KR20190017898A - A method for reducing the sulfur content of anatase titania and a method for reducing the sulfur content - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불균일 촉매 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 안정화된 티타니아의 황 함량을 감소시키기 위한 방법, 이렇게 수득된 물질 및 불균일 촉매의 담체 물질을 제조하기 위한 물질의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to the field of heterogeneous catalysts. More particularly, the present invention relates to a method for reducing the sulfur content of stabilized titania, the material thus obtained and the use of materials for producing carrier materials of heterogeneous catalysts.
Description
본 발명은 불균일 촉매 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 안정화된 티타니아의 황 함량을 감소시키기 위한 방법, 이렇게 수득된 물질 및 불균일 촉매의 담체 물질을 제조하기 위한 물질의 용도에 관한 것이다. The present invention relates to the field of heterogeneous catalysts. More particularly, the present invention relates to a method for reducing the sulfur content of stabilized titania, the material thus obtained and the use of materials for producing carrier materials of heterogeneous catalysts.
이산화티타늄은 불균일(heterogeneous) 촉매의 제조와 관련하여 잘 알려진 물질이다. 이산화티타늄은 촉매 물질(예. 클라우스 촉매)나 촉매 담체(catalytic support, 예. 질소산화물의 선택적 환원촉매(selective catalytic reduction, SCR)이나 피셔-트롭쉬(Fisher-Tropsch))로서 광범위한 응용을 가지고 있다. Titanium dioxide is a well known material for the production of heterogeneous catalysts. Titanium dioxide has widespread application as a catalytic material (eg Klaus catalyst) or as a catalytic support (eg selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR) or Fisher-Tropsch) .
지배적이면서도 대부분의 경우에, 불균일 촉매를 위하여 바람직한 다형체(polymorph)는 아나타제 결정상(anatase crystal phase)이다. 아나타제 타입의 TiO2를 큰 산업적 규모로 제조하는 것은 이른바 황산법(sulphate process)에 달려 있는데, 황산법에서 티타늄이 풍부한 원료 물질(티타늄철석(ilmenite)나 Ti-슬래그)은 우선 농축된 황산과 반응하여 TiOSO4를 형성한다. 가수분해되면, 수분의 함량이 높은 미세한 입자상 아나타제 타입 TiO2가 수득된다(일반식 TiO(OH)2를 가지는 이른바 메타티탄산). 환원 및 세척 공정을 포함하는 이후의 정제 단계 이후, 순수한 아나타제 TiO2가 수득될 수 있다. In the dominant and, in most cases, preferred polymorph for heterogeneous catalysts is the anatase crystal phase. The production of anatase type TiO 2 on a large industrial scale depends on the so-called sulphate process. In the sulfuric acid method, titanium-rich raw materials (ilmenite or Ti-slag) are first reacted with concentrated sulfuric acid to form TiOSO 4 . When hydrolyzed, fine particulate anatase type TiO 2 having a high water content is obtained (so-called metatitanic acid having the general formula TiO (OH) 2 ). After the subsequent purification step, which involves a reduction and washing process, pure anatase TiO 2 can be obtained.
아나타제 타입 TiO2를 제조하기 위한 다른 절차는 TiCl4의 화염 가수분해(flame hydrolysis)로서, 루틸(rutile)과 아나타제의 혼합물만이 얻어진다. Another procedure for preparing anatase type TiO 2 is flame hydrolysis of TiCl 4 , wherein only a mixture of rutile and anatase is obtained.
불균일 촉매의 성능은 흔히 그 순도에 달려 있다. 표유 이온(stray ions)은 촉매 공정의 전체적인 변환 및/또는 선택성에 영향을 미칠 수 있다. 통상적으로 원하지 않는 불순물은 인, 황, 중금속, 알칼리 및 알칼리토 금속이다. The performance of heterogeneous catalysts often depends on their purity. Stray ions can affect the overall conversion and / or selectivity of the catalytic process. Typically unwanted impurities are phosphorus, sulfur, heavy metals, alkaline and alkaline earth metals.
예를 들면, 황이 촉매적 활성 성분인 코발트와 반응하여 황산코발트(CoxSy)를 형성하고, 형성된 황산코발트는 급격하게 감소된 촉매 성능을 야기하기 때문에, 합성 가스(syngas, CO와 H2의 혼합물)로부터의 탄화소수의 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성은 황 불순물에 대하여 매우 민감하다. FT-촉매의 통상적인 황 농도는 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만이다. 황산 공정에서 생성된 아나타제 TiO2에서 주요한 불순물은 제조 공정 중의 부착성(adherent) 황산으로부터 생성되는 황이다. 다른 표유 이온 불순물은 1자리 또는 낮은 2자리 숫자의 ppm 범위 안에 있으며, 통상적으로는 중요하지 않다(uncritical). For example, syngas, CO and H 2 (syngas, CO 2 S y ) are formed because sulfur reacts with the catalytically active component cobalt to form cobalt sulphate (Co x S y ) Fischer-Tropsch synthesis of carbonic acid water from a mixture of sulfuric acid and sulfuric acid is very sensitive to sulfur impurities. The typical sulfur concentration of the FT-catalyst is less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm. The major impurities in the anatase TiO 2 produced in the sulfuric acid process are sulfur produced from adherent sulfuric acid during the manufacturing process. Other stray ion impurities are in the ppm range of 1 digit or lower 2 digits, and are usually uncritical.
불균일 촉매의 성능은 또한 물리적 특성에 달려 있다. 담체 상에 촉매적 활성 물질이 매우 균일하게 분산되는 것은 흔히 높은 변환을 관측하는데 전제가 된다. 촉매적 활성 센터의 최대 분산(maximum dispersion)을 확보하기 위해서, 담체의 통상적으로 넓은 비표면적(specific surface area)이 중요하다. The performance of the heterogeneous catalyst also depends on its physical properties. Very uniform dispersion of the catalytically active material on the carrier is often a prerequisite for observing high conversions. In order to ensure maximum dispersion of the catalytic active center, the customarily large specific surface area of the support is important.
요약하면, ⅰ) 넓은 비표면적(BET> 40 ㎡/g)과, ⅱ) 낮은 황 농도(< 150 ppm S) 모두를 발휘하는, 촉매적 응용을 위하여 아나타제 타입 TiO2를 대규모의 산업적으로 이용할 수 있는 것에 대한 요구가 있다. In summary, anatase-type TiO 2 can be used on a large scale for industrial applications, for catalytic applications, which exhibit both i) large specific surface area (BET> 40 m 2 / g) and ii) low sulfur concentration (<150 ppm S) There is a demand for being.
제조 관점에서 보면, 아나타제 타입 TiO2의 유일한 산업적 대규모가 가능하여, 비용 효율적인 제조 공정은 황산 공정이다. 이 공정의 주요 문제점은 최종 생성물 중에 황의 함량이 높다는 것으로, 황은 많은 촉매적 응용과 관련해서 해로운 것으로 알려져 있다. 따라서, 높은 비표면적(> 40 ㎡/g)과 황의 낮은 함량(< 150 ppm S)을 가지면서, 아나타제 타입 TiO2를 큰 산업적 규모로 생산하는 것을 가능하게 하는 공정이 발굴되어야 한다. From a manufacturing standpoint, the only industry-wide scale of anatase-type TiO2 is possible, and the cost-effective manufacturing process is a sulfuric acid process. The main problem with this process is that the sulfur content in the final product is high, and sulfur is known to be detrimental to many catalytic applications. Thus, a process that enables the production of anatase type TiO 2 on a large industrial scale, with a high specific surface area (> 40 m < 2 > / g) and a low sulfur content (< 150 ppm S)
아나타제 타입 TiO2에서 황의 농도를 감소시킬 수 있는 다양한 기법이 개발되고 있다. 가장 흔히 사용하는 기법은 물로 세척하는 것이다. 통상적으로, 황산 함유 아나타제 TiO2가 물에 현탁되고(suspended), 필터 매체(예, 필터 프레스) 상에서 세척된다. 세척 공정은 차가운 탈이온수 또는 바람직하게는 뜨거운 탈이온수를 사용하여 수행된다. 이 공정에 의해 수득될 수 있는 황의 최소 농도는 0.1 - 0.5 중량% 범위이다. Various techniques have been developed to reduce the concentration of sulfur in anatase type TiO 2 . The most commonly used technique is washing with water. Typically, the sulfuric acid containing anatase TiO 2 is suspended in water and washed on a filter medium (e.g., a filter press). The washing process is carried out using cold deionized water or preferably hot deionized water. The minimum concentration of sulfur that can be obtained by this process is in the range of 0.1 - 0.5 wt%.
