激光粒度仪测定Y 型分子筛粉体粒度的影响因素

2024-03-30曹庚振王辰晨黄剑锋杨一青

石化技术与应用 2024年1期

曹庚振，王辰晨，黄剑锋，杨一青

（中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心，甘肃兰州 730060）

Y 型分子筛是催化裂化（裂解）催化剂、加氢裂化催化剂的主要活性组分，其粉体粒度对催化剂的粒径分布、强度、活性、稳定性等物化性能有至关重要作用［1-3］。激光衍射法测试粉体粒度是目前应用最广泛的一种方法，具有测试速度快、操作方便、重复性好、测试范围宽等优点。 Y 型分子筛平均粒径小于10 μm，属于超细粉体，采用激光粒度仪测试时，样品在水中很容易发生团聚［4］，形成“假颗粒”，增加测试难度，致使分析结果和实际粒度偏差较大。目前，超细粉体材料粒度分析研究大多集中在粒度测试条件的分析［5-8］，但因粉体类型、粒度尺寸和所用仪器不同，测定条件各不相同。因此，针对不同粉体材料需要优化最佳粒度测试条件。

本工作对激光粒度仪测定Y 型分子筛粒度的影响因素进行了分析，并优化出最佳测试条件，可为分子筛材料粒度的准确测定提供借鉴。

1 实验部分

1.1 原材料及仪器

Y 型分子筛粉体，工业品，由中国石油兰州石化公司生产。

激光粒度仪，MS 2000 型，由英国Malvan 公司制造。湿法分散单元，Hydro 2000 MU 型，由英国Malvan 公司制造。扫描电子显微镜，JSM-IT 200 型，由日本电子株式会社制造。

1.2 实验方法

直接加样法直接用小勺取样品，逐次加入至样品分散单元盛有蒸馏水的烧杯中，直至样品遮光度在适宜范围内，开始粒度分析，采用通用型模型计算分析结果。

预分散加样法取一定量的样品，加入装有约20 mL 蒸馏水的烧杯中进行预分散处理，充分搅拌，再用小勺取分散后的悬浮液，逐次加入至样品分散单元盛有蒸馏水的烧杯中，直至样品遮光度在适宜范围内，开启超声，样品遮光度稳定后停止超声，开始粒度分析，采用通用型模型计算分析结果。

2 结果与讨论

2.1 加样方式对粒度的影响

考察了2 种加样方式和超声处理对粒度的影响，结果见表1 和图1。可以看出：直接加样法未超声处理时，在100～1 000 μm 处有较强的峰，该峰通常由颗粒团聚引起，且D90（样品累计粒径分布百分数为90%时对应的粒径）结果偏大，超声处理后该峰消失，D90明显降低，表明团聚颗粒分散；预分散加样法未超声处理时，在100～1 000 μm 处有较弱的峰包，超声处理后，该峰消失，D90也降低，进一步说明超声处理，可使团聚颗粒分散。对于超细粉体材料，采用直接加样法，易造成样品浓度过高，超出仪器最佳浓度测试范围，且团聚几率增加，影响测试结果准确性［9］。综合考虑，选用预分散加样法并进行超声处理较佳。

图1 加样方式和超声处理对粒度分布的影响

表1 加样方式和超声处理对粒度的影响

2.2 超声处理时间对遮光度的影响

在超声功率为40 W 的条件下，考察了超声处理时间对样品遮光度的影响，结果如表2 所列。可以看出，超声处理后因样品分散，遮光度变大，当处理时间超过30 s 后，遮光度不再变化，表明样品已经很好地分散。综合考虑，超声处理时间选60 s 较佳。

表2 不同超声处理时间的样品遮光度

2.3 折射率和吸收率对粒度的影响

对于粒径小于20 μm 的细小颗粒，应使用米氏散射理论，确定其折射率和吸收率。在无法获得样品折射率和吸收率的情况下，通常选用仪器默认设定值（折射率1.52 和吸收率0.1），但该设置很可能不是最适合参数，需要通过实验进行调整。为此考察了折射率和吸收率对样品粒度及粒度分布的影响，并通过加权残差值大小获得最佳设定，结果见表3、表4、图2 和图3。

图2 吸收率为0.001 时折射率对粒度分布的影响

图3 折射率为1.46 时吸收率对粒度分布的影响

表3 吸收率为0.001 时折射率对样品粒度的影响

表4 折射率为1.46 时吸收率对样品粒度的影响

由表3 和表4 可以看出，当样品折射率为1.46，吸收率为0.001 时，加权残差值最小，确定为最佳设定值。

由图2 和图3 可以看出，不同的折射率和吸收率对粒度分布影响较大，按仪器默认设定值测试，粒度分布呈现为单峰，在最佳折射率和吸收率测试条件下，粒径分布出现双峰。

由图4 可以看出，样品颗粒大小不一，说明粒径分布出现双峰是合理的，而呈现单峰为假象。

图4 Y 型分子筛扫描电镜照片

2.4 进样器转速对粒度的影响

在预分散加样超声处理60 s 的条件下，考察了进样器转速对粒度的影响，结果如表5 所列。可以看出：当进样器转速为1 500～2 500 r/min 时，粒度无明显变化；当转速为3 000 r/min 时，D90明显增大，颗粒发生了团聚，这是由于转速过大，加剧了粒子间的碰撞。综合考虑，选择进样器转速为2 500 r/min 较为适宜。

表5 进样器转速对粒度的影响

2.5 样品遮光度对粒度影响

光电探测器通过检测激光束的遮光度来确定样品的加入量。样品遮光度过低，表明其光学浓度低，粒子散射光强度太弱，信号不足；遮光度太高，易发生多重散射，团聚几率增加；浓度过高或过低均影响结果准确性。由图5 可以看出：样品遮光度为8%～15%时，其粒度分布变化不大；当遮光度低于8%时，因信号不足，在0.1～1.0 μm范围内的粒度分布明显偏低；遮光度高于15%时，在100 μm 附近出现团聚峰。因此，样品遮光度为8%～15%时较佳。

图5 遮光度对粒度分布的影响

2.6 重复性试验

采用预分散加样法，将样品在超声功率40 W下处理60 s 后，在进样器转速为2 500 r/min，样品遮光度为8%～15%，折射率为1.46 和吸收率为0.001 的最优条件下，重复测定Y 型分子筛粉体粒度，结果见表6。可以看出，重复测试5 次，D10（样品累计粒径分布百分数为10%时对应的粒径），D50，D90的相对标准偏差（RSD）最高为6.275%，加权残差值最高为0.429，表明在上述条件下测定粒度，重复性好，数据准确可靠。