Procédé de préparation de masses catalytique.ment actives contenant des corps échangeurs de bases. On a. déjà proposé de produire des corps échangeurs de bases non siliceux par réac tion entre au moins un composé contenant un anion non .siliceux capable de former la portion acidique du noyau -d'un corps échan geur de base non siliceux et au moins un composé contenant un élément métal qui est amphotère dans aii moins un de ses stades d'oxydation, la réaction s'effectuant dans -des conditions telles que le produit résultant soit alcalin à. l'égard du tournesol. On enlève habituellement le précipité de la liqueur mère et on le traite de la manière usuelle.
Les pro duits obtenus par ce procédé possèdent un pouvoir d'échange de bases plus ou moins grand et on peut, par conséquent, en faire usage, par exemple pour l'adoucissement, ou l'épuration, d'eau.
Les auteursde l'invention ont trouvé que, (le préférence, quand l'un au moins ides cons- t.itua.nts employés est eatalytiquement actif, on peut en opérant de façon à former -des mélan--es desdits corps échangeurs de bases avec des .diluants, obtenir de façon très avan tageuse des .masses qui sont ides catalyseurs actifs pour un .certain nombre ,de réactions catalytiques.
On peut produire d'excellentes masses catalytiques en faisant agir pour l'ob tention du corps échangeur de bases au moins un constituant métallate avec plusieurs sels métalliques différents au dieu d'un seul sel métallique, ou vice versa.
Taus les corps échangeurs de bases du ,genre indiqué, qui sont préparés par la réac tion d'un seul métall.ate avec un seul sel mé tallique, ou des corps produits par la réac tion d'au moins un métallate avec plusieurs sels métalliques, ou vice versa, possèdent une structure en nid d'abeilles remarquable- tuent poreuse et, dans certains cas, opales cente.
Ils forment, quand ils contiennent .des constituants catalytiquement actifs, des ca talyseurs de ténacité remarquable -due pro bablement à l'énergie superficielle extraordi- nairement élevée de la structure microscopi- quement poreuse et probablement, aussi, à la présence de valences non saturées, dans bien des cas, et à une asymétrie de molécules. Les groupes moléculaires qui sont présents sont apparemment de grande dimension et très complexes et la constitution chimique exacte n'a pas été .déterminée.
De tels produits sont, chimiquement, tout à fait distincts de corps échangeurs de bases contenant du silicium comme, par exemple, les zéolithes et les corps échangeurs de bases s'y rapportant. Ces com posés ne contiennent pas de silicium dans leur structure et, bien qu'ils partagent bien des propriétés physiques des zéolithes, à sa voir: la structure en nid d'abeilles très po reuse et le pouvoir d'échanger leurs cations alcalins pour ,d'autres cations, par échange de bases, ce sont, chimiquement, .des pro duits distincts.
Un certain nombre d'éléments sont capa bles -de former des métallates alcalins au moins dans leurs états plus élevés d'oxyda tion, et peuvent être utilisés individuellement ou en mélanges, comme constituants métal lates, pour la production desdits corps échan geurs -de bases, étant entendu, naturellement, que le choix dépendra des sels métalliques dont on doit faire usage et .des effets cata lytiques qu'on désire produire.
Parmi les élé ments qui forment -des métallates, on peut citer les suivants: aluminium, chrome, zinc, vanadium, béryllium, étain, palladium, ruthé nium, rhodium, osmium, platine, titane, zir conium, plomb, uranium, tantale.
Les élé ments qui forment les métallates peuvent être présents sous la forme de leurs- oxydes ou hydroxydes unis .avec un .alcali pour former des métallates simples; ou bien ils peuvent être présents, en partie ou en totalité, sous la forme de composés complexes tels, par exem ple, que des groupements ammoniacés, des groupements cyanogénés, etc.
Les constituants sels métalliques com prennent en particulier les sels neutres ou acides, solubles dans l'eau, des éléments sui vants: cuivre, argent, -bismuth, or, béryllium, zinc, cadmium, bore, aluminium, terres rares, titane, zirconium, étain, plomb, thorium, chrome, uranium, vanadium, manganèse, fer, nickel, cobalt, platine, palladium, qui peu vent être utilisés seuls ou en mélange désiré quelconque. L'on n'a pas à faire usage de proportions définies des composés individuels soit parce que des mélanges de différents composés sont formés ou, plus probablement:, parce que l'énorme dimension et la très grande complexité de la molécule masque toutes exigences pour des proportions dé finies.
Tous les produits préparés comme il a. été dit possèdent des pouvoirs d'échange de bases, à. un plus ou moins grand degré, lors qu'on les prépare d'abord en solutions qui sont sensiblement neutres à l'égard -de la phénolphtaléïne. Cependant, pour des buts catalytiques, le pouvoir d'échange de bases des produits n'est pas nécessaire dans des réactions catalytiques elles-mêmes et il est, par conséquent, possible de s'écarter considé rablement des conditions optima de produits, aussi longtemps que les pouvoirs d'échange de bases vont.
En d'autres termes, les limites d'alcalinité, de neutralité ou d'acidité sont beaucoup plus larges que dans le cas (le pro duits qui doivent être utilisés pour adoucir l'eau et qui, par conséquent, dépendent prin cipalement de leur pouvoir d'échange de bases.
Bien qu'habituellement les pouvoirs d'échange de bases les plus élevés soient ob tenus lorsque les composés sont produits en un mélange qui est sensiblement neutre à l'égard de la phénolphtaléïne, on peut prépa rer des produits ayant une structure physi que similaire, et désirables pour bien des réactions catalytiques, avec des proportions quelque peu différentes des :constituants qui font qu'à .la fin de la réaction le mélange peut posséder une alcalinité par rapport au tournesol tout en donnant une réaction acide à la phénolphtaléïne.
Jusqu'à présent, même des corps échan geurs de bases qui contiennent un seul mé- ta.l.late et un seul sel métallique n'ont été préparés qu'en solutions qui sont sensible ment neutres, ou tout au phis légèrement alcalines à ,l'égard de la, phénolphtaléïne. Les auteurs -de l'invention ont trouvé que, quand la solution devient .acide à l'égard de la phénolphtaléïne, on peut obtenir des pro duits qui possèdent encore beaucoup de la structure physique des corps échangeurs dc# bases et qui, pour certains buts, sont des catalyseurs @de valeur.
On peut encore préparer une autre série de produits en échangeant une partie ou la totalité des cations alcalins pour d'autres atomes ou radicaux, au moyen d'un échange de bases. Le nombre de cations que l'on peut introduire est très grand et certains d'entre eux sont compris iduns les éléments et radi caux suivants: ammonium, cuivre, .argent, or, béryllium, magnésium, césium, zinc, stron tium, cadmium, baryum, mercure, alumi nium, thallium, titane, zirconium, étain, .an timoine, thorium, vanadium, bismuth, chrome, molyb,dène, uranium, manganèse, fer, cobalt, nickel, palladium,, platine. Ces cations peu vent être introduits soit individuellement ou en mélanges, simultanément ou successive ment.
Les larges possibilités de combinaison que l'on peut effectuer par l'introduction de divers cations .au moyen d'échange de bases ,donnent au chimiste catalyste un champ de choix presque infini dans la préparation -de masses catalytiques avec ,diluants, ayant juste le degré voulu d'activité pour les usa ges particuliers auxquels ils sont destinés, et c'est un avantage de l'invention qu'elle per mette -de produire des masses catalytiques d'activité réglée d'une façon excessivement précise, et efficace dans sensiblement toutes les réactions catalytiques importantes en usage aujourd'hui.
Les cations introduits par échange de bases peuvent être eux- mêmes catalytiquement actifs; ou bien, ils peuvent activer des constituants catalyti ques existant dans les corps échangeurs de bases sous une forme non échangeable. Les cations peuvent également être introduits comme ions simples .ou comme ions com plexes. Dans tous les cas, l'activité cataly tique des pro=duits obtenus est augmentée par leur structure favorable.
0n_ peut obtenir une autre série de pro duits en traitant lesdits corps échangeurs de bases, en la présence ou en l'absence de ca tions introduits par échange -de bases, avec ides produits contenant des anions qui sont capables -de réagir .avec le corps échangeur de bases pour former des produits semblables à,des sels.
Ces produits .peuvent être partiel lement ou totalement insolubles dans l'eau: mais, pour la. plupart -des buts, des produits relativement insolubles sont préférables et cela limite quelque peu le nombre -de radi caux acides que l'.on peut traiter avec un corps échangeur de bases idonné, puisque tous les acides ne forment pas de composés inso lubles .avec tous .les corps échangeurs de bases.
Des acides des éléments suivants, que ce soient des acides simples, des polyacides ou des anions complexes, peuvent être utili sés pour produire des corps semblables à des sels avec lesdits corps échangeurs de bases -vanadium, tungstène, uranium, chrome, mo- lyb,dène, manganèse, tantale, niobium, anti moine, sélénium, tellure, arsenic, phosphore, titane, bismuth, aluminium, plomb, étain, zinc, soufre, chlore, platine, bore, zirconium, thorium.
Des ions complexes, tels par exem ple que ferro- et ferricyanogène, sulfocyano- gène, cyanures méta=lliques, groupements am- moniacés, etc., peuvent également être utili sés chaque fois qu'ils forment des ,corps sem blables à des sels avec lesdits corps échan geurs de bases. Un seul radical acide peut être introduit, ou bien l'on peut faire usage d'un mélange,par un traitement simultané ou successif.
On peut aussi faire varier .la quan tité du radical acide ,dont -on fait usage de façon que des produits puissent posséder le caractère de sels acides, neutres ou basiques.
Le grand nombre de produits actifs que l'on peut ainsi préparer permet au chimiste catalyste -de choisir un catalyseur ayant les caractéristiques voulues pour une réaction catalytique particulière quelconque et ces produits peuvent être utilisés dans pratique ment toutes les réactions catalytiques telle que, par exemple, la synthèse de méthanol ou de combustible pour moteurs, l'épuration de yaz, l'absorption de gaz, la séparation de 0az, l'enlèvement de substances nuisibles, tel les, par exemple, que composés métalliques volatils, soufre, arsenic, etc., pour l'absorp tion ou l'adsorption en phase liquide gazeuse ou suspendue,
et pour des oxydations, réduc tions, déshydratations, hydrogénations, .dés hydrogénations, condensations, polymérisa tions, dé.polymér-isations, halogénations, etc., catalytiques.
Des exemples de réaction appartenant aux classes ci-dessus sont: matières contenant de l'anthracène en anthraquinone; toluol ou dé rivés de toluol en aldéhydes benzyliques et acides benzoïques correspondants;
benzol en # cide maléïque; acénaphtène en acénaphta- quinone, bisacéna.phtylidènedione, acide naphta.ldéhydique, anhydride naphtalique et acide hémimellitique; fluorène en fluorénone; eugénol et isoeugénol en vanilline et acide vanillique; alcool méthylique et méthane en aldéhyde formique;
alcool éthylique en acide acétique; .chlorhydrine d'éthylène en acide chloracétique, etc. Des oxydations organiques dans lesquelles -les impuretés sont différen- tiellement :brûlées ou transformées en subs tances faciles à enlever exigent également un contrôle précis.
Des exemples de réaction de ce genre sont: l'épuration d'anthracène brut ou .de phénanthrène brut par la combustion catalytique différentielle @de earbazol; l'épu ration de naphtaline brute, d'hydrocarbures aromatiques mononuelés bruts et -de compo sés aliphatiques bruts tels que les huiles sul furées supérieures et les combustibles pour moteurs. L',ammoniaque provenant de gou dron de houille peut être épurée par oxyda tion différentielle d'impuretés organiques et exige un bon contrôle :de température.
Les réactions de réduction sont une classe importante pour laquelle on peut faire usage de masses catalytiques de la présente inven tion. C'est ,ainsi, par exemple, que des com posés nitrés peuvent être réduits catalytique- ment en les amines correspondantes ou en d'autres produits -de réduction intermédiaires. La nitrobenzine, le nitrotoluol, le nitrophé- nol, la nitronaphtaline, etc., sont des compo- sés que l'on peut réduire effectivement par des masses catalytiques de la présente inven tion.
Des réactions d'hydrogénation sont également effectuées facilement; c'est le cas. par exemple, pour l'hydrogénation de benzol en cyclohexane, de phénol en c-,#Tclohexanol, de naphtaline en tétraline et décaline, d'al déhyde crotonique en alcool butylique nor mal, -l'aldéhyde acétique en alcool éthyli que, etc.