과량의 황산은 적절한 염기(NaOH, 암모니아 수용액 등)와 반응시키고, 탈염수를 사용하는 과도한 세척 공정에 의해 형성된 염을 제거하면, 황의 농도가 0.03-0.2 중량% 수준으로 크게 낮아질 수 있다. 특히 금속의 염기성 용액(예. NaOH 또는 KOH)을 사용하는 경우, 최소한의 황산 수준을 얻기 위하여 과량의 염기를 사용하게 되면, 금속 이온은 아나타제로부터 세척에 의해서도 제거되지 않기 때문에, 특정한 오염이라는 위험성이 존재한다. When the excess sulfuric acid is reacted with an appropriate base (such as NaOH, aqueous ammonia solution) and the salt formed by the excess washing process using demineralized water is removed, the concentration of sulfur can be greatly reduced to a level of 0.03-0.2 wt%. Especially when basic solutions of metals (eg NaOH or KOH) are used, the use of an excess of base to obtain a minimum level of sulfuric acid will not remove the metal ions from the anatase by washing, exist.
강산을 사용한 과량의 처리에 의한 연속적인 세척 사이클과, 산을 이용한 세척 공정에 의하여 연속적으로 금속 이온을 제거함으로써, 황 농도를 낮추는 단계가 또한 수행될 수 있다. 이 경우에, 세척 단계나, 이후의 잠재적인 가열 단계에서 쉽게 제거될 수 있는 산(예. 아세트산)을 사용하는 것이 바람직하다. A step of lowering the sulfur concentration can also be carried out by successive washing cycles by excess treatment with strong acid and by successive metal ions removal by an acidic washing process. In this case, it is preferable to use an acid (eg acetic acid) which can be easily removed in the washing step or in the subsequent heating step.
안료 등급(pigmentary grade) 이산화티타늄을 제조하는 과정에서, 황산의 열분해(thermal decomposition)에 의해 황이 제거된다. 500℃를 초과하는 온도에서, 황산 오염이 크게 감소하는 것이 관측되지만, 이러한 열 처리 과정에서 2개의 과정이 또한 발생한다. ⅰ) TiO2 입자가 입자 성장을 진행하며, 비표면적이 매우 크게 그리고 비가역적으로 감소하게 되며, ⅱ) 이 온도에서, 아나타제 다형체로부터 루틸 다형체로의 상변이(phase transformation)가 일어난다. 이러한 2개의 공정은, 통상적으로 낮은 BET(< 20 ㎡/g)와 루틸 타입 TiO2를 가지는 안료 TiO2를 수득하기 위해서는 바람직하지만, 황산 제조 공정으로부터 넓은 표면적과 낮은 황 함량을 가지는 아나타제 TiO2와 관련해서, 이러한 절차가 사용되는 것이 금지된다. In the process of producing pigmentary grade titanium dioxide, sulfur is removed by thermal decomposition of sulfuric acid. At temperatures above 500 ° C, it is observed that sulfuric acid contamination is greatly reduced, but two processes also occur in this heat treatment process. I) the TiO2 particles undergo grain growth, the specific surface area becomes very large and irreversibly decreases, and ii) at this temperature, a phase transformation from the anatase polymorph to the rutile polymorph occurs. These two processes are preferred for obtaining pigment TiO 2 with low BET (<20 m 2 / g) and rutile type TiO 2 , but the anatase TiO 2 with a large surface area and low sulfur content In relation, such procedures are prohibited from being used.
그 결과, 대규모 산업적 생산에 의하여 다음의 특성을 발휘하는 아나타제 타입 TiO2를 생산하는 것을 가능하게 하는 공정은 존재하지 않는다. 1. 극도로 낮은(ultra low) 황 함량(< 150 ppm), 2. 20 ㎡/g 초과, 바람직하게는 30 ㎡/g 초과, 더욱 바람직하게는 40 ㎡/g 초과하는 BET 표면적, 3. 순수한 아나타제 상(phase)의 TiO2. As a result, there is no process that makes it possible to produce anatase type TiO 2 with the following characteristics by large-scale industrial production. 1. an ultra low sulfur content (<150 ppm), 2. a BET surface area of greater than 20 m 2 / g, preferably greater than 30 m 2 / g, more preferably greater than 40 m 2 / g, TiO 2 in the anatase phase.
대규모 산업적 생산을 통하여 용이하게 접근할 수 있으며, 높은 비표면적을 가지는 낮은 황 함량의 아나타제 타입 촉매 담체 물질에 대한 필요가 있다. There is a need for an anatase type catalyst carrier material that is readily accessible through large industrial production and has a low specific surface area and low sulfur content.
이와 관련하여, 놀랍게도 적절한 양의 실리카 및/또는 지르코늄 산화물 및/또는 알루미늄 산화물로 도핑된(doped) 아나타제 타입 이산화티타늄이, 실질적으로 넓은 비표면적을 유지하면서, 황산을 분해시키기에 충분히 높은 온도에서 처리될 수 있다는 점이 발견되었다. 이와 관련해서, 용어 "열 안정화(thermal stabilization)"는, ⅰ) 루틸화(rutilization) 온도가 보다 높은 온도로 이동되고(shifted), ⅱ) BET 손실을 향한 경향이 감소되는 방식으로, 아나타제 타입 TiO2가 안정화되는 것으로 이해되어야 한다. In this connection it has been surprisingly found that surprisingly anatase type titanium dioxide doped with an appropriate amount of silica and / or zirconium oxide and / or aluminum oxide can be treated at a temperature high enough to decompose sulfuric acid, while maintaining a substantially wide specific surface area It was discovered that In this regard, the term " thermal stabilization " refers to the use of anatase type TiO2 in such a way that i) the rutilization temperature is shifted to a higher temperature and ii) the tendency towards BET loss is reduced. 2 < / RTI > is stabilized.
본 발명에 따른 통상적인 실험에서, SiO2 8 중량%의 함량을 가지는 아나타제 타입 TiO2가 1시간 동안 1000℃만큼 높은 온도에서 1시간 동안 가열된다. 이렇게 해서 생성된 분말은 약 50-70 ㎡/g의 BET 표면적과, 50 ppm 미만의 잔여 황 오염을 나타낸다. 아나타제의 열 숙성(thermal aging)에 대한 내성의 정도(degree of resistance)는 첨가되는 실리카의 양에 크게 달려 있다. 보다 많은 양의 실리카는 숙성 특성에 강한 영향을 미치는 반면, 소량은 사소한 내성만을 일으킨다. In a typical experiment according to the present invention, anatase type TiO2 having an SiO 2 content of 8% by weight was heated for 1 hour at a temperature as high as 1000 ° C for 1 hour. The resulting powder exhibits a BET surface area of about 50-70 m < 2 > / g and residual sulfur contamination of less than 50 ppm. The degree of resistance to thermal aging of anatase largely depends on the amount of silica added. Larger amounts of silica have a strong influence on aging characteristics, while small amounts cause only minor resistance.
이러한 효과 이외에도, 실리카는 또한 최종 촉매의 촉매 특성에 영향을 미칠 수 있다. 실리카는 촉매의 선태성 및/또는 변환 속도를 변경함으로써, 전체적인 성능을 변화시킬 수 있다. 특정한 응용 및 BET 표면적과 관련한 특이적인 요구 조건에 따라, SiO2, 잔여 S 함량, 올바른 물질 및 하소 조건(calcination conditions)은 각각의 의도된 용도에 따라 개별적으로 조절되어야 한다. 전체적으로, 높은 하소 온도는 잔여 S 농도와 비표면적 모두를 감소시킨다. In addition to these effects, silica can also affect the catalytic properties of the final catalyst. Silica can change overall performance by altering the preference and / or conversion rate of the catalyst. Depending on the specific application and the specific requirements relating to the BET surface area, SiO2, residual S content, correct material and calcination conditions should be individually adjusted for each intended use. Overall, the high calcination temperature reduces both the residual S concentration and the specific surface area.
