EP2588230A2 - Alkaliarmes katalysatormaterial und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Alkaliarmes katalysatormaterial und verfahren zu dessen herstellung

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EP2588230A2
EP2588230A2 EP11813533.4A EP11813533A EP2588230A2 EP 2588230 A2 EP2588230 A2 EP 2588230A2 EP 11813533 A EP11813533 A EP 11813533A EP 2588230 A2 EP2588230 A2 EP 2588230A2
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EP
European Patent Office
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catalyst material
tio
sio
solution
content
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11813533.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Proft
Regina Optehostert
Ulrich Gesenhues
Bernd Rohe
Sonja Grothe
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Venator Germany GmbH
Original Assignee
Sachtleben Chemie GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a catalyst material, and more particularly to a low-alkali catalyst material based on SiO 2 / TiO 2 , processes for its preparation and its use for the preparation of catalysts, in particular for the removal of pollutants, in particular nitrogen oxides, from combustion gases.
  • flue gas denitrification also called DeNOx
  • SCR selective catalytic reduction
  • catalysts contain TiO 2 , with the TiO 2 acting as a catalyst itself or as a co-catalyst in conjunction with transition metal oxides or noble metals.
  • the chemical reaction on the SCR catalyst is selective, that is, it is preferable that the nitrogen oxides (NO, NO 2 ) are reduced, while undesirable side reactions (such as the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide) are largely suppressed.
  • NO, NO 2 nitrogen oxides
  • One type consists essentially of titanium dioxide, vanadium pentoxide and tungsten oxide.
  • the other species is based on a zeolite structure. In both systems, other metal components are added in the prior art.
  • the primary V 2 0 5 serves as a catalytically active species on W0 3 -coated Ti0 2 (in anatase modification).
  • the WO 3 coating of the TiO 2 is intended to function as a barrier layer in order to prevent the diffusion of the vanadium into the TiO 2 and the associated loss of activity and the rutilization.
  • EP 0668100 describes a process for producing a TiO 2 / SiO 2 catalyst by adding an acidic solution containing a silicon compound and a titanium compound dissolved therein to dissolve a basic compound to effect co-precipitation.
  • TiO 2 / SiO 2 powders are mixed with burnable materials (eg methyl cellulose) in accordance with the processes known from EP 0516262 and EP 1063002, molded and subsequently calcined.
  • burnable materials eg methyl cellulose
  • a mesoporous, powdery Ti0 2 / Si0 2 material is also described in WO01 14054.
  • the Ti is precipitated in the form of a titanium hydroxide, and the addition of a Si0 2 component takes place after precipitation of the titanium hydroxide with a Si0 2 content in the final product of not more than 18%.
  • Another catalyst system is disclosed in EP 1533027. There, a method for producing a Ti0 2 -containing catalyst or catalyst support is described in which an aqueous, titanium-containing solution is added to a suspension of a finely dispersed, inorganic support material in water, wherein Ti0 2 is precipitated as titanium oxide hydrate on the inorganic support.
  • the particles size of the SiO 2 in the product can be set to at least 5 to 30 nm by the use of nanosize SiO 2 particles, as present in silica sols, for the production of TiO 2 / SiO 2 .
  • the TiO 2 particles should be stabilized against coalescence by incorporating as little SiO 2 as possible between them against particle growth and rutileization.
  • the object of the invention is achieved by providing a method for producing a low-alkali TiO 2 -containing catalyst material in which a Ti-containing solution having a dissolved Ti concentration of about 10 to 250 g TiO 2 per liter of solution and a low-alkali solution of hydrated preforms of one or more Si-oxygen compounds in the presence of ammonia at a pH of 4.5 to 6.5 are reacted and the product obtained is filtered, washed and subjected to a final treatment.
  • the material according to the invention preferably has a mesopore volume of> 0.35 cm 3 / g, more preferably of> 0.5 cm 3 / g, particularly preferably> 0.7 cm 3 / g, and a specific surface area of 90-200 m 2 /G.
  • all measures which are referred to herein as annealing, tempering or calcination, are carried out under air atmosphere, unless stated otherwise.
  • Si-oxygen compounds ammonium silicate, silica, silica sol, or silica gel
  • the synthesis is thus essentially the precipitation reaction of this material, carried out in an intensely stirred reactor with immersed, slow and simultaneous addition of the reactants of the Ti component and Si component and NH 3 for pH adjustment and regulation.
  • a turbulent stirring e.g. can be achieved in a reactor with flow breakers and / or a centric stirring by means of cage agitator. Even a non-centric emotion is possible.
  • stirrer types cage, centrifugal, trapezoidal, MIK, intermig, sigma, propeller, inclined blade, impeller or crossbar agitators are suitable.
  • the intensive stirring can also be achieved via a dissolver or Ultraturrax dispersion.
  • Another aspect of the invention relates to a process for producing a low-alkali, high-temperature stable TiO 2 -containing catalyst material, in which a Ti-containing solution having a dissolved Ti concentration of about 1 0 to 250 g TiO 2 per liter of solution and a low-alkali solution of hydrated
  • a Ti-containing solution having a dissolved Ti concentration of about 1 0 to 250 g TiO 2 per liter of solution and a low-alkali solution of hydrated Preforming one or more Si-oxygen compounds in the form of ammonium silicate in the presence of ammonia at a pH of 4.5 to 6.5 are reacted and the product obtained filtered, washed and subjected to a thermal treatment, the ammonium silicate is preferred was prepared by ion exchange from an alkali metal silicate.
  • the washing of the product optionally takes place at pH values near the isoelectric point (IEP) of the catalyst material according to the invention instead.
  • the pH of the product suspension is adjusted to a pH close to the IEP before washing with acid (eg sulfuric acid) or lye (eg ammonia water).
  • acid eg sulfuric acid
  • lye eg ammonia water
  • low-alkali solution of hydrated preforms are meant those compounds which formally result from addition of one or more H 2 O molecules to the Si-oxygen compound and wherein the content of alkali such as sodium or potassium in the final product in usually less than 500 ppm, preferably less than 300 ppm, and more preferably less than 150 ppm.
  • the Ti-containing solution having a dissolved Ti concentration of 10 to 250 g Ti0 2 per liter of solution and a low-alkali solution of hydrated preforms of one or more Si-oxygen compounds in the presence of ammonia, and, preferably combined with a ripening step, further hydrated preforms are formed in the form of a precipitation mixture, usually in the form of a dispersion or suspension and then either directly or after filtration and washing in the form of the filter cake can be fed to a thermal treatment.
  • the last-mentioned hydrated preforms may also be non-stoichiometric, eg metatitanic acid corresponds only approximately to the formula TiO (OH) 2 (compare U. Gesenhues, Chem. Eng. Technol. 24 (2001) 685).
  • the low-alkali solutions of hydrated preforms of one or more Si-oxygen compounds, the salts of metals or semimetals and / or Ti can be combined simultaneously or successively in a stirred tank.
  • the pH can be maintained by simultaneous further addition of ammonia in the aforementioned ranges, which ensure precipitation.
