment provides an average exit velocity v Ox of the oxygen-containing gas into the reaction space of 2 Nm / s ≦ v Ox ≦ 12 Nm / s, more preferably 4 Nm / s ≦ v Ox ≦ 10 Nm / s.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird eine mittlere Austrittsgeschwindigkeit vBrenngas des Brenngases in den Reaktionsraum von 1 Nm/s ≤ vBrenngas ≤ 10 Nm/s, besonders bevorzugt 2 Nm/s ≤ vBrenngas ≤ 5 Nm/s, gewählt. In a further particular embodiment, an average exit velocity v fuel gas of the fuel gas into the reaction space of 1 Nm / s ≤ v fuel gas ≤ 10 Nm / s, more preferably 2 Nm / s ≤ v fuel gas ≤ 5 Nm / s, is selected.

Weiterhin ist die mittlere Verweilzeit der Partikel im Reaktionsgemsich ein essentielles Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie beträgt 0,1 bis 5 s, bevorzugt 1,0 bis 3,5 s. Furthermore, the mean residence time of the particles in the reaction mixture is an essential feature of the process according to the invention. It is 0.1 to 5 s, preferably 1.0 to 3.5 s.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahren ist es Titandioxidpartikel mit einem hohen Anteil der Rutilphase bereitzustellen. Im Rahmen der Erfindung wird davon ausgegangen, dass die eingesetzten Titandioxidpartikel eine Rutil- und eine Anatasphase umfassen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Titandioxidpartikel eine Rutil- und eine Anatasphase oder nur eine Rutilphase aufweisen. Die thermische Umwandlung der Anatasphase in die Rutilphase ist bekannt. Die thermische Beanspruchung führt gleichzeitig jedoch zu einer deutlichen Verringerung der BET-Oberfläche. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Titandioxidpartikeln mit einem hohen Rutilanteil und einer BET-Oberfläche, die wenigstens 10%, in der Regel 10 bis 40%, der BET-Oberfläche des eingesetzten Materiales beträgt. Die Anteile der Rutil- und Anatasphasen lassen sich durch Röntgendiffraktometrie ermitteln. The object of the process according to the invention is to provide titanium dioxide particles with a high proportion of the rutile phase. In the context of the invention, it is assumed that the titanium dioxide particles used have a rutile phase and an anatase phase comprise, the titania particles obtained by the process according to the invention have a rutile and an anatase phase or only a rutile phase. The thermal transformation of the anatase phase into the rutile phase is known. However, the thermal stress simultaneously leads to a significant reduction in the BET surface area. The inventive method allows the production of titanium dioxide particles with a high rutile content and a BET surface area, which is at least 10%, usually 10 to 40%, of the BET surface area of the material used. The proportions of the rutile and anatase phases can be determined by X-ray diffractometry.

Der Anteil an TiO2 in den eingesetzten und den durch das Verfahren erhaltenen Titandioxidpartikeln ist wenigstens 99,5 Gew.-%, in der Regel wenigstens 99,8 Gew.-%. The proportion of TiO 2 in the titanium dioxide particles used and that obtained by the process is at least 99.5% by weight, generally at least 99.8% by weight.

Insbesondere ist der Anteil an Kohlenstoff in den eingesetzten und den durch das Verfahren erhaltenen Titandioxidpartikeln kleiner als 0,1 Gew.-%. In der Regel ist dieser Anteil kleiner als 0,01 Gew.-% und bevorzugt kleiner als 0,001 Gew.-%. In particular, the proportion of carbon in the titanium dioxide particles used and that obtained by the process is less than 0.1% by weight. In general, this proportion is less than 0.01 wt .-%, and preferably less than 0.001 wt .-%.

Der Anteil an Metalloxiden ist in den eingesetzten und den durch das Verfahren erhaltenen Titandioxidpartikeln ist in Summe maximal 0,5 Gew.-%. In der Regel ist dieser Anteil kleiner als 0,3 Gew.-% und bevorzugt kleiner als 0,1 Gew.-%. The proportion of metal oxides in the titanium dioxide particles used and that obtained by the process is in total not more than 0.5% by weight. In general, this proportion is less than 0.3 wt .-% and preferably less than 0.1 wt .-%.