기본적으로, 본 발명의 측면에서 아나타제 다형체를 안정화시킬 수 있는 임의의 원소가 사용될 수 있다. 촉매적 응용과 관련하여 다른 많은 통상적인 원소 중에서도 Si, Al, Zr이다[J Mater Sci (2011) 46: 855-874]. Basically, any element capable of stabilizing the anatase polymorph in the context of the present invention may be used. Among the many other common elements associated with catalytic applications are Si, Al, Zr [J Mater Sci (2011) 46: 855-874].
이러한 안정환 원소들의 혼입(incorporation)은 다양한 다른 합성 접근법에 의하여 달성될 수 있다. 본 발명의 물질과 관련해서, 다음의 다른 방법이 적절하다. 1. TiO2 상에서 SiO2의 침전. 2. TiO2와 SiO2의 공침(co-precipitation)이나 공-가수분해(co-hydrolysis). 3. TiO2 졸과 SiO2 졸의 혼합. 4. TiO2를 SiO2 졸로 처리. 5. TiO2를 SiO2 전구체로 처리하고, 이어서 가수분해 및/또는 산화를 통하여 SiO2 형성. 6. TiO2와 SiO2 혼합. The incorporation of such stabilizing elements can be achieved by various other synthetic approaches. With respect to the materials of the present invention, the following alternative methods are suitable. 1. The precipitation of the SiO 2 on TiO 2. 2. Co-precipitation or co-hydrolysis of TiO2 and SiO2. 3. Mixture of TiO 2 sol and SiO 2 sol. 4. Treatment of TiO 2 with SiO 2 sol. 5. Treatment of TiO 2 with a SiO 2 precursor followed by hydrolysis and / or oxidation to form SiO 2 . 6. Mixture of TiO 2 and SiO 2 .
따라서, 본 발명은 Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물의 함량이 산화물 총 중량 중에, 산화물로 환산하여, 2-50 중량%, 바람직하게는 2-30 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만인 아나타제 이산화티타늄에 관한 것이다. Therefore, the present invention is characterized in that the content of at least one compound selected from the oxides of Si, Al and Zr has a content of 2-50% by weight, preferably 2-30% by weight, in terms of oxide, in the total weight of the oxide , An anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of the oxide.
본 발명의 아나타제 물질은, 사용하는 과정에서 물질의 안정성에 대한 알칼리의 부정적인 영향을 회피할 수 있도록, 바람직하게는 Na+와 같은 알칼리의 함량이 200 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 갖는다. The anatase substance of the present invention preferably has an alkali content of less than 200 ppm, preferably less than 100 ppm, such as Na + , so as to avoid the negative influence of alkali on the stability of the substance in use.
본 발명에 따르면, 아나타제 이산화티타늄은 바람직하게는 황산 공정에 의해 수득되는데, 아나타제 이산화티타늄은 이산화티타늄 및 메타티탄산을 포함하는 이들의 수화물형(hydrated forms)으로서 수득된다. 본 명세서에서 동시에 사용되는 메타티탄산과, 티타니아의 수화물형은 식 TiO(2-x)(OH)2x (0 ≤ x ≤ 1)로 표현될 수 있으며, 티타니아를 또한 포함한다. 이어서, 상기 메타티탄산은 산화물 형태 또는 이들의 수화물형으로 Si, Zr 및/또는 Al로부터 선택되는 안정화제를 혼입할 수 있도록 더욱 처리되고, 이어서 황산 공정의 잔여물로서 황산과 같은 황-함유 화합물을 분해할 수 있도록 하소 처리된다. 하소 처리 과정에서, 수화물형은 산화물로 변환되고, 수화물의 함량은 제로 상태로 감소하게 되는데, 이는 통상의 기술자에게는 명확하다. According to the present invention, anatase titanium dioxide is preferably obtained by a sulfuric acid process, wherein the anatase titanium dioxide is obtained as their hydrated forms, including titanium dioxide and metatitanic acid. The metatitanic acid and the hydrate form of titania which are used simultaneously in the present specification can be expressed by the formula TiO (2-x) (OH) 2x (0? X? 1) and also include titania. The metatitanic acid is then further processed to incorporate a stabilizer selected from Si, Zr and / or Al in oxide form or in their hydrate form, followed by treatment with a sulfur-containing compound such as sulfuric acid as the remainder of the sulfuric acid process And calcined to be decomposed. In the calcination process, the hydrate form is converted to an oxide and the content of hydrate is reduced to a zero state, which is clear to the ordinarily skilled artisan.
본 발명에 따라 사용되는 용어 "아나타제 이산화티타늄 또는 아나타제 티타니아"는 적어도 95 중량%, 바람직하게는 98 중량%, 가장 바람직하게는 100%의 티타니아가 아나타제 형태에 존재하는 것을 의미한다. 일반적으로, 상기 아나타제 상은 5-50 nm의 미결정(crystallite) 크기를 갖는다. 따라서, 본 발명의 물질과 관련해서, 하소 처리 전에 최소한 120분 동안 105℃에서 건조한 이후, 또한 안정화에 기인하여 하소 처리 이후에도, 입자의 미정질 상(crystalline phases)는 대부분 아나타제 상 내에 존재한다. 즉, 적선 축(linear base)을 공제한 뒤에, 루틸 구조의 가장 센 피크의 높이(reflex (100))에 대한, 아나타제 구조의 가장 큰 피크의 높이(reflex (101))은 최소한 5:1, 바람직하게는 최소한 10:1이다. 가장 바람직하게는, XRD 분석은 단지 아나타제 피크만을 보여준다. 셰러(Scherrer)에 의한 상(phase)과 미결정 크기, 특히 결정 변형(상 식별, phase identification)을 측정하는 것과 관련해서, X-선이 채택된다(taken). 이와 관련해서, 결정 X-선의 격자 평면에서 회절된 뒤에 브래그 조건(Bragg condition)의 강도는 회절 각도 2 theta에 대하여 측정된다. X-선 회절은 상기 상의 특성이다. The term " anatase titanium dioxide or anatase titania " used in accordance with the present invention means that at least 95 wt%, preferably 98 wt%, and most preferably 100% of the titania is present in the anatase form. Generally, the anatase phase has a crystallite size of 5-50 nm. Thus, with respect to the material of the present invention, most of the crystalline phases of the particles are present in the anatase phase, after drying at 105 캜 for at least 120 minutes before the calcining treatment and after the calcining treatment due to stabilization. That is, after subtracting the linear base, the height (reflex (101)) of the largest peak of the anatase structure relative to the height of the highest peak of the rutile structure (reflex (100)) is at least 5: Preferably at least 10: 1. Most preferably, XRD analysis shows only anatase peaks. X-rays are taken with respect to measuring the phase and crystallite size, in particular the phase identification, by Scherrer. In this regard, the intensity of the Bragg condition after diffraction in the lattice plane of the crystalline X-ray is measured relative to the diffraction angle 2 theta. X-ray diffraction is characteristic of the phase.
본 발명과 관련해서 사용되는 건조는, 대기압에서 105℃를 초과하는 온도에서의 건조이다. 스핀-플래시(spin-flash)나 스프레이 건조와 같은 모든 대규모 산업적 기법이 적용될 수 있지만, 건조는 언급된 기법에 한정되지 않는다. The drying used in connection with the present invention is drying at a temperature in excess of < RTI ID = 0.0 > 105 C < / RTI > Although all large industrial techniques such as spin-flash or spray drying can be applied, drying is not limited to the techniques mentioned.
본 발명에 따라 사용되는 하소 단계는, 아나타제 형태에서 티타니아의 함량을 유지하면서, 황산과 같은 잔류하는 황 함유 화합물을 분해하여, 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 농도로 황 함량을 감소시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 30분 내지 1200 분의 시간 동안, 500℃ 초과의 상승된 온도에서, 바람직하게는 800℃에서 1200℃의 온도에서 안정화된 아나타제 티타니아를 처리하는 것을 의미한다. 황 함유 성분들이 해당 물질로부터 증발할 수 있도록, 하소 단계는 대기압 하에서 통상적인 하소 기기(calcination device)에서 수행될 수 있다. The calcination step used in accordance with the present invention is a step of decomposing the remaining sulfur containing compounds such as sulfuric acid to maintain the titania content in the anatase form and to decompose the remaining sulfur containing compounds to less than 150 ppm, Preferably for a period of time sufficient to reduce the sulfur content to a concentration of less than 80 ppm, preferably for a period of from 30 minutes to 1200 minutes, at an elevated temperature of greater than 500 DEG C, preferably from 800 DEG C to 1200 DEG C Quot; means treating the stabilized anatase titania. The calcination step can be performed in a conventional calcination device under atmospheric pressure so that the sulfur-containing components can evaporate from the material.