  • the pH is at most 6.5 and at least 4.5.
  • the pH must be less than 9 for the precipitation of silica and greater than 2 for titanium oxide hydrate. It can too Solutions of the salts of Ti and Si are presented and then adjusted to the appropriate pH.
  • the filter cake obtained from the precipitation mixture may, in a form of the thermal treatment, be subjected to an annealing, preferably in a temperature range from 600 to 900 ° C., preferably 700 ° C., preferably over a period of up to 8 h, preferably for 3 h.
  • the hydrated preforms may be subjected to a hydrothermal treatment.
  • the method according to the invention can comprise as a thermal treatment in particular a hydrothermal treatment in which the product obtained is added as a precipitation mixture of the preforms of Ti0 2 and Si-oxygen compounds together with water in a pressure vessel (autoclave) and over a period of one Hour to 5 days at temperatures> 100 ° C is maintained, especially in a temperature range of 160 ° to 180 ° C, especially at 170 ° C with a holding time of 3 to 5, especially 4 hours.
  • This thermal treatment may be carried out before or after filtration and washing.
  • the catalyst materials obtainable by the processes according to the invention may also be doped with and / or post-treated with metal oxides and / or metal oxide precursors, for example with SnO 2 , CeO 2 , VO x , CrO x , MoO x , WO x , MnO x , FeO x and NiO , CoOx, of which VO x and WO x are preferred.
  • metal oxide precursors thereof for example, hydrated preforms of oxides, hydroxides, etc. are understood according to the invention, which thermally convert into the metal oxides.
  • a preferred procedure thereby provides a coating with a metal oxide or a metal oxide precursor by adding the metal salt component before the thermal treatment, ie during or after the precipitation of the hydrated Si-oxygen compounds at pH values of pH ⁇ 7 or after filtration and washing in front.
  • metal salt components tungsten salts are preferably used.
  • a coating with a tungsten oxide precursor is carried out by adding a tungsten salt after the precipitation before a hydrothermal treatment.
  • this preferred process for coating with the tungsten oxide precursor comprises the following reaction steps. First, a precipitation of titanyl sulfate solution and ammonium silicate solution with ammonia water at pH 3-6. This can optionally be followed by a ripening phase of 0.5-6 h at 20-80 ° C. This is followed by the addition of 10 to 30% by weight of WO 3 based on TiO 2 / SiO 2, for example, preferably in the form of ammonium metatungstate. This can optionally be followed by a ripening period of 0.5-6 h at 20-80 ° C. This is followed by HT treatment for up to 24 h, preferably 4 h at 170 to 180 ° C ( ⁇ 10 bar). This is followed by filtration and washing, re-slurrying, followed by drying, for example spray-drying. Optionally, an annealing joins. If necessary, grinding can follow.
  • the catalyst material according to the invention can be used as a catalyst precursor, as a catalyst support and as a catalyst.
  • the catalyst material according to the invention is outstandingly suitable for the production of an exhaust gas catalyst and for use in chemical catalytic processes.
  • the catalyst material according to the invention has, compared to the materials known from the prior art, a higher pore volume of> 0.3 cm 3 / g, in particular in the range of 0.35 to 1, 0 cm 3 / g, which in turn leads to a higher catalytic activity. These measurements relate to the micro and mesopores.
  • the pores of the catalyst material of the invention have a narrow pore size distribution (measured with nitrogen porosimetry for the determination of the micro- and mesopores) in the range between 3 and 50 nm. As a rule, 90% of the pore sizes of the catalyst material according to the invention are in this size range.
  • the pore size distribution itself affects the shape selectivity and allows faster diffusion of the gas into and out of the particles due to larger pore radii. This leads at the same time to a lower tendency to pore clogging due to the larger pore radii.
  • the inner walls of these pores can be more easily treated with a metal compound of W or V and thus coated with W0 3 and / or V 2 0 5 .
  • no crystalline tungsten species are observed by means of X-ray diffraction in the materials of the invention up to an occupancy of 25 wt.% W0 3 by means of X-ray diffractometry.
  • the accessible surface area is increased and an improved dispersibility of the particles is ensured.
  • the particle size is after dispersion by means of ultrasonic finger at 0.1 - 3.0 ⁇ .
  • the powdery catalyst material in water by means of ultrasonic fingers (at maximum power, manufacturer: Branson Sonifier 450, using an amplitude increase by Booster Horn “Gold”, 1/2 "Titanium proboscis with exchangeable, flat working tip) for 5 minutes
  • the particle size determination is carried out by means of laser granulometry.
  • a catalyst material prepared according to the invention has a high specific surface area and contains TiO 2 in anatase form, the specific surface and the anatase form being stable up to at least 650 ° C.
  • the BET surface area is lowered by a maximum of 30% at a temperature load of 50 h at 650 ° C.
  • a commercial water glass solution having a content of dissolved silicate corresponding to 360 g SiO 2 / l and a molar ratio SiO 2 / Na 2 O of 3.45 was diluted to 100 g SiO 2 / l. Then it became after that in H. Weldes, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Develop. 9 (1970) 249-253, using an ammonium silicate solution as intermediate with the NH 4 + -loaded cation exchanger Amberlite IR-120 (Rohm & Haas Comp.), Prepared an ammonium silicate solution with 90 g SiO 2 / l. Their molar ratio (NH 4 ) 2 O / Na 2 O was adjusted in accordance with the information in H.
  • the filter cake produced according to the invention was further processed and examined as follows: After 4h annealing at 900 ° C was the spec. Surface area (BET) 125 m 2 / g, the pore volume (N 2 -porosimetry) 0.43 cm 3 / g, the rutile content of TiO 2 0% and the anatase-Scherrer crystallite size 26 nm, regardless of the ammonium silicate solution used.
  • 4 h hydrothermal treatment (HT) at 180 ° C. corresponding to 10 bar and drying as in Example 8 of DE 103 52 816 A1 gave a spec.
  • BET Surface area
  • the thermal stability of the annealed or HT treated product was tested using the Na-richer ammonium silicate solution at 650 ° C for 50 hours.
  • the values of the previously measured 4 parameters changed thereby no longer in the annealed product, while in the HT-treated product the BET decreased by 15 m 2 / g and the pore volume by 0.04 cm 3 / g, the rutile content remained at 0% and the anatase crystallite size increased to 21 nm. These changes are small, so both materials can be considered thermostable.
  • Titanylsulfatates with 1 12 g TiO 2 / l
  • Titanylsulfatates with 1 12 g TiO 2 / l
  • Titanium, oxygen and silicon were determined by X-ray fluorescence analysis and from this the content of TiO 2 and SiO 2 was calculated. The values are at the expected level. Sodium and potassium were determined by atomic absorption spectroscopy. The limits were reached for both samples.
  • the particle size according to Scherrer was determined by means of an X-ray diffractogram. Both catalyst materials are present in the anatase modification.
  • Pore volume (total) and pore diameter are listed. Both samples have a high pore volume.