Diverses réactions synthétiques telles par exemple que la réduction .d'oxydes de car bone en méthanol, alcools supérieurs et hé- topes ou mélanges combustibles synthétiques pour moteurs .conviennent bien pour les mas ses catalytiques de l'invention. Les procédés peuvent être mis en pratique avec -ou sans pression.
D'autres réactions synthétiques comme la syntèse d'ammoniaque, d'acide cyanhydrique, etc., peuvent également être effectuées, de même que des oxydations inor ganiques comme l'oxydation d'ammoniaque en oxydes d'azote. Les diluants que l'on emploie peuvent être plus ou moins inertes, ou avoir une ac tivité catalytique ou un pouvoir activant ca talytique. Ces diluants peuvent constituer ;des porteurs finement divisés qui sont mé langés avec lesdits corps échangeurs de ba ses, finement divisés. Cependant, de préfé rence, ils sont incorporés à ces corps au cours de leur formation, de façon à for mer avec eux une carcasse homogène.
L'in corporation peut se faire dans les solutions constituantes ou dans le mélange en réaction durant la formation; ou bien les corps échan geurs de bases peuvent être formés .dans les pores de diluants poreux finement divisés. II est également possible d'enduire, recouvrir ou enrober de corps échangeurs de bases, avec ou sans dilution de diluants finement divi sés, des fragments de porteurs, ou bien en core d'imprégner du corps échangeur -de base les pores de fragments de porteur relative ment massifs. Pour certains buts, des mas ses catalytiques produites de cette façon pos sèdent -les avantages marqués.
On peut faire usage de tout mode convenable d'introduction -de .diluants soit avec les constituants formant le corps échangeur de bases, soit dans ce corps lui-même après formation, pendant qu'il est encore à l'état gélatineux, ou d'im prégnation -du corps échangeur de bases, ou de ses constituants, dans des diluants poreux. L'invention n'est limitée à aucun mode par- titulier d'introduction de diluants; mais bien clés méthodes avantageuses sont décrites en détail dans les exemples donnés plus loin. Les diluants peuvent être catalytiquement actifs ou être inertes; ou bien, ils peuvent avoir des effets activants ou régulateurs.
On peut préparer certains catalyseurs très importants dans lesquels un ou plusieurs constituants ne possédant que peu ou point d'activité catalytique par eux-mêmes, peu vent être des activateurs pour des consti tuants catalytiquement actifs. On peut pro duire des catalyseurs très finement dosés de ce type. Bien entendu, les constituants in troduits par échange de bases ou sous la forme d'anions, lorsqu'on prépare des corps semblables à des sels, peuvent, clé même, être catalytiquement ,actifs, ou être des activa- teurs.
Dans certains cas où les diluants sont ca- talytiquement actifs, le corps échangeur de bases pourra n'être que faiblement .actif et agir surtout comme un agent agglomératif ou carcasse mécanique pour les diluants ca talytiques, tout en activant néanmoins les di luants catalytiques ou en augmentant leur activité. La structure microporeuse -des corps échangeurs de bases, avec ses caractéristiques physiques .désirables, est de grande impor tance dans des produits de ce genre et, dans bien des cas, augmente grandement l'effica cité des diluants catalytiques présents.
De préférence, les corps échangeurs de bases sont produits par les réactions de solu tions des constituants et, bien qu'on puisse faire usage de solutions .concentrées, et qu'el les aient de l'importance dans la préparation clé certains catalyseurs, il y a avantage, pour la plupart des -produits, à faire usage de so lutions relativement diluées, quoiqu'il reste entendu que des concentrations précises ne sont habituellement pas essentielles et que les solutions peuvent varier dans certaines limites sans affecter la qualité des produits, et un avantage de l'invention .est que bien des produits peuvent être préparés sans sur veillance extrême.
Les produits, dès qu'ils sont préparés, se précipitent habituellement sous la forme de gelées. Parfois, la précipitation est suffi samment rapide sans aide extérieure; mais il arrive fréquemment, en particulier dans des solutions relativement alcalines, que la préci pitation des gelées est beaucoup retardée et, dans certains cas, incomplète. Il est avanta geux, dans la plupart des cas, d'utiliser une agitation et, dans bien des cas, d'utiliser une température modérément élevée ou l'addition d'agents .acidifiants, ou faisant déposer des sels, tels par exemple que sels d'ammoniaque, sels .des alcalis, alcools et autres composés organiques. Dans certains cas, il est égale ment avantageux d'opérer sous pression, dans des autoclaves.
La porosité -des produits que l'on prépare peut même être encore augmentée en incor porant dans la carcasse du -corps échangeur de bases des produits que l'on peut enlever par lavage, volatilisation ou combustion et qui, une fois enlevés, laissent .des espaces po reux supplémentaires et produisent une struc ture physique même plus avantageuse. Les substances ajoutées peuvent être ,de nature organique ou inorganique et peuvent être ajoutées à l'état individuel -ou être en com binaison chimique avec certains -des consti tuants permanents; .c'est ainsi, par exemple, que certains des constituants peuvent être introduits sous la forme de composés com plexes qui, plus tard, sont décomposés et lais sent alors des espaces poreux supplémen taires.
Des exemples de composés -complexes de .ce genre sont certains groupements am- moniacés que l'on peut décomposer en chauf fant le produit fini.
D'une façon générale, la réaction -des so lutions constituantes a pour résultat la pro duction .de sels solubles qui ne sont pas dé- cirés et il est, par conséquent, habituellement bon de laver le corps échangeur de bases après précipitation puis ,de le sécher, ou de le sécher d'abord et de le laver ensuite. Bien qu'il soit possible, dans certains cas, de sé cher à hautes températures, il vaut mieux, dans la plupart ,des cas, pour obtenir les meil leurs résultats, faire usage .de températures égales ou inférieures à<B>100</B> C.
Dans les méthodes générales décrites ci- dessus, on a fait réagir un constituant mé- tallate et des constituants sels métalliques préparés séparément. Bien que, pour bien des buts, ce soient là les méthodes préféra bles, il est possible de préparer les corps Pchangeurs de bases par une méthode un peu différente. Ainsi, par exemple, si l'on neu tralise prudemment une solution d'un méta.l- late de métaux amphotères avec de l'acide Jusqu'à ce que la réaction fortement alcaline devienne faiblement alcaline à l'égard de la.
pliénolplitaléïne, ou même légèrement acide avec alcalinité faible à l'égard du tournesol comme limite, on produit des corps échaü- geurs de bases qui, dans bien des cas, sont d'importance en particulier pour des buts ca talytiques. Au lieu -des métallates, les mé taux amphotères peuvent également être pré sents sous la forme de composés métal.lates complexes.
On peut, de même, traiter des solutions acides ou neutres d'hydroxydes ou de sels de métaux amphotères avec de l'alcali jusqu'à: ce que le mélange devienne neutre ou alcalin à l'égard de la phénolphtaléïne, ou même acide auquel cas des corps échangeurs de bases sont produits d'une façon similaire celle décrite dans le paragraphe précédent.
Les corps échangeurs de bases produits soit en neutralisant des solutions de métallates ou des solutions de sels métalliques en général, ne montrent pas un pouvoir d'échange d bases tout à fait aussi grand que le font ceux qui sont préparés en faisant réagir l'une avec l'autre des solutions toutes faites de métal- lates et de sels métalliques. Cependant, I a structure physique semble être la même et, dans bien des cas, en particulier pour des usages catalytiques, un pouvoir d'échange de bases extrêmement élevé n'est pas essentiel. On peut produire, de cette manière, bien des catalyseurs très utiles.
Un autre mode de préparation du corps échangeur de bases par voie humide consiste à faire réagir -des sels de métaux alcalins des acides, contenant de l'oxygène, d'éléments métalliques des cinquième et sixième groupes du système périodique, tels par exemple que le vanadium, le molybdène, le tantale, le tungstène, etc., avec des sels neutres ou aci des de métaux, en particulier -de métaux qui sont fortement amphotères.
De préférence, il ne doit pas y avoir un excès .d'alcali. Les sels des ,acides des cinquième et sixième groupes peuvent être employés seuls ou en combinaison avec des métallates.
En plus des méthodes par voie humide que, pour la plupart -des buts, les auteurs d;- l'invention trouvent préférables, on peut pré parer des corps échangeurs ,de bases par dus procédés de fusion, par exemple: en fondant des oxydes ou hydroxydes -des constituants métallates et sels métalliques avec -de l'al cali: du carbonate de sodium ou du carbo nate de potassium par exemple. Les corps échangeurs de bases produits par fusion, bien que parfois ils ne possèdent pas des pouvoirs d'échange de bases tout à fait aussi élevés, ont néanmoins la même structure en nid d'a beilles microporeuse et beaucoup de ces pro duits sont de très bons catalyseurs.
Des oxydes des métaux des cinquième et sixième groupes peuvent également être employés pour former des produits quelque peu simi laires à ceux décrits -dans le paragraphe pré cédent par des procédés de fusion.
Bien ,des corps échangeurs de bases pré parés comme décrit possèdent une résistance mécanique suffisante; mais, dans quelques cas, par exemple, dans certains cas de forte dilution, la résistance mécanique peut être in suffisante et, dans des cas de ce genre, on peut laver les produits avec une solution di luée -de verre soluble, ce qui produit une sili- cification superficielle qui augmente la. ré- sistance mécanique du produit et qui n'a au cun inconvénient dans-des cas où la présence de silice n'affecte pas préjudiciablement la réaction catalytique particulière pour la quelle on doit faire usage du produit.
Dans quelques cas aussi, le traitement avec du verre soluble .dilué peut être avantageux #,n changeant la proportion de base et d'acide clans le produit, ce qui a parfois un avan tage quand on doit faire usage du produit dans des catalyses exigeant des catalyseurs non alcalins. On peut, par conséquent, faire usage de traitements subséquents avec des solutions de verre soluble pour augmenter la résistance mécanique du produit, ou amélio rer son activité catalytique, ou obtenir ces deux résultats.
Le champ d'utilité le plus important des masses .catalytiques de la présente invention réside, bien entendu, dans des catalyses de divers genres et il est désirable, pour bien des réactions catalytiques, de soumettre le catalyseur à. un traitement préliminaire soit avec des vapeurs oxydantes ou acides, en particulier pour des réactions d'oxy-dations, ou avec de l'hZ-drogène ou d'autres gaz ré ducteurs dans le cas où l'on doit employer le catalyseur comme catalyseur de réduction.
Ces traitements préliminaires et, en fait, les réactions catalytiques elles-mêmes, dans bien (les cas, produisent un changement chimique secondaire dans le catalyseur, en particulier à la surface, et peuvent affecter d'une façon marquée les pouvoirs d'échange du cataly seur. La présente invention englobe aussi de tels corps qui ont subi des transformations chimiques secondaires soit en raison de trai tements préliminaires ou par des réactions qui se sont produites durant l'usage dans di verses réactions catalytiques.
Bien des oxydations organiques. exigent un ralentissement ou un réglage sélectif de l'action des catalyseurs dont il est fait usacle, afin -d'empêcher des pertes excessives par combustion totale. On a trouvé que la. pré sence de sels et d'autres composés de métaux f ormant ,des alcalis agissent comme corps ré gulateurs. D'autres composés, qui sont eata- lytiquement actifs, mais qui ne sont .pas des catalyseurs spécifiques pour la réaction par ticulière -dans laquelle les masses de contact échangeuses de bases doivent être employées, semblent augmenter l'efficacité du cataly seur et doser plus finement l'action régula trice des corps régulateurs.
Pour cette rai son, de tels constituants catalytiques qui ne sont pas des catalyseurs spécifiques pour une réaction particulière en question seront ap pelés lai des adjuvants des régulateurs sans. toutefois, limiter l'invention à une théorie quelconque de l'action de ces corps. Autant qu'on en peut juger d'après les faits, il sern- ble probable qu'un facteur important dans l'efficacité .de ces corps réside dans leur mo dification de l'action des corps régulateurs:
mais il est possible que d'autres facteur puissent également être présents et consti tuer, peut-être, la principale raison de l'a.c- tivité desdits corps. Il est clair, cela. va de soi, qu'un constituant particulier peut être un catalyseur lorsque la. masse -de contact dans laquelle il est contenu est employée dans une réaction, et un adjuvant lorsqu'elle est employée dans une autre réaction.
