BRPI0714962B1 - palladium / carbon catalysts and their preparations - Google Patents
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Abstract
patente de invenção para "catalisadores de paládio/carbono e suas preparações". a presente invenção se refere a um catalisador de paládio/carbono, no qual o paládio mantidono suporte de carbono ativado está presente como cristalitos, no qual os cristalitos com tamanho de partículas inferior a 2,5nm compreendem no mínimo 80% de peso do total de cristalitos de paládio. a presente invenção refere ainda um processo para preparar o catalisador de paládio/carbono, no qual uma solução usada para impregnar ou borrifar o suporte de carbono ativado contém um composto de paládio e um composto de fórmula geral i, no qual n, m e l são independentemente 0 ou um número inteiro de 1 a 5; e r1, r2 e r3 são selecionados independentemente do grupo que consiste de h, ch3, nh2, oh e cooh.patent for "palladium / carbon catalysts and their preparations". The present invention relates to a palladium / carbon catalyst, in which palladium maintained on activated carbon support is present as crystallites, wherein crystallites with particle size of less than 2.5 nm comprise at least 80% by weight of the total. palladium crystallites. The present invention further relates to a process for preparing the palladium / carbon catalyst, wherein a solution used to impregnate or spray the activated carbon support contains a palladium compound and a compound of formula i, wherein n and m are independently. 0 or an integer from 1 to 5; and r1, r2 and r3 are independently selected from the group consisting of h, ch3, nh2, oh and cooh.
Description
Relatório Descritivo da Patente de invenção para "CATALISADORES DE PALÁDIO/CARBONO E SUAS PREPARAÇÕES" Referência cruzada de solicitações correlatas O presente pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Chinês No 200610029964.4 depositado em 11 de agosto de 2006, incorporada neste documento por referência em sua integridade e para todos os fins.Patent Descriptive Report for "PALADIUM / CARBON CATALYSTS AND THEIR PREPARATIONS" Cross Reference of Related Applications This application claims the benefit of Chinese Patent Application No. 200610029964.4 filed August 11, 2006, incorporated herein by reference in its integrity and for all purposes.
Campo de Invenção A presente invenção refere-se ao paládio metálico mantido no catalisador de carbono ativado (mencionado como catalisador de paládio/carbono) e a um processo para preparação deste e, em particular, refere-se a um catalisador de paládio/carbono usado no refinamento de ácido tereftálico bruto por hidrogenação seletiva e um processo para preparação deste..Field of the Invention The present invention relates to the metallic palladium kept on the activated carbon catalyst (referred to as palladium / carbon catalyst) and to a process for its preparation, and in particular to a palladium / carbon catalyst used. in the refinement of crude terephthalic acid by selective hydrogenation and a process for preparing it.
Descrição do estado da técnica Os catalisadores de paládio/carbono são amplamente usados na hidrogenação seletiva de compostos orgânicos não saturados. Em particular, os catalisadores de paládio/carbono são úteis no refinamento de ácido tereftálico bruto, onde algumas impurezas no ácido tereftálico bruto como 4-carboxibenzaldeído (4-CBA) são convertidos por meio de hidrogenação a outros compostos, e o produto de ácido tereftálico pode então ser isolado por meio de cristalização. Como os catalisadores de paládio/carbono contêm tipicamente um componente ativo individual, pesquisas conhecidas no estado da técnica para melhorar esses catalisadores enfatizaram principalmente a estrutura de apoio e a distribuição do Pd [paládio] metálico no suporte, e esses aspectos de fato afetam consideravelmente as propriedades dos catalisadores.Description of the art Palladium / carbon catalysts are widely used in the selective hydrogenation of unsaturated organic compounds. In particular, palladium / carbon catalysts are useful in refining crude terephthalic acid, where some impurities in crude terephthalic acid such as 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA) are converted by hydrogenation to other compounds, and the terephthalic acid product. It can then be isolated by crystallization. Since palladium / carbon catalysts typically contain an individual active component, known prior art research to improve these catalysts has primarily emphasized the support structure and the distribution of metallic Pd [palladium] on the support, and these aspects actually considerably affect properties of catalysts.
Como a reação de hidro-refinamento do ácido tereftálico é uma reação de primeira ordem e a velocidade de reação é rápida, os reagentes são difíceis de difundir-se no interior das partículas do catalisador durante a reação, de modo que o componente ativo dentro das partículas do catalisador não pode funcionar bem. Assim, para fazer uso total do metal nobre, os catalisadores em geral são preparados como um dos tipos de casca de ovo em que o componente ativo, isto é, o metal nobre, é mantido principalmente na superfície do suporte.As the terephthalic acid hydro-refinement reaction is a first order reaction and the reaction rate is rapid, the reactants are difficult to diffuse into the catalyst particles during the reaction, so the active component within the Catalyst particles may not work well. Thus, to make full use of the noble metal, catalysts are generally prepared as one of the types of eggshell in which the active component, ie the noble metal, is kept mainly on the surface of the support.