  • Titanylsulfatates with 1 1 1 g TiO 2 / l
  • the powdered catalyst material in water by means of ultrasonic fingers (at maximum power, manufacturer: Branson Sonifier 450, using an amplitude increase by booster horn "gold", 1/2 "titanium trunk with exchangeable, flat working tip) for The particle size determination is carried out by means of laser granulometry, where the mean particle size is D50, the D50 median the volume distribution in volume percent.
  • a washed filter cake of the mixture of self-made preforms of TiO 2 and Al 2 O 3 or SiO 2 in an amount corresponding to 100 g of solid was mixed with 800 ml of demineralized water in a 2 l steel autoclave at 180 ° C. and 10 bar 2, respectively. Treated for 4 and 6 hours, then filtered off, washed and dried. The investigation of the products showed that their
  • the materials of the invention have improved properties, in particular with regard to the alkali content.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Katalysatormaterial, und genauer ein Katalysatormaterial auf TiO2-Basis in Partikelform mit einem Gehalt an Metall in Form des Metalloxids oder Metalloxidvorstufe, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung bei der chemischen Katalyse, insbesondere zur Entfernung von Schadstoffen, wie von Stickoxiden aus Verbrennungsgasen.

Description

Alkaliarmes Katalvsatormaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Katalysatormaterial, und genauer ein alkaliarmes Katalysatormaterial auf SiO2/TiO2-Basis, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung zur Herstellung von Katalysatoren, insbesondere bei der Entfernung von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden, aus Verbrennungsgasen.
Bei der Verbrennung entstehende Stickoxide führen zu einer Reizung und Schädigung der Atmungsorgane (insbesondere bei Stickstoffdioxid), Entstehung des sauren Regens durch Bildung von Salpetersäure. Bei der Rauchgasentstickung (auch DeNOx genannt) werden solche Stickoxide wie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffoxide (NOx) beispielsweise aus dem Abgas von Kohle- oder Gasturbinenkraftwerken entfernt.
Als solche Maßnahmen zur Entfernung von Stickoxiden aus den Abgasen sind im Stand der Technik reduktive Verfahren wie selektive katalytische Verfahren (Selektive katalytische Reduktion, SCR) bekannt. Mit SCR bezeichnet man die Technik der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Gasturbinen, Industrieanlagen und Motoren.
Viele solcher Katalysatoren enthalten TiO2, wobei das TiO2 als Katalysator selbst oder im Zusammenspiel mit Übergangsmetalloxiden oder Edelmetallen als Co- Katalysator wirkt. Die chemische Reaktion am SCR-Katalysator ist selektiv, das heißt, es werden bevorzugt die Stickoxide (NO, NO2) reduziert, während unerwünschte Nebenreaktionen (wie zum Beispiel die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid) weitgehend unterdrückt werden. Für die SCR-Reaktion gibt es zwei Arten von Katalysatoren. Die eine Art besteht im Wesentlichen aus Titandioxid, Vanadiumpentoxid und Wolframoxid. Die andere Art basiert auf einer Zeolith-Struktur. Bei beiden Systemen werden im Stand der Technik auch weitere Metallkomponenten zugegeben. Im Falle der TiO2-WO3-V2O5 Katalysatoren dient primär das V205 als katalytisch aktive Spezies auf mit W03-beschichtetem Ti02 (in Anatas-Modifikation). Die WO3- Beschichtung des Ti02 soll dabei als Sperrschicht fungieren, um die Diffusion vom Vanadium in das Ti02 und den damit verbundenen Aktivitätsverlust und die Rutilisierung zu verhindern.
Nach dem Stand der Technik gemäß der US 4085193 wird WO3- beschichtetesTi02 für katalytische Anwendungen, unter anderem als DeNOx- Katalysator, vorgeschlagen. Das daraus bekannte Verfahren basiert auf der Zugabe von Wolframkomponenten zu Metatitansäure und anschließender Kalzination zur Einstellung der Oberfläche auf ca. 100 m2/g. Von Nachteil dieser Katalysatoren ist die nur bis 650 °C reichende Temperaturbeständigkeit. Ein in der US 5922294 beschriebener Katalysator, bei dem TiO2 in der Anatasmodifikation vorliegt, ist zwar bis 800 °C stabil; allerdings hat das Herstellverfahren der Co-Hydrolyse von Titan- und Aluminium-Alkoxiden (Sol-Gel- Verfahren) den Nachteil, dass mit nicht gewünschten, weil relativ teuren, metallorganischen Verbindungen und organischen Lösungsmitteln gearbeitet werden muss. Ähnlich verhält es sich bei dem in der EP 0826410 beschriebenen Verfahren für das System TiO2/SiO2.
In der EP 0668100 ist ein Verfahren zur Herstellung eines TiO2/SiO2-Katalysators durch Zugabe einer sauren Lösung, die eine Siliciumverbindung und eine Titanverbindung darin gelöst enthält, zur Lösung einer basischen Verbindung, um eine Co-Präzipitation herbeizuführen, beschrieben.
In der DE 3619337 ist die Herstellung eines TiO2/SiO2-Pulvers mittels Mischung einer wässrigen Titansulfat-Lösung mit einem ammoniumhaltigen, wässrigen SiO2- Sol beschrieben. Das Fällprodukt wird gewaschen, getrocknet und kalziniert und zur Herstellung eines Katalysatorsmaterials mit einem Gehalt an Vanadium und Kupfer eingesetzt. Zur Herstellung von mesoporösen Ti02- oder Ti02/Si02- Katalysatoren werden gemäß den aus den EP 0516262 und EP 1063002 bekannten Verfahren TiO2- oder Ti02/Si02-Pulver mit ausbrennbaren Materialien (z.B. Methylcellulose) vermischt, geformt und anschließend kalziniert.
Ein mesoporöses, pulverförmiges Ti02/Si02-Material ist auch in der WO01 14054 beschrieben. Zur Herstellung dieses Materials wird das Ti in Form eines Titanhydroxides zur Ausfällung gebracht, und die Zugabe einer Si02-Komponente erfolgt nach der Ausfällung des Titanhydroxides mit einem Si02-Anteil im Endprodukt von maximal 18 %.
Ein weiteres Katalysatorsystem wird in der EP 1533027 offenbart. Dort wird ein Verfahren zur Herstellung eines Ti02-haltigen Katalysators oder Katalysatorträgers beschrieben, bei dem eine wässrige, Titan-haltige Lösung zu einer Suspension eines feindispersen, anorganischen Trägermaterials in Wasser gegeben wird, wobei Ti02 als Titanoxidhydrat auf den anorganischen Träger aufgefällt wird.