Bien des échangeurs de bases produits comme indiqué peuvent toutefois être incorporés avec des régulateurs; ou bien l'on peut produire des corps régulateurs en faisant réagir les corps échangeurs @de bases avec des acides ou -des vapeurs acides, les radi caux alcalins présents dans le corps échan geur de bases réagissant partiellement ou to talement avec les radicaux acides pour for mer des corps régulateurs en mélange intime avec le corps échangeur de bases.
Bien des exemples donnés ci-après dé.eri- vent le traitement -de corps échangeurs de bases pour produire dans ceux-ci :des corps régulateurs. En plus @de ceux-ci il y a. cer tains produits qui paraissent augmenter leur activité bien que ne possédant par eux-mêmes pratiquement aucun effet régularisant. Ainsi, par exemple, bien -des matières riches en si lice semblent augmenter ou favoriser l'action régulatrice de sels de métaux formant des al calis, ou autres régulateurs, et ce sont ces produits que l'on désigne. ici sous le nom de adjuvants des corps régulateurs, faute d'un meilleur terme.
Divers adjuvants peuvent être incorporés dans les corps échangeurs de bases soit sous la forme de diluants, par exemple des diluants riches en silice comma le liiesel;guhr, etc., ou en traitant le corps échangeur de bases, après formation, comme par exemple, en le lavant :
avec une solution de verre soluble diluée qui, outre qu'elle aug mente la résistance mécanique et règle l'-alca- linité, comme décrit dans le paragraphe pré cédent, introduit aussi, .clans bien des cas, suffisamment -de silice pour agir comme un adjuvant à l'égard de corps régulateurs qui peuvent être présents dans le corps échan geur de bases. De tels catalyseurs mixtes peuvent, bien entendu, être contenus dans les masses catalytiques selon la présente inv en fion.
Ci-après sont décrits quelques exemples ('exécution .du procédé selon l'invention, ainsi due quelques-uns ,des nombreux champs d'u tilité des masses ainsi obtenues.
<I>Exemple 1:</I> On met en suspension 40 parties de V'Oj dans 500 parties d'eau et on acidifie avec un peu d'acide sulfurique concentré. On chauffe la suspension presque .au point d'ébullition de l'eau et on y fait passer des gaz contenant i02 jusqu'à ce que la suspension d'acide va- nadique soit complètement ,dissoute en sul fate de va.nadyle bleu.
On divise ensuite la solution bleue en deux parties dont on laisse l'une telle quelle et dont on traite l'autre avec une solution d'hydroxyde de potassium d'une force quintuple de la normale, à 50-60 C, jusqu'à ce qu'on obtienne une solution brun café, ,claire. On mélange en suite cette solution avec 70 parties -de cellite. ou 40 parties -de cellite et 40 parties de fins fragments de quartz, en remuant le mélange jusqu'à ce qu'il devienne homogène.
On peut faire usage d'autres corps diluants tels que verre broyé, silicates neutres, sable, silica.gel, roches broyées, tufs, lave :d'origine volcani que ou éruptive, poudre de ponce ou fibres d'amiante, ou matières similaires qui sont ri ches en silice.
A la suspension contenant le vanadite de potassium, on ajoute la seconde =moitié de la solution de sulfate de vanadyle en prenant soin que, même après que tout le sulfate de vanadyle a été ajouté, la solution reste alca line ou neutre à l'égard de la, phénolphta- léïne. Le produit ,cle réaction, après sépara tion de la liqueur mère par filtration et sé chage à 60-70 C, est cassé en fragments et constitue un corps échangeur de bases con tenant du potassium et du vanadium tétra- valent,
partie du vanadium jouant le rôle d'un radical acide et partie, le rôle d'une base dans la portion non échangeable de la molécule.
Le produit obtenu convient excellement pour l'oxydation catalytique .de toluol en al eléhyde benzylique ainsi que de chlorotoluols, d.ichlorotoluols, chlorobromotoluols, nitroto- luols, chloronitrotoluols, bromonitrotoluols, etc., en les aldéhydes benzyliques substitués correspondants, en faisant passer les vapeurs des composés, avec de l'air ,dans la propor tion de 1 : 15 à 1 :30, sur le catalyseur à des températures de 320-420 C.
Grâce aux diluants riches en silice, les corps, échangeurs de bases conviennent excel lemment pour l'oxydation d'anhydride sulfu reux en .anhydride sulfurique en faisant pas ser ,des gaz .de brûleur à 6-8 % sur le cata lyseur, à 440-500 C.
<I>Exemple</I> ?: On prépare une masse contenant le -corps échangeur -de bases au potassium et au va- nadyle, comme -dans l'exemple 1, puis on pulvérise dessus .des acides inorganiques ù. 3-5 % tels, par exemple, qu'acide sulfuri que, acide phosphorique, acide azotique, ete., jusqu'à ce que la teneur en potassium ducorps échangeur @de bases ait été neutralisée et qu'on obtienne un corps semblable à un sel.
Ce eorps semblable à un sel tend à oxyder le toluol, et les toluols substitués, préférentiel lement, en les acides benzoïques correspon dants dans les conditions de réaction décri tes dans l'exemple 1. Le corps semblable à un sel décrit ci dessus :convient excellemment pour l'oxydation de fluorène en fluorénone, de naphtaline en a-naphtaquinone et anhydride phtalique, se lon les conditions de réaction.
<I>Exemple 3:</I> .On met en suspension 20 parties de V20' dans 500 parties d'eau, comme décrit dans l'exemple 1, on acidifie avec un peu d'acide sulfurique concentré et on réduit en sulfate de va.nadyle au moyen de gaz contenant SO2. On traite la solution bleue obtenue avec suf fisamment d'une solution .d'hydroxyde de po tassium d'une force double de la normale pour donner lieu à un volumineux précipité brun de V20' que l'on filtre ensuite par aspi ration et qu'on met en suspension dans 300 parties d'eau.
On le chauffe ensuite gra duellement à 60-70 C et on y ajoute une solution supplémentaire d'hydroxyde de po tassium d'une force double de la normale ,jusqu'à Ce que tout le V204 se dissolve pour former une solution brun café. Cela exie un excès d'hydroxyde de potassium.
On brasse ensuite le va.nadite de potassium ainsi produit avec 60 parties de terre d'infusoires Ft on verse graduellement dans la solution de l'acide sulfurique d'une force -double de la normale, en agitant vigoureusement, jusqu'à ce que cette solution reste juste alcaline à l'égard de la, phénolplitaléïne. Au lieu d'a oide sulfurique, on peut faire usage d'acide phosphorique. L'acide sulfurique produit un précipité brun, tandis que l'acide phosphori que produit un précipité bleu brunâtre. On presse les précipités, puis on les sèche à des températures inférieures à 100 C.
On sa ture les produits ainsi obtenus d'une solution de verre soluble diluée, formée de 110 par ties de solution de verre soluble à 33 Baumé diluée avec 100 parties d'eau. Après impré gnation, on sèche de nouveau le produit et on le casse en fragments, puis on le traite à 450-500 C avec des gaz @de brûleur à 7 %.
En peu de temps, un excellent procédé de production -d'acide sulfurique par contact commence. Exemple <I>4:</I> 0n réduit 20 parties -de V'O5 en une so lution de sulfate & vanadyle, comme décrit dans les exemples précédents et on dilue avec 60 parties de terre d'infusoires.
On ajoute par portions, à froid, une solution 4'hy- droxyde de potassium d'une force double de la normale, en agitant vigoureusement, jus qu'à ce que le mélange reste juste alcalin à l'égard de la phénolphtaléïne. On traite lc- corps précipité de la manière usuelle, comme décrit dans les exemples précédents;
c'est un excellent catalyseur pour l'oxydation de naphtaline en anhydride phtalique lorsqu'on fait passer sur le catalyseur, à 380--420 C, un mélange -de vapeurs .de naphtaline et d'air dans la proportion de 1. : 20.
<I>Exemple 5:</I> On prépare des corps échangeurs @de bases dilués, comme cela a été décrit -dans les exem ples précédents, avec des diluants qui ont été imprégnés d'oxyde ferrique, d'oxyde d'ar gent ou d'oxyde de cuivre, les diluants étant incorporés dans le corps échangeur de bases durant sa -forma=tion. On pulvérise ensuite sur ces produits suffisamment d'acide sulfu rique normal pour former les corps sembla bles à .des sels et pour neutraliser complète ment la teneur en alcali ,du corps échangeur de bases.
Une telle masse de contact, conte- n:a,nt 6--,8 % d'oxyde ferrique, est particu lièrement efficace pour l'oxydation d'anfhra- cène en anthraquinone à une température de 350-400 C lorsqu'on fait passer sur le ca talyseur un mélange d',authracène et d',-air dans une proportion .de 1 : 40.
Une masse -de contact comme décrit ci-des sus, qui contient environ 4 % -d'oxyde -d'ar gent et 6 ô d'oxyde de cuivre au lieu d'oxyde ferrique, convient excellemment pour l'oxy dation d'alcool méthylique en .aldéhyde for mique à 370-390 C, en faisant passer les vapeurs d'alcool méthylique et de l'air sur le catalyseur dans la proportion de 1 :25 en poids.
On peut obtenir des catalyseurs similaires en imprégnant les diluants ide sulfate ferri- que, de nitrate d'argent ou de nitrate de cuivre.
<I>Exemple 6:</I> On traite 12 parties d'acide vanadique ,<B>a</B> ,vec suffisamment d'une solution d'hy- droxyde de potassium d'une force double (le.
la normale pour que non seulement tout le V\0' soit dissous sous la forme de vanadate de potassium, mais qu'il reste un excès de 14 parties de KOA à<B>100</B> %, On imprègne de la solution sus-décrite un mélange de 120 parties de quartz, réduit en menues particu les, et de 20 parties de kieselguhr. On pré pare une seco-iide solution en réduisant 111 parties d'acide vanadique en sulfate de vana- dy le,
de la manière usuelle, et en neutralisant l'acide sulfurique en excès avec une solution d'hydroxyde de potassium d'une force double de la normale.
On pétrit intimement ensemble la solu tion 2 et la suspension 1, puis on sèche à une température de 1.00 C. Le produit est un corps échangeur de bases contenant i20, V20' et V20'. On casse le produit en frag ments et, après traitement préliminaire avec des gaz de brûleur à 7 % à .450-500 C il constitue un excellent catalyseur pour l'oxy dation d'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique.
Exemple <I>7:</I> On prépare des corps échangeurs de bases comme dans l'exemple 6 en faisant usage de tungstate de potassium, de chromate de po tassium, de molybdate @de potassium ou de tantalate de potassium en quantités molécu- la.irement équivalentes au lieu de vanadate de potassium.
Ces catalyseurs conviennent excel lemment pour l'oxydation de toluol en aldé hyde benzylique et acide benzoïque et de to- luols substitués en les aldéhydes et acides cor respondants lorsqu'on fait passer les vapeurs de ces produits, mélangées avec de l'air dans la proportion de 1<B>.35,</B> en poids, sur les masses de contact à 840-890 C.
Exemple <I>8:</I> On fait -dissoudre 22 parties -de carbonate :de cuivre sous la. forme du composé cuproam- monium. On fait dissoudre 10,2 parties d'hy droxyde d'aluminium fraîchement précipité clans suffisamment d'une solution d'hy- droxyde de sodium d'une force double de<B>d'hy-</B> droxyde normale pour former une solution claire d'aluminate .de sodium et, finalement, on fait dissoudre clans 100 parties d'eau 24 parties (le nitrate de cuivre contenant trois molécule d'eau.
On mélange ensuite ensemble les solu- l:ions de earbonate de euproammonium et d'aluminate de sodium et on y introduit, en agitant. vigoureusement, 100 parties de kie- selbuhr ou 150 parties de quartz .ou de pou dre de ponce.
On verse après cela, dans le mélange, en agitant vigoureusement, la solu tion de nitrate de cuivre et il se forme un produit bleu, gélatineux, qui est neutre ou légèrement alcalin à l'égard de la. phénolph- taléïne. Le produit est. un corps échangeur de bases contenant du sodium, du cuivre et de l'aluminium et est dilué avec des matières riches en silice.