본 명세서에서 사용된 중량비(weight ratio), ppm-값 또는 백분율은 하소 처리 이후 물질의 중량을 가리킨다. As used herein, the weight ratio, ppm-value, or percentage refers to the weight of the material after calcination.
고온 처리로 인하여, 촉매를 형성하기 위한 후속 공정에 대하여 유해한 응집(agglomeration)이 발생할 수 있다. 따라서 밀링(milling) 공정에 의하여 하소 처리된 물질의 탈응집(degagglomeration)이 필요할 수 있다. 습식(wet)이나 건식(dry) 밀링 기법 모두가 적용될 수 있으며, 통상적인 기법은 볼(ball) 밀링이나 제트(jet) 밀링이다. 조대입자(coarse particles)가 제거된 것을 확인할 수 있도록 선택적인 체가름(sieving) 단계가 뒤따를 수 있다. Due to the high temperature treatment, harmful agglomeration may occur to the subsequent process for forming the catalyst. Deggglomeration of the calcined material may be required by the milling process. Both wet and dry milling techniques can be applied, and conventional techniques are ball milling or jet milling. An optional sieving step may be followed to confirm that the coarse particles have been removed.
이어서 수득된 아나타제 TiO2는 촉매 담체 물질(support material)로 기능할 수 있는데, 촉매 담체 물질은 Co, Ni, Fe, W, V, Cr, Mo, Ce, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Cu, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 촉매적 활성 금속으로 더욱 처리됨으로써, 금속이 적재된(loaded) 촉매 담체 물질이 수득된다. Co, Ni, Fe, W, V, Cr, Mo, Ce, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Cu, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 촉매적 활성 금속의, 극성 또는 비극성 용매에 용해되는 전구체 화합물이 사용될 수 있다. 담체 물질을, 촉매적 활성 금속의 하나의 전구체 화합물 또는 이들의 혼합물로 처리하는 것은 다양한 기법에 의해 수행될 수 있다. 통상적인 방법은 초기 함침(incipient wetness)이나 과량 용매법(excess solvent method)을 포함한다. 또한 가수분해와 같은 침전(deposition) 반응이 적용되어, 촉매적 활성 금속이나 이의 전구체가 촉매 담체 물질과 접촉하게 할 수 있다. 특별히 한정되지 않으며, Co, Ni, Fe, W, V, Cr, Mo, Ce, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Cu, 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있는 촉매적 활성 금속의 화합물은, 최종 촉매 담체 물질의 총 중량의 산화물로 환산하여, 1-50 중량%, 바람직하게는 5-30 중량%, 더욱 바람직하게는 8-20 중량%의 적재량을 얻을 수 있는 양으로 사용될 수 있다. The anatase TiO 2 thus obtained may function as a catalyst support material. The catalyst support material may be selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, W, V, Cr, Mo, Ce, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, The catalyst carrier material is further treated with at least one catalytically active metal selected from Rh, Cu, or mixtures thereof, thereby obtaining a loaded metal catalyst carrier material. And a catalyst active metal selected from Co, Ni, Fe, W, V, Cr, Mo, Ce, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Cu, Precursor compounds may be used. Treatment of the carrier material with one precursor compound of a catalytically active metal or a mixture thereof can be carried out by various techniques. Conventional methods include incipient wetness or an excess solvent method. A deposition reaction such as hydrolysis may also be applied to bring the catalytically active metal or its precursor into contact with the catalyst carrier material. A compound of a catalytically active metal which can be selected from Co, Ni, Fe, W, V, Cr, Mo, Ce, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Cu, Can be used in an amount to achieve a loading of 1-50 wt%, preferably 5-30 wt%, more preferably 8-20 wt%, in terms of oxides of the total weight of the final catalyst carrier material .
따라서, 본 발명은 다음의 포괄한다. Accordingly, the present invention encompasses the following.
- 산화물로 환산하여(calculated as oxides), Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물의 함량이 산화물의 총 중량 중에 2-50 중량%, 바람직하게는 2-30 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만인 아나타제 이산화티타늄; - calculated as oxides, the content of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr in an amount of 2-50% by weight, preferably 2-30% by weight, based on the total weight of the oxide Anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of said oxide;
- 산화물로 환산하여, Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물의 함량이 산화물 총 중량 중에 3-20 중량%, 바람직하게는 4-12 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만인 아나타제 이산화티타늄; - the content of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr in terms of oxides has an amount of 3-20% by weight, preferably 4-12% by weight, based on the total weight of the oxide, Anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, by weight;
- 산화물로 환산하여, SiO2의 함량이 산화물 총 중량 중에 2-30 중량%, 바람직하게는 3-20 중량%, 더욱 바람직하게는 4-12 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 100 ppm 미만, 바람직하게는 80 ppm 미만인 아나타제 이산화티타늄; In terms of oxides, the content of SiO 2 is in the range of 2-30% by weight, preferably 3-20% by weight, more preferably 4-12% by weight, based on the total weight of the oxide, Anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 100 ppm, preferably less than 80 ppm;
- 산화물로 환산하여(calculated as oxides), Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물의 함량이 산화물 총 중량 중에 2-50 중량%, 바람직하게는 2-30 중량%, 더욱 바람직하게는 3-20 중량%, 가장 바람직하게는 4-12 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만인 본 발명의 아나타제 이산화티타늄을 제조하기 위한 방법으로서, 수성 매질(aqueous medium) 내에서, 메타티탄산 또는 황산티타늄으로부터 선택되는 티타늄 화합물이, Si, Al 및 Zr의 산화물 및/또는 수산화물 또는 이들의 전구체로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물과 혼합되고, Si, Al 및 Zr의 산화물 및/또는 수산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 침전시키며, - 상기 산화물의 총 중량에 대하여 알칼리의 함량이 200 ppm을 초과하면, 알칼리의 함량을 최대 200 ppm 수준으로 감소시킬 수 있도록 수득된 생성물을 처리하고, 상기 생성물은 선택적으로 여과, 선택적으로 물로 세척, 및 선택적으로 건조되고, 이어서, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 0.5 내지 12시간 동안, 상기 생성물은 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되는 방법; - calculated as oxides, the content of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr is 2-50% by weight, preferably 2-30% by weight, more preferably 2-50% by weight, Has a quantity of from 3 to 20% by weight, most preferably from 4 to 12% by weight and a sulfur content of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of said oxide A method for preparing the anatase titanium dioxide of the invention is characterized in that in the aqueous medium a titanium compound selected from metatitanic acid or titanium sulphate is selected from oxides and / or hydroxides of Si, Al and Zr or their precursors And precipitates at least one compound selected from oxides and / or hydroxides of Si, Al and Zr, and - at least one compound selected from the group consisting of Treating the obtained product so as to reduce the content of alkali to a level of up to 200 ppm when the content of the alkali exceeds 200 ppm, and the product is selectively filtered, optionally washed with water, and optionally dried, For a time sufficient to decompose the residual sulfur-containing compound such as sulfuric acid to a level of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, relative to the total weight of the oxide, preferably from 0.5 to 12 For a period of time, the product is calcined at a temperature above 500 ° C, preferably between 800 ° C and 1200 ° C;