Como a reação de hidrogenação é executada na superfície do Pd metálico, via de regra para catalisadores contendo a mesma quantidade de carga de Pd metálico, quanto maior o grau de dispersão do Pd metálico em um catalisador e/ou quanto maior o teor de Pd metálico mantido no catalisador e/ou quanto melhor a estabilidade térmica do catalisador, maior é a atividade do catalisador e mais longa é a vida útil do catalisador.As the hydrogenation reaction is performed on the surface of metallic Pd, as a rule for catalysts containing the same amount of metallic Pd charge, the greater the degree of dispersion of metallic Pd in a catalyst and / or the higher the metallic Pd content. maintained in the catalyst and / or the better the thermal stability of the catalyst, the greater the catalyst activity and the longer the catalyst life.
Se a solução contendo um composto de Pd (como cloropaladato de sódio ou cloreto de paládio) for carregada diretamente em um carbono ativado, uma camada muito fina e brilhosa de paládio metálico aparecerá rapidamente na superfície do carbono ativado. A razão ocorre principalmente devido ao fato de que a superfície do carbono ativado tem grupos de redução como grupo de aldeído e elétrons livres, que facilmente reduzirão o íon de Pd para o Pd metálico com valência zero. Como resultado, os catalisadores assim preparados têm graus de dispersão muito baixos de Pd metálico. Um método para superar este problema é converter o íon do Pd no líquido de impregnação contendo composto de Pd em um composto insolúvel antes da impregnação. Por exemplo, um composto de Pd solúvel em água pode ser hidrolisado à temperatura ambiente em Pd(OH)2 ou PdO H20 insolúvel, que então é mantido em um carbono ativado e depois reduzido com um agente redutor, como formaldeído, formiato de sódio, glicose, ácido fórmico e gás de hidrogênio. Assim, a migração de Pd e o crescimento de cristalitos de paládio podem ser evitados. Por exemplo, a patente US 3.138.560 demonstra que peróxido de hidrogênio é adicionado em um líquido de impregnação para hidrolisar um composto de Pd solúvel em água a um composto insolúvel, e a impregnação é então executada. A patente US 4.476.242 sugere a preparação de um líquido de impregnação contendo composto de Pd usando um solvente orgânico como metanol, piridina e similares. Há informações de que isso também é eficiente para evitar migração de Pd e o aumento dos cristalitos de paládio. Além disso, existem patentes relatando que uma solução de ácido cloropaládico é convertida para uma solução coloidal contendo Pd ajustando-se o valor do pH, e é dito que isto pode evitar que grupos redutores na superfície de um carbono ativado reduzam diretamente íons de Pd para um Pd metálico de valência zero. A patente CN1698952A divulga a adição de ácidos policarboxílicos contendo nitrogênio em um líquido de impregnação usado para preparação de um catalisador de paládio/carbono.If the solution containing a Pd compound (such as sodium chloropaladate or palladium chloride) is loaded directly onto an activated carbon, a very thin, shiny layer of metallic palladium will appear quickly on the surface of activated carbon. The reason is mainly due to the fact that the surface of activated carbon has reduction groups such as aldehyde group and free electrons, which will easily reduce the Pd ion to the zero valence metallic Pd. As a result, the catalysts thus prepared have very low degrees of dispersion of metallic Pd. One method to overcome this problem is to convert the Pd ion into the impregnating liquid containing Pd compound into an insoluble compound prior to impregnation. For example, a water-soluble Pd compound may be hydrolyzed at room temperature to insoluble Pd (OH) 2 or PdO H20, which is then kept in an activated carbon and then reduced with a reducing agent such as formaldehyde, sodium formate, glucose, formic acid and hydrogen gas. Thus, Pd migration and growth of palladium crystallites can be prevented. For example, US 3,138,560 demonstrates that hydrogen peroxide is added in an impregnation liquid to hydrolyze a water-soluble Pd compound to an insoluble compound, and impregnation is then performed. US 4,476,242 suggests the preparation of an impregnating liquid containing Pd compound using an organic solvent such as methanol, pyridine and the like. It is reported that this is also effective in preventing Pd migration and the increase of palladium crystallites. In addition, there are patents reporting that a chloropaladic acid solution is converted to a colloidal solution containing Pd by adjusting the pH value, and it is said that this can prevent reducing groups on the surface of an activated carbon from directly reducing Pd ions to a zero valence metal Pd. CN1698952A discloses the addition of nitrogen-containing polycarboxylic acids in an impregnation liquid used to prepare a palladium / carbon catalyst.
