TiO2粉體基本性質對其粘度的影響*

吳　濤，劉紅輝

(重慶遠達催化劑制造有限公司，重慶　401336)

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TiO2粉體基本性質對其粘度的影響*

吳濤，劉紅輝

(重慶遠達催化劑制造有限公司，重慶401336)

在V2O5-WO3/TiO2催化劑體系中，載體TiO2約占80%以上的比例，其相關性能對催化劑制造具有重要影響作用，特別是其粘度的影響。現針對生產SCR用脫硝載體TiO2的工藝，分析了載體TiO2的基本性能如比表面積、硫含量、pH值、粒徑和顆粒物含量對其粘度的影響，實驗結果表明，上述因素對其粘度的影響顯著，而這些影響因素在工業化工藝中是可控的，由此，可獲得SCR催化劑專用TiO2粉體。

SCR；TiO2；影響因素；粘度

氮氧化物(NOx)是一種毒性很大的大氣污染物，且在眾多廢氣治理中技術難度較大，主要來自石化燃料燃燒，目前工業上廣泛采用控制NOx的處理技術是NH3法選擇性催化還原[1-2](selective catalytic reduction，SCR)技術。

商用SCR催化劑[3-6]大多以硫酸法生產的銳鈦型TiO2為載體，在V2O5-WO3/TiO2催化劑體系中約占85%的比重，因而TiO2的基本性能如比表面積(BET)、硫含量(S)、粉體pH值(4%漿液)、粒徑等對催化劑的制造[7-8]及催化性能有很大的影響作用。

在SCR催化劑制造流程中，通常將催化劑固定在不銹鋼板表面或制成蜂窩陶瓷狀，形成不銹鋼波紋板式和蜂窩陶瓷結構形式，但兩種催化劑制備流程均需對TiO2載體、活性組分、通過溶劑及黏合劑等輔助成分進行攪拌打漿，制成硬度適宜的膏體。TiO2載體在膏體制備中必須有好的分散性，具有適當的粘度，防止其沉降，才能使活性組分得到較好的均勻分布，進而提高其催化活性。

基于此，本文針對硫酸法生產SCR用脫硝載體TiO2工藝，采用工業成品及小試模擬工業化生產過程中水解、水洗、煅燒和磨制制備具有不同性能的TiO2粉體，并考察其對粉體粘度的影響，希望通過影響TiO2粉體粘度因素的研究，為制備SCR催化劑專用TiO2粉體提供相應工業化指導。

1　實　驗

1.1材料及儀器

SCR用脫硝載體TiO2，重慶普源化工工業有限公司自主產品；去離子水；氨水，分析純，阿拉丁試劑。

500 mL燒杯；ISO流出杯，山東省肥城佳貝爾儀器有限公司；秒表；JB90-D強力電動攪拌機，型上海索映儀器設備有限公司；CLF-30B連續式超細粉碎機，新昌縣彰誠機械設備有限公司；實驗室pH計，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；DT-1001A電子天平，常熟市金羊砝碼儀器有限公司；ASAP3020物理吸附儀，美國麥克儀器公司；S3500激光粒度儀，重慶百成進出口貿易有限公司(美國)；XKDL-3000快速智能定硫儀，河南鑫科分析儀器有限公司。

1.2實驗內容

1.2.1不同性能粉體樣品的取樣與制備

(1)由水解得到不同粒徑的偏鈦酸制備的粉體：取工業生產上由不同粒徑的偏鈦酸制備得到的成品粉體，其他條件如BET、S含量、粒徑和pH值一致；

(2)S含量相同BET不同的粉體：按生產工藝，其他條件同只是洗滌時間不同，制備得到試驗小樣；

(3)BET相同S含量不同的粉體：按生產工藝，其他條件同只是煅燒溫度不同，制備得到試驗小樣；

(4)不同pH的粉體：取工業生產粉體；

(5)不同粒徑的粉體：取車間磨制前落窯品，用粉碎機模擬工業化生產磨制不同粒徑的成品；

(6)顆粒物含量不同的粉體：

①取車間磨制前落窯品過16目篩子即顆粒物，備用。

②取車間成品粉體，備用。

先稱取①步樣品按60 g總粉體量的0%、1%、3%、5%、7%、9%、30%、60%、100%的量，再用②步樣品補加至60 g。

1.2.2粉體粘度的測定

取上述粉體各60 g，再加水至240 g(在測定不同pH的粉體的粘度時，為加入不同量的氨水后再用水補加至240 g)，漿液攪拌30 min后，用ISO流出杯在25℃下測定其粘度，粘度平行測定三次，數據取其均值，數據如表1～表6所示。