- 본 발명 실시형태의 아나타제 이산화티타늄을 제조하기 위한 방법으로서, 메타티탄산이 SiO2 전구체 화합물과 혼합되고, Si의 산화물 및/또는 수산화물 중에서 적어도 하나를 침전시키고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 알칼리의 함량이 200 ppm을 초과하면, 알칼리의 함량을 최대 200 ppm 수준으로 감소시킬 수 있도록 수득된 생성물을 처리하고, 수득된 생성물을 선택적으로 여과, 선택적으로 세척, 수득된 생성물을 선택적으로 건조하고, 이어서, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 100 ppm 미만, 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 0.5 내지 12 시간 동안, 상기 생성물은 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되는 방법; As a method for producing anatase titanium dioxide of the present invention, there is a method in which metatitanic acid is mixed with a SiO 2 precursor compound, at least one of the oxides and / or hydroxides of Si is precipitated, When the content exceeds 200 ppm, the obtained product is treated so as to reduce the content of alkali to a maximum of 200 ppm, and the obtained product is selectively filtered, selectively washed, selectively dried, For a time sufficient to decompose the residual sulfur-containing compound, such as sulfuric acid, to a level of less than 100 ppm, preferably less than 80 ppm, based on the total weight of the oxide, preferably 0.5 to 12 hours, Lt; 0 > C, preferably 800 < 0 > C to 1200 < 0 >C;
- 아나타제 이산화티타늄을 제조하기 위한 방법으로서, TiO2 졸(sol)로부터 선택되는 티타늄 화합물이 SiO2 졸과 혼합되고, 침전물을 얻을 수 있도록 pH를 조절하고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 알칼리의 함량이 200 ppm을 초과하면, 알칼리의 함량을 최대 200 ppm 수준으로 감소시킬 수 있도록 수득된 침전물을 처리하고, 수득된 생성물은 선택적으로 여과, 선택적으로 세척, 선택적으로 건조되며, 수득된 생성물은, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 0.5 내지 12시간 동안, 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되는 방법;A method for preparing anatase titanium dioxide comprising the steps of: mixing a titanium compound selected from TiO 2 sol (sol) with a SiO 2 sol, adjusting the pH to obtain a precipitate and adjusting the content of alkali Exceeds 200 ppm, the resulting precipitate is treated so as to reduce the content of alkali to a level of up to 200 ppm, and the obtained product is selectively filtered, selectively washed, selectively dried, and the obtained product is washed with sulfuric acid For a time sufficient to decompose to a level of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of the oxide, preferably from 0.5 to 12 hours Gt; 500 C < / RTI > and preferably 800 < 0 > C to 1200 < 0 >C;
- 안정화된 아나타제 티타니아의 황 함량을 감소시키기 위한 방법으로서, 안정화제를 함유하는(having a content of a stabilizing agent) 아나타제 티타니아는, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 최소한 30분 동안, 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되고, 상기 안정화제는 Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되며, 산화물로 환산하여(calculated as oxides), 상기 안정화제의 함량은 상기 산화물의 총 중량의 2-50 중량% 범위, 바람직하게는 2-30 중량%의 범위인 방법; Anatase titania having a content of a stabilizing agent can be produced by reacting a residual sulfur containing compound such as sulfuric acid with a reducing agent containing 150 to 150 g of the total weight of the oxide, for a time sufficient to decompose to a level of less than 100 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, preferably at least 30 minutes, at a temperature above 500 ° C, preferably between 800 ° C and 1200 ° C Wherein the stabilizer is selected from oxides of Si, Al and Zr and the calculated amount of stabilizer is in the range of 2-50% by weight of the total weight of the oxide, By weight to 2 - 30% by weight;
- 산화물로 환산하여, Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물의 함량이 산화물의 총 중량 중에 2-50 중량%, 바람직하게는 2-30 중량%의 양을 가지는 안정화된 아나타제 티타니아 중의 황 함량을 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만으로 감소시키기 위한, 500℃ 초과 온도에서 하소 처리의 용도; - stabilized anatase titania having an amount of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr, in terms of oxide, of 2-50% by weight, preferably 2-30% by weight, based on the total weight of the oxide The use of a calcining treatment at temperatures above 500 DEG C to reduce the sulfur content of the oxide to less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of the oxide;
- 촉매 반응, 특히 피셔-트롭쉬(Fisher-Tropsch) 촉매, 선택적 환원촉매(selective catalytic reduction; SCR), 산화 촉매, 광촉매, 수소화처리(hydrotreating) 촉매, 클라우스 촉매, 프탈산 촉매와 같은 기체의 액체로의 반응(gas to liquid reactions)에서 촉매 또는 촉매 담체(support)로서 사용하기 위한, 본 발명의, 본 발명 방법에 따라 수득될 수 있는 아나타제 이산화티타늄의 용도. Catalytic reactions, in particular gaseous liquids such as Fisher-Tropsch catalysts, selective catalytic reduction (SCR), oxidation catalysts, photocatalysts, hydrotreating catalysts, Klaus catalysts, phthalic acid catalysts The use of anatase titanium dioxide according to the invention, obtainable according to the process of the invention, for use as a catalyst or catalyst support in gas to liquid reactions.
- 본 발명 또는 본 발명의 방법에 따라 수득될 수 있는 아나타제 이산화티타늄을 함유하는 촉매 또는 촉매 담체. A catalyst or catalyst carrier containing anatase titanium dioxide which can be obtained according to the invention or the process of the invention.
본 발명은 후술하는 실시예 및 비교예에 의해 더욱 설명된다. The present invention is further illustrated by the following examples and comparative examples.
실험 부분Experimental part
분석 방법Analysis method
TiOTiO 22 다형체의 측정 Measurement of polymorph
TiO2 다형체를 측정하기 위하여, X-선 회절(XRD) 분석이 적용된다. 이는, 회절 각도 2 theta에 대하여, 회절된 X-선의 강도가 측정되는 통상적인 XRD 장비(set-up)에서 수행된다. 얻어진 XRD 패턴의 평가는 JCPDS-데이터베이스를 사용하여 수행된다. 분석의 통상적인 조건은 다음과 같다. 2 Theta = 10°~70°; 2 Theta의 증강 각도(step) = 0.02°, 하나의 증강 각도 당 측정 시간 = 1.2 s. To determine the TiO 2 polymorph, X-ray diffraction (XRD) analysis is applied. This is done for a diffraction angle 2 theta in a conventional XRD instrument (set-up) where the intensity of the diffracted X-ray is measured. The evaluation of the obtained XRD pattern is carried out using a JCPDS-database. The usual conditions of analysis are as follows. 2 Theta = 10 [deg.] To 70 [deg.]; 2 Theta's incremental step = 0.02 °, measurement time per incremental angle = 1.2 s.
SiOSiO 22 함량 측정 Content measurement
상기 물질은 H2SO4/(NH4)2SO4에서 분해되고(digested), 탈이온수를 사용하여 희석된다. 잔여물은 황산으로 세척되고, 하소 처리 이후 필터 케이크를 정량하여, SiO2 함량이 수득된다. The material is digested in H 2 SO 4 / (NH 4 ) 2 SO 4 and diluted with deionized water. The residue and determination of the filter cake after being washed with sulfuric acid and calcination treatment, the SiO 2 content is obtained.
TiOTiO 22 함량 측정 Content measurement
물질의 분해(digestion)는 H2SO4/(NH4)2SO4나 KHSO4를 사용하여 수행된다. 이어서 Ti4+의 Ti2+로의 환원이 수행되고, 마지막으로 황산철암모늄(Ⅲ)(ammonia iron(Ⅲ) sulphate)을 사용하는 적정에 의해 TiO2 함량이 수득된다(지시약으로서 NH4SCN). Degradation (digestion) of the material is performed using a H2SO4 / (NH 4) 2 SO 4 and KHSO 4. The reduction of Ti 4+ to Ti 2+ is then carried out and finally the TiO 2 content is obtained by titration using ammonia iron (III) sulphate (NH 4 SCN as indicator).
S-함량의 측정Measurement of S-content
S-함량은 원소 분석기 Euro EA(Hekatech)에 의해 수득된다. 샘플이 산소 환경에서 연속되고, 가스는 가스 크로마토그래피에 의해 분석된다. S-함량은 크로마토그램의 영역으로부터 계산된다. The S-content is obtained by the elemental analyzer Euro EA (Hekatech). The sample is continued in an oxygen environment and the gas is analyzed by gas chromatography. The S-content is calculated from the area of the chromatogram.
비표면적(specific surface area)의 측정Measurement of specific surface area
비표면적은 DIN ISO 9277에 따른 질소 흡착 기법(nitrogen adsorption technique, BET 법)에 의해 측정된다. 0.1 내지 0.3 p/po 사이의 5개의 포인트가 평가된다. 사용된 장비는 Autosorb 6 또는 6B(Quantachrome GmbH)이었다. The specific surface area is measured by the nitrogen adsorption technique (BET method) according to DIN ISO 9277. Five points between 0.1 and 0.3 p / p o are evaluated. The equipment used was Autosorb 6 or 6B (Quantachrome GmbH).