Um objetivo da presente invenção é fornecer um paládio inovador mantido em um catalisador de carbono ativado. O Pd metálico no catalisador tem alto grau de dispersão, um maior teor de cristalitos e melhor estabilidade térmica. Quando usado no hidro-refinamento de ácido tereftálico bruto, o catalisador pode fornecer uma maior conversão de 4-carboxibenzaldeído (4-CBA).An object of the present invention is to provide an innovative palladium maintained on an activated carbon catalyst. The metal Pd in the catalyst has a high degree of dispersion, a higher crystallite content and better thermal stability. When used in the crude refinement of crude terephthalic acid, the catalyst can provide a greater conversion of 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA).
Outro objetivo da invenção é fornecer um processo para preparar o catalisador de paládio/carbono.Another object of the invention is to provide a process for preparing the palladium / carbon catalyst.
Descrição detalhada da invenção No primeiro aspecto, a presente invenção fornece um catalisador de paládio/carbono no qual o paládio mantido em um suporte de carbono ativado está presente como cristais de tamanho nanométrico, e no qual os cristalitos com tamanho de partícula inferior a 2,5 nm constituem no mínimo 80 % de peso, de preferência no mínimo 85% de peso, mais preferivelmente no mínimo 88 % de peso e mais preferivelmente no mínimo 90 % de peso do total de cristalitos de paládio.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the first aspect, the present invention provides a palladium / carbon catalyst in which palladium held on an activated carbon support is present as nanometer size crystals, and in which crystallites with particle size of less than 2 µm. 5 nm constitutes at least 80 wt%, preferably at least 85 wt%, more preferably at least 88 wt% and more preferably at least 90 wt% of the total palladium crystallites.
No catalisador de paládio/carbono de acordo com a invenção, um teor de Pd metálico de preferência está na faixa de 0,05 a 5% por peso, e mais preferivelmente na faixa de 0,2 a 3,5% por peso baseado no peso total do catalisador.In the palladium / carbon catalyst according to the invention, a metallic Pd content preferably is in the range of 0.05 to 5% by weight, and more preferably in the range of 0.2 to 3.5% by weight based on total weight of catalyst.
Numa concretização preferencial, o paládio mantido é enriquecido em uma camada superficial de suporte de carbono ativado de modo que, no caso em que o catalisador de paládio/carbono tem um teor de Pd de 0,50 ± 0,10% de peso do peso total do catalisador, os cristalitos de paládio em uma camada com profundidade de 5 nm sob a superfície do suporte de carbono ativado compreendem no mínimo 30% de peso, de preferência no mínimo 40% de peso e mais preferivelmente no mínimo 50 % de peso do peso total de todos os átomos nesta camada; e cristalitos de paládio em uma camada a 300 nm de profundidade sob a superfície do suporte de carbono ativado compreende pelo menos 5% de peso, de preferência no mínimo 10% de peso, mais preferivelmente no mínimo 15% de peso e mais preferivelmente pelo menos 20% de peso do peso total de todos os átomos nesta camada.In a preferred embodiment, the maintained palladium is enriched in an activated carbon support surface layer such that, in the case where the palladium / carbon catalyst has a Pd content of 0.50 ± 0.10 wt%. Palladium crystallites in a 5 nm depth layer under the surface of the activated carbon support comprise at least 30 wt.%, preferably at least 40 wt.% and more preferably at least 50 wt. total weight of all atoms in this layer; and palladium crystallites in a layer at 300 nm depth under the surface of the activated carbon support comprise at least 5 wt%, preferably at least 10 wt%, more preferably at least 15 wt% and more preferably at least 20% by weight of the total weight of all atoms in this layer.
No catalisador de paládio/carbono de acordo com a invenção, o paládio mantido é altamente disperso na superfície do suporte de carbono ativado, com grau de dispersão mínimo de 5%, de preferência no mínimo 10%, mais preferivelmente no mínimo 15% e mais preferivelmente no mínimo 20%. Depois de calcinar o catalisador num fluxo de nitrogênio, que borbulhou em água (a 25° C), a 500° C por 10 horas, o paládio mantido tem um tamanho médio de partículas no máximo de 10 nm, de preferência no máximo 8,0 nm, mais preferivelmente no máximo 7,0 nm, e mais preferivelmente no máximo 7,0 nm.In the palladium / carbon catalyst according to the invention, the maintained palladium is highly dispersed on the surface of the activated carbon support, with a minimum dispersion degree of 5%, preferably at least 10%, more preferably at least 15% and more. preferably at least 20%. After calcining the catalyst in a nitrogen stream, which bubbled in water (at 25 ° C) at 500 ° C for 10 hours, the maintained palladium has an average particle size of at most 10 nm, preferably at most 8, 0 nm, more preferably at most 7.0 nm, and more preferably at most 7.0 nm.