On presse la<B>,</B> gelée et on la sèche à, des températures inférieures à 100 C, puis on la. casse en fragments et on la, réduit, à 29-0-300 C, avec des gaz coin- tenant de l'hydrogène. Il en résulte un excel lent catalyseur pour la réduction de .compo sés aromatiques nitrés en amines; ainsi par exemple, des vapeurs de nitrobenzol mélan- gées avec de l'hydrogène sont presque quantitativement réduites en aniline à 180-260 C. La nitronaplitaline est réduite en naphtylamine d'une manière semblable.
On peut également faire usage de la même masse de contact pour déshydrogéner le ci-clo- hexanol à 220-820 C. De même, le bor- néol est transformé en camphre à 280-300 C et l'on peut réduire l'aldéhyde acétique et l'aldéhyde crotonique en les alcools cor respondants, à 80-180 C.
On peut aussi faire usage du catalyseur comme portechlore, par exemple clans la Pro duction de dérivés chlorés de méthane, ou pour le chlorage d'impuretés dans des hydro carbures aromatiques comme, par exemple, le chlorage de thiophènes et d'hydrocarbures aliphatiques qui existent comme impuretés dans le benzol et que l'on peut fa.-cilement sé- parer du benzol . après chlorage à cause de leur point d'ébullition grandement élevé.
Au lieu de faire usage -des catalyseurs comme décrit, on peut en enduire ou en re vêtir des fragments de ponce ou de quartz, au moyen d'une solution de verre soluble, et on peut ensuite les utiliser efficacement comme catalyseurs après réduction avec les gaz contenant de l'hydrogène. De cette ma nière, on peut économiser une quantité con- sidéraible du catalyseur.
Exenz <I>pie 9:</I> On prépare les solutions suivantes: ici On fait dissoudre dans 200 parties d'eau 30 parties de nitrate de nickel co.nte- iiant 6 molécules d'eau de cristallisation et an ajoute suffisamment d'ammoniaque à 25 % jusqu'à ce qu'on obtienne une solution claire de nitrat(# de nickel-ammonium.
20 On fait une bouillie de 4 parties d'hy droxyde d'aluminium. fraîchement précipité, avec 50 parties d@eau. puis on traite avec suf fisamment d'une solution d'hydroxyde de so dium d'une force décuple: de la. normale pour former juste une solution claire d'aluminate de sodium.
:30 On fait dissoudre dans 150 parties .d'eau 10 parties de nitrate (le chrome avec. 9 molécules d'eau de cristallisation, puis on i mite également avec une solution d'hy droxyde de sodium d'une force décuple .de la normale ,jusqu'à c(@ qu'il se forme du chro- mite de sodium.
1-o On fait dissoudre dans<B>50</B> parties d'eau S parties de nitrate -de zinc contenant 6 molé- (#ules d'eau de cristallisation et on traite avec une quantité de solution d'hydroxyde de so dium, d'une force décuple de la<B>,</B> normale, juste suffisante- pour former du zincate de sodium.
<B>50</B> On fait dissoudre dans 200 parties d'eau 40 parties de nitrate de nickel avec 6 molécules d'eau de cristallisation.
60 On fait dissoudre dans 150 parties d'eau 11 parties de nitrate de zirconium avec 5 molécules d'eau de cristallisation. <B>70</B> On fait dissoudre 16 parties -de nitrate de titane dans 160 parties .d'eau.
On mélange ensemble les solutions 1, 3, 3 et: 4 et on y brasse 300 parties de kieselgulir, île poudre -de ponce ou de charbon activé. ou d'un mélange de ceux-ci. Au lieu de ces di luants, on peut faire usage de minerai de nickel pulvérisé exempt -de soufre. On ajoute à la suspension ainsi obtenue, en agitant v:- g@oureusement, un mélange -des solutions 5, 6 et 7.
Il se forme un produit de réaction 1-é- latineux et, s'il est fortement alcalin à l'égard de la phénolphtaléïne, on peut neu traliser l'alcali en excès avec de l'acide ni trique à 5 % jusqu'à ce qu'il soit juste neu tre à l'égard de la phénolphtaléïne, grâce à quoi le rendement en corps échangeur de ba ses peut être augmenté. Pour .certains bats une très faible alcalinité est suffisante, mais on ne doit pas aller jusqu'au point neutre à. l'égard du tournesol car, alors la structure physique -du produit se trouverait changée et les pouvoirs d'échange de bases seraient grandement diminués, sinon entièrement dé truits.
On sèche le produit à des températures in férieures à 100 C et il comprend alors en corps échangeur de bases contenant du so dium, -de l'ammonium, du nickel, de l'alu minium, :du chrome, -du zinc, du zirconium et du titane. Une fois brisé en fragments, on peut l'utiliser pour divers usages. Ainsi, par exemple, lorsqu'on le réduit par l'hydro gène à 300 C, on obtient un excellent ca:ca- lyseur d'hydrogénation pour réactions liqui des ou gazeuses.
Par exemple, des vapeurs d'acétone et autres kétones, mélangées avec de l'hydrogène, peuvent être réduites par '.ui en les alcools correspondants à-100-120 C. Le phénol est hydrogéné pour former du cy- clohexanol à 220-260 C. La. naphtaline est réduite en tétraline à 180-220 C et fi nalement, on peut réduire de l'aldéhyde acé tique en alcool éthylique à. 200 C.
On peut pulvériser les masses .ainsi ob tenues et les réduire par l'hydrogène à, 300 C; elles constituent alors d'excellents catalyseurs pour le durcissement de corps gras et pour 1a réduction de corps nitrés, ,de ké- tones, de phénols, .d'aldéhydes et d'hydro:ca.r- bures à l'état liquide, en particulier lorsque l'agent réducteur consiste en des gaz con tenant de -l'hydrogène utilisés à une pression élevée.
On peut également former des mas ses catalytiques pour hydrogénations et ré- tluctions en phase liquide au moyen d'hydro gène en revêtant ou enrobant avec des corps échangeurs :de bases pulvérisés -d-es porteurs granulaires tels que ponce, schistes à diato mées, fragments de poterie, corps métalli ques tels que granules d'aluminium, etc., au moyen -de verre soluble ou d'adhésifs organi ques exempts de soufre. On fait alors usage des catalyseurs en faisant ruisseler, à l'état liquide ou fondu, les substances à réduire sur les catalyseurs, en sens inverse d'un courant d'hydrogène.
Exemple <I>10:</I> On fait .dissoudre dans 200 parties d'eau 66 parties de sulfate d'aluminium cristallisé contenant 15 molécules d'eau de cristallisa tion et on ajoute une solution d'hydroxyde de sodium d'une force décuple de la normale ,jusqu'à ce que tout l'aluminium soit trans formé en aluminate -de sodium. On fait dis soudre 66 autres parties de sulfate d'alumi nium dans 100 parties d'eau. On brasse dans la première solution des corps diluants, tels que roches, tufs ou trass -d'origine volcani que, sable vert, coke, charbon de bois, char bon activé, kieselguhr ou bioxyde .de manga nèse, jusqu'à ce que la suspension reste juste facile à remuer.
On chauffe le mélange à environ<B>80'</B> C et l'on ajoute graduellement, en agitant vigoureusement, la solution de sulfate d'aluminium en prenant soin que, même après que l'on a ajouté la totalité de cette solution, l'alcalinité .du mélange reste entre lea points de virage -de la phénolphta- léïne et du méthylorange. Cela exige habi tuellement -un petit excès d'alcali dans la, solution d'aluminate et on peut aisément déterminer la quantité de cet excès par une petite expérience d'essai.
Si le produit de réaction est fortement alcalin à l'égard de la pliénolphtaléïne, on peut diminuer l'alcalinité par l'adidition d'acide sulfurique -ou d'acide chlorhydrique d'une force de 3--5 %. On obtient une masse comprenant un :corps échangeur de bases contenant -de l'aluminium, que l'on débarrasse de sa liqueur mère en le pressani- et qu'on sèche à des températures inférieu res à 100 Q C.
Après hydratation avec de l'eau, le produit est un excellent corps ado i cissant pour l'eau. On peut remplacer, en partie ou en totalité,, le constituant métallat- par des inétallates d'un ou plusieurs mi- taux amphotères tels que zinc, plomb, chrome, étain, etc. On peut également rem placer. en partie ou en totalité, le sulfate d'aluminium par un ou plusieurs sels de métaux lourds tels, par exemple, que sels de zinc, de plomb, de zirconium, d'étain, de fer.
de nickel, de cobalt, de cuivre, -de titane, clt, manganèse et de chrome.
Ces produits conviennent comme c.ataly - seurs dans des réactions qui impliquent la décomposition d'eau. Exern.ple <I>11:</I> On fait -dissoudre dans 200 parties d'eau 60 parties de nitrate de zinc contenant 6 mo lécules d'eau -de cristallisation et on ajoute suffisamment dune solution d'hydroxyde de sodium d'une force décuple de la nor male jusqu'à ce que l'hydroxyde de zinc qui se précipite d'abord soit dissous sous la forme du zincate.
On brasse ensuite 12 parties de carbonate de cuivre basique avec 150 parties d'eau pour former une bouillie et on ajoute suffisamment d'ammoniaque pour dissoudre le cuivre à l'état -de carbonate de cuproa@mmonium. On ajoute alors un peu d'ammoniaque à la solution de :zincate, puis on y verse la solution -de carbonate de cu- proammonium. A ce mélange on ajoute, comme diluants, 100 à 150 parties :de quartz, d'amiante, -de bioxyde de manganèse, ou d'un mélange de ceux-ci.
On fait dissoudre dans 300 parties d'eau 30 parties de nitrate de chrome .contenant 6 molécules d'eau et l'on fait dissoudre dans 500 parties d'eau 48 par ties de nitrate de cadmium contenant 4 molé- cules d'eau. On mélange ensuite ces -deux solutions et on verse ce mélange dans la suspension sus-décrite, en prenant soin que le mélange reste alcalin ou neutre à. l'égard de la phénolphtaléïne.
On obtient une masse gélatineuse que l'on presse et que l'on sèche avec précaution à .des températures inférieures à<B><I>100'</I></B> C, après quoi on la traite pendant un temps considérable avec des gaz contenant de l'hy drogène, à 300 C.
Le corps échangeur de bases contient du zinc, du cuivre, -du chrome et du cadmium.-dilués avec du quartz, de l'a n liante et du bioxyde de manganèse, ou des mélanges, et c'est une excellente masse de contact pour la réduction d'oxydes de car- boue par l'hydrogène à 250--400 C, à haute pression et, si s'est nécessaire, dos un pro cédé circulatoire, pour produire des alcool aliphatiques plus élevés et des kétones, eri plus -d'alcool méthylique.
Si l'on introduit .de l'ammonium par échange de bases, en remplaçant un maximum de bases échangeables dans le corps échan geur & bases, le produit résultant favorisent la production d'alcool méthylique dans les conditions de réaction décrites ci-,dessus. Exemple <I>12:</I> On forme un mélange .des trois solutions suivantes:
30 parties de nitrate de zinc contenant 6 molécules d'eau, dissous dans 100 parties (.l'eau et transformé en zincate de potassium a .u. moyen d'une solution d'hydroxyde de so- dium d'une force ,décuple de la, normale: 15 parties -de nitrate de cadmium avec 4 molé cules d'eau, dissous dans 200 parties d'eau cet également transformé en cadmiaîe de po tassium au moyen d'une solution d'hy droxyde de sodium d'une force quintuple de la. normale;
10 parties d'oxyde -d'aluminium fraîchement précipité d'une solution de ni trate d'aluminium au moyen d'ammoniaque et transformé en aluminate de sodium :avec une solution .d'hydroxyde de sodium d'une force double de la. normale. On ajoute à. ,:e mélange .de la poudre d'amiante ou de la. ponce en -poudre jusqu'à ce que le produit ré- sultan- reste juste facile à remuer. A cette suspension, on ajoute en un mince courant une solution de 45 parties de nitrate ferrique contenant 9 molécules .d'eau et dissous dans 450 parties d'eau.
La, masse formée contient un corps échan geur .de bases contenant du potassium, -du so dium, du zinc, de l'aluminium, .du cadmium et du fer. Une fois pressé et séché au-dessous de 100 C et réduit à 300 C dans un cou rant d'hydrogène, le produit est un excellent catalyseur de réduction pour obtenir des pro duits de réduction liquides en partant de gaz à l'eau épuré, avec ou sans pression élevée, la réaction s'effectuant à environ 300-450 C. Les produits de réduction ressemblent à, des huiles minérales et conviennent bien comme combustibles synthétiques pour moteurs.