Die Titandioxidpartikel können als Feststoff trocken, also in Abwesenheit von Lösungsmitteln, mit entsprechender Förderrate dosiert, dem Reaktionsraum zugeführt werden. Hierfür eignet sich beispielsweise eine gravimetrische Dosierschnecke. Dort werden die Partikel mit Hilfe von Förderluft, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 50 Nm/s, kontinuierlich in die Hochtemperaturzone eingeblasen. Die Titandioxidpartikel können vor dem Einbringen in den Reaktionsraum trocken desagglomeriert werden, beispielsweise mittels Stiftmühlen oder Prallmühlen. The titanium dioxide particles can be added to the reaction space as a dry solid, ie in the absence of solvents, with the appropriate delivery rate. For example, a gravimetric metering screw is suitable for this purpose. There, the particles are continuously injected into the high-temperature zone with the aid of conveying air, preferably at a speed of 1 to 50 Nm / s. The titanium dioxide particles may be dry deagglomerated prior to introduction into the reaction space, for example by means of pin mills or impact mills.

Die Titandioxidpartikel können auch in Form einer Dispersion in den Reaktionsraum eingebracht werden. Die Konzentration der Titandioxidpartikel in der Dispersion ist nicht limitiert, bevorzugt beträgt sie 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%. Der mittlere Durchmesser der Titandioxidpartikel in der Dispersion ist bevorzugt kleiner als 1 µm, besonders bevorzugt kleiner als 500 nm ist. Die flüssige Phase der Dispersion ist bevorzugt eines wässerige Phase. Ebenso kann die Dispersion Additive enthalten. Als Additive kommen hauptsächlich Aminoalkohole in Kombination mit zweibasischen Carbonsäuren und/oder Hydroxycarbonsäuren in Frage. The titanium dioxide particles can also be introduced into the reaction space in the form of a dispersion. The concentration of the titanium dioxide particles in the dispersion is not limited, it is preferably 5 to 50 wt .-%, particularly preferably 20 to 40 wt .-%. The mean diameter of the titanium dioxide particles in the dispersion is preferably less than 1 μm, more preferably less than 500 nm. The liquid phase of the dispersion is preferably an aqueous phase. Likewise, the dispersion may contain additives. Suitable additives are mainly amino alcohols in combination with dibasic carboxylic acids and / or hydroxycarboxylic acids.

Pyrogen hergestellte Titandioxidpartikel eignen sich besonders als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäßen Verfahren. Unter einem pyrogenen Herstellungsverfahren ist eines zu verstehen, bei dem man eine hydrolysierbare und/oder oxidierbare Titanverbindung mit einer Flamme zur Reaktion bringt, die durch Verbrennung eines Brenngases wie Wasserstoff und eines sauerstoffhaltigen Gases gebildet worden ist. Die Verbrennungsflamme stellt in diesem Fall Wasser für die Hydrolyse der Titanverbindung und genügend Wärme zur Hydrolysereaktion zur Verfügung. Ein so hergestelltes Titandioxid wird als pyrogenes Titandioxid bezeichnet. Bei diesem Prozess werden zunächst Primärpartikel gebildet, die nahezu frei von inneren Poren sind. Diese Primärteilchen verschmelzen während des Prozesses über sogenannte „Sinterhälse“ zu dreidimensionalen Aggregaten. Ein typischer Vertreter eines pyrogen hergestellten Titandioxides ist AEROXIDE® TiO2 P25, Evonik Industries. Pyrogenically prepared titanium dioxide particles are particularly suitable as starting material for the process according to the invention. A pyrogenic production process means one in which a hydrolyzable and / or oxidizable titanium compound is reacted with a flame formed by combustion of a fuel gas such as hydrogen and an oxygen-containing gas. The combustion flame in this case provides water for the hydrolysis of the titanium compound and sufficient heat for the hydrolysis reaction. Titanium dioxide produced in this way is called pyrogenic titanium dioxide. In this process, primary particles are initially formed, which are almost free of internal pores. These primary particles fuse during the process via so-called "sintering necks" into three-dimensional aggregates. A typical representative of a titanium dioxide fumed is AEROXIDE ® TiO 2 P25, Evonik Industries.