실시예 1Example 1
SiO2(13.1 중량%)가, TiOSO4 및 Na2SiO3 함유 용액으로부터 TiO2 및 SiO2 공-침전에 의해 도입되었다. Na2SiO3 용액 352 L(94 g/L SiO2)과 TiOSO4 용액 2220 L(103 g/L TiO2)가, 960L 물을 함유하는 교반된 반응 용기로 270분의 시간에 걸쳐서 동시에 펌핑되었다(pumped over). 반응 과정에서, 암모니아 용액을 사용하여 pH는 5로 유지되었다. 첨가가 완료된 후, 반응물을 1시간 동안 75℃로 가열되어 반응이 완료되었다. 이후, 9.5-10 bar, 170-180℃에서 4시간 동안 수열 숙성(hydrothermal aging)이 수행되었다. 마지막으로, 생성된 반응 혼합물이 여과되고, 탈이온수를 사용하여 세척되었다. 350℃에서 스프레이 건조한 후에 생성물이 수득되었다. BET는 100 ㎡/g, S 함량은 4000 ppm이었다. SiO 2 (13.1 wt.%) Was introduced by co-precipitation of TiO 2 and SiO 2 from solutions containing TiOSO 4 and Na 2 SiO 3 . 352 L of a Na 2 SiO 3 solution (94 g / L SiO 2 ) and 2220 L of a TiOSO 4 solution (103 g / L TiO 2 ) were simultaneously pumped over a period of 270 minutes into a stirred reaction vessel containing 960 L water (pumped over). In the course of the reaction, the pH was maintained at 5 using ammonia solution. After the addition was complete, the reaction was heated to 75 < 0 > C for 1 hour to complete the reaction. Hydrothermal aging was then carried out for 4 hours at 9.5-10 bar, 170-180 < 0 > C. Finally, the resulting reaction mixture was filtered and washed with deionized water. The product was obtained after spray drying at 350 ° C. BET was 100 m < 2 > / g, and S content was 4000 ppm.
실시예 2Example 2
메타티탄산과 Na2SiO3에 기초하여, SiO2 함량이 8.5 중량%인 SiO2/TiO2 분말이 제조되고, 이어서 pH-조절 단계와, 최종적인 여과 및 이렇게 수득된 물질을 탈이온수를 이용한 세척 단계가 이어졌다. 건조 이후에 수득된 SiO2/TiO2 분말은 334 ㎡/g의 BET와, 1100 ㎎/㎏의 황 함량을 가지고 있다. On the basis of the meta-titanic acid and Na 2 SiO 3, the SiO SiO 2 / TiO 2 powder content is 2 8.5% by weight have been manufactured, and then pH- adjusting step, washing with deionized water to a final filtration, and thus obtained material The steps followed. The SiO 2 / TiO 2 powder obtained after drying has a BET of 334 m 2 / g and a sulfur content of 1100 mg / kg.
실시예 3Example 3
메타티탄산 943 g(TiO2 29.2 중량%)을 탈이온수를 사용하여 150 g/L로 희석하였다. ZrOCl2x8H2O 78.5 g이 첨가되고, 온도는 50℃로 상승되었다. 이후, 규산나트륨(Na2SiO3) 68 mL(358 g/L SiO2)이 첨가되었다. 첨가가 완료된 뒤, 50℃에서 pH가 5.25에 도달할 때까지 수용성 NaOH(NaOH 50 중량%)가 첨가되었다. 백색 침전물이 여과되고, 여액의 전도도가 100 μS/㎝ 미만이 될 때까지 탈이온수를 사용하여 세척되었다. 잔류하는 필터 케이크가 105℃에서 건조되었다. 생성물의 BET-표면적은 329 ㎡/g, S 함량은 > 1000 ppm 이었다. SiO2 및 ZrO2 함량은 각각 7.7 중량%, 10.8 중량%이었다. 943 g of metatitanic acid (29.2 wt.% Of TiO 2 ) was diluted with deionized water to 150 g / L. 78.5 g of ZrOCl 2 x 8 H 2 O was added and the temperature was raised to 50 ° C. Then, 68 mL (358 g / L SiO 2 ) of sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) was added. After the addition was complete, aqueous NaOH (50 wt% NaOH) was added at 50 캜 until the pH reached 5.25. The white precipitate was filtered and washed with deionized water until the conductivity of the filtrate was less than 100 μS / cm. The remaining filter cake was dried at 105 占 폚. The product had a BET surface area of 329 m < 2 > / g and an S content of > 1000 ppm. The contents of SiO 2 and ZrO 2 were 7.7% by weight and 10.8% by weight, respectively.
실시예 4Example 4
실시예 4는, ZrOCl2x8H2O와 규산나트륨의 첨가 순서가 변경된 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 방식으로 진행되었다. 실시예 4와 관련해서, Na2SiO3 용액이 먼저 첨가되고, 이후에 ZrOCl2x8H2O이 첨가되었다. SiO2 및 ZrO2의 함량은 각각 6.8 중량%, 10.4 중량%이었다. BET-표면적은 302 ㎡/g이었고, S-함량은 3300 ppm이었다. Example 4 was carried out in the same manner as in Example 3, except that the order of addition of ZrOCl 2 x 8 H 2 O and sodium silicate was changed. With respect to Example 4, a Na 2 SiO 3 solution was added first, followed by ZrOCl 2 x 8 H 2 O. The contents of SiO 2 and ZrO 2 were 6.8 wt% and 10.4 wt%, respectively. The BET surface area was 302 m < 2 > / g and the S-content was 3300 ppm.
비교예 1Comparative Example 1
Hombikat 8602 (상업적 제품). BET 표면적은 321 ㎡/g이고, S 함량은 4700 ppm이었다. Hombikat 8602 (commercial product). The BET surface area was 321 m < 2 > / g and the S content was 4700 ppm.
비교예 2Comparative Example 2
NaOH를 사용하여 중화하고, 탈이온수를 사용하여 세척하여, 상업적으로 입수할 수 있는 Hombikat 8602가 정제되었다. 정제 결과, 하소 처리 이전의 황 함량은 0.2 중량%(2000 ppm)이었고, BET-표면적은 351 ㎡/g이었다. Neutralized using NaOH, and washed with deionized water to purify commercially available Hombikat 8602. As a result of the purification, the sulfur content before calcination was 0.2 wt% (2000 ppm) and the BET surface area was 351 m 2 / g.
비교예 3Comparative Example 3
DE 10333029A1의 실시예 1a에 따라 루틸 현탁액이 제조되었다. 루틸 현탁액을 제조하기 위하여, NaOH가 60℃에서 pH 6.0, 6.2로 첨가되었고, 고형체를 여과하고, 여액의 전도도가 100 μS/㎝ 미만이 될 때까지 탈이온수를 사용하여 세척하였다. 수득된 필터 케이크는 재-슬러리화되었고(re-slurried), 스프레이 건조되었다. BET 표면적은 105 ㎡/g이었고, S-함량은 70 ppm이었다. A rutile suspension was prepared according to Example 1a of DE 10333029A1. To prepare the rutile suspension, NaOH was added at pH 6.0, 6.2 at 60 캜, the solid was filtered and washed with deionized water until the conductivity of the filtrate was less than 100 μS / cm. The resulting filter cake was re-slurried and spray dried. The BET surface area was 105 m < 2 > / g and the S-content was 70 ppm.
비교예 4Comparative Example 4
수용된(as received), 상업적으로 입수할 수 있는 Aerosil P25(from Evonik). BET 표면적은 55 ㎡/g이었고, S < 30 ppm이었다. As received, commercially available Aerosil P25 (from Evonik). The BET surface area was 55 m 2 / g and S <30 ppm.