Obgleich die im Stand der Technik bekannten Materialien teilweise bereits akzeptable Eigenschaften für den gewünschten Verwendungszweck besitzen, besteht ein weiterer Bedarf darin, einen TiO2-haltigen Katalysator oder Katalysatorträger bereitzustellen, der für die Eignung als DeNOx-Katalysator weiter verbesserte Eigenschaften mit sich bringt. Seitens der Erfinder wurde nun gefunden, dass durch die Verwendung von nanoskaligen SiO2-Teilchen, wie sie in Kieselsäuresolen vorliegen, zur Herstellung von TiO2/SiO2 die Teilchengröße des SiO2 im Produkt auf mind. 5 - 30 nm festgelegt werden kann. Um den Teilchen einen für die Anwendung in der Katalyse möglichst hohen Anteil der spezifischen Oberfläche aus TiO2 zu verleihen, sollten die TiO2-Teilchen durch Einlagerung von möglichst wenig SiO2 dazwischen gegen Teilchenwachstum und Rutilisierung über Koaleszenz stabilisiert werden. Dazu ist es aufgrund der Erkenntnisse der Erfinder weiterhin vorteilhaft, kleinere SiO2-Teilchen als kommerziell verfügbar zu erzeugen, und dies läßt sich vorteilhaft aus echten Silikatlösungen erreichen. Eine Verwendung der billigsten Lösung, nämlich Wasserglas, scheidet aus, da aus dem TiO2/SiO2- Produkt Alkali nur unvollständig oder nur mit extrem hohem Aufwand, insbesondere mit großen Mengen an Waschwasser,auswaschbar ist.. Aus diesem Grund schlagen die Erfinder die Verwendung von alkaliarmen Ausgangsmaterialien in ammoniakalischer Lösung vor, die entweder durch lonenaustausch aus den entsprechenden Alkali-Salzen oder durch Umsetzung der Kieselsäure/SiO2 in Sol- oder Gelform mit Ammoniak gewonnen werden. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren werden somit als Ausgangsmaterialien keine Ti- oder Si-Verbindungen eingesetzt, die organische Reste R wie beispielsweise -Si-OR oder -Ti-OR mit R= Alkyl enthalten, sondern lediglich anorganische Verbindungen. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders umweltverträglich. Entsprechend wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines alkaliarmen TiO2-haltigen Katalysatormaterials, bei dem eine Ti-haltige Lösung mit einer Konzentration an gelöstem Ti von umgerechnet 10 bis 250 g TiO2 pro Liter Lösung und eine alkaliarme Lösung von hydratisierten Vorformen einer oder mehrerer Si-Sauerstoff-Verbindungen in Gegenwart von Ammoniak bei einem pH-Wert von 4,5 bis 6,5 umgesetzt werden und das erhaltene Produkt filtriert, gewaschen und einer Endbehandlung unterzogen wird.
Im Stand der Technik ist kein Material wie das erfindungsgemäße bekannt, das die vorteilhaften Eigenschaften einer thermisch stabilen spezifischen Oberfläche von 50 - 300 m2/g, eines sehr niedrigen Na-Gehaltes von < 300 mg/kg und eines hohen Mesoporenvolumens von > 0.3 cm3/g vereint.
Bevorzugt hat das erfindungsgemäße Material ein Mesoporenvolumen von > 0,35 cm3/g, mehr bevorzugt von > 0,5 cm3/g, besonders bevorzugt > 0,7 cm3/g, sowie eine spezifische Oberfläche von 90 - 200 m2/g.
Eine spezifische Oberfläche wird hierbei von den Erfindern als thermisch stabil und somit gut für den gewünschten Verwendungszweck geeignet bezeichnet, wenn sich durch eine Temperung bei T = 650 °C für 50 h die spezifische Oberfläche um weniger als 30 % verändert. Erfindungsgemäß werden sämtliche Massnahmen, die hier als Glühung, Temperung oder Calcinierung bezeichnet werden, unter Luftatmosphäre durchgeführt, soweit nichts anders angegeben ist.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung werden als hydratisierte Vorformen einer oder mehrerer Si-Sauerstoff-Verbindungen (Ammoniumsilikat, Kieselsäure, Kieselsäuresol, oder Kieselsäuregel) eingesetzt, die mit der Ti-haltigen Lösung in Gegenwart von Ammoniak bei einem pH-Wert von 4,5 bis 6,5 umgesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Synthese im wesentlichen also die Fällungsreaktion dieses Materials, in einem intensiv-gerührten Reaktor mit getauchter, langsamer und zeitgleicher Zugabe der Edukte der Ti-Komponente und Si-Komponente und NH3 zur pH-Einstellung und -Regulierung durchgeführt.
Unter einer intensiven Rührung wird erfindungsgemäß eine turbulente Rührung verstanden, die z.B. in einem Reaktor mit Strömungsbrechern und/oder einer zentrischen Rührung mittels Käfig-Rührer erreicht werden kann. Auch eine nichtzentrische Rührung ist möglich. Als Rührertypen sind Käfig-, Kreisel, Trapez-, MIK-, Intermig-, Sigma-, Propeller-, Schrägblatt-, Impeller- oder Kreuzbalken- Rührer geeignet. Die intensive Rührung kann auch über eine Dissolver- oder Ultraturrax-Dispergierung erreicht werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines alkaliarmen hochtemperaturstabilen TiO2-haltigen Katalysatormaterials, bei dem eine Ti-haltige Lösung mit einer Konzentration an gelöstem Ti von umgerechnet 1 0 bis 250 g TiO2 pro Liter Lösung und eine alkaliarme Lösung von hydratisierten Vorformen einer oder mehrerer Si-Sauerstoff-Verbindungen in Form von Ammoniumsilikat in Gegenwart von Ammoniak bei einem pH-Wert von 4,5 bis 6,5 umgesetzt werden und das erhaltene Produkt filtriert, gewaschen und einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wobei das Ammoniumsilikat bevorzugt durch lonenaustausch aus einem Alkalisilikat hergestellt wurde. Die Waschung des Produktes findet optional bei pH-Werten nahe des isoelektrischen Punktes (IEP) des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials statt. Dazu wird der pH-Wert der Produktsuspension vor der Waschung mit Säure (z.B. Schwefelsäure) oder Lauge (z.B. Ammoniakwasser) auf einen pH-Wert nahe des lEPs eingestellt. Unter alkaliarmer Lösung von hydratisierten Vorformen sind hier diejenigen Verbindungen zu verstehen, die sich formal durch Addition von ein oder mehreren H20-Molekülen an die Si-Sauerstoff-Verbindung ergeben und wobei der Gehalt an Alkali wie Natrium oder Kalium in dem fertigen Produkt in der Regel weniger als 500 ppm, bevorzugt weniger als 300 ppm, und besonders bevorzugt weniger als 150 ppm beträgt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei dem pH-Wert von 4,5 bis 6,5, bevorzugt 5-6, die Ti-haltige Lösung mit einer Konzentration an gelöstem Ti von umgerechnet 10 bis 250 g Ti02 pro Liter Lösung und eine alkaliarme Lösung von hydratisierten Vorformen einer oder mehrerer Si-Sauerstoff-Verbindungen in Gegenwart von Ammoniak miteinander umgesetzt, und es werden, bevorzugt mit einem Reifungsschritt verbunden, weitere hydratisierte Vorformen in Form eines Fällungsgemisches gebildet, das in der Regel als Dispersion oder Suspension vorliegt und das dann entweder direkt oder nach Filtration und Waschung in Form des Filterkuchens einer thermischen Behandlung zugeführt werden kann.