Die BET-Oberfläche der eingesetzten Titandioxidpartikel ist bevorzugt 20 bis 200 m2/g, insbesondere 40 bis 120 m2/g. The BET surface area of the titanium dioxide particles used is preferably 20 to 200 m 2 / g, in particular 40 to 120 m 2 / g.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird in einer nachgeschalteten Reaktionszone innerhalb des Reaktionsraumes zum Reaktionsgemisch umfassend Titandioxidpartikel mit einem Rutilgehalt von wenigstens 50 Gew.-% und vor der Abtrennung des Feststoffes eine Vorläuferverbindung ein Metalloxides eingebracht. In a particular embodiment of the invention, in a downstream reaction zone within the reaction space to the reaction mixture comprising titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50 wt .-% and prior to the separation of the solid, a precursor compound is introduced a metal oxide.

Dies bedeutet, dass die Vorläuferverbindung zu einem Zeitpunkt eingebracht wird, an dem wenigstens ein Teil des Anatasanteiles in Rutil umgewandelt wurde. Vorzugsweise beträgt zu diesem Zeitpunkt der Rutilanteil wenigstens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 95 Gew.-%. This means that the precursor compound is introduced at a time when at least part of the anatase moiety has been converted to rutile. At this time, the rutile fraction is preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight.

Dies wird durch ein Verfahren erreicht, bei dem man in den Strom von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von wenigstens 50% bei einer Temperatur von 500 bis 900°C eine Vorläuferverbindung eines Metalloxides einbringt. Die mittlere Verweilzeit der Partikel nach Zugabe der Vorläuferverbindung beträgt bevorzugt 0,5 bis 1,5 s. This is achieved by a process in which a precursor compound of a metal oxide is introduced into the stream of titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50% at a temperature of 500 to 900 ° C. The average residence time of the particles after addition of the precursor compound is preferably 0.5 to 1.5 s.

Anschließend kann der Feststoff abgetrennt werden. Bei dem Feststoff handelt es sich Titandioxidpartikel mit einem Rutilgehalt von wenigstens 50%, die mit einem Metalloxid umhüllt sind. Subsequently, the solid can be separated. The solid is titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50% and coated with a metal oxide.

Die Metallkomponente der Vorläuferverbindung ist bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Al, B, Ce, Fe, Ge, Mn, Nb, Si, Sn, W und/oder Zn ausgewählt. The metal component of the precursor compound is preferably selected from the group consisting of Al, B, Ce, Fe, Ge, Mn, Nb, Si, Sn, W and / or Zn.

Insbesondere eignen sich Halogenide wie SiCl4, CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, HSiCl3, (CH3)2HSiCl und CH3C2H5SiCl2, AlCl3 oder Alkoxide wie Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4, Al(OiPr)3 oder Al(OtBu)3. Bevorzugt können Vorläuferverbindungen eingesetzt werden, bei denen die Metallkomponente Silicium oder Aluminium ist. Der Anteil der Vorläuferverbindung des Metalloxides beträgt bevorzugt 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, gerechnet als TiO2 und Metalloxid. Especially suitable are halides such as SiCl 4 , CH 3 SiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , (CH 3 ) 3 SiCl, HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 HSiCl and CH 3 C 2 H 5 SiCl 2 , AlCl 3 or alkoxides such as Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OCH 3 ) 4 , Al (OiPr) 3 or Al (OtBu) 3 . Preference can be given to using precursor compounds in which the metal component is silicon or aluminum. The proportion of the precursor compound of the metal oxide is preferably 1 to 30 wt .-%, preferably 5 to 20 wt .-%, calculated as TiO 2 and metal oxide.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu Titandioxidpartikeln mit hohem Rutilanteil und akzeptabler BET-Oberfläche. Es zeichnet sich dadurch aus, dass partikuläres Titandioxid mit einem Anteil von weniger als 50 Gew.-% Rutil eingesetzt werden kann. The process according to the invention leads to titanium dioxide particles with a high rutile content and an acceptable BET surface area. It is characterized by the fact that particulate titanium dioxide can be used with a proportion of less than 50 wt .-% rutile.