No segundo aspecto, a presente invenção fornece um processo para preparar o catalisador de paládio/carbono, cujo processo consiste das seguintes etapas: a) lavar um carbono ativado com uma solução aquosa de um ácido inorgânico, e depois com água até neutralizar, e em seguida secar o carbono ativado lavado para obter um suporte de carbono ativado; b) impregnar ou borrifar o suporte de carbono ativado com uma solução aquosa contendo um composto de Pd e um aditivo de modo a suportar o composto de Pd em um suporte de carbono ativado, para fornecer um precursor catalítico, onde uma razão molar do aditivo com o Pd no composto de Pd na solução está na faixa de 0,01:1 a 2,0:1; o aditivo é selecionado dos compostos representados pela fórmula geral I: Na qual n, m e I são independentemente 0 ou um número inteiro de 1 a 5; e Ri, R2 e R3 são selecionados independentemente do grupo que consiste de H, CH3, NH2, OH e COOH; e a solução contendo paládio é ajustada a um valor de pH de 7+3; e c) tratar o precursor catalítico com um agente redutor, para fornecer o catalisador de paládio/carbono.In the second aspect, the present invention provides a process for preparing the palladium / carbon catalyst, the process of which comprises the following steps: a) washing an activated carbon with an aqueous solution of an inorganic acid, and then with water to neutralize, and then then dry the washed activated carbon to obtain an activated carbon support; b) impregnating or spraying the activated carbon support with an aqueous solution containing a Pd compound and an additive to support the Pd compound on an activated carbon support to provide a catalytic precursor, where a molar ratio of the additive with Pd in the Pd compound in the solution is in the range 0.01: 1 to 2.0: 1; the additive is selected from the compounds represented by the general formula I: wherein n, m and I are independently 0 or an integer from 1 to 5; and R 1, R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of H, CH 3, NH 2, OH and COOH; and the palladium containing solution is adjusted to a pH value of 7 + 3; and c) treating the catalytic precursor with a reducing agent to provide the palladium / carbon catalyst.
Numa concretização preferencial, o processo acima compreende ainda o envelhecimento do precursor catalítico a uma temperatura de 0 a 80°C por 1 a 50 horas antes do tratamento de redução do precursor catalítico. Não há limitações específicas para o carbono ativado usado na invenção. Um exemplo de carbono ativado é o carbono ativado da casca do coco com área de superfície específica acima de 900 m2/g e tamanho de partícula na faixa de 4 a 8 mesh. A solução aquosa do ácido inorgânico útil no processo de acordo com a invenção pode ter uma concentração de ácido de 0,01 a 5 M (mole/litro), de preferência de 0,01 a 3,0 M. Os exemplos de ácido inorgânico incluem, mas sem limitação, ácido clorídrico, ácido nitrico e ácido fosfórico. O período de tempo da lavagem do ácido não é crucial, mas de preferência numa faixa de 0,5 a 8 horas, e mais preferivelmente numa faixa de 0,5 a 4 horas.In a preferred embodiment, the above process further comprises catalytic precursor aging at a temperature of 0 to 80 ° C for 1 to 50 hours prior to catalytic precursor reduction treatment. There are no specific limitations on the activated carbon used in the invention. An example of activated carbon is coconut shell activated carbon with a specific surface area above 900 m2 / g and particle size in the range of 4 to 8 mesh. The aqueous inorganic acid solution useful in the process according to the invention may have an acid concentration of 0.01 to 5 M (mole / liter), preferably 0.01 to 3.0 M. Examples of inorganic acid include, but are not limited to, hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid. The time period for acid washing is not crucial, but preferably within a range of 0.5 to 8 hours, and more preferably within a range of 0.5 to 4 hours.
Depois de lavado com a solução aquosa do ácido inorgânico, o carbono ativado é lavado com água até a neutralidade e depois colocado para secar. A secagem geralmente é executada numa temperatura de 80 a 150° C por 0,5 a 10 horas, e de preferência por 0,5 a 6 horas.After washing with the aqueous inorganic acid solution, the activated carbon is washed with water to neutrality and then allowed to dry. Drying is generally performed at a temperature of 80 to 150 ° C for 0.5 to 10 hours, and preferably for 0.5 to 6 hours.