Die letztgenannten hydratisierten Vorformen können dabei auch nichtstöchiometrisch sein, z.B. entspricht Metatitansäure nur näherungsweise der Formel TiO(OH)2 (vgl. U. Gesenhues, Chem. Eng. Technol. 24 (2001 ) 685).
Zur Fällung können die alkaliarmen Lösungen von hydratisierten Vorformen einer oder mehrerer Si-Sauerstoff-Verbindungen, der Salze von Metallen, bzw. Halbmetallen und/oder Ti gleichzeitig oder nacheinander in einem Rührbehälter zusammengegeben werden. Dabei kann der pH-Wert durch gleichzeitige weitere Zugabe von Ammoniak in den vorgenannten Bereichen gehalten werden, die eine Ausfällung gewährleisten. In der Regel wird mit einem pH-Wert von maximal 6,5 und minimal von 4,5 gearbeitet, generell muss der pH-Wert bei der Ausfällung von Kieselsäure unter 9 und bei Titanoxidhydrat über 2 liegen. Es können auch Lösungen der Salze von Ti und Si vorgelegt werden und dann auf den geeigneten pH-Wert eingestellt werden.
Erfindungsgemäß wird als Ti-haltige Lösung bevorzugt eine Lösung von Titanylsulfat oder Titansulfat, berechnet als Ti02, in einer Konzentration von 10 bis 250 g/l, bevorzugt 50 bis 200 g/l, besonders bevorzugt 80 bis 120 g/l Lösung eingesetzt.
Der aus dem Fällungsgemisch erhaltene Filterkuchen kann in einer Form der thermischen Behandlung einer Glühung, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 600 bis 900 °C bevorzugt 700 °C, bevorzugt über einen Zeitraum von bis zu 8 h bevorzugt 3 h unterzogen werden.
In einem anderen Verfahrenschritt zur thermischen Behandlung können die hydratisierten Vorformen einer Hydrothermalbehandlung unterzogen werden. So kann das erfindungsgemäße Verfahren als thermische Behandlung besonders eine Hydrothermal-Behandlung umfassen, bei dem das erhaltene Produkt als Fällungsgemisch der Vorformen von Ti02 und Si-Sauerstoff-Verbindungen zusammen mit Wasser in einen Druckbehälter (Autoklav) gegeben wird und über einen Zeitraum von einer Stunde bis 5 Tagen bei Temperaturen > 100 °C gehalten wird, insbesondere in einem Temperaturbereich von 160° bis 180°C, insbesondere bei 170 °C mit einer Haltezeit von 3 bis 5, besonders 4 Stunden. Diese thermische Behandlung kann vor oder nach der Filtration und Waschung durchgeführt werden.
Die mit den erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Katalysatormaterialien können auch mit Metalloxiden und/oder Metalloxidvorstufen davon dotiert und/oder nachbehandelt sein, z.B. mit Sn02, Ce02, VOx, CrOx, MoOx, WOx, MnOx, FeOx und NiO, CoOx, worunter VOx und WOx bevorzugt sind. Unter Metalloxidvorstufen davon werden erfindungsgemäß beispielsweise hydratisierte Vorformen von Oxiden, Hydroxiden etc. verstanden, die sich thermisch in die Metalloxide umwanden. Eine bevorzugte Verfahrensweise sieht dabei eine Beschichtung mit einem Metalloxid oder einer Metalloxidvorstufe mittels Zugabe der Metallsalz- Komponente vor der thermischen Behandlung d.h. während oder nach der Fällung der hydratisierten Si-Sauerstoff-Verbindungen bei pH-Werten von pH < 7 oder nach der Filtration und Waschung vor. Als Metallsalz-Komponenten werden bevorzugt Wolfram-Salze verwendet. Besonders bevorzugt wird eine Beschichtung mit einer Wolframoxidvorstufe durch Zugabe eines Wolfram-Salzes nach der Fällung vor einer Hydrothermalbehandlung durchgeführt. Durch diese bevorzugte Verfahrensweise wird der Anteil des löslichen Wolframs deutlich reduziert und die spezifische Oberfläche und das Porenvolumen erhöht.
Genauer umfasst dieses bevorzugte Verfahren zur Beschichtung mit der Wolframoxidvorstufe die folgenden Reaktionsschritte. Zunächst erfolgt eine Fällung aus Titanylsulfatlösung und Ammoniumsilikatlösung mit Ammoniakwasser bei pH 3-6. Daran kann sich optional eine Reifephase von 0,5 - 6 h bei 20 - 80°C anschließen. Es folgt die Zugabe von 10 - 30 Gew.% WO3 bezogen auf TiO2/SiO2 z.B. bevorzugt in Form von Ammoniummetawolframat. Daran kann sich optional erneut eine Reifephase von 0,5 - 6 h bei 20 - 80 °C anschließen. Es folgt eine HT- Behandlung über bis zu 24h, bevorzugt 4 h bei 170 bis 180 °C (~ 10 bar). Weiterhin folgen eine Filtration und Waschen, ein erneutes Anschlämmen, gefolgt von einer Trocknung z.B. Sprühtrocknung. Optional kann schließt sich eine Glühung an. Falls erforderlich, kann sich eine Mahlung anschließen.
Erfindungsgemäß lässt sich somit besonders ein alkaliarmes Katalysatormaterial auf TiO2-SiO-Basis in Partikelform mit einem Gehalt an Alkali von weniger als 300 ppm herstellen. Das erfindungsgemäße Katalysatormaterial kann als Katalysatorvorstufe, als Katalysatorträger und als Katalysator eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Katalysatormaterial eignet sich hervorragend zur Herstellung eines Abgaskatalysators und zur Verwendung in chemischen Katalyseverfahren.
Das erfindungsgemäße Katalysatormaterial weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Materialien ein höheres Porenvolumen von > 0,3 cm3/g, insbesondere im Bereich von 0,35 bis 1 ,0 cm3/g auf, was wiederum zu einer höheren katalytischen Aktivität führt. Diese Messdaten beziehen sich auf die Mikro- und Mesoporen. Darüber hinaus weisen die Poren des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials eine enge Porengrößenverteilung (gemessen mit Stickstoff porosimetrie zur Bestimmung der Mikro- und Mesoporen) im Bereich zwischen 3 und 50 nm auf. In der Regel liegen 90% der Porengrößen des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials in diesem Größenbereich.
Im Rahmen der Beschreibung der Erfindung wird die in der Literatur gängige Definition der Porengrößen verwendet, wie sie beispielsweise in„Fundamentals of Industrial Catalytic Processes", R.J. Farrauto, C. H. Bartholomew, Blackie Academic & Professional, 1997, Seite 78 beschrieben ist). Diese Schrift definiert Poren mit Durchmessern von dPore> 50 nm als Makroporen, Poren mit dPore = 3-50 nm als Mesoporen und Poren mit dpore < 3 nm als Mikroporen.