비교예 5Comparative Example 5
티타늄옥시클로라이드(Titaniumoxychloride) 300 mL(145 g/L TiO2)을 탈이온수를 사용하여 3 L로 희석하였다. 이어서, 옥살산 이수화물(oxalic acid dihydrate) 4 g을 첨가하고, 온도를 20℃ 미만으로 유지하면서 NaOH 15% 수용액을 반응 혼합물에 처리하여, 백색 고형체를 침전시켰다(deposited). 최종 pH는 6.2 이었다. 여과 후에 백색 고형체를 탈이온수를 이용하여 세척하여 여액 전도도가 < 100 μS/㎝가 되었다. 재-슬러리 및 스프레이 건조를 수행하여, BET: 359 ㎡/g, S < 30 ppm인 최종 생성물을 얻었다. Titanium oxychloride (Titaniumoxychloride) 300 mL (145 g / L TiO 2) was diluted to 3 L with deionized water. Then 4 g of oxalic acid dihydrate was added and a 15% aqueous solution of NaOH was treated to the reaction mixture while the temperature was kept below 20 ° C to precipitate a white solid. The final pH was 6.2. After filtration, the white solid was washed with deionized water to give a filtrate conductivity <100 μS / cm. Re-slurry and spray drying were performed to obtain a final product having a BET of 359 m < 2 > / g and S < 30 ppm.
하소calcination
모든 하소 처리는 머플 로(muffle kiln)에서 수행되었다. 물질은 세라믹 내화갑(ceramic seggars, 강옥(corundum)) 내부로 배치되고, 1000℃에서 1시간 동안 가열되었다. XRD, BET 및 SO4 분석하기 전에, 그 결과 생성되는 분말을 주의하여 분쇄되고(grinded), 균질화되었다(homogenized). 1000℃에서 1시간 동안 숙성하기 전 후의 다양한 SiO2-처리된 TiO2 아나타제 담체의 BET 표면적과 황 함량은 표 1에 표시되어 있다. All calcination was carried out in a muffle kiln. The material was placed inside a ceramic seggars (corundum) and heated at 1000 占 폚 for 1 hour. Prior to XRD, BET and SO 4 analysis, the resulting powder was carefully milled and homogenized. Various SiO 2 before and after aging for one hour at 1000 ℃ - BET surface area and a sulfur content of the treated TiO 2 anatase support is shown in Table 1.
피셔-트롭쉬 합성(Fisher Tropsch synthesis, FTS)Fischer-Tropsch synthesis (FTS)
FTS 테스트는 32-배 병렬 반응기(32-fold parallel reactor)를 사용하여 수행되었다. 분말이 압축(compressed)된 뒤에 파쇄되었다(crushed). 건조되고 환원된 촉매의 총 중량에 근거하여 최종 Co 적재량(loading)이 10 중량%가 될 수 있도록, 샘플들은 함침(impregnation)을 통한 Co(NO3)2를 사용하여 처리되었다(lowed). 촉매 테스트와 관련하여, 125-160 ㎛의 성분(fraction)이 사용되었으며, 각각의 촉매 단위(catalyst unit)는 40 ㎎ Co-금속 적재량을 확보할 수 있는 촉매의 양으로 충전되었다. 촉매 테스트를 수행하기 전에, 촉매는 350℃에서(1K/min 가열 램프) 희석된 H2(Ar에서 25%)로 활성화되었다. 이어서, 반응기 당 1.56 L/h로 공급(feed)하여, 20 bar에서 촉매 테스트가 수행되었다. H2/CO 비율은 2(공급에서 10% Ar)이었으며, 촉매 테스트의 온도는 220℃이었다. The FTS test was performed using a 32-fold parallel reactor. The powder was crushed after being compressed. The samples were treated with Co (NO 3 ) 2 through impregnation so that the final Co loading could be 10 wt% based on the total weight of the dried and reduced catalyst. With respect to the catalyst test, a fraction of 125-160 mu m was used, and each catalyst unit was charged with the amount of catalyst capable of achieving a 40 mg Co-metal loading. Before performing the catalytic test, the catalyst was activated with H 2 (25% in Ar) was diluted in 350 ℃ (1K / min heating lamp). Catalyst testing was then carried out at 20 bar, feeding at 1.56 L / h per reactor. The H 2 / CO ratio was 2 (10% Ar in the feed) and the temperature of the catalyst test was 220 ° C.
피셔-트롭쉬 합성에서, CO와 H2는 반응하여 탄화수소를 생성할 수 있도록 상승된 압력과 온도에서 접촉하였다. Evonik P25는 이러한 응용과 관련하여 공지된 TiO2 기반의 촉매 담체이다. 전체적으로 경제적인 FTS 공정을 가질 수 있도록, 촉매는 다음의 특징을 충족하여야 한다. 1. 높은 CO 변환(Xco, %). 2. 높은 C5+ 생산성(productivity, Pc5+, gC5+/(gcoh)). 3. 낮은 메탄 선택성(selectivity, SCH4, %). 4. 낮은 CO2 선택성(Sco2, %). In the Fischer-Tropsch synthesis, CO and H 2 were contacted at elevated pressure and temperature to react and produce hydrocarbons. Evonik P25 is a known TiO 2 -based catalyst carrier for this application. In order to have an economical FTS process as a whole, the catalyst should meet the following characteristics. 1. High CO conversion (X co ,%). 2. High C 5+ productivity (productivity, Pc5 +, g C5 + / (g co h)). 3. Low methane selectivity (S CH4 ,%). 4. Low CO 2 selectivity (S co2 ,%).
FTS의 목표는 긴 사슬 탄화수소를 생성하는 것이다. 특히 5개를 초과하는 탄소 원자를 가지는 탄화수소는, 예를 들어 고품질 디젤, 등유(kerosene)이나 긴 사슬 왁스(waxes)와 관련한 공급원료(feedstock)로 기능하기 때문에, 5개를 초과하는 탄소 원자를 가지는 탄화수소는 관심 대상이다. CO와 H2를 얻기 위하여 메탄을 H2O와 반응시킴으로써(수증기 변성, steam reforming), 합성 가스(syngas, H2/CO-혼합물)은 메탄으로부터 흔히 생성된다. 그 역 반응으로 인하여, FTS 합성과 관련하여 사용될 수 있는 CO 및 H2의 양이 감소하게 될 것이다. FTS에서 높은 메탄(CH4) 선택성은 CO 및 H2의 CH4로의 높은 전환을 나타내며, 반대로 마찬가지이다. 따라서, CH4 선택성은 가능한 한 최저 수준으로 유지되어야 한다. 더욱이, 반응 조건 하에서, CO는 H2O와 반응하여 CO2와 H2를 형성하여야 한다(수증기 변환 반응, water gas shift reaction). 이로 인하여, FTS와 관련하여 사용될 수 있는 탄소 원자의 농도가 감소하게 될 것이다. 높은 CO2 선택성은 CO의 CO2로의 높은 전환을 나타내며, 반대도 마찬가지이다. 따라서, CO2 선택성은 FTS 촉매와 관련해서 낮아야 한다. The goal of the FTS is to produce long chain hydrocarbons. In particular, hydrocarbons having more than 5 carbon atoms serve more than 5 carbon atoms, for example as a feedstock in connection with high quality diesel, kerosene or long chain waxes. Chlorohydrocarbons are of interest. Syngas (H 2 / CO-mixture) is often produced from methane by reacting methane with H 2 O (steam reforming) to obtain CO and H 2 . Due to the adverse reaction, the amount of CO and H 2 that can be used in connection with FTS synthesis will decrease. High methane (CH 4 ) selectivity in FTS indicates a high conversion of CO and H 2 to CH 4 , and vice versa. Therefore, CH 4 selectivity is to be maintained at the lowest possible level. Furthermore, under reaction conditions, CO must react with H 2 O to form CO 2 and H 2 (water gas shift reaction). This will result in a reduction in the concentration of carbon atoms that can be used in connection with FTS. High CO 2 selectivity indicates a high conversion of CO to CO 2 , and vice versa. Therefore, the CO 2 selectivity should be low in relation to the FTS catalyst.
이 외에도, CO 변환(변환된 CO의 양)은 높아야 하며, 더욱이 5개를 초과하는 탄소 원자를 가지는 탄화수소의 양은 또한 높아야 한다. 후자의 파라미터는, 1 그램의 금속 코발트에 대하여 1시간 이내에 생성된 5개를 초과하는 탄소 원자를 가지는 탄화수소의 양에 의해 표시된다. In addition, the CO conversion (amount of converted CO) must be high, and moreover, the amount of hydrocarbons having more than 5 carbon atoms must also be high. The latter parameter is indicated by the amount of hydrocarbons having more than 5 carbon atoms generated within one hour for one gram of metal cobalt.