Lorsqu'on effectue la synthèse sans pres sion. on peut avantageusement disposer des catalyseurs décrits .dans l'exemple 11, en cou ches minces, en tête -du catalyseur décrit dans le présent exemple. Les alcools et kétones produits par le premier catalyseur sont ainsi condensés, par le catalyseur @du présent exem ple, en hydrocarbures de genre semblable au pétrole. Un mélange intime des trois types .de catalyseurs est également avantageux dans bien des cas.
Exemple <I>13:</I> On prépare les quatre mélanges suivants: 10 On fait dissoudre 5 parties d'oxyde d'aluminium dans un minimum ide solution d'hydroxyde de sodium d'une force quintuple de la normale, pour former de l'aluminate de sodium.
20 On fait dissoudre dans 100 parties d'eau 14 parties de nitrate de zinc contenant 6 molécules d'eau et on ajoute suffisamment d'une solution d'hydroxyde de sodium d'une force décuple .de la normale pour dissoudre le zinc à l'état de zincate de sodium.
30 On fait dissoudre dans 200 parties d'eau chaude 1.8 parties de nitrate de chrome contenant 9 molécules d'eau.
40 On fait dissoudre dans 100 parties d'eau 18 parties -de nitrate de thorium con tenant 12 molécules d'eau. On verse ensemble les solutions 1 et 2 et on y pétrit vigoureusement 250 parties de fer oxydé carbonaté. après quoi on ajoute les solutions 3 et 4 et on pétrit également le tout vigoureusement. On filtre par aspira tion le mélange de réaction formé, on le presse et on le sèche à. une température -de 150 C.
On casse ensuite en morceaux le tourteau formé qui constitue un corps éclran- '(#c:ur de bases ,contenant du sodium, de l'alu minium, du zinc, du chrome et du thorium qui agit comme un adhésif et un squelette poreux pour le minerai de fer pulvérisé.
Le produit ainsi obtenu est une excellente masse de contact, car le corps échangeur de bases qui forme son squelette à un pouvoir q:bsorbant et adsorbant très désirable. On t)eut faire asa;7e chi produit, avec un excel lent effet, comme catalyseur pour le procédé :ie fabrication de gaz à. l'eau dans lequel de la vapeur et de l'oxyde de carbone sont trans formés en anhydride carbonique et hydro gène. On fait passer du gaz à l'eau, épuré ou non, ensemble avec un léger excès .de va peur sur la masse de contact à 400-600 <B><I>C</I></B>.
E.reiér7.ple <I>1.4:</I> On prépare les mélanges suivants: l o On prépare de l'oxyde -de fer fraîche- ment précipité en :ajoutant de l'ammoniaque à 5-6 '/o à. une solution de nitrate ferreux à 10-15 %, 1, 40--50 C, jusqu'à ce que la réaction soit ammoniacale. On lave ensuite ovec soin l'oxyde de fer finement divisé dans de l'eau distillée pour enlever le nitrate -d'am- nronium et on le sèche à des températures inférieures à 100 o C.
?0 On fait dissoudre 24 parties -de bioxyde (le plomb, sous la forme .de plombite de so dium, .dans de l'eau pour former une solution à 10 o/n .
On fait dissoudre 5 parties d'oxyde d'aluminium fraîchement. précipité dans de l'hydroxyde de potassium d'une force double < le la. normale pour former de l'aluminate de potassium. 10 On fait dissoudre dans 100 parties d'eau 18 parties de nitrate de thorium con tenant 12 molécules d'eau.
50 On fait .dissoudre dans 100 parties d'eau 25 parties de nitrate de cuivre conte nant 3 molécules -d'ea.u.
On met: l'oxyde de fer fraîchement pré cipité en suspension dans les solutions d.. plombite et d'aluminate, puis ou ajoute les solutions de nitrate de thorium et de nitrate de cuivre. On presse complètement le pro duit de réaction obtenu et on le sèche à 80-90 C, après quoi on le casse en frag ments.
Le produit est: un catalyseur contenant du potassium, .du sodium, .du thorium, et du cuivre grandement dilués avec de l'oxyde cl(- fer frkr.î.ehement précipité et il convient excel lemment pour l'oxydation d'ammoniaque en oxydes d'azote à (les températures de 500---600 C au moyen de gaz contenant de l'o:
zygène. Le corps échangeur de bases en tourant l'oxyde de fer peut, en raison de ses caractéristiques chimiques et physiques, être considéré tant comme un .adhésif que comma un agent qui augmente l'activité catalytique de l'oxyde de fer. Exemple <I>15:</I> On met en suspension 1000 parties d'oxyde de fer fraîchement précipité dans 300 parties d'eau pour former une bouillie.
On fait dissoudre 15 parties @d'o_xyd:e d'aiu- minium fraîchement précipité dans de l'hy- droxyde de potassium d'une force double de la normale, pour former de l'aluminate de potassium, et on y laisse 10 '/o d'alcali.
On brasse ensuite dedans l'oxyde de fer et, fi nalement, on ajoute à la. suspension d'alumi nate et oxyde de fer 40 parties de nitrate df- zirconium contenant 5 molécules d'eau, dis sous pour former une solution à. 5 %. en pre nant soin que le mélange final reste alcalin à. l'égard de la phénolphtaléïne. On filtre le produit pa;
r aspiration et on sèche le tourteau à des températures inférieures à 1.(l0 . C, après quoi on le brise en -fragments, - - La masse résultante, contenant de l'oxyde de fer imprégné -d'un corps échangeur da bases contenant du potassium, de l'alumi nium et du zirconium est un excellent cata- iyseur - pour la synthèsë d'ammoniaque,
le corps échangeur de bases uniformément dis tribué agissant comme un excitant .de l'.a.eti- vité de l'oxyde de fer en raison de la pré sence .des oxydes d'aluminium et -de zirco nium et agissant également comme un régula teur, à cause -de la. présence de potassium. En plus de ces deux caractéristiques -désirables, la structure physique du corps échangeur de bases est très désirable pour des usages cata lytiques et maintient ses pouvoirs absorbant et adsorbant pour l'azote et l'hydrogène, même à. de hautes températures.
La durée dit catalyseur est. très considérable, même à des températures auxquelles la. synthèse de l'am moniaque s'effectue et il est, par conséquent, très efficace pendant de longues périodes de temps.
On obtient un excellent rendement en am moniaque lorsque l'on traite le catalyseur pendant un court. intervalle de temps, à 1.00-600 C, avec un mélange d'hydrogène el; d'azote et qu'on fait passer ensuite un mé lange d'hydrogène et d'azote, -dans la propor tion de 3 à 1, sur lui à une température de 100-600 C. . <I>Exemple 16:</I> On peut préparer, pour la synthèse d'am moniaque, des catalyseurs efficaces, d'une Vomposition similaire à ceux de l'exemple 15. par un procédé de fusion.
On broie ensem ble 15 parties d'oxyde d'aluminium, 11,5 parties :d'oxyde de zirconium et 18 parties de carbonate de potassium anhydre et on les mélange intimement avec 1.00 parties d'oxyde rie fer, en particulier (le l'oxyde de fer ma- :;nétique, ou avec une quantité correspon_ Jante de fer pulvérisé.
On fond ensuite le 7élange et cela produit un catalyseur dans lequel l'oxyde de fer est imprégné d'un corps échangeur de bases .contenant du potassium, de l'aluminium et du zirconium et dont on peut faire usage pour la synthèse d'amm.o- niaque dans les conditions décrites dans l'exemple 15.
Au lieu d'effectuer la. fusion comme cela vient d'être décrit, on peut introduire un mé lange intime d'oxyde de fer et des consti tuants du corps échangeur de bases dans un tour et faire passer sur ce mélange un mé lange gazeux, chaud, d'air et :de substances organiques ayant de préférence une tempéra ture de .10.0-500 <B>C</B>. Il se produit un pro cédé d'oxydation catalytique dans lequel les substances organiques sont complètement brûlées par l'air et les impuretés sont enle vées. tandis que la chaleur qui est dégagée clans la réaction exothermique fait que les constituants du catalyseur s'agglutinent ou se frittent, ou fondent complètement.
La ma tière frittée ou fondue contient le corps échangeur -de bases à l'état naissant et :consti- tue un excellent catalyseur pour la synthèse d'ammoniaque. On peut substituer du fer à l'oxyde de fer et on peut allumer les consti tuants des corps échangeurs de bases dans l'a.ppa-reil à. pulvérisation de Schopp-11Ieuter. La matière fritée résultante, dans laquelle le.
corps échangeur de bases est uniformément formé, est très efficace pour la synthèse de l'ammoniaque. <I>Exemple 17:</I> On fait dissoudre 10 parties d'hydroxyde d'aluminium dans une solution d'hydroxyde de potassium d'une force double de la nor male, pour former de l'aluminate de potas sium, comme cela a. été décrit dans les exem ples précédentes. On fait dissoudre dans 300 parties d'eau 40 parties de .nitrate de chrome contenant 9 molécules d'eau et on le trans forme en une solution de chromite de potas sium avec une solution d'hydroxyde -de po tassium d'une force décuple de la normale. On fait dissoudre dans 200 parties .d'eau 70 parties de nitrate de thorium contenant 12 molécules -d'eau.
On mélange ensemble les solutions de chromite et d'aluminate et on y brasse du coke, du charbon activé ou du sili- cagel jusqu'à ce que le mélange reste juste facile à remuer. On y verse alors la solution de nitrate de thorium en prenant soin que tout le mélange reste neutre ou alcalin à l'é gard de la phénolphtaléïne. On filtre le pro duit par aspiration, on le sèche au-dessous de 1.00 C, on l'hydrate pendant un court intervalle de temps, puis on échange l'alcali pour du calcium par digestion .avec une so lution de nitrate de calcium à 5 %.
Une fois l'échange de bases terminé, on lave soigneu sement le produit et -on lui fait subir un trai- i.ement subséquent avec une solution -de va- nadate à 2 %, ce qui fait qu'il forme, avec le vanadate, un corps semblable à un sel.
Le produit ainsi obtenu est un excellent catalyseur pour la synthèse d'acide cyanhy drique en. partant d'ammoniaque et d'oxyde de carbone. L'eau formée dans cette synthèse peut être facilement enlevée en ajoutant au catalyseur un catalyseur pour gaz à l'eau, tel que celui décrit -dans l'exemple 13.
Exemple <I>18:</I> On fait dissoudre .dans 100 parties d'eau 80 parties de nitrate de .chrome, contenant 9 molécules d'eau, que l'on transforme en une solution de chromite de potassium avec une solution d'hydroxyde d'une force décuple de la normale.
On réduit ensuite l'alcalinité par une solution d'acide azotique à 5 % que l'on ajoute, en agitant vigoureusement, jusqu'à ce que le mélange reste légèrement alcalin ou neutre a, l'éga.rd de la phénolphtalëïne. Il se forme une suspension gélatineuse que l'on mélange avec 500 volumes de lignite, de coke au de silicagel avec, si on le désire, addition de bioxyde de manganèse et on sèche tout en remuant afin d'empêcher la masse de s'ag glutiner,
la température étant maintenue au- dessous de<B>100'</B> C. Après séchage, on hy drate la masse avec 500 parties d'eau tiède en permettant à l'eau de dégoutter lentement à travers la masse. Après hydratation, on sèche à nouveau le produit.
Le corps résultant, dans lequel le li gnite, le coke ou l'acide silicique hydraté agissent comme porteur, et dans lequel le corps échangeur de bases au potassium et au chrome est imprégné, convient excellemment comme masse épurative de gaz pour enlever le soufre de gaz en faisant passer ces derniers sur la masse de contact à 400-450 C_ L'efficacité -du catalyseur pour l'épuration de gaz peut fréquemment être augmentée par digestion avec des sels d'ammonium afin d'effectuer un échange -de bases.
Exemple <I>19:</I> On prépare une solution concentrée d'alu minate de sodium en dissolvant 10 parties d'oxyde .d'aluminium dans une solution d'hy droxyde de sodium d'une force quintuple de la. normale et l'on fait dissoudre dans 200 parties d'eau, 40 parties de nitrate ferrique contenant 9 molécules d'eau. On pétrit ,dans la solution d'aluminate, après incorporation de 50 parties de déchet -de sable monazite, 500 parties d'oxyde ferrique.
