TiO2粉体基本性质对其粘度的影响*

吴　涛，刘红辉

(重庆远达催化剂制造有限公司，重庆　401336)



TiO2粉体基本性质对其粘度的影响*

吴涛，刘红辉

(重庆远达催化剂制造有限公司，重庆401336)

在V2O5-WO3/TiO2催化剂体系中，载体TiO2约占80%以上的比例，其相关性能对催化剂制造具有重要影响作用，特别是其粘度的影响。现针对生产SCR用脱硝载体TiO2的工艺，分析了载体TiO2的基本性能如比表面积、硫含量、pH值、粒径和颗粒物含量对其粘度的影响，实验结果表明，上述因素对其粘度的影响显著，而这些影响因素在工业化工艺中是可控的，由此，可获得SCR催化剂专用TiO2粉体。

SCR；TiO2；影响因素；粘度

氮氧化物(NOx)是一种毒性很大的大气污染物，且在众多废气治理中技术难度较大，主要来自石化燃料燃烧，目前工业上广泛采用控制NOx的处理技术是NH3法选择性催化还原[1-2](selective catalytic reduction，SCR)技术。

商用SCR催化剂[3-6]大多以硫酸法生产的锐钛型TiO2为载体，在V2O5-WO3/TiO2催化剂体系中约占85%的比重，因而TiO2的基本性能如比表面积(BET)、硫含量(S)、粉体pH值(4%浆液)、粒径等对催化剂的制造[7-8]及催化性能有很大的影响作用。

在SCR催化剂制造流程中，通常将催化剂固定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状，形成不锈钢波纹板式和蜂窝陶瓷结构形式，但两种催化剂制备流程均需对TiO2载体、活性组分、通过溶剂及黏合剂等辅助成分进行搅拌打浆，制成硬度适宜的膏体。TiO2载体在膏体制备中必须有好的分散性，具有适当的粘度，防止其沉降，才能使活性组分得到较好的均匀分布，进而提高其催化活性。

基于此，本文针对硫酸法生产SCR用脱硝载体TiO2工艺，采用工业成品及小试模拟工业化生产过程中水解、水洗、煅烧和磨制制备具有不同性能的TiO2粉体，并考察其对粉体粘度的影响，希望通过影响TiO2粉体粘度因素的研究，为制备SCR催化剂专用TiO2粉体提供相应工业化指导。

1　实　验

1.1材料及仪器

SCR用脱硝载体TiO2，重庆普源化工工业有限公司自主产品；去离子水；氨水，分析纯，阿拉丁试剂。

500 mL烧杯；ISO流出杯，山东省肥城佳贝尔仪器有限公司；秒表；JB90-D强力电动搅拌机，型上海索映仪器设备有限公司；CLF-30B连续式超细粉碎机，新昌县彰诚机械设备有限公司；实验室pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；DT-1001A电子天平，常熟市金羊砝码仪器有限公司；ASAP3020物理吸附仪，美国麦克仪器公司；S3500激光粒度仪，重庆百成进出口贸易有限公司(美国)；XKDL-3000快速智能定硫仪，河南鑫科分析仪器有限公司。

1.2实验内容

1.2.1不同性能粉体样品的取样与制备

(1)由水解得到不同粒径的偏钛酸制备的粉体：取工业生产上由不同粒径的偏钛酸制备得到的成品粉体，其他条件如BET、S含量、粒径和pH值一致；

(2)S含量相同BET不同的粉体：按生产工艺，其他条件同只是洗涤时间不同，制备得到试验小样；

(3)BET相同S含量不同的粉体：按生产工艺，其他条件同只是煅烧温度不同，制备得到试验小样；

(4)不同pH的粉体：取工业生产粉体；

(5)不同粒径的粉体：取车间磨制前落窑品，用粉碎机模拟工业化生产磨制不同粒径的成品；

(6)颗粒物含量不同的粉体：

①取车间磨制前落窑品过16目筛子即颗粒物，备用。

②取车间成品粉体，备用。

先称取①步样品按60 g总粉体量的0%、1%、3%、5%、7%、9%、30%、60%、100%的量，再用②步样品补加至60 g。

1.2.2粉体粘度的测定

取上述粉体各60 g，再加水至240 g(在测定不同pH的粉体的粘度时，为加入不同量的氨水后再用水补加至240 g)，浆液搅拌30 min后，用ISO流出杯在25℃下测定其粘度，粘度平行测定三次，数据取其均值，数据如表1～表6所示。