BeispieleExamples

Beispiel 1example 1

Einsatzstoff: AEROXIDE® TiO2 P25, Evonik Industries. BET-Oberfläche 50 m2/g; Rutil/Anatas 27:73. 1,0 kg pulverförmiges AEROXIDE® TiO2 P25 werden mittels Injektor in einen Reaktionsraum eingebracht, in dem eine Flamme brennt, die gebildet wird durch die Zündung eines Gemisches von 4 Nm3/h Wasserstoff und 12,5 Nm3/h Luft. Die mittlere Verweilzeit im Reaktionsraum beträgt 3,4 s. Die Temperatur, gemessen 50 cm unterhalb des Brenners, beträgt 820 °C. Die Austrittsgeschwindigkeit vOx beziehungsweise vBrenngas betragen 5,0 Nm/s und 2,4 Nm/s. Der Feststoff wird nachfolgend abgetrennt. Es werden Titandioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 18 m2/g und einem Anteil an Rutil von 97 Gew.-% erhalten. Feedstock: AEROXIDE ® TiO 2 P25, Evonik Industries. BET surface area 50 m 2 / g; Rutil / Anatas 27:73. 1.0 kg of powdered ® AEROXIDE TiO2 P25 are introduced by an injector into a reaction chamber in which a flame is formed by ignition of a mixture of 4 Nm 3 / h hydrogen and 12.5 Nm 3 / h air. The average residence time in the reaction space is 3.4 s. The temperature, measured 50 cm below the burner, is 820 ° C. The exit velocity v Ox or v fuel gas are 5.0 Nm / s and 2.4 Nm / s. The solid is subsequently separated off. Titanium dioxide particles having a BET surface area of 18 m 2 / g and a rutile content of 97% by weight are obtained.

Beispiel 2 Example 2

Einsatzstoff: Wässerige Dispersion eines pyrogen hergestellten Titandioxides mit einer Konzentration an TiO2 von 40 Gew.-%, einem Rutilanteil von 30 Gew.-%, bezogen auf TiO2, einer BET-Oberfläche des Titandioxides von 50 m2/g, einem pH-Wert von 6,5, bestimmt nach DIN EN ISO 787/9 , einem mittleren Durchmesser d50 von 65 nm und einer Viskosität von 4,7 mPas bei 23°C. Starting material: Aqueous dispersion of a pyrogenic titanium dioxide with a TiO 2 concentration of 40% by weight, a rutile content of 30% by weight, based on TiO 2 , of a BET surface area of titanium dioxide of 50 m 2 / g, a pH Value of 6.5, determined by DIN EN ISO 787/9 , a mean diameter d 50 of 65 nm and a viscosity of 4.7 mPas at 23 ° C.

Mittels einer Zweistoffdüse werden 1,5 kg der Dispersion in einen Reaktionsraum zerstäubt, in dem eine Flamme brennt, die gebildet wird durch die Zündung eines Gemisches von 7 Nm3/h Wasserstoff und 20,5 Nm3/h Luft. Die mittlere Verweilzeit im Reaktionsraum beträgt 1,7 s. Die Temperatur gemessen 50 cm unterhalb des Brenners, beträgt 845 °C. Die Austrittsgeschwindigkeit vOx beziehungsweise vBrenngas betragen 7,4 Nm/s und 3,6 Nm/s. Der Feststoff wird nachfolgend abgetrennt. Es werden Titandioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 8 m2/g und einem Anteil an Rutil von 97 Gew.-% erhalten. By means of a two-fluid nozzle, 1.5 kg of the dispersion are atomized into a reaction space in which a flame burns, which is formed by the ignition of a mixture of 7 Nm 3 / h of hydrogen and 20.5 Nm 3 / h of air. The average residence time in the reaction space is 1.7 s. The temperature measured 50 cm below the burner, is 845 ° C. The exit velocity v Ox or v fuel gas are 7.4 Nm / s and 3.6 Nm / s. The solid is subsequently separated off. Titanium dioxide particles having a BET surface area of 8 m 2 / g and a rutile content of 97% by weight are obtained.

Beispiel 3 Example 3

Einsatzstoff: die wässerige Titandioxiddispersion aus Beispiel 1 wird mit Wasser auf einen Titandioxidanteil von 20 Gew.-% verdünnt. Starting material: the aqueous titanium dioxide dispersion from Example 1 is diluted with water to a titania content of 20% by weight.