Os exemplos do composto de Pd útil na invenção incluem, mas sem limitação, haletos de paládio, acetato de paládio, nitrato de paládio, ácido cloropaládico, sais básicos de ácido cloropaládico, complexos amino de paládio e misturas deste. De preferência, o composto de Pd é ácido cloropaládico ou acetato de paládio. A solução contendo o composto de Pd e o aditivo tem de preferência um valor de pH entre 4 e 9. A concentração do composto Pd em termos de Pd na solução é de preferência na faixa de 0,01 a 20 % de peso, mais preferivelmente numa faixa de 0,1 a 10% do peso e mais preferivelmente numa faixa de 0,2 a 3,6% por peso. A quantidade do aditivo usado na solução contendo Pd pode variar de acordo com o composto Pd usado, bem como do aditivo usado. Em geral, contudo, uma razão molar do aditivo com o Pd no composto de Pd na solução numa faixa de 0,01:1 a 2:1 é viável, e a razão molar do aditivo ao Pd no composto Pd de preferência está nas faixas de 0,05:1 a 1,5:1, e mais preferivelmente numa faixa de 0,1:1 a 1,0:1.Examples of the Pd compound useful in the invention include, but are not limited to, palladium halides, palladium acetate, palladium nitrate, chloropaladic acid, basic chloropaladic acid salts, palladium amino complexes and mixtures thereof. Preferably the Pd compound is chloropaladic acid or palladium acetate. The solution containing the compound Pd and the additive preferably has a pH value between 4 and 9. The concentration of compound Pd in terms of Pd in the solution is preferably in the range 0.01 to 20% by weight, more preferably. in a range of 0.1 to 10% by weight and more preferably in a range of 0.2 to 3.6% by weight. The amount of additive used in the solution containing Pd may vary depending on the compound Pd used as well as the additive used. In general, however, a molar ratio of the additive to Pd in the Pd compound in the solution in the range of 0.01: 1 to 2: 1 is feasible, and the molar ratio of the additive to Pd in the compound Pd is preferably in the ranges. from 0.05: 1 to 1.5: 1, and more preferably in a range from 0.1: 1 to 1.0: 1.
Alguns exemplos do composto da fórmula geral I útil na invenção incluem: Os exemplos de agente redutor usado para reduzir o precursor do catalisador incluem, mas sem limitação, ácido fórmico, formiato de sódio, formaldeído, hidrato de hidrazina, glicose, gás de hidrogênio e misturas desses. De preferência, o agente redutor é formiato de sódio ou hidrato de hidrazina. A quantidade de agente redutor usado é determinada de acordo com a quantidade do componente ativo, Pd, e geralmente está numa faixa de 1 a 10 vezes, e de preferência de 2 a 5 vezes da quantidade teórica exigida pela reação de redução. O tratamento de redução do precursor catalítico pode ser executado de acordo com os processos e em condições bem conhecidas pelos que são familiarizados com a arte. Por exemplo, o tratamento de redução pode ser executado numa temperatura de 0 a 200°C, de preferência de 20 a 120°C por 0,5 a 24 horas, de preferência por 1 a 10 horas e mais preferivelmente por 1 a 4 horas.Examples of the compound of general formula I useful in the invention include: Examples of reducing agent used to reduce catalyst precursor include, but are not limited to, formic acid, sodium formate, formaldehyde, hydrazine hydrate, glucose, hydrogen gas and mixtures of these. Preferably, the reducing agent is sodium formate or hydrazine hydrate. The amount of reducing agent used is determined according to the amount of active component, Pd, and is generally in the range of 1 to 10 times, and preferably 2 to 5 times of the theoretical amount required by the reduction reaction. The catalytic precursor reduction treatment may be performed according to procedures and under conditions well known to those skilled in the art. For example, the reduction treatment may be performed at a temperature of from 0 to 200 ° C, preferably from 20 to 120 ° C for 0.5 to 24 hours, preferably for 1 to 10 hours and more preferably for 1 to 4 hours. .
Numa concretização preferencial, o processo para preparar o catalisador de paládio/carbono de acordo com a invenção consiste das seguintes etapas: i) lavar um suporte de carbono ativado de material em partícula ou em forma de partículas com uma solução aquosa de um ácido por 0,5 a 8 horas, tendo a solução aquosa do ácido uma concentração de ácido de 0,01 a 3,0 mole/litro, e o ácido no mínimo é o selecionado do grupo que consiste de ácido clorídrico, ácido nítrico e ácido fosfórico; ii) lavar o suporte de carbono ativado lavado em ácido com água até neutralizar, e em seguida secar a uma temperatura de 80 a 150°C por 0,5 a 10 horas, para fornecer um suporte de carbono ativado tratado; iii) impregnar ou borrifar o suporte de carbono ativado tratado com uma solução aquosa contendo um composto de Pd solúvel em água e um aditivo da fórmula geral I: Na qual n, m e I são independentemente 0 ou um número inteiro de 1 a 5; e Ri, R2 e R3 são selecionados independentemente do grupo que consiste de OH, H, CH3, NH2 e COOH de modo a suportar 0 composto de Pd no suporte de carbono ativado tratado, para fornecer um precursor catalítico, onde um teor do composto de Pd em termos de Pd na solução aquosa