2　试验结果与讨论

2.1偏钛酸粒径的影响

表1　不同粒径的偏钛酸制备得到的粉体的粘度

从表1的数据可以看出，原料偏钛酸的粒径越大，其制备得到的产品的粘度越小，在现有的工艺条件下，制备的产品的粒径大小变化过程：稀释中和后减小，煅烧阶段又增大，再到磨制阶段又减少，总体上比原料偏钛酸的粒径小，从这点上看，在同等条件下由粒径大的偏钛酸制备的产品比粒径小的偏钛酸制备的产品粒径大，使其粘度小，反之亦反。

2.2粉体pH的影响

表2　不同pH下粉体的粘度

图1　不同pH下粉体的粘度

从表2和图1可以看出，产品粘度随pH值的关系为：在pH<8～9时，粘度随pH值增大而增大；在pH>8～9时，粘度随pH值增大而减小。其可能原因：TiO2是一种两性氧化物，实验用粉体可看作是一种TiO2·xH2SO4·yH2O的复合粉体(x和 y为配位系数，下同)，在pH≈8～9时，加入的氨水中和了粉体中的H2SO4，释放出的TiO2粉体量达到最大，粉体的稠度也达到最大，当pH<8～9时或者pH>8～9时，随着酸度的增大或者碱度的增大，TiO2粉体溶解量增加，导致体系中TiO2粉体的稠度减小，从而使得粘度减小。

2.3硫含量的影响

表3　不同S含量粉体的粘度

图2　不同S含量粉体的粘度

从图2中可以发现S含量对粉体的粘度影响显著，粉体粘度随S含量的增加而减小，根据硫酸法生产的TiO2的组分看，粉体是TiO2·xH2SO4·yH2O的复合体，S含量增加，则成分中xH2SO4的含量增加，在粘度测定时，体现出浆液的pH值减小，根据前面pH值对粉体粘度的影响结果看，其粘度减小。

2.4BET的影响

表4　不同BET粉体的粘度

图3　不同BET粉体的粘度

从表4和图3看，BET对产品粘度的影响较显著，BET越大，其粘度越大，最大值与最小值相差近12 s。其可能原因：BET大，粉体吸附水的量大，导致浆液稠度在同等条件下较大。

2.5粉体粒径的影响

表5　不同粒径的粉体的粘度

从表5看，相比pH值、S含量及BET的影响，粉体粒径对其粘度影响相对较小，可能是粉体粒径在数值上差距不大，齐民[9]、张桂芳[10]等研究发现粉体在粉碎程度上存在一个极限。

2.6粉体中颗粒物含量的影响

表6　不同颗粒物含量的粉体的粘度

续表6

1.8333.384.2731.945.4931.46183031.33366027.816010025.09

图4　不同颗粒物含量的粉体的粘度

从表6和图4可以看出，颗粒物含量越高，其粉体粘度越低，可能原因：颗粒物在尺寸上较大，其含量越高，在测定粘度体系中，粉体的总体稠度较小，使得相应粉体粘度降低。

3　结　论

综上实验结果分析可知，SCR催化剂专用载体TiO2的基本性能如pH值、S含量、BET、颗粒物含量等对其粘度影响显著，而在公司现有的工艺下，对其基本性能可以实现可控操作，如对pH值及S含量可以通过水洗时间的长短来控制；BET的大小可以通过对煅烧温度的调节来实现控制；颗粒物及粒径的大小也可以通过粉碎机的频率来调节粉碎强度来控制。

通过以上实验结果分析，在工艺流程中对相应流程作调控，由此可获得SCR用催化剂专用载体TiO2粉体，并可为工业化提供相应技术支持。

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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

重庆市科委自然科学基金计划资助项目(cstc2012jjA50029)；中国电力投资集团公司重点项目(2014-139-CQD-KJ-X)。

刘红辉(1968-)，男，技术中心经理，中级工程师，主要从事脱硝催化剂基础和工业化生产研究。

TQ134.1

A

1001-9677(2016)06-0062-04