2　試驗結果與討論

2.1偏鈦酸粒徑的影響

表1　不同粒徑的偏鈦酸制備得到的粉體的粘度

從表1的數據可以看出，原料偏鈦酸的粒徑越大，其制備得到的產品的粘度越小，在現有的工藝條件下，制備的產品的粒徑大小變化過程：稀釋中和后減小，煅燒階段又增大，再到磨制階段又減少，總體上比原料偏鈦酸的粒徑小，從這點上看，在同等條件下由粒徑大的偏鈦酸制備的產品比粒徑小的偏鈦酸制備的產品粒徑大，使其粘度小，反之亦反。

2.2粉體pH的影響

表2　不同pH下粉體的粘度

圖1　不同pH下粉體的粘度

從表2和圖1可以看出，產品粘度隨pH值的關系為：在pH<8～9時，粘度隨pH值增大而增大；在pH>8～9時，粘度隨pH值增大而減小。其可能原因：TiO2是一種兩性氧化物，實驗用粉體可看作是一種TiO2·xH2SO4·yH2O的復合粉體(x和 y為配位系數，下同)，在pH≈8～9時，加入的氨水中和了粉體中的H2SO4，釋放出的TiO2粉體量達到最大，粉體的稠度也達到最大，當pH<8～9時或者pH>8～9時，隨著酸度的增大或者堿度的增大，TiO2粉體溶解量增加，導致體系中TiO2粉體的稠度減小，從而使得粘度減小。

2.3硫含量的影響

表3　不同S含量粉體的粘度

圖2　不同S含量粉體的粘度

從圖2中可以發現S含量對粉體的粘度影響顯著，粉體粘度隨S含量的增加而減小，根據硫酸法生產的TiO2的組分看，粉體是TiO2·xH2SO4·yH2O的復合體，S含量增加，則成分中xH2SO4的含量增加，在粘度測定時，體現出漿液的pH值減小，根據前面pH值對粉體粘度的影響結果看，其粘度減小。

2.4BET的影響

表4　不同BET粉體的粘度

圖3　不同BET粉體的粘度

從表4和圖3看，BET對產品粘度的影響較顯著，BET越大，其粘度越大，最大值與最小值相差近12 s。其可能原因：BET大，粉體吸附水的量大，導致漿液稠度在同等條件下較大。

2.5粉體粒徑的影響

表5　不同粒徑的粉體的粘度

從表5看，相比pH值、S含量及BET的影響，粉體粒徑對其粘度影響相對較小，可能是粉體粒徑在數值上差距不大，齊民[9]、張桂芳[10]等研究發現粉體在粉碎程度上存在一個極限。

2.6粉體中顆粒物含量的影響

表6　不同顆粒物含量的粉體的粘度

續表6

1.8333.384.2731.945.4931.46183031.33366027.816010025.09

圖4　不同顆粒物含量的粉體的粘度

從表6和圖4可以看出，顆粒物含量越高，其粉體粘度越低，可能原因：顆粒物在尺寸上較大，其含量越高，在測定粘度體系中，粉體的總體稠度較小，使得相應粉體粘度降低。

3　結　論

綜上實驗結果分析可知，SCR催化劑專用載體TiO2的基本性能如pH值、S含量、BET、顆粒物含量等對其粘度影響顯著，而在公司現有的工藝下，對其基本性能可以實現可控操作，如對pH值及S含量可以通過水洗時間的長短來控制；BET的大小可以通過對煅燒溫度的調節來實現控制；顆粒物及粒徑的大小也可以通過粉碎機的頻率來調節粉碎強度來控制。

通過以上實驗結果分析，在工藝流程中對相應流程作調控，由此可獲得SCR用催化劑專用載體TiO2粉體，并可為工業化提供相應技術支持。

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Effect of the Properties on the Viscosity of TiO2Powders*

WU Tao,LIU Hong-hui

(Chongqing Yuanda Catalyst Manufacturing Co.,Ltd.,Chongqing 401336,China)

The proportion of carrier TiO2is accounted for more than 80%in V2O5-WO3/TiO2catalyst system,and plays an important role on the catalyst manufacturing,especially the influence of the viscosity.According to the production process of SCR denitration,the properties of TiO2was analyzed on the viscosity,such as specific surface area,sulfur content,the pH value,particle size and particla content.As the results,these factors were significant on the influence of the viscosity.But these factors can be controlled in the industrialization.Using this method,the special quality TiO2powders were obtained as carrier for SCR de-NOxcatalyst.

SCR；TiO2；the viscosity；factor

重慶市科委自然科學基金計劃資助項目(cstc2012jjA50029)；中國電力投資集團公司重點項目(2014-139-CQD-KJ-X)。

劉紅輝(1968-)，男，技術中心經理，中級工程師，主要從事脫硝催化劑基礎和工業化生產研究。

TQ134.1

A

1001-9677(2016)06-0062-04