CN104477984A - 烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，包括步骤：以硫酸法生产的偏钛酸（也称为水合二氧化钛）作为起始原料，通过调整pH值、洗涤、过滤完成原材料的纯化，脱水干燥后，经粉碎、筛分，包装成为终产品。本发明所述制备方法工艺和材料简单，制备所得纳米钛白粉比表面积大，TiO2含量高。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种纳米材料制备方法，特别涉及一种烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法。
【背景技术】
催化反应是一个表面反应，反应的速度取决于反应物与催化剂接触的表面接触程度，对于催化剂钛白粉而言，比表面积越大，TiO2的含量越高，杂质含量越低，催化效果越好，这是衡量钛白粉质量的最重要指标，现有技术方法制作的纳米钛白粉有以下缺陷：
1.包含改性剂、缓冲剂、分散剂、抑制剂、促进剂、掩蔽剂、添加剂中的一种或多种，这些非催化作用物质占据了钛白粉总物质含量的一定比例，使得TiO2的含量不够高，催化效果不够好，有待改善；
2.制作方法不够严谨，制备的钛白粉比表面积不够大，有待改善。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种低成本、便于操作的制备TiO2纯度高，比表面积大的钛白粉的方法，以解决现有技术钛白粉中工艺复杂、TiO2的含量不够高和钛白粉比表面积不够大的问题。
本发明采用的技术方案是：一种烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，包括如下步骤：
A.偏钛酸的来源：用硫酸法制取的偏钛酸（也称为水合二氧化钛），悬浮浆料可以直接进入下步环节；一般通过沉降和抽滤或压滤的方式除去其中的部分水分，得到以质量百分比计：水分在45%～95%之间，干品TiO2%＞90%的滤饼；
B.调整pH值：将A中的浆料或滤饼与去离子水按1:2-5体积比例混合、分散均匀，加入碱液，调整浆料的pH值，取样用酸度计或pH试纸检测溶液的pH值；重复上述加入碱液、搅拌和检测步骤，直到获得pH为6.5～9的偏钛酸悬浮浆料；
C.洗涤、过滤：通过沉降、过滤的方式将上述pH为6.5～9的偏钛酸悬浮浆料中的水分脱除；脱除大部分水分的偏钛酸物料或者再次打浆后用去离子水洗涤，或者用去离子水在线洗涤，而后再次通过重力沉降或离心沉降、抽滤或压滤的方式脱除悬浮浆料中的水分，进行多次洗涤和脱水；每次洗涤完毕后均采用测滤液电导率的方法间接控制离子浓度，当滤液电导率低于1000us/cm时，改用取样检测和重复洗涤控制离子浓度，直至获得硫酸根离子含量＜0.9%，磷酸根离子含量＜0.4%，重金属及钾、钠、铁等金属离子的含量均＜100ppm的偏钛酸；
D.干燥：将上述洗涤脱除部分水分后的偏钛酸物料在烘干温度-20℃～280℃之间，压力-0.1MPa～1MPa之间进行烘干1～30小时；
E. 粉碎、筛分：将上述钛白粉冷却到-20℃～室温，用粉碎机进行粉碎处理，用200-500目筛网或气流分级或旋风分级进行筛分，得到产品纳米钛白粉，所述纳米钛白粉TiO2含量在75%～99%之间，粉体的比表面积为180～360m2/g；
F.包装：在干净、清洁的环境中对纳米钛白粉进行包装。
本发明的进一步技术方案是：在步骤B中所述碱液指氢氧化钠、氢氧化钾，三甲胺、三乙胺以及氨水中的一种或多种溶液；用常见的碱液，完成PH值的调整，成本低。
本发明的进一步技术方案是：步骤C中所述沉降包括重力沉降和离心沉降中的一种或多种方式，所述过滤包括抽滤和压滤中的一种或多种方式。
本发明的进一步技术方案是：步骤C中所述取样检测包括：用碳硫仪检测总硫含量，用分光光度法在波长700nm下检测磷酸根含量，用AAS或AES或ICP-AES或ICP-MS检测重金属及钾、钠、铁、金属离子的含量；用仪器进行精确检测，便于控制离子含量，从而提高产品质量。
本发明的进一步技术方案是：步骤D中所述烘干包括冻干，真空干燥，气流干燥、喷雾干燥中的一种或多种方法；用工业常用干燥方法，去除水分，便于制粉。
本发明的进一步技术方案是：步骤E中所述粉碎机为气流粉碎机、万能粉碎机、雷蒙磨、剪切式粉碎机、冲击式粉碎机中的一种或多种。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明所述制备方法工艺和材料简单，制备所得纳米钛白粉比表面积大，TiO2含量高。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