está numa faixa de 0,1 a 10 % de peso, uma razão molar do aditivo a Pd está numa faixa de 0,05:1 a 1,5:1, e a solução aquosa está ajustada a um valor de pH de 7+3; iv) envelhecer 0 precursor catalítico obtido da etapa iii) a uma temperatura de 0 a 80°C por 1 a 50 horas; e v) tratar 0 precursor catalítico envelhecido com um agente redutor, reduzindo assim o íon do Pd no composto de Pd ao Pd metálico, para obter o catalisador de paládio no carbono.In a preferred embodiment, the process for preparing the palladium / carbon catalyst according to the invention consists of the following steps: i) washing an activated carbon support of particulate or particulate material with an aqueous solution of an acid by 5 to 8 hours, the aqueous acid solution having an acid concentration of 0.01 to 3.0 mole / liter, and at least the acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid; ii) washing the acid washed activated carbon support with water to neutral, and then drying at a temperature of 80 to 150 ° C for 0.5 to 10 hours to provide a treated activated carbon support; iii) impregnating or spraying the activated carbon support treated with an aqueous solution containing a water-soluble Pd compound and an additive of the general formula I: wherein n, m and I are independently 0 or an integer from 1 to 5; and R 1, R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of OH, H, CH 3, NH 2 and COOH to support the Pd compound on the treated activated carbon support to provide a catalytic precursor, where a content of the compound of Pd in terms of Pd in the aqueous solution is in the range 0.1 to 10% by weight, a molar ratio of the additive to Pd is in the range 0.05: 1 to 1.5: 1, and the aqueous solution is adjusted at a pH value of 7 + 3; iv) aging the catalytic precursor obtained from step iii) at a temperature of 0 to 80 ° C for 1 to 50 hours; and v) treating the aged catalytic precursor with a reducing agent, thereby reducing the Pd ion in the Pd compound to the metallic Pd to obtain the palladium carbon catalyst.
Comparada ao estado da técnica, a presente invenção apresenta vantagens de que 0 catalisador preparado tem um grau mais elevado de dispersão do Pd metálico e um maior teor de cristalitos, e que 0 catalisador exibe uma alta atividade e uma longa vida útil.Compared to the state of the art, the present invention has advantages that the prepared catalyst has a higher degree of metallic Pd dispersion and a higher crystallite content, and that the catalyst exhibits a high activity and a long service life.
Exemplos: Os exemplos a seguir são fornecidos para melhor ilustrar a invenção, mas sem nenhum tipo de limitação à invenção.Examples: The following examples are provided to further illustrate the invention, but without limitation of the invention.
Nos exemplos, são usados os seguintes métodos de teste: (1) Grau de dispersão do paládio metálico: O grau de dispersão do paládio metálico foi medido pelo método de titulação hidrogênio-oxigênio usando um equipamento de adsorção química. O grau de dispersão foi calculado de acordo com a seguinte equação: Grau de dispersão = ((2xVadS· X MPd)/ (3 x 22400 x Wamostra x Cpd)) x 100% Onde: Vads- Representa a quantidade de gás de hidrogênio adsorvido pela amostra, Mpd representa o peso atômico do Pd, Wamostra representa o peso da amostra e Cpd representa o teor do Pd na amostra. (2) Teor de cristalitos: Conforme usado neste documento, o termo “teor de cristalitos” pretende significar um teor de cristalitos com tamanho de partícula menor que 2,5 nm. O teor de paládio nos catalizadores foi medido por meio de espectrógrafo de fluorescência de raios-X, e os tamanhos de partículas dos cristalitos de Pd metálico por meio de difractômetro de raios-X (XRD). Em seguida, o teor de cristalitos foi calculado como: Teor dos cristalitos = ((Peso dos cristalitos de Pd metálico com tamanho de partículas abaixo de 2,5 nm) / (Peso total do Pd metálico)) x 100%. (3) Estabilidade Térmica: Um diâmetro médio de partícula dos cristalitos de Pd de um catalisador de paládio/carbono foi medido por meio de difractômetro de raios-X (XRD). Depois de calcinar o catalisador em um fluxo de nitrogênio, que borbulhou em água (a 25°C) a 500°C por 10 horas, um diâmetro médio de partículas dos cristalitos de Pd foi medido outra vez por meio de difractômetro de raios-X (XRD). O diâmetro médio de partículas dos cristalitos de Pd após a calcinação, bem como a mudança do diâmetro médio de partículas dos cristalitos de Pd antes e depois da calcinação indicam a estabilidade térmica do catalisador. Quanto menor o diâmetro médio de partículas dos cristalitos de Pd, melhor a estabilidade térmica do catalisador. E, quanto menor a mudança do diâmetro médio de partículas dos cristalitos de Pd antes e depois da calcinação, melhor é a estabilidade térmica do catalisador. (4) Teor de Pd em camadas de várias profundidades sob a superfície dos catalisadores: A superfície de um catalisador foi gravada a argônio. Depois de gravar a uma certa profundidade, o teor de Pd na camada superficial revelado pela gravação foi medido por meio de espectrometria de fotoelétron de raios-X (XPS) e espectroscopia de elétron Auger (AES), e assim foi obtido o teor