이들 4개의 모든 파라미터와 관련해서, 표 3은, FTS에서 촉매 담체로서 사용되는 경우, 본 발명에 따른 생성물이 우수한 특성을 발휘한다는 것을 명백히 보여준다. In connection with all four of these parameters, Table 3 clearly shows that the product according to the invention exerts excellent properties when used as a catalyst carrier in FTS.
촉매 테스트와 본 발명의 실시예 및 비교실시예에 따른 전술한 결과는, 본 발명 물질의 특성의 조합, 즉, 높은 비표면적 및 아나타제 함량과, 낮은 황 함량으로 인하여 이들 물질의 우수한 촉매적 특성을 보여준다. The above results according to the catalyst test and the examples and comparative examples of the present invention show that the combination of the characteristics of the material of the present invention, that is, the high specific surface area and the anatase content, and the low sulfur content, Show.
Claims (10)
The calculated amount of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr has a content of 2-50% by weight, preferably 2-30% by weight, based on the total weight of the oxide , An anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of the oxide.
산화물로 환산하여, Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물의 함량이 산화물 총 중량 중에 3-20 중량%, 바람직하게는 4-12 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만인 아나타제 이산화티타늄.
The method according to claim 1,
The content of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr in terms of oxides has an amount of 3 to 20% by weight, preferably 4 to 12% by weight, based on the total weight of the oxide, An anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm.
산화물로 환산하여, SiO2의 함량이 산화물 총 중량 중에 2-30 중량%, 바람직하게는 3-20 중량%, 더욱 바람직하게는 4-12 중량%의 양을 가지고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 황 함량이 100 ppm 미만, 바람직하게는 80 ppm 미만인 아나타제 이산화티타늄.
The method according to claim 1,
In terms of oxides, has a content of SiO 2 in an amount of 2-30 wt%, preferably 3-20 wt%, more preferably 4-12 wt%, based on the total weight of the oxide, An anatase titanium dioxide having a sulfur content of less than 100 ppm, preferably less than 80 ppm.
- 수성 매질(aqueous medium) 내에서, 메타티탄산 또는 황산티타늄으로부터 선택되는 티타늄 화합물이, Si, Al 및 Zr의 산화물 및/또는 수산화물 또는 이들의 전구체로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물과 혼합되고,
- Si, Al 및 Zr의 산화물 및/또는 수산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 침전시키며,
- 상기 산화물의 총 중량에 대하여 알칼리의 함량이 200 ppm을 초과하면, 알칼리의 함량을 최대 200 ppm 수준으로 감소시킬 수 있도록 수득된 생성물을 처리하고,
- 상기 생성물은 선택적으로 여과, 선택적으로 물로 세척, 및 선택적으로 건조되고,
- 이어서, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 0.5 내지 12시간 동안, 상기 생성물은 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되는 방법.
The calculated amount of at least one compound selected from oxides of Si, Al and Zr is 2-50% by weight, preferably 2-30% by weight, more preferably 2-30% by weight, based on the total weight of the oxide, Preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of said oxide, of an amount of from 3 to 20% by weight, most preferably from 4 to 12% A method for producing anatase titanium dioxide,
- in an aqueous medium, a titanium compound selected from metatitanic acid or titanium sulfate is mixed with at least one compound selected from oxides and / or hydroxides of Si, Al and Zr or their precursors,
- precipitating at least one compound selected from oxides and / or hydroxides of Si, Al and Zr,
Treating the obtained product so as to reduce the content of alkali to a level of up to 200 ppm if the content of alkali exceeds 200 ppm based on the total weight of said oxide,
The product is optionally filtered, optionally washed with water, and optionally dried,
Then for a time sufficient to decompose the residual sulfur-containing compound such as sulfuric acid to a level of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, relative to the total weight of the oxide, Wherein the product is calcined at a temperature above 500 ° C, preferably between 800 ° C and 1200 ° C, for a period of from 0.5 to 12 hours.
메타티탄산이 SiO2 전구체 화합물과 혼합되고, Si의 산화물 및/또는 수산화물 중에서 적어도 하나를 침전시키고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 알칼리의 함량이 200 ppm을 초과하면, 알칼리의 함량을 최대 200 ppm 수준으로 감소시킬 수 있도록 수득된 생성물을 처리하고, 수득된 생성물을 선택적으로 여과, 선택적으로 세척, 수득된 생성물을 선택적으로 건조하고, 이어서, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 100 ppm 미만, 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 0.5 내지 12 시간 동안, 상기 생성물은 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되는 방법.
A method for producing the anatase titanium dioxide according to claim 3,
Meta-titanic acid is mixed with the SiO 2 precursor compound, to precipitate at least one of an oxide and / or hydroxide of Si, when it exceeds the amount of the alkali-200 ppm, based on the total weight of the oxide, up to 200 ppm level, the content of the alkali , The resulting product is selectively filtered, optionally washed, the product obtained is selectively dried, and then the residual sulfur-containing compound, such as sulfuric acid, is added to the total weight of the oxide For a time sufficient to decompose to a level of less than 100 ppm, preferably less than 80 ppm, preferably 0.5 to 12 hours, the product is calcined at a temperature above 500 ° C, preferably between 800 ° C and 1200 ° C How it is processed.
TiO2 졸(sol)로부터 선택되는 티타늄 화합물이 SiO2 졸과 혼합되고, 침전물을 얻을 수 있도록 pH를 조절하고, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 알칼리의 함량이 200 ppm을 초과하면, 알칼리의 함량을 최대 200 ppm 수준으로 감소시킬 수 있도록 수득된 침전물을 처리하고, 수득된 생성물은 선택적으로 여과, 선택적으로 세척, 선택적으로 건조되며, 수득된 생성물은, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 0.5 내지 12시간 동안, 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되는 방법.
A method for producing the anatase titanium dioxide according to claim 3,
The titanium compound selected from the TiO 2 sol is mixed with the SiO 2 sol and the pH is adjusted so as to obtain a precipitate. If the content of the alkali exceeds 200 ppm based on the total weight of the oxide, The resulting product is selectively filtered, optionally washed, selectively dried, and the obtained product is treated with a residual sulfur-containing compound, such as sulfuric acid, in an amount sufficient to reduce the concentration of said oxide For a time sufficient to decompose to a level of less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight, preferably 0.5 to 12 hours, RTI ID = 0.0 > 1200 C. < / RTI >
안정화제를 함유하는(having a content of a stabilizing agent) 아나타제 티타니아는, 황산과 같은 잔류 황 함유 화합물을, 상기 산화물의 총 중량에 대하여 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 80 ppm 미만의 수준으로 분해시키기에 충분한 시간 동안, 바람직하게는 최소한 30분 동안, 500℃ 초과 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 1200℃의 온도에서 하소 처리되고,
상기 안정화제는 Si, Al 및 Zr의 산화물로부터 선택되며,
산화물로 환산하여(calculated as oxides), 상기 안정화제의 함량은 상기 산화물의 총 중량의 2-50 중량% 범위, 바람직하게는 2-30 중량%의 범위인 방법.
As a method for reducing the sulfur content of stabilized anatase titania,
An anatase titania having a content of a stabilizing agent may be prepared by reacting a residual sulfur containing compound such as sulfuric acid with less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, calcined at a temperature above 500 ° C, preferably between 800 ° C and 1200 ° C, for a time sufficient to decompose to a level of less than 1 ppm, preferably at least 30 minutes,
Wherein the stabilizer is selected from oxides of Si, Al and Zr,
Wherein the amount of stabilizer is in the range of 2-50 wt.%, Preferably 2-30 wt.%, Of the total weight of the oxide, calculated as oxides.
Use of the calcination treatment at temperatures above 500 ° C to reduce the sulfur content in the stabilized anatase titania to less than 150 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm, based on the total weight of the oxide.
Catalyzed reactions, especially of gases such as Fischer-Tropsch catalysts, selective catalytic reduction (SCR), oxidation catalysts, photocatalysts, hydrotreating catalysts, Klaus catalysts, phthalic acid catalysts A process as claimed in any one of claims 1 to 3 for use as a catalyst or catalyst support in gas to liquid reactions or in any one of claims 4 to 7 The use of anatase titanium dioxide which can be obtained according to the process described.
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