Mittels einer Zweistoffdüse werden 3,8 kg der Dispersion in einen Reaktionsraum zerstäubt, in dem eine Flamme brennt, die gebildet wird durch die Zündung eines Gemisches von 9 Nm3/h Wasserstoff und 24 Nm3/h Luft. Die mittlere Verweilzeit im Reaktionsraum beträgt 1,4 s. Die Temperatur gemessen 50 cm unterhalb des Brenners, beträgt 840 °C. In den Strom des Reaktionsgemisches werden 0,3 kg/h dampfförmiges Si(OC2H5)4 gegeben. Die Temperatur am Zugabepunkt beträgt 720 °C. Nachfolgend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der erhaltene Feststoff auf einem Filter von den gasförmigen Stoffen abgeschieden. Die Austrittsgeschwindigkeit vOx beziehungsweise vBrenngas betragen 9,1 Nm/s und 4,7 Nm/s. Der Feststoff wird nachfolgend abgetrennt. Es werden mit Siliciumdioxid umhüllte Titandioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 23 m2/g und einem Anteil an Rutil von 98 Gew.-% erhalten. Das Gewichtsverhältnis TiO2/SiO2 beträgt 90:10. By means of a two-fluid nozzle 3.8 kg of the dispersion are atomized into a reaction chamber in which a flame burns, which is formed by the ignition of a mixture of 9 Nm 3 / h of hydrogen and 24 Nm 3 / h of air. The mean residence time in the reaction space is 1.4 s. The temperature measured 50 cm below the burner, is 840 ° C. In the stream of the reaction mixture 0.3 kg / h of vaporous Si (OC 2 H 5 ) 4 are given. The temperature at the point of addition is 720 ° C. Subsequently, the reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances. The exit velocity v Ox or v fuel gas are 9.1 Nm / s and 4.7 Nm / s. The solid is subsequently separated off. Silica coated titanium dioxide particles having a BET surface area of 23 m 2 / g and a rutile content of 98% by weight are obtained. The weight ratio TiO 2 / SiO 2 is 90:10.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1142830 A [0004] EP 1142830 A [0004]
  • WO 2009/064592 [0006] WO 2009/064592 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Amal et al. in Chemical Engineering Science 66 (2011) 2409 [0005] Amal et al. in Chemical Engineering Science 66 (2011) 2409 [0005]
  • DIN EN ISO 787/9 [0031] DIN EN ISO 787/9 [0031]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von wenigstens 50 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Strom von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von weniger als 50 Gew.-% in einen eine Hochtemperaturzone umfassenden Reaktionsraum einbringt, wobei die mittlere Verweilzeit der Partikel im Reaktionsraum 0,1 bis 5 s, beträgt, und den Feststoff anschließend abtrennt. Process for the preparation of titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50% by weight, characterized in that a stream of titanium dioxide particles having a rutile content of less than 50% by weight is introduced into a reaction space comprising a high-temperature zone, the mean residence time of the particles in the reaction space 0.1 to 5 s, and then separates the solid. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturzone durch eine Flamme erzeugt wird, und die Flamme durch die Zündung eines Gemisches aus einem Brenngas und einem Sauerstoff enthaltenden Gas resultiert. A method according to claim 1, characterized in that the high-temperature zone is generated by a flame, and the flame results from the ignition of a mixture of a fuel gas and an oxygen-containing gas. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Austrittsgeschwindigkeit vOx des Sauerstoff enthaltenden Gases in den Reaktionsraum 2 Nm/s ≤ vOx ≤ 12 Nm/s ist. A method according to claim 2, characterized in that the average exit velocity v Ox of the oxygen-containing gas in the reaction chamber 2 Nm / s ≤ v Ox ≤ 12 Nm / s. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Austrittsgeschwindigkeit vBrenngas des Brenngases in den Reaktionsraum 1 Nm/s ≤ vBrenngas ≤ 10 Nm/s ist. A method according to claims 2 or 3, characterized in that the average exit velocity v fuel gas of the fuel gas into the reaction chamber 1 Nm / s ≤ v fuel gas ≤ 10 Nm / s. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Titandioxidpartikel als Feststoff trocken in den Reaktionsraum eingebracht werden. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the titanium dioxide particles are introduced as a dry solid into the reaction space. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Titandioxidpartikel in Form einer Dispersion in den Reaktionsraum gebracht werden. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the titanium dioxide particles are brought in the form of a dispersion in the reaction space. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass pyrogen hergestellte Titandioxidpartikel eingesetzt werden. Process according to claims 1 to 6, characterized in that pyrogenic titanium dioxide particles are used. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die BET-Oberfläche der eingesetzten Partikel 40 bis 120 m2/g beträgt. Process according to claims 1 to 7, characterized in that the BET surface area of the particles used is 40 to 120 m 2 / g. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man in den Strom von Titandioxidpartikeln mit einem Rutilanteil von wenigstens 50 Gew.-% bei einer Temperatur von 500 bis 900 °C eine Vorläuferverbindung eines Metalloxides einbringt. Process according to Claims 1 to 8, characterized in that a precursor compound of a metal oxide is introduced into the stream of titanium dioxide particles having a rutile content of at least 50% by weight at a temperature of 500 to 900 ° C. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente der Vorläuferverbindung des Metalloxides aus der Gruppe bestehend aus Al, B, Ge, Mn, Nb, Si, Sn, W, Fe, Ce und/oder Zn ausgewählt ist. A method according to claim 9, characterized in that the metal component of the precursor compound of the metal oxide is selected from the group consisting of Al, B, Ge, Mn, Nb, Si, Sn, W, Fe, Ce and / or Zn.
DE102014211324.5A 2014-06-13 2014-06-13 Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase Pending DE102014211324A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014211324.5A DE102014211324A1 (en) 2014-06-13 2014-06-13 Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014211324.5A DE102014211324A1 (en) 2014-06-13 2014-06-13 Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014211324A1 true DE102014211324A1 (en) 2015-12-17