本发明提供了一种烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，包括如下步骤：
A.偏钛酸的来源：用硫酸法制取的偏钛酸（也称为水合二氧化钛），悬浮浆料可以直接进入下步环节；一般通过沉降和抽滤或压滤的方式除去其中的部分水分，得到以质量百分比计：水分在45%～95%之间，干品TiO2%＞90%的滤饼；
过滤时，能将大部分水分过滤掉，同时将溶液中所含有的杂质离子大部分洗去，水分在45～55%之间，偏钛酸结晶的分子结构和粒度大小适宜，水分过低，结晶粒度过大，后续处理会影响到比表面积，水分过高，说明压滤不充分，在后续步骤的处理过程中会消耗较多热量，TiO2%＞36%，保证偏钛酸的纯度。
B.调整pH值：将A中的浆料或滤饼与去离子水按1:2-5体积比例混合、分散均匀，加入碱液，调整浆料的pH值，取样用酸度计或pH试纸检测溶液的pH值；重复上述加入碱液、搅拌和检测步骤，直到获得pH为6.5～9的偏钛酸悬浮浆料；优选的，pH值为7或8；
酸碱度过高或过低会影响产品的使用寿命，pH在6.5-9之间，TiO2的酸碱度控制在中性或弱碱性，使用寿命长。
C.洗涤、过滤：通过沉降、过滤的方式将上述pH为6.5～9的偏钛酸悬浮浆料中的水分脱除；脱除大部分水分的偏钛酸物料或者再次打浆后用去离子水洗涤，或者用去离子水在线洗涤，而后再次通过重力沉降或离心沉降、抽滤或压滤的方式脱除悬浮浆料中的水分，进行多次洗涤和脱水；每次洗涤完毕后均采用测滤液电导率的方法间接控制离子浓度，当滤液电导率低于1000us/cm时，改用取样检测和重复洗涤控制离子浓度，直至获得硫酸根离子含量＜0.9%，磷酸根离子含量＜0.4%，重金属及钾、钠、铁等金属离子的含量均＜100ppm的偏钛酸；优选的，硫酸根离子含量为0.1%、0.3%或0.6%，磷酸根离子含量为0.1%或0.3%，各种重金属及钾、钠、铁、金属离子的含量均可以为15ppm、30ppm、50ppm、70ppm或80ppm；
上述离子浓度会影响TiO2纯度，并且在使用过程中会引起催化剂中毒，降低使用寿命，各离子浓度控制在上述范围，提高了二氧化钛的纯度并延长使用寿命。
D.干燥：将上述洗涤脱除部分水分后的偏钛酸物料在烘干温度-20℃～280℃之间，压力-0.1MPa～1MPa之间进行烘干1～30小时；优选的，烘干温度为-15℃、0℃、100℃或180℃，压力为-0.09MPa、0MPa或1MPa，烘干时间为5小时、15小时或30小时；
优选地，干燥时，先对所述洗涤后的偏钛酸采用对流热风进行烘干，待水份去除预定值后，对所述偏钛酸进行翻动，再次进行对流热风烘干，得到钛白粉；然后将比较干燥的钛白粉进行初步地粉碎后，送入保温炉中进行烘干，此时烘干温度保持在50-80度之间；由于原料偏钛酸呈块状，如果进行快速烘干，容易造成钛白粉结块，过硬，团聚等。因此，在送入保温炉之前，先对滤饼进行初步地粉碎，使其块状较小，然后送入保温炉中，用较低温度，如上所述的50-80度进行保温；进一步去除其中的水分，同时由于采用了低温保温的方式，所述钛白粉的晶体结构更为松散，没有硬结晶的形成。在低温下，晶体的比表面积得到更大程度的扩展。
另一优选的方案中，采用真空干燥法对过滤后的偏钛酸进行真空干燥脱水，将过滤后的偏钛酸放入干燥炉内，并尽量弄碎，保持真空度在-0.09MP～-0.06MP,温度在40℃～250℃，转速每分钟在5-10转开动搅拌，得到钛白粉；转速过低，搅拌不均匀，易引起结块，转速过高，会有大量粉尘随真空抽出，影响产品收率；优选的，保持真空度为-0.09MP，加热温度为60℃，待水份去除预定值后，将比较干燥的偏钛酸排出进行初步破碎后，再送入真空干燥炉内继续干燥脱水，此时保持真空度为-0.03MP，温度170℃，直到偏钛酸产品失重量为5%，10%或15%，得到钛白粉。
E. 粉碎、筛分：将上述钛白粉冷却到-20℃～室温，用粉碎机进行粉碎处理，用200-500目筛网或气流分级或旋风分级进行筛分，得到产品纳米钛白粉，所述纳米钛白粉TiO2含量在75%～99%之间，粉体的比表面积为180～360m2/g；优选的，TiO2含量为85%、93%或99%，粉体比表面积为250m2/g、300m2/g或350m2/g；