de Pd nas camadas em diversas profundidades sob a superfície do catalisador.In the examples, the following test methods are used: (1) Degree of dispersion of metallic palladium: The degree of dispersion of metallic palladium was measured by the hydrogen-oxygen titration method using chemical adsorption equipment. The degree of dispersion was calculated according to the following equation: Degree of dispersion = ((2xVadS · X MPd) / (3 x 22400 x Wamostra x Cpd)) x 100% Where: Vads- Represents the amount of adsorbed hydrogen gas by the sample, Mpd represents the atomic weight of Pd, Wamostra represents the weight of the sample and Cpd represents the content of Pd in the sample. (2) Crystallite content: As used herein, the term "crystallite content" is intended to mean a crystallite content with a particle size of less than 2.5 nm. The palladium content in the catalysts was measured by X-ray fluorescence spectrograph, and the particle sizes of the metallic Pd crystallites by X-ray diffractometer (XRD). Then the crystallite content was calculated as: Crystallite content = ((Weight of metallic Pd crystallites with particle size below 2.5 nm) / (Total weight of metallic Pd)) x 100%. (3) Thermal Stability: An average particle diameter of Pd crystallites from a palladium / carbon catalyst was measured by X-ray diffractometer (XRD). After calcining the catalyst in a nitrogen stream, which bubbled in water (at 25 ° C) at 500 ° C for 10 hours, an average particle diameter of the Pd crystallites was measured again by X-ray diffractometer. (XRD). The average particle diameter of Pd crystallites after calcination as well as the change in mean particle diameter of Pd crystallites before and after calcination indicate the thermal stability of the catalyst. The smaller the average particle diameter of Pd crystallites, the better the thermal stability of the catalyst. And the smaller the change in mean particle diameter of Pd crystallites before and after calcination, the better the thermal stability of the catalyst. (4) Pd content in layers of various depths under the surface of the catalysts: The surface of a catalyst was etched with argon. After recording at a certain depth, the surface layer Pd content revealed by the recording was measured by X-ray photoelectron spectrometry (XPS) and Auger electron spectroscopy (AES), and thus the Pd content was obtained. in the layers at various depths below the catalyst surface.
Exemplo 1: Um volume de 100 g de carbono ativado da casca de coco, que passou através de uma peneira de 4 mesh, mas retido em uma peneira de 8 mesh e com uma área de superfície específica de 1100 m2/g, foi lavado com 200 ml de solução aquosa a 0,4M de ácido nítrico por 2 horas. Depois de remover a solução ácida, o carbono ativado foi lavado com água desionizada até a neutralidade, e depois submetido à secagem a 120°C por 6 horas.Example 1: A 100 g volume of activated carbon from the coconut shell, which was passed through a 4 mesh screen but retained in an 8 mesh screen and with a specific surface area of 1100 m2 / g, was washed with 200 ml of 0.4 M aqueous nitric acid solution for 2 hours. After removing the acidic solution, the activated carbon was washed with deionized water to neutrality and then dried at 120 ° C for 6 hours.
Para 3,2 g de solução aquosa de ácido cloropaládico contendo 16 % de peso de paládio, foi adicionada água desionizada até o volume total de 40 ml. Em seguida, foram adicionadas 2,16 g de solução a 10% de peso do aditivo A em água, seguido pela adição de água desionizada até o volume total da solução atingir 60 ml. Foi adicionada solução aquosa de NaOH a 3% para ajustar o valor do pH da solução contendo Pd para aproximadamente 7. Depois de envelhecida por 180 minutos, a solução contendo Pd foi usada para impregnar o carbono ativado tratado acima por 3 horas para fornecer um precursor catalítico. O precursor catalítico foi envelhecido à temperatura ambiente por 24 horas, e depois impregnado em um líquido redutor consistindo de 20 g de solução aquosa de hidrato de hidrazina com 5% de peso e 200 g de água pura a 20°C por 3 horas. Depois de retirar o líquido por filtração, os sólidos foram lavados com água pura até a neutralidade e depois submetidos à secagem, para fornecer um produto de catalisador.To 3.2 g of aqueous chloropaladic acid solution containing 16 wt% palladium, deionized water was added to a total volume of 40 ml. Then, 2.16 g of 10 wt% solution of additive A in water was added, followed by the addition of deionized water until the total volume of the solution reached 60 ml. Aqueous 3% NaOH solution was added to adjust the pH value of the Pd-containing solution to approximately 7. After aging for 180 minutes, the Pd-containing solution was used to impregnate the activated carbon treated above for 3 hours to provide a precursor. catalytic The catalytic precursor was aged at room temperature for 24 hours, and then soaked in a reducing liquid consisting of 20 g of 5% by weight aqueous hydrazine hydrate solution and 200 g of pure water at 20 ° C for 3 hours. After removing the liquid by filtration, the solids were washed with pure water to neutrality and then dried to provide a catalyst product.