On ajoute en suite la solution de nitrate,de fer; .par petites portions, en agitant vigoureusement; on presse le produit, .on le sèche au-dessous de 100 C, on le brise en fragments et on le calcine. La masse ainsi obtenue contient un corps échangeur de bases au sodium, à l'alu minium et au fer, intimement dilué par de l'oxyde ferrique et -du sable monazite, et est un .excellent catalyseur pour une combustion sans flamme, ce qu'on appelle la combustion superficielle. On fait passer les gaz combus tibles, mélangés avec des gaz contenant de l'oxygène. sur la. masse de contact à 350 à. 450 C.
Exemple <I>20:</I> On met en suspension 18 parties de pen- toxyde de vanadium dans 300 parties d'eau rendue faiblement acide avec -de l'acide sul furique -concentré et on réduit, avec de l'an- bydride sulfureux, en sulfate de vanadyle bleu, de la manière usuelle. On fait bouillir la solution et -on la concentre à 150 parties d'eau. On transforme 10 parties d'oxyde d'aluminium en aluminate de potassium avec une solution d'hydroxyde d'une force quin tuple de la. normale.
On traite un tiers de la solution de sulfate de vanadyle avec une so lution d'hydroxyde de potassium d'une force décuple de la normale. pour le transformer en le vanadite de potassium brun .café que l'on mélange alors avec la solution d'alumi.- nate de potassium et on .ajoute 100 parties de terre d'infusoires. Après cela, on ajoute, en agitant vigoureusement, les deux tiers res tants de la solution de sulfate de vana.dyle. Le produit final<B>de</B> la. réaction :doit -demeu rer fortement .alcalin à l'égard du tournesol.
On presse le produit, on le sèche comme d'habitude au-dessous de 100 C, on le casse en fragments, puis on pulvérise :dessus @de l'ai- aide sulfurique à 10 % jusqu'à ce que le corps semblable à un sel se forme avec le corps échangeur de bases au potassium, au vanadyle et à l'aluminium qui est dilué avec de la terre d'infusoires. Durant la pulvéri sation, on doit, de préférence, chauffer M brasser les fragments.
Le produit obtenu après traitement avec de l'air à 400 C est un excellent catalyseur pour l'oxydation en phase vapeur -de naphta line en anhydride phtalique en faisant pas ser sur le catalyseur, à. 380-410 C, un mé lange de vapeurs de naphtaline et .d'air dans 1:i. proportion de 1 à 1.8 en poids. Kremple .'21: On prépare<B>le</B> corps échangeur -de bases comme cela. est décrit dans l'exemple 20: mais, au lieu de le faire réagir avec de l'a cide sulfurique pour former un corps sem blable à un sel, on le fait digérer pendant un temps considérable avec une solution de ni trate de cuivre à 5 %, ce qui fait qu'une par tie de l'alcali est remplacé par du cuivre.
Le produit ainsi obtenu est un excellent .oataly- Spur pour l'oxydation d'alcool méthylique @n aldéhyde formique dans la phase vapeur à 360--400 C. On fait passer sur le cataly seur un mélange d'al.cool méthylique gazeux et d'air dans la proportion de 1 à. 10. Exemple <I>22:</I> On prépare une masse catalytique con tenant un corps échangeur de bases comme c'est décrit dans l'exemple 21; mais, au lieu de le faire digérer .avec -du nitrate de cuivre, on fait usage d'une solution de nitrate ferri- que à 5 % afin de remplacer une quantité aussi grande que possible de l'alcali par de l'oxyde ferrique.
L e produit ainsi -obtenu est un excellent :catalyseur pour l'épuration ca talytique d'ammoniaque -de goudron de bouille en faisant passer sur le catalyseur les vapeurs d'ammoniaque mélangées avec de l'air à 860-450 C, ce qui fait que les im puretés organiques sont oxydées en anhy dride carbonique et; eau, avec production d'un peu d'azote élémentaire.
Exemple 23: On prépare une masse .contenant un corps échangeur :de bases comme c'est décrit dans l'exemple 21, mais au lieu de faire usage du 10 parties .d'oxyde d'aluminium, ou fait usage de 20 parties d'oxyde d'aluminium et d'une quantité correspondante d'hydroxyde de po tassium, la solution d'aluminate de .potassium étant diluée avec 60-70 parties @de kiesel- guhr, de fragments,de ponce ou de fragments de quartz, le corps échangeur de bases alca lin étant neutralisé avec,
.de l'acide sulfurique pour former un corps semblable à un sel. Le produit ainsi :obtenu est un excellent cataly seur pour l'oxydation catalytique de benzol, de toluol, de phénol et d'acides de goudron en acide maléïque. On fait passer sur le cataly seur, à. 360450 C, le mélange gazeux de ces hydrocarbures ou composés aromatiques et d'air dans la proportion de 1 à 20.
Exemple .'-34: On prépare les quatre mélanges suivants: <B>10</B> On fait dissoudre dans 100 parties d'eau chaude 19 parties de nitrate de béryl lium contenant 3 molécules d'eau et on ajoute .mffisamment de solution d'hydroxyde,de so dium d'une force quintuple -de la normale pour former le béryllate de sodium.
20 On fait .dissoudre dans 100 parties d'eau 30 parties de nitrate de zinc, contenant 6 molécules d'eau, que l'on transforme égale ment en le zincate au moyen d'hydroxyde de sodium d'une force quintuple de la normale.
<B>30</B> On fait dissoudre clans 200 parties d'eau 5,5 parties de nitrate de thorium con tenant 12 molécules d'eau. P On fait dissoudre dans 250-parties d'eau 25 parties de nitrate ,de zirconium con tenant 5 molécules d'eau.
On verse ensemble les solutions 1 et 2 et on ajoute de la porcelaine non vernissé pul vérisée jusqu'à ce que la suspension reste juste facile à. remuer. Après cela on ajoute un mélange des solutions 3 et 4, en prenant soin que le mélange résultant reste alcalin à. l'égard de la phénolphta.léïne.
Le corps obtenu contient un corps échan geur de bases .au sodium. au béryllium, au , zinc, an thorium et au zirconium, et de la. porcelaine non vernissée comme diluant, et c'est un excellent catalyseur pour ce que l'on appelle les aldolisations et les crotonisations. Lorsqu'on fait passer des vapeurs d'aldéhyde acétique à travers une couche épaisse .de ce catalyseur à des températures élevées, elles se transforment en aldol ou en aldéhyde croto- nique, selon les conditions de réaction. Ce dernier peut être utilisé comme matière pre mière pour la. réduction en alcool butylique normal au moyen d'hydrogène et de cataly seurs de réduction au cuivre tels que ceux décrits dans l'exemple 8.
Exemple <I>25:</I> On imprègne 60-80 parties .de kiesel- guhr d'une solution de vanad.ate d'argent am moniacal préparée en faisant réagir 18 par ties de VZO\, sous la. forme de métavanadate de sodium dissous dans 250 parties -d'eau, avec 34 parties .de nitrate d'argent également dissous .dans 250 parties d'eau.
La, vana.date d'argent jaune qui se précipite est ensuite sé paré d2 la liqueur mère de la manière usuelle et mis en suspension dans 100-150 parties 'd'eau pour former une bouillie. On ajoute de la solution aqueuse d'ammoniaque à 20 jusqu'à ce que tout le vana,date .d'argent se dissolve. Après imprégnation, on chauffe le li:ieselgnhr imprégné pour chasser complète ment l'ammoniaque.
On fait dissoudre 10,2 parties d'oxyde d'aluminium fraîchement précipité, avec. en viron 40 parties -de KOH à 100 %, dans 300 parties d'eau pour former l'aluminate 2e_ po- tassium et on. fait dissoudre dans 52-parties d'eau 57 parties de sulfate ferrique avec 9 molécules d'eau de cristallisation.
On mé lange la solution d'aluminate avec le kiesel- O;uhr imprégné après quoi l'on y verse, en agitant vigoureusement, la solution de sulfate ferrique, ce qui forme un corps échangeur de bases contenant du kieselguhr imprégné rom.me diluant. On presse le précipité, on 1!@ lave avec 200 parties d'eau par petites por tions, on le sèche -de la façon usuelle à, des températures inférieures à 100 C et on le brise en fragments.
On calcine ces fragments et ils forment une excellente masse -de con tact pour l'oxydation catalytique d'anhydride sulfureux, donnant jusqu'à 98 /a du rende ment théorique en partant de gaz .de brûleur < < 6-9 %, la réaction étant effectuée entra 120 et 450<B>0</B> C. Le corps échangeur -de base à l'aluminium e t au fer forme avec le va.nadate d'argent sous forme de diluant un excellent catalyseur.
On peut remplacer l'a.lumina.te par d'au tres méta.llates tels, par exemple, que le bé- nTllate de potassium et on peut, de la, même façon, remplacer le sulfate de fer par d'au tres sels métalliques comme le sulfate -de zir conium, le sulfate @de cuivre, le sulfate de co balt, le sulfate de nickel, etc.
Le vanadate d'argent peut être remplacé, en partie ou en totalité, par d'autres sels de vanadium tétrava.lent et penta.valent tels, par exemple, que vanadate de cuivre, vanadate de fer, vanadate de manganèse ou van.a.d.ate de calcium.
Exemple 26: On met en suspension 14 parties @de V205 dans 250 parties .d'eau pour former une bouil lie; on acidifie avec 5 parties d'acide sulfuri que concentré, puis on réduit en sulfate de vanadyle bleu, de la manière usuelle, au moyen de gaz contenant S0\ que l'on fait passer clans la solution à. la. température d'é bullition.
On dilue ensuite 125 parties & so- lutiou de verre soluble à 33 Baumé avec 200 parties d'eau et on y brasse environ 40 parties de cellite.. On verse après cela. la. so lution de verre soluble dans .la solution de sulfate de vanadyle, en agitant vigoureuse ment, ce q111 précipite du silicate de vana- dyle. On doit prendre soin qu'après que toutes les solutions ont réagi le mélange ré sultant soit neutre à l'égard du tournesol.
On traite 10 parties d'oxyde d'aluminium fraîchement précipité avec suffisamment d'une solution de KOTH d'une force demi- normale pour dissoudre l'oxyde d'aluminium sous la forme d'aluminate de potassium et pour avoir un excès de 10 % de KOH. On fait dissoudre dans 250---;00 parties cd'e.au 3 7 parties de sulfate ferrique contenant 9 molé cules d'eau de cristallisation. Dans la solu tion .d'aluminate on verse alors, en remuant.
le silicate de v ana.dyle dilué avec la cellite et .après cela, on ajoute la solution de sulfate ferrique, ce qui produit un corps échangeur de bases dans leqicel le silicate de va.nadyle est incorporé d'une façon homogène, comme diluant. On traite le produit de la réaction de la façon usuelle, en pressant et en séchant au-dessous de 100 C, et on le brise en frag ments.
On calcine ces fragments avec de l'air à 400 C, puis avec, des gaz fde brûleur o-@ 6-8 % à 420--500 C, ce qui :donne en peu de temps un excellent catalyseur pour la fabrication d'acide sulfurique par contact.
On peut aussi faire usage du catalyseur pour l'oxydation d'-anthracène en anthraquinone et d'acénaphtène en anhydride naphtalique en faisant passer ces hydrocarbures aromatiques sur le catalysear, en phase vapeur, mélangés avec de l'air ;dans la. proportion :de 1<B>:30</B> à 1 : 40, la température étant maintenue aux environs de 360--420 C.
F.reïrtple <I>27:</I> On prépare un corps échangeur de bases a u vana.dyle en mettant en suspension 20 parties -de V20'' dans 500 parties d'eau, en ajoutant un peu d'acide sulfurique concentré, puis en réduisant le V206 avec des gaz con tenant de l'anhydride sulfureux, au point ,].'ébullition, jusqu'à ce qu'il -soit complète ment transformé en sulfate de vanadyle bleu.
On divise alors la solution de sulfate de va- nadyle en deux moitiés dont on traite l'une à 50-60 C avec suffisamment -de KOH d'une force quintuple de la, normale pour for mer une solution brun café, claire, de vana- dite de potassium à laquelle on ajoute comme diluant 50 parties de terre de cellite, après quoi on ajoute la seconde moitié de la solu tion .originelle, .avec .agitation vigoureuse,
en prenant soin que l'alcalinité reste entre le rouge de phénolphtaléïne et le bleu de tourne sol. On filtre le produit gélatineux par as piration, mais on ne .le sèche pas; il consti tue un corps échangeur de bases au va.nadyle.