Die Porengrößenverteilung selbst nimmt Einfluss auf die Formselektivität, und es wird eine schnellere Diffusion des Gases in und aus den Partikeln infolge größerer Porenradien ermöglicht. Dies führt gleichzeitig zu einer geringeren Neigung zur Porenverstopfung infolge der größeren Porenradien. Zudem können die Innenwände dieser Poren leichter mit einer Metallverbindung von W oder V behandelt und so mit W03 und/oder V205 beschichtet werden. So werden bei den erfindungsgemäßen Materialien bis zu einer Belegung von 25 Gew.% W03 mittels Röntgendiffraktrometrie keine kristallinen Wolfram-Spezies mittels Röntgendiffraktrometrie beobachtet.
Infolge der reduzierten Partikelgröße des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials wird die zugängliche Oberfläche erhöht und eine verbesserte Dispergierbarkeit der Partikel gewährleistet. Die Partikelgröße liegt nach einer Dispergierung mittels Ultraschallfinger bei 0,1 - 3,0 μιτι. Zur Bestimmung der Partikelgrößen nach Dispergierung wird das pulverförmige Katalysatormaterial in Wasser mittels Ultraschallfinger (bei maximaler Leistung, Hersteller: Branson Sonifier 450, Verwendung einer Amplitudenerhöhung durch Booster Horn "Gold", ,1 /2 " Titanrüssel mit austauschbarer, flacher Arbeitsspitze) für 5 Minuten dispergiert. Die Partikelgrößenbestimmung wird mittels Lasergranulometrie durchgeführt.
Überraschend wurde gefunden, dass ein erfindungsgemäß hergestelltes Katalysatormaterial eine hohe spezifische Oberfläche hat und TiO2 in Anatasform enthält, wobei die spezifische Oberfläche und die Anatasform bis mindestens 650 °C stabil sind. Die BET-Oberfläche wird bei einer Temperaturbelastung von 50 h bei 650 °C um maximal 30% erniedrigt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Versuche und Vergleichsversuche weiter erläutert.
Erfindunqsqemäße Herstellunqsbeispiele
Herstellunqsbeispiel 1
Eine kommerzielle Wasserglaslösung mit einem Gehalt an gelöstem Silikat entsprechend 360 g SiO2/l und einem Molverhältnis SiO2/Na2O von 3,45 wurde auf 100 g SiO2/l verdünnt. Dann wurde daraus nach dem bei H. Weldes, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Develop. 9 (1970) 249-253 angegebenen zweistufigen Verfahren über eine Ammoniumnatriumsilikatlösung als Zwischenprodukt mit dem NH4 +-beladenen Kationenaustauscher Amberlite IR-120 (Rohm & Haas Comp.) eine Ammoniumsilikatlösung mit 90 g SiO2/l hergestellt. Ihr Molverhältnis (NH4)2O / Na2O wurde dabei entsprechend den Angaben bei H. Weldes durch die Menge wässrige NH3Lösung im ersten und die Menge Ionenaustauscher im zweiten Schritt auf einen Wert von 8 bzw. 25 eingestellt (analytisch geprüft). Das Molverhältnis SiO2 / (NH4)2O der erhaltenen Lösungen lag nur wenig unter dem Ausgangsmolverhältnis SiO2/Na2O, ihr pH-Wert betrug 10,1 - 10,2. Diese Ammoniumsilikatlösung wurde nun erfindungsgemäß anstelle von Wasserglas wie in Beispiel 6 der EP 1533027 eingesetzt. Durch gleichzeitige Zugabe der Ammoniumsilikatlösung mit dem Molverhältnis (NH4)20 / Na20 von 8 bzw. 25 sowie TiOS0 -Lösung zu einer Wasservorlage sowie Zugabe wässriger NH3-Lösung zum Halten von pH 5 - 6 in der Vorlage wurde eine feine Mischung aus Vorformen von Ti02 und Si02 ausgefällt. Dazu wurden in einem 74 I- Edelstahlstutzen mit Heizspirale, Propeller-Rührer und Ablassventil 5 I VE-Wasser vorgelegt. Über 180 min verteilt wurden gleichzeitig 30,0 I der oben hergestellten Ammoniumsilikatlösung mit 90 g Si02/l und 12,1 I TiOS0 -Lösung mit einem Ti- Gehalt von umgerechnet 1 10 g Ti02/l über Schlauchpumpen zugegeben und ein pH-Wert von 5 - 6 durch Zugabe von wässr. NH3-Lösung gehalten. Nach 1 h Reifen bei 80°C unter Rühren und Heizen wurde abgenutscht, dabei wurde nur mit 10 I warmem VE-Wasser gewaschen. Der erhaltene Filterkuchen enthielt nach Trocknung bei 1 10°C 80 bzw. 30 ppm Na, abhängig vom Molverhältnis (NH4)20 / Na20 der benutzten Ammoniumsilikatlösung.
Der erfindungsgemäß hergestellte Filterkuchen wurde wie folgt weiter verarbeitet und untersucht: Nach 4h Glühen bei 900°C betrug die spez. Oberfläche (BET) 125 m2/g, das Porenvolumen (N2-Porosimetrie) 0,43 cm3/g, der Rutilanteil des TiO2 0% und die Anatas-Scherrer-Kristallitgröße 26 nm, unabhängig von der benutzten Ammoniumsilikatlösung. Alternativ zur Glühung ergab 4h Hydrothermalbehandlung (HT) bei 180°C entsprechend 10 bar und Trocknung wie in Beispiel 8 der DE 103 52 816 A1 eine spez. Oberfläche (BET) von 165 m2/g, ein Porenvolumen (N2-Porosimetrie) von 0,54 cm3/g, ebenfalls 0% Rutil und eine Anatas-Scherrer-Kristallitgröße von 17 nm, ebenfalls unabhängig von der eingesetzten Ammoniumsilikatlösung.
Zusätzlich wurde die Thermostabilität des geglühten bzw. HT-behandelten Produkts aus Verwendung der Na-reicheren Ammoniumsilikatlösung über 50h bei 650 °C geprüft. Die Werte der vorher gemessenen 4 Parameter veränderten sich dadurch beim geglühten Produkt nicht mehr, während beim HT-behandelten Produkt die BET um 15 m2/g und das Porenvolumen um 0,04 cm3/g abnahmen, der Rutilgehalt bei 0% blieb und die Anataskristallitgröße auf 21 nm wuchs. Diese Veränderungen sind gering, so dass beide Materialien als thermostabil betrachtet werden können.
Herstellungsbeispiele 2 und 3
Auf gleiche Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 wurden durch Reduzierung der Ammoniumsilikatmenge gegenüber dem Herstellungsbeispiel 1 mit der Ammoniumsilikatlösung des Molverhältnisses (NH4)20 / Na20 = 8 erfindungsgemäße Produkte mit 15 und 7,5% Si02-Anteil hergestellt. Die Produkte wurden wie vorher geprüft.