优选地，将上述钛白粉冷却到室温，并维持在室温温度下2个小时以上，这样能够充分地释放结晶应力，使得结晶体之间更为松散，特别地，在送入粉碎机之前，还可以对所述钛白粉进行喷水处理，1000千克所述钛白粉，可以喷放0.1-0.2千克的水。由于对所述钛白粉进行了喷水处理，在粉碎时，钛白粉不易起扬尘，避免了某些大块晶体在粉碎时的飞溅，这样粉碎后的晶体更为均匀，细腻。
F.包装：在干净、清洁的环境中对纳米钛白粉进行包装；通过该制备方法获得TiO2含量高，比表面积大的纳米钛白粉，烟气脱硝催化效果好。
更进一步地，在步骤B中所述碱液指氢氧化钠、氢氧化钾，三甲胺、三乙胺以及氨水中的一种或多种溶液；优选的，选用氨水作为碱液，用常见的碱液，完成PH值的调整，成本低。
更进一步地，步骤C中所述沉降包括重力沉降和离心沉降中的一种或多种方式，所述过滤包括抽滤和压滤中的一种或多种方式。
更进一步地，步骤C中所述取样检测包括：用碳硫仪检测总硫含量，用分光光度法检测磷酸根含量，用AAS或AES或ICP-AES或ICP-MS检测重金属及钾、钠、铁、金属离子的含量；用仪器进行精确检测，便于控制离子含量，从而提高产品质量。
更进一步地，步骤D中所述烘干包括冻干，真空干燥，气流干燥、喷雾干燥中的一种或多种方法；用工业常用干燥方法，去除水分，便于制粉。
更进一步地，步骤E中所述粉碎机为气流粉碎机、万能粉碎机、雷蒙磨、剪切式粉碎机、冲击式粉碎机中的一种或多种。
由于采用上述技术方案，本发明所述制备方法工艺和材料简单，制备所得纳米钛白粉比表面积大，TiO2含量高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.偏钛酸的来源：用硫酸法制取的偏钛酸（也称为水合二氧化钛），悬浮浆料可以直接进入下步环节；一般通过沉降和抽滤或压滤的方式除去其中的部分水分，得到以质量百分比计：水分在45%～95%之间，干品TiO2%＞90%的滤饼；
B.调整pH值：将A中的浆料或滤饼与去离子水按1:2-5体积比例混合、分散均匀，加入碱液，调整浆料的pH值，取样用酸度计或pH试纸检测溶液的pH值；重复上述加入碱液、搅拌和检测步骤，直到获得pH为6.5～9的偏钛酸悬浮浆料；
C.洗涤、过滤：通过沉降、过滤的方式将上述pH为6.5～9的偏钛酸悬浮浆料中的水分脱除；脱除大部分水分的偏钛酸物料或者再次打浆后用去离子水洗涤，或者用去离子水在线洗涤，而后再次通过重力沉降或离心沉降、抽滤或压滤的方式脱除悬浮浆料中的水分，进行多次洗涤和脱水；每次洗涤完毕后均采用测滤液电导率的方法间接控制离子浓度，当滤液电导率低于1000us/cm时，改用取样检测和重复洗涤控制离子浓度，直至获得硫酸根离子含量＜0.9%，磷酸根离子含量＜0.4%，重金属及钾、钠、铁等金属离子的含量均＜100ppm的偏钛酸；
D.干燥：将上述洗涤脱除部分水分后的偏钛酸物料在烘干温度-20℃～280℃之间，压力-0.1MPa～1MPa之间进行烘干1～30小时；
E. 粉碎、筛分：将上述钛白粉冷却到-20℃～室温，用粉碎机进行粉碎处理，用200-500目筛网或气流分级或旋风分级进行筛分，得到产品纳米钛白粉，所述纳米钛白粉TiO2含量在75%～99%之间，粉体的比表面积为180～360m2/g；
F.包装：在干净、清洁的环境中对纳米钛白粉进行包装。
2.如权利要求1所述的烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，其特征在于：在步骤B中所述碱液指氢氧化钠、氢氧化钾，三甲胺、三乙胺以及氨水中的一种或多种溶液。
3.如权利要求1所述的烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，其特征在于：在步骤C中所述沉降包括重力沉降和离心沉降中的一种或多种，所述过滤包括抽滤和压滤中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，其特征在于：步骤C中所述取样检测包括：用碳硫仪检测总硫含量，用分光光度法在波长700nm下检测磷酸根含量，用AAS或AES或ICP-AES或ICP-MS检测重金属及钾、钠、铁、金属离子的含量。
5.如权利要求1所述的烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，其特征在于：步骤D中所述烘干包括冻干，真空干燥，气流干燥、喷雾干燥中的一种或多种方法。
6.如权利要求1所述的烟气脱硝催化剂纳米钛白粉的制备方法，其特征在于：步骤E中所述粉碎机为气流粉碎机、万能粉碎机、雷蒙磨、剪切式粉碎机、冲击式粉碎机中的一种或多种。
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