0.n .amène en solution 10,2 parties .d'oxyde d'aluminium fraîchement précipité, avec 40 parties -de KOH à 100 %, dans 200 parties d'eau. On brasse ensuite le corps échangeur de bases au vanadyle décrit ci-dessus dans la, solution et on ajoute au mélange .d'alumi nate, en .agitant vigoureusement, une solution aqueuse à. 10 % contenant 37 parties de sul fate ferrique avec 9 molécules d'eau ou 44,4 parties de sulfate d'aluminium avec 18 molé- crles :d'eau, ou un mélange des deux.
Le produit de réaction. :obtenu, qui est un corps échangeur & bases à l'aluminium et au fer et qui ne possède .aucune propriété catalyti que pour l'oxydation catalytique d'anhydride sulfureux ou pour l'oxydation catalytique @de composés organiques, est dilué avec le corps échangeur .de bases au vanadyle, catalytique ment actif, et est par cela même transformé -(In une masse & contact très .active pour les procédés en question. On .filtre par aspira tion le produit de réaction on le sèche et on te brise en fragments.
On peut traiter les fragments avec des solutions à 5 % de sulfate de cuivre, nitrate d'argent, nitrate -de cobalt ou nitrate de fer pour remplacer partielle- ment l'alcali par ces métaux. On peut égale ment traiter lé produit avec des sels des acides oxygénés des métaux -des cinquième et sixième groupes, de préférence avec une so lution de vanadate d'ammonium à 1 %, ce qui a pour résultat un corps semblable à un sel après que les constituants solubles ont été enlevés par lavage.
On calcine les produits avec de l'air .ou des -gaz contenant -de l'anhydride carbonique, à 400 C, en laissant la. température de cal cination s'élever -raduellement afin d'empê cher des changements indésirables .dans la structure -du corps échangeur de bases. .près cette calcination préliminaire, on traite le produit avec .des ga.z de brûleur à 3-7 %, à 400 C, ce qui le transforme en une masse de contact pour le procédé de fabrication d'a cide sulfurique par contact qui peut s'effec tuer à des températures de 420 à 500 C.
Le même catalyseur convient bien pour l'oxydation catalytique -de composés organi ques, tels que naphtaline en anhydride phta lique et acide maléïque, .anthracène en an t:hraquinone, acénaphtène en ,anhydride naph- talique, toluol et ses produits de substitution en les aldéhydes benzyliques ou acides ben zoïques correspondants, .ou alcool méthylique en aldéhyde formique.
On fait passer sur le catalyseur, à. 350-420 C, les vapeurs des composés organiques mélangées avec de l'air ou autres gaz contenant de l'oxygène tels par exemple que C02 et oxygène, dans la. propor tion de 1 partie -de composé organique pour \?0 à. 30 parties d'air.
Dans cet exemple, le corps échangeur de bases à l'aluminium et au fer peut être con sidéré comme un régulateur complexe, pour le catalyseur, dans ces réactions. Pour favo riser au doser l'action régulatrice du cataly seur, on peut ,ajouter divers adjuvants sous la forme de silicates ou ,d'oxydes de métauX Lourds tels qu',oxyde ferrique, oxyde de cui vre, bioxyde de titane, bioxyde de manganèse, bioxyde de zirconium, bioxyde de cérium, oxyde,de béryllium, oxyde de calcium, oxyde de coâ.a:lt ou bioxyde de thorium.
Ils peuvent être ajoutés individuellement ou en mélanges et peuvent avantageusement être formés à l'état naissant. La quantité d'adjuvant ajou tée dépend de l'effet désiré; en général de 2 à. 5 % de ces adjuvants donnent de bons ré sultats. Bien entendu, ils peuvent être ajou tés de la même manière que tout autre -di luant, comme cela a été décrit, d'une façon :énéralc, dans l'introduction du présent mé moire.
Une façon .différente d'introduire les ad juvants consiste à substituer à. tout. ou partie des constituants sels métalliques du corps éch.a.ngeur de bases des quantités correspon dantes clo sulfate de béryllium. -de nitrate d'argent, de sulfate de nickel, de sulfate de cadmium ou de sels acides minéraux simi laires de ces bases.
Dans bien des cas. il est désirable de neutraliser l'alcali en excès dans les produit <B>de</B> réaction avec un acide minéral, à 5<B>%</B>, te', qu'acide chlorhydrique, acide sulfurique>.
<B>,</B> ac, 4de azotique, etc., .jusqu'à ce que l'alcalinité ait été amenée au point voulu. D'autres corps échangeurs de bases cata.lytiquement actifs peuvent, bien entendu, être introduits comme diluants, au lieu de celui .décrit.
Exemple <I>28:</I> On peul: également faire des masses ca talytiques selon la présente invention avec des zéolithes comme diluants, les zéolithes étant catalytiquernent actives.
Par exemple, pour la, préparation -de la zéolithe, on .acidifie 18 parties de V=0' avec un peu ;d'acide sul furique concentré; on met en suspension clans ?50 parties d'eau, on réduit avec des gaz con tenant de l'anhydride sulfureux. :de la. ma nière usuelle, à une température élevée pour former une solution de sulfate de vanadyle que l'on traite ensuite avec KOH d'une force> quintuple de la normale pour former une so lution claire, brun café, de vanadite de po tassium.
On fait dissoudre 24 parties de Si02, sous la forme de verre soluble à base de po tassium à 33 \ Baumé, dans 4-5 volumes d'eau et on y brasse 50 parties de débris de briques ,de :diatomite, ou de l'acide silicique .activé du commerce. On verse ensuite les so lutions ensemble, on les chauffe à 65-75 C, et on y .ajoute avec précaution de l'acide chlorhydrique, ou sulfurique, à 5 % jusqu'à ce que toute la. masse se solidifie en une ge lée que l'on presse ensuite et qu'on lave avec 200---300 parties d'eau.
Au lieu de transformer tout le sulfate de vauadyle en vanadite de potassium, on peut n'en transformer ainsi qu'un tiers qu'on ajoute alors à la solution de verre soluble, et ajouter à cela les deux tiers restants .du sul fate de vanadyle en formant ce qu'on peut appeler une zéolithe au vanadyle à, trois constituants que l'on sépare de la liqueur mère de la manière usuelle.
On peut également préparer une zéolithe au vanadyle en dissolvant 18 parties de V'0' dans KOII normal, pour former le mé- tavaaiadate de potassium, puis en faisant réa sir celui-ci avec la. solution de verre soluble diluée qui contient les ,débris de briques de. diatomite. On peut effectuer la réaction en mélangeant les deux constituants à 60--80 C et en ajoutant graduellement de l'acide chlor hydrique ù, 5 % jusqu'à ce que le tout se so lidifie en une gelée. On épure ensuite, de la, manière usuelle, la zéolithe ainsi obtenue.
On peut alors incorporer dans un corps échangeur de bases à l'aluminium et au fer. comme décrit dans l'exemple 27, une quel conque des zéolithes catalytiquement effica ces .ainsi préparées, en l'incorporant avec l'un ou l'autre des constituants de réaction, de 12. manière habituelle. Si on le désire, on peut former in situ ?-5 % d'un activateur décrit dans l'exemple précédent afin d'obtenir un dosage encore plus fin de l'activité cataly tique.
Les masses de contact obtenues après épu ration et calcination conviennent excellemment pour un procédé de fabrication .d'acide sulfu rique par contact en opérant avec des gaz de brûleur à 6-9 %ô, à 40l1--80 C. En pro portionnant convenablement le régulateur et les activateurs, on peut adapter la. masse de contact à l'oxydation de composés organiques ;gomme, par exemple l'oxydation d'anthracène en anthraquinone, en faisant passer les va peurs du premier, mélangées d'air dans la proportion -de 1 : -10 en poids, sur la. masse (le contact à 3.60-420 C.
Exemple 29: On fait dissoudre 15 parties de V'O' dans une solution- -de KOH d'une force demi-nor- male, sous la forme -de métav.anadate de po tassium. On fait dissoudre à parties d'oxyde d'aluminium fraîchement précipité :dans 35 à 40 parties de KOH à 100 % dissous dans ?50 parties d'eau, ce qui forme une solution. d'aluminate de potassium.
On verse ensem ble les deux solutions et on y brasse un mé lange de 20 parties de TiO'' et de 50 parties de kieselguhr. Après cela., on fait dissoudre clans environ 300 parties ,d'eau 17 parties de sulfate d'aluminium, avec 18 molécules d'eau, mélangées avec 20 parties -de sulfate ferrique ayant 9 molécules d'eau et on verse graduel lement la solution dans la suspension .de va- nadate, à des températures d'environ 50 à GO C.
On ajoute ensuite, graduellement, de l'acide sulfurique à 5 % jusqu'à ce qu'on ait obtenu l'alcalinité, ou neutralité, désirée à l'égard de la phénolphtaléïne. Le produit de réaction qu'on obtient est un corps échangeur de bases au vanadium, à l'aluminium et au fer dilué avec de l'oxyde -de titane et du kie.. selguhr. On débarrasse ce produit de la ti queur mère de la, manière habituelle, on le lave avec trois ou quatre fois son poids d'eau,
puis on le sèche à une température inférieure à 100 C. On brise ensuite le produit en fragments et c'est un excellent catalyseur pour le procédé de fabrication d'acide sulfu rique par contact ainsi que pour l'oxydation catalytique de composés organiques. Dans les conditions de réaction habituelles, comme cela. a été décrit dans les exemples précédents, on peut considérer une partie des constituants du corps échangeur de bases comme des régula teurs pour les constituants catalytiquement efficaces et .le bioxyde ,de titane paraît agir comme adjuvant pour ces régulateurs. On peut également traiter la. masse de conta-et avec de l'eau, après séchage, afin -de l'hydra ter, et la. calciner ensuite avant usage.
Process for preparing catalytique.ment active masses containing base exchange bodies. We have. already proposed to produce non-siliceous base exchange bodies by reaction between at least one compound containing a non-siliceous anion capable of forming the acidic portion of the nucleus of a non-siliceous base exchange body and at least one compound containing a metal element which is amphoteric in at least one of its oxidation stages, the reaction taking place under conditions such that the resulting product is alkaline to. with regard to the sunflower. The precipitate is usually removed from the mother liquor and processed in the usual manner.
The products obtained by this process have a greater or lesser base exchange power and can therefore be used, for example, for softening or purifying water.
The authors of the invention have found that (preferably, when at least one of the constituents employed is analytically active, it is possible to operate so as to form mixtures of said exchange bodies of bases with .diluents, very advantageously to obtain masses which are active catalysts for a certain number of catalytic reactions.
Excellent catalytic masses can be produced by causing at least one metallate component with several different metal salts to act in order to obtain the base exchange body, rather than a single metal salt, or vice versa.
All base exchange bodies of the kind indicated which are prepared by the reaction of a single metallate with a single metal salt, or bodies produced by the reaction of at least one metallate with several metal salts , or vice versa, possess a remarkable honeycomb structure- killer porous and, in some cases, opal cente.
They form, when they contain catalytically active constituents, catalysts of remarkable toughness - probably due to the extraordinarily high surface energy of the microscopically porous structure and probably also to the presence of unsaturated valences. , in many cases, and asymmetry of molecules. The molecular groups which are present are apparently large and very complex and the exact chemical makeup has not been determined.
Such products are, chemically, quite distinct from base exchange bodies containing silicon such as, for example, zeolites and base exchange bodies relating thereto. These compounds do not contain silicon in their structure and, although they share many of the physical properties of zeolites, see: the very porous honeycomb structure and the power to exchange their alkali cations for, other cations, by exchange of bases, are chemically distinct products.
A number of elements are capable of forming alkali metallates at least in their higher oxidation states, and can be used individually or in mixtures, as metal-containing constituents, for the production of said exchange bodies. bases, it being understood, of course, that the choice will depend on the metallic salts to be used and on the catalytic effects which one wishes to produce.
Among the elements which form metallates, the following may be mentioned: aluminum, chromium, zinc, vanadium, beryllium, tin, palladium, ruthenium, rhodium, osmium, platinum, titanium, zir conium, lead, uranium, tantalum.
The elements which form the metallates can be present in the form of their oxides or hydroxides united with an alkali to form simple metallates; or they can be present, in part or in whole, in the form of complex compounds such as, for example, ammoniacal groups, cyanogenic groups, and the like.