Die Eigenschaften der Produkte der Herstellungsbeispiele 1 bis 3 sind in Tabelle 1 angegeben.
a) Wert in Klammern: nach zusätzlich 50h Glühung bei 650 °C
b) Werte in Klammern für Produkt aus Verwendung der Na-reicheren Ammoniumsilikatlösung
Wie die Ergebnisse belegen, können bei den heute von Katalysatorherstellern bevorzugten TiO2/SiO2-Materialien mit weniger als 67% SiO2 Ammoniumsilikatlösungen mit sehr geringen Molverhältnis (NH4)20 / Na20 benutzt werden, um die Anforderung an den Na-Gehalt des Produkts (< 100 ppm Na) zu erfüllen, was wirtschaftlich vorteilhaft ist. Weiter sinken mit steigendem Ti02-Anteil bei gleichen Herstellbedingungen die spez. Oberfläche und Porenvolumen sowie ihre Stabilität bei Hochtemperaturanwendungen des Produkts, und der Rutilanteil des TiO2 wird größer als 0, was ebenfalls unerwünscht ist. Die Ergebnisse der Tabelle zeigen, dass das Produkt für die Katalyse bei hohen Temperaturen mind. 7,5%, vorzugsweise mind. 10 - 15% SiO2-Anteil haben sollte.
Herstellungsbeispiel 4
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 wurden folgende Ausgangsmaterialien:
Titanylsulfatlösung mit 1 12 g TiO2/l
- Ammoniumsilikatlösung mit einem SiO2-Gehalt von 90 g SiO2 /I
Ammoniakwasser, 15% NH3XH2O
wie folgt umgesetzt:
1 . Fällung der Titanylsulfatlösung und Ammoniumsilikatlösung mit Ammoniakwasser bei pH 5-6 unter Dissolverdispergierung bei 1000 - 1800 UPM
2. Reifen 1 h bei 80 °C
3. HT-Behandlung über 4 h bei 180 °C (= 10 bar)
4. Filtration und Waschen
5. Sprühtrocknung
Herstellungsbeispiel 5
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 wurden folgende Ausgangsmaterialien:
Titanylsulfatlösung mit 1 12 g TiO2/l
Ammoniumsilikatlösung mit einem SiO2-Gehalt von 90 g SiO2 /I Ammoniakwasser, 15% NH3XH2O
wie folgt umgesetzt: 1 . Fällung von Titanylsulfatlösung und Ammoniumsilikatlösung mit Ammoniakwasser bei pH 5-6 unter Dissolverdispergierung bei 1000 - 1800 UPM
2. Reifen 1 h bei 80 °C
3. HT-Behandlung über 4 h bei 180 °C (= 10 bar)
4. Filtration und Waschen
5. Sprühtrocknung
Die in den Herstellungsbeispielen 4 bis 5 hergestellten Katalysatormaterialien wurden untersucht. Die Ergebnisse der Analysen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Titan, Sauerstoff und Silicium wurden über die Röntgenfluoreszenz-Analyse bestimmt und daraus der Gehalt an TiO2 und SiO2 berechnet. Die Werte liegen auf dem erwarteten Niveau. Natrium und Kalium wurden über die Atomabsorptions- Spektroskopie bestimmt. Die Grenzwerte wurden für beide Proben erreicht.
Außerdem wurde der Gehalt an Sulfat und an Ammonium bestimmt.
Die Teilchengröße nach Scherrer wurde über ein Röntgendiffraktogramm bestimmt. Beide Katalysatormaterialien liegen in der Anatasmodifikation vor.
Die Messung der spez. Oberfläche nach der BET - Methode (5P.) ergab für beide Proben einen Wert um die 120 m2/g.
Das Porenvolumen wurde ebenfalls bestimmt. In der Tabelle 2 wurden das
Porenvolumen (Total) und der Porendurchmesser aufgelistet. Beide Proben haben ein hohes Porenvolumen.
Die Thermostabilität beider Proben wurde über 50h bei 650 °C getestet. Die spez. Oberfläche nach dieser Behandlung lag bei beiden Proben um die 100 m2/g. Beide lagen als Anatas vor und haben eine Teilchengröße nach Scherrer von 10 nm. Die genannten Werte wurden in Tabelle 2 zusammengefasst. Beide Proben sind thermostabil.
Anatas 10 nm Anatasl O nm
Herstellunqsbeispiel 6
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 wurden folgende Ausgangsmaterialien:
Titanylsulfatlösung mit 1 1 1 g TiO2/l
Ammoniumsilikatlösung mit einem SiO2-Gehalt von 90 g SiO2 /I Ammoniakwasser, 15% NH3XH2O
wie folgt umgesetzt:
1 . Fällung der Titanylsulfatlösung und Ammoniumsilikatlösung mit Ammoniakwasser bei pH 5-6 in einem Reaktor mit Strömungsbrechern unter intensiver Rührung mit einem Käfig-Rührer bei 1000 UPM und getauchter Zugabe der Eduktlösungen
2. Reifen 1 h bei 80 °C, Dekantieren nach Absitzen lassen über Nacht
3. W-Behandlung mit 15 Gew.-% WO3 durch Zugabe einer Ammoniummetawolframat Lösung mit einem Gehalt von 30 Gew.- % WO3
4. HT-Behandlung über 4 h bei 170-180 °C (= 10 bar)
5. Filtration und Waschen
6. Wieder anschlämmen
7. Sprühtrocknung
Herstellunqsbeispiel 7
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 6 wurden folgende Ausgangsmaterialien:
Titanylsulfatlösung mit 1 1 1 g TiO2/l Ammoniumsilikatlösung mit einem Si02-Gehalt von 90 g Si02 /I Ammoniakwasser, 15% NH3XH20
wie folgt umgesetzt:
1 . Fällung der Titanylsulfatlösung und Ammoniumsilikatlösung mit Ammoniakwasser bei pH 5-6 in einem Reaktor mit Strömungsbrechern unter intensiver Rührung mit einem Käfig-Rührer bei 1000 UPM und getauchter Zugabe der Eduktlösungen
2. Reifen 1 h bei 80 °C,
3. Filtration und Waschen
4. Wieder anschlämmen und W-Behandlung mit 12 Gew.-% W03 durch Zugabe einer Ammoniummetawolframat Lösung mit einem Gehalt von 30 Gew.- % W03
5. Sprühtrocknung
6. Glühung im Ofen für 2 h bei 650 °C
Herstellungsbeispiel 8
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 6 wurden folgende Ausgangsmaterialien:
- Titanylsulfatlösung mit 1 1 1 g TiO2/l
- Ammoniumsilikatlösung mit einem SiO2-Gehalt von 90 g SiO2 /I Ammoniakwasser, 15% NH3XH2O
wie folgt umgesetzt:
1 . Fällung der Titanylsulfatlösung und Ammoniumsilikatlösung mit Ammoniakwasser bei pH 5-6 in einem Reaktor mit Strömungsbrechern unter intensiver Rührung mit einem Käfig-Rührer bei 1000 UPM und getauchter Zugabe der Eduktlösungen
2. Reifen 1 h bei 80 °C,
3. Filtration und Waschen
4. Wieder anschlämmen und W-Behandlung mit 21 Gew.-% WO3 durch Zugabe einer Ammoniummetawolframat Lösung mit einem Gehalt von 30 Gew.- % WO3
5. Sprühtrocknung
6. Glühung im Ofen für 2 h bei 650 °C Die so hergestellten Katalysatormaterialien wurden wie oben beschrieben untersucht und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
Zur Bestimmung der mittleren Partikelgrößen D50 nach Dispergierung wird das pulverförmige Katalysatormaterial in Wasser mittels Ultraschallfinger (bei maximale Leistung, Hersteller: Branson Sonifier 450, Verwendung einer Amplitudenerhöhung durch Booster Horn "Gold", ,1 /2 " Titanrüssel mit austauschbarer, flacher Arbeitsspitze) für 5 Minuten dispergiert. Die Partikelgrößenbestimmung wird mittels Lasergranulometrie durchgeführt. Dabei wird als mittlere Partikelgröße D50, der D50-Median der Volumenverteilung in Volumenprozent bezeichnet.