Family

ID=54706625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014211324.5A Pending DE102014211324A1 (en) 2014-06-13 2014-06-13 Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014211324A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1142830A1 (en) 2000-04-03 2001-10-10 Degussa AG Nano-sized pyrogenic oxides, process for their preparation and their use
WO2009064592A1 (en) 2007-11-16 2009-05-22 Millennium Inorganic Chemicals, Inc. Gas phase production of coated titania

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1142830A1 (en) 2000-04-03 2001-10-10 Degussa AG Nano-sized pyrogenic oxides, process for their preparation and their use
WO2009064592A1 (en) 2007-11-16 2009-05-22 Millennium Inorganic Chemicals, Inc. Gas phase production of coated titania

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Amal et al. in Chemical Engineering Science 66 (2011) 2409
DIN EN ISO 787/9

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0850876B1 (en) Doped oxides prepared pyrogenically using an aerosol
EP1688394B1 (en) Method for making metal oxides
EP3408227B1 (en) Method for producing tungsten oxide and mixed tungsten oxides
EP1236773B1 (en) Surface modified, doped, pyrogenically produced oxides
DE102004037118A1 (en) Titanium dioxide-containing dispersion
EP1997776B1 (en) Pyrogenetically produced silicon dioxide with low thickening effect
EP1681265B1 (en) Pyrogenic silica and dispersion thereof
DE102005061897A1 (en) Process for the preparation of powdered solids
DE102005038136A1 (en) Ceric oxide powder for catalyst, UV absorber, toner component, fuel cell constituent or chemical-mechanical polishing has crystalline primary particles with carbonate groups on and near surface produced by flame spray pyrolysis
EP3224200B1 (en) Method for producing metal oxides by means of spray pyrolysis
EP3313783B1 (en) Method for the preparation of metal oxide powders using flame spray pyrolysis
DE102008064284A1 (en) Low surface area fumed silica powder
EP1553054B1 (en) Silicon-titanium mixed-oxide powder prepared by flame hydrolysis
WO2006076964A2 (en) Method for producing mixed oxides by way of spray pyrolysis
EP1142830A1 (en) Nano-sized pyrogenic oxides, process for their preparation and their use
DE3611449A1 (en) BASIC MATERIAL FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC MATERIALS
EP2882689B1 (en) Iron-silicon oxide particles having an improved heating rate
EP0357959A1 (en) Sinterable raw material based on aluminium titanate, process for its preparation and sintered articles made therefrom, and its use
WO2014187646A1 (en) Copper oxide/silicon dioxide composite
EP2556118A1 (en) Granules comprising silica and titania
EP3565784B1 (en) Method for producing metal oxides by means of spray pyrolysis
DE102005017372A1 (en) Aqueous cerium oxide dispersion
DE102004024500A1 (en) Flame hydrolytically produced silicon-titanium mixed oxide powder
DE102014211324A1 (en) Process for the preparation of titanium dioxide particles predominantly present in the rutile phase
DE10311550A1 (en) iron oxide pigments

Legal Events

Date Code Title Description
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: EVONIK OPERATIONS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: EVONIK DEGUSSA GMBH, 45128 ESSEN, DE

R012 Request for examination validly filed