Exemplos de 2 a 24: O procedimento conforme descrito no Exemplo 1 foi seguido, mas diferentes compostos de Pd e diferentes aditivos foram usados para preparar a solução contendo Pd. Os compostos Pd usados, teor do composto de Pd em termos de Pd na solução contendo Pd, os aditivos usados e as razões molares dos aditivos a Pd são mostrados na Tabela 1 abaixo.Examples 2 to 24: The procedure as described in Example 1 was followed, but different Pd compounds and different additives were used to prepare the Pd containing solution. The Pd compounds used, Pd compound content in terms of Pd in the Pd-containing solution, the additives used and the molar ratios of the Pd additives are shown in Table 1 below.
Exemplos de 25 a 30: O procedimento conforme descrito no Exemplo 1 foi seguido, exceto pelo fato de que diferentes aditivos (os aditivos usados são mostrados na Tabela 1) foram usados para preparar a solução contendo Pd, as soluções contendo Pd foram borrifadas no carbono ativado para fornecer precursores catalíticos, e que foram empregados os ácidos inorgânicos, as concentrações dos ácidos inorgânicos, os períodos de tempo para lavagem de ácido, os períodos de tempo para secagem, as temperaturas, os valores de pH das soluções contendo os aditivos e o composto de Pd, agentes redutores, temperaturas para tratamento de redução e os períodos de tempo para o tratamento de redução conforme mostrado na Tabela 2 abaixo.Examples 25 to 30: The procedure as described in Example 1 was followed except that different additives (the additives used are shown in Table 1) were used to prepare the Pd containing solution, the Pd containing solutions were sprayed on carbon. catalyst precursors, and inorganic acids, inorganic acid concentrations, acid washout times, drying times, temperatures, pH values of the additive-containing solutions and Pd compound, reducing agents, reduction treatment temperatures and time periods for reduction treatment as shown in Table 2 below.
Exemplo Comparativo: O procedimento conforme descrito no Exemplo 1 foi seguido, exceto pelo fato de que nenhum aditivo foi usado na preparação da solução contendo Pd.Comparative Example: The procedure as described in Example 1 was followed except that no additives were used in the preparation of the solution containing Pd.
Os graus de dispersão, o teor de cristalitos, as estabilidades térmicas e o teor de Pd nas camadas em diversas profundidades sob a superfície dos catalisadores foram medidos nos catalisadores preparados nos Exemplos e no Exemplo Comparativo. Os catalisadores foram melhor avaliados sob as condições de avaliação conforme mostrado abaixo. Os resultados são exibidos nas Tabelas 3 e 4 abaixo.The degrees of dispersion, crystallite content, thermal stability and Pd content of the layers at various depths below the catalyst surface were measured on the catalysts prepared in the Examples and Comparative Example. Catalysts were better evaluated under the evaluation conditions as shown below. Results are shown in Tables 3 and 4 below.
Condições de avaliação dos catalisadores: Quantidade de catalisador: 2,0 g Quantidade de ácido tereftálico bruto: 30,0 g Quantidade de 4-CBA: 1,0 g Pressão de reação: 70 kg Pressão parcial do gás de 5,0 kg hidrogênio: Tempo de reação: 1,0 hora Temperatura de reação: 270°CCatalyst evaluation conditions: Amount of catalyst: 2.0 g Amount of crude terephthalic acid: 30.0 g Amount of 4-CBA: 1.0 g Reaction pressure: 70 kg Partial gas pressure 5.0 kg : Reaction time: 1.0 hour Reaction temperature: 270 ° C
Conversão de 4-CBA = quant. de 4-CBA adicionado - quant. Residual x 100% Quantidade de 4-CBA adicionado ________________________________Tabela 3________________________________ι _______________________________Tabela 4 ____________________________ As patentes, solicitações de patente, literaturas não relacionadas a patentes e métodos de teste citados no relatório são incorporadas neste documento por referência.4-CBA conversion = quant. of 4-CBA added - quant. Residual x 100% Amount of 4-CBA added ________________________________ Table 3 ________________________________ ι _______________________________ Table 4 ____________________________ Patents, patent applications, non-patent literature, and test methods cited in the report are incorporated herein by reference.
Embora a invenção tenha sido descrita em relação às concretizações dos exemplos, será entendido por aqueles que são familiarizados com a arte que diversas mudanças e modificações podem ser feitas sem sair do espírito e escopo da invenção. Portanto, a invenção não está limitada às concretizações particulares divulgadas como a melhor forma contemplada para executar esta invenção, mas incluirá todas as concretizações situadas dentro do escopo das reivindicações apensas.While the invention has been described with respect to embodiments of the examples, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the invention is not limited to the particular embodiments disclosed as the best contemplated embodiment of this invention, but will include all embodiments within the scope of the appended claims.
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