Anhand von Röntgendiffraktometrie konnte nachgewiesen werden, dass in keinem der Beispiele 6-8 kristalline Wolframoxid-Spezies vorliegen.
Verqleichsbeispiel 1
In einem 74 I-Edelstahlstutzen mit Heizspirale, Rührer und Ablassventil wurden 5 I H2O vorgelegt. Über einen Zeitraum von 1 80 Minuten wurden gleichzeitig 1 3,525 I Na2SiO3-Lösung mit einem Si-Gehalt entsprechend 345 g SiO2/l und 20,655 I TiOSO -Lösung mit einem Ti-Gehalt von umgerechnet 1 10 g TiO2/l über Schlauchpumpen zugegeben. Dabei wurde der pH-Wert durch Zugabe von ca. 29 I 1 0 %-iger wässriger NH3-Lösung bei 5 bis 6 gehalten. Die Temperatur stieg durch die Reaktionswärme auf 40 °C an. Es wurde 1 Stunde unter Rühren und Heizen bei 80 °C gereift. Der Ansatz hatte jetzt einen Gehalt an Feststoffen, gerechnet als Oxide, von 101 g/l. Danach wurde abgenutscht und mit 14 I warmem Wasser und 14 I warmer (NH4)2SO4-Lösung (Konzentration 84 g/l) gewaschen. Der Filterkuchen wurde 12 Stunden bei 1 10 °C getrocknet und in einer gedrehten Quarzglasbirne mit Gasabsaugung, die sich in einem Kammerofen befand, 4 Stunden bei 800 °C geglüht. Danach erfolgte ein weiteres 1 1 -stündiges Glühen bei 900 °C und ein nochmaliges 13-stündiges Glühen bei 900 °C. Die Ergebnisse sind in Tabelle dargestellt. Das Produkt enthielt 600 bis 700 ppm Na.
Verqleichsbeispiel 2
Ein gewaschener Filterkuchen der Mischung aus selbstgefertigten Vorformen von TiO2 und AI2O3 bzw. SiO2 in einer Menge entsprechend 100 g Feststoff wurden mit je 800 ml vollentsalztem Wasser in einem 2 I-Stahlautoklaven bei 180 °C und 10 bar jeweils 2, 4 und 6 Stunden behandelt, dann abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Die Untersuchung der Produkte zeigte, dass sich deren
Eigenschaften von 2 nach 4 Stunden kaum und danach nicht mehr änderten. Die Ergebnisse nach 6 Stunden Hydrothermalbehandlung sind in Tabelle 3 dargestellt.
Wie bei Vergleich der Ergebnisse der Herstellungsbeispiele und der
Vergleichsbeispiele ersichtlich wird, weisen die erfindungsgemäßen Materialien verbesserte Eigenschaften insbesondere hinsichtlich des Alkaligehaltes auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Katalysatormaterial auf TiO2-SiO2-Basis in Partikelform mit einem Gehalt an Alkali von weniger als 300 ppm und mit einer spezifischen Oberfläche von 50 - 300 m2 Ig, wobei die spezifische Oberfläche bei thermischer Belastung für
50 Stunden bei 650 °C um maximal 30 % reduziert wird.
2. Katalysatormaterial auf TiO2-SiO2-Basis nach Anspruch 1 mit einem
Mesoporenvolumen von > 0,35 cm3/g, bevorzugt von > 0,5 cm3/g, besonders bevorzugt > 0,7 cm3/g.
3. Katalysatormaterial auf TiO2-SiO2-Basis nach Anspruch 1 oder 2 mit einer spezifischen Oberfläche von 90 - 200 m2/g.
Katalysatormaterial auf TiO2-SiO2-Basis nach Anspruch 1 , 2 oder 3 das zusätzlich einen Gehalt an Metalloxid und/oder Metalloxidvorstufe aufweist.
Katalysatormaterial auf TiO2-SiO2-Basis nach Anspruch 4, das zusätzlich einen Gehalt an Metalloxid, ausgewählt aus Vanadiumoxid und/oder
Wolframoxid, und/oder Vorstufen davon aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung des alkaliarmen Katalysatormaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Ti-haltige Lösung mit einer
Konzentration an gelöstem Ti von umgerechnet 1 0 bis 250 g TiO2 pro Liter Lösung und eine alkaliarme Lösung von hydratisierten Vorformen einer oder mehrerer Si-Sauerstoff-Verbindungen in Gegenwart von Ammoniak umgesetzt werden und das erhaltene Produkt filtriert, gewaschen, einer thermischen Behandlung unterzogen und ggfs. getrocknet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Ti-haltige Lösung eine Lösung von Titanylsulfat oder Titansulfat eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem als hydratisierte Vorformen von Si-Sauerstoff-Verbindungen Kieselsäure, Kieselsäuresol, Kieselsäuregel, oder Ammoniumsilikat eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem die thermische Behandlung ein Glühen des erhaltenen Produktes umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem die thermische Behandlung eine Hydrothermal-Behandlung umfasst, bei dem das erhaltene Produkt als Fällungsgemisch von Vorformen von Ti02 und Si-Sauerstoff-Verbindungen zusammen mit Wasser in einen Druckbehälter (Autoklav) gegeben wird und über einen Zeitraum von einer Stunde bis zu 5 Tagen bei Temperaturen >
100 °C gehalten wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem im Verlauf des
Verfahrens eine Verbindung eines Metalls zugegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , bei dem als Verbindung eines Metalls
mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Ammomiumvanadat oder Ammoniumwolframat zugegeben wird. 13. Verfahren nach Anspruch 1 2 unter Bezug auf Ansprüche 1 1 und 10, bei dem die Zugabe der Metallverbindung vor der Hydrothermalbehandlung erfolgt.
14. Verwendung des nach einem Verfahren der Ansprüche 6 bis 13 hergestellten Katalysatormaterials oder des Katalysatormaterials auf Ti02-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung eines Abgaskatalysators.
15. Verwendung des nach einem Verfahren der Ansprüche 6 bis 13 hergestellten Katalysatormaterials oder des Katalysatormaterials auf Ti02-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in chemischen Katalyseverfahren oder als
Photokatalysator.
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