The metal salt constituents include in particular the neutral or acidic salts, soluble in water, of the following elements: copper, silver, -bismuth, gold, beryllium, zinc, cadmium, boron, aluminum, rare earths, titanium, zirconium , tin, lead, thorium, chromium, uranium, vanadium, manganese, iron, nickel, cobalt, platinum, palladium, which can be used alone or in any desired mixture. One does not have to make use of defined proportions of the individual compounds either because mixtures of different compounds are formed or, more probably :, because the enormous size and the very great complexity of the molecule obscures all requirements for definite proportions.
All products prepared as it has. been said to possess basic exchange powers, to. to a greater or lesser degree, when first prepared in solutions which are substantially neutral to phenolphthalein. However, for catalytic purposes, the base exchange power of the products is not required in the catalytic reactions themselves and it is, therefore, possible to deviate considerably from optimum product conditions as long as possible. as the basics swap powers go.
In other words, the limits of alkalinity, neutrality or acidity are much wider than in the case (the products which are to be used to soften water and which, therefore, depend mainly on their exchange power of bases.
Although usually the highest base exchange powers are obtained when the compounds are produced in a mixture which is substantially neutral to phenolphthalein, products having a similar physical structure can be prepared. and desirable for many catalytic reactions, with somewhat different proportions of the constituents such that at the end of the reaction the mixture may possess an alkalinity relative to sunflower while giving an acidic reaction to phenolphthalein.
Heretofore, even base exchange bodies which contain a single meta.l.late and a single metal salt have only been prepared in solutions which are substantially neutral, or at most slightly alkaline to. , with regard to, phenolphthalein. The authors of the invention have found that, when the solution becomes acidic with respect to phenolphthalein, one can obtain products which still possess much of the physical structure of base exchange bodies and which, for some goals, are valuable catalysts.
Yet another series of products can be prepared by exchanging some or all of the alkali metal cations for other atoms or radicals by means of base exchange. The number of cations that can be introduced is very large and some of them are included in the following elements and radiations: ammonium, copper, silver, gold, beryllium, magnesium, cesium, zinc, stron tium, cadmium , barium, mercury, aluminum, thallium, titanium, zirconium, tin, .an timoine, thorium, vanadium, bismuth, chromium, molyb, dene, uranium, manganese, iron, cobalt, nickel, palladium ,, platinum. These cations can be introduced either individually or in mixtures, simultaneously or successively.
The wide possibilities of combination which can be effected by the introduction of various cations by means of base exchange, give the chemist catalyst an almost infinite field of choice in the preparation of catalytic masses with diluents, having just the desired level of activity for the particular uses for which they are intended, and it is an advantage of the invention that it allows the production of catalytic masses of activity regulated in an excessively precise and efficient manner in substantially all of the major catalytic reactions in use today.
The cations introduced by base exchange can themselves be catalytically active; or, they can activate catalytic constituents existing in the base exchange bodies in non-exchangeable form. The cations can also be introduced as single ions or as complex ions. In all cases, the catalytic activity of the products obtained is increased by their favorable structure.
A further series of products can be obtained by treating said base exchange bodies, in the presence or absence of reactions introduced by base exchange, with products containing anions which are capable of reacting with the base exchange. base exchange body to form salt-like products.
These products can be partially or totally insoluble in water: but, for the. For most purposes, relatively insoluble materials are preferable and this somewhat limits the number of acidic compounds which can be treated with a given base exchange body, since not all acids form insoluble compounds. with all the base exchanger bodies.
Acids of the following elements, whether simple acids, polyacids or complex anions, can be used to produce salt-like bodies with said base exchange bodies -vanadium, tungsten, uranium, chromium, molyb , dene, manganese, tantalum, niobium, anti-monk, selenium, tellurium, arsenic, phosphorus, titanium, bismuth, aluminum, lead, tin, zinc, sulfur, chlorine, platinum, boron, zirconium, thorium.
Complex ions, such as, for example, ferro- and ferricyanogen, sulfocyanogen, metallic cyanides, ammoniacal groups, etc., can also be used whenever they form bodies similar to salts. with said base exchange bodies. A single acid radical can be introduced, or alternatively a mixture can be used, by simultaneous or successive treatment.
The amount of the acid radical, which is used, can also be varied so that products may have the character of acidic, neutral or basic salts.
The large number of active products which can thus be prepared allows the catalyst chemist to choose a catalyst having the desired characteristics for any particular catalytic reaction and these products can be used in practically all catalytic reactions such as, for example. , the synthesis of methanol or fuel for engines, the purification of yaz, the absorption of gas, the separation of 0az, the removal of harmful substances, such as, for example, volatile metal compounds, sulfur, arsenic, etc., for absorption or adsorption in gaseous or suspended liquid phase,
and for catalytic oxidations, reduc tions, dehydrations, hydrogenations, dehydrogenations, condensations, polymerizations, de.polymerizations, halogenations, etc..
Examples of reactions belonging to the above classes are: materials containing anthracene to anthraquinone; toluol or derivatives of toluol to benzylic aldehydes and corresponding benzoic acids;
benzol in maleic acid; acenaphthene to acenaphthaquinone, bisacena.phthylidenedione, naphtha.dehyde acid, naphthalic anhydride and hemimellitic acid; fluorene to fluorenone; eugenol and isoeugenol to vanillin and vanillic acid; methyl alcohol and methane to formaldehyde;
ethyl alcohol to acetic acid; ethylene chlorohydrin to chloroacetic acid, etc. Organic oxidations in which the impurities are differentially: burnt or transformed into easily removable substances also require precise control.
Examples of such reaction are: the purification of crude anthracene or crude phenanthrene by differential catalytic combustion of earbazol; the purification of crude mothballs, crude mononu al aromatic hydrocarbons and crude aliphatic compounds such as higher sulphate oils and motor fuels. Ammonia from coal tar can be purified by differential oxidation of organic impurities and requires good temperature control.
Reduction reactions are an important class for which use can be made of catalytic masses of the present invention. Thus, for example, nitro compounds can be catalytically reduced to the corresponding amines or other intermediate reduction products. Nitrobenzine, nitrotoluol, nitrophenol, nitronaphthalene, etc., are compounds which can be effectively reduced by the catalytic masses of the present invention.
Hydrogenation reactions are also easily carried out; it's the case. for example, for the hydrogenation of benzol to cyclohexane, of phenol to c -, # Tclohexanol, of naphthalene to tetralin and decalin, crotonic aldehyde to butyl alcohol nor mal, acetic aldehyde to ethyl alcohol, etc. .
Various synthetic reactions such as, for example, the reduction of carbon oxides to methanol, higher alcohols and helicopters or synthetic fuel mixtures for engines are well suited for the catalysts of the invention. The methods can be practiced with or without pressure.
Other synthetic reactions like the syntesis of ammonia, hydrocyanic acid, etc., can also be carried out, as well as inorganic oxidations such as the oxidation of ammonia to nitrogen oxides. The diluents which are employed may be more or less inert, or have catalytic activity or catalytic activating power. These diluents can constitute finely divided carriers which are mixed with said finely divided base exchange bodies. Preferably, however, they are incorporated into these bodies during their training, so as to form a homogeneous carcass with them.
Incorporation can take place in the constituent solutions or in the reaction mixture during formation; or the base exchange bodies can be formed in the pores of finely divided porous diluents. It is also possible to coat, cover or coat with base exchange bodies, with or without dilution of finely divided diluents, fragments of carriers, or else to impregnate the pores with base exchange body. relatively massive carrier. For some purposes, catalytic masks produced in this way have marked advantages.
Use may be made of any suitable mode of introducing diluents either with the constituents forming the base exchange body, or into this body itself after formation, while it is still in the gelatinous state, or of 'impregnation of the base exchange body, or its constituents, in porous diluents. The invention is not limited to any partial method of introducing diluents; however, key advantageous methods are described in detail in the examples given below. Diluents can be catalytically active or be inert; or they can have activating or regulating effects.
Some very important catalysts can be prepared in which one or more components possessing little or no catalytic activity by themselves can be activators for catalytically active components. Very finely dosed catalysts of this type can be produced. Of course, the constituents introduced by base exchange or in the form of anions, when preparing salt-like bodies, can even be catalytically, active, or activators.
In certain cases where the diluents are catalytically active, the base exchange body may be only weakly active and act mainly as an agglomerating agent or mechanical carcass for the catalytic diluents, while nevertheless activating the catalytic diluents or by increasing their activity. The microporous structure of the base exchange bodies, with its desirable physical characteristics, is of great importance in such products and in many cases greatly enhances the efficiency of the catalytic diluents present.
Preferably, the base exchange bodies are produced by the reactions of component solutions and, although concentrated solutions can be used, and are of importance in the preparation of certain catalysts, it is important to do so. There is an advantage for most products in using relatively dilute solutions, although it is understood that precise concentrations are usually not essential and that solutions can vary within certain limits without affecting the quality of the products, and an advantage of the invention is that many products can be prepared without extreme care.
The products, as soon as they are prepared, usually rush in the form of jellies. Sometimes the precipitation is fast enough without outside help; but it frequently happens, especially in relatively alkaline solutions, that the precipitation of the jellies is greatly delayed and, in some cases, incomplete. It is advantageous, in most cases, to use stirring and in many cases to use a moderately high temperature or the addition of acidifying agents, or depositing salts, such as for example ammonia salts, salts of alkalis, alcohols and other organic compounds. In some cases, it is also advantageous to operate under pressure, in autoclaves.
The porosity of the products which are prepared can even be further increased by incorporating into the carcass of the base exchanger body products which can be removed by washing, volatilization or combustion and which, once removed, leave. additional porous spaces and produce an even more advantageous physical structure. The substances added may be organic or inorganic in nature and may be added individually - or be in chemical combination with certain - permanent constituents; Thus, for example, some of the constituents can be introduced in the form of complex compounds which, later, are broken down and then leave additional pore spaces.
Examples of such complex compounds are certain ammoniacal groups which can be broken down by heating the finished product.
Generally speaking, the reaction of the constituent solutions results in the production of soluble salts which are not dewaxed and it is, therefore, usually good to wash the base exchange body after precipitation and then, to dry it, or to dry it first and then to wash it. Although it is possible in some cases to dry at high temperatures, in most cases it is best to obtain the best results by using temperatures of <B> 100 or less. / B> C.
In the general methods described above, a metallate component and separately prepared metal salt components were reacted. Although for many purposes these are the preferred methods, it is possible to prepare base exchange bodies by a somewhat different method. Thus, for example, if a solution of an amphoteric metal meta.l- late is carefully neutralized with acid until the strongly alkaline reaction becomes weakly alkaline with respect to the.
plienolplitalein, or even slightly acidic with low alkalinity to sunflower as a limit, base scavengers are produced which in many cases are of particular importance for catalytic purposes. Instead of metallates, amphoteric metals can also be present as complex metal compounds.
Likewise, acidic or neutral solutions of hydroxides or amphoteric metal salts can be treated with alkali until: the mixture becomes neutral or alkaline with respect to phenolphthalein, or even acid to which case base exchange bodies are produced in a similar way that described in the previous paragraph.
Base exchange bodies produced either by neutralizing solutions of metallates or solutions of metal salts in general, do not show quite as great a base exchange power as do those prepared by reacting one of them. with the other, ready-made solutions of metalates and metal salts. However, the physical structure appears to be the same and in many cases, particularly for catalytic uses, extremely high base exchange power is not essential. Many very useful catalysts can be produced in this way.
Another method of preparing the base exchange body by the wet route consists of reacting alkali metal salts of acids, containing oxygen, of metal elements of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as for example vanadium, molybdenum, tantalum, tungsten, etc., with neutral or acid salts of metals, especially metals which are strongly amphoteric.
Preferably, there should not be an excess of alkali. The salts of the acids of the fifth and sixth groups can be used alone or in combination with metallates.
In addition to the wet-laid methods which, for most purposes, the authors of the invention find preferable, base exchange bodies can be prepared by due melting processes, for example: by melting oxides or hydroxides -metalate constituents and metal salts with -al cali: sodium carbonate or potassium carbonate for example. Base exchange bodies produced by fusion, although sometimes do not have quite as high base exchange powers, nevertheless have the same microporous honeycomb structure and many of these products are of very high quality. good catalysts.
Oxides of the metals of the fifth and sixth groups can also be employed to form products somewhat similar to those described in the previous paragraph by smelting processes.
Well, base exchange bodies prepared as described have sufficient mechanical strength; but, in some cases, for example, in some cases of high dilution, the mechanical strength may be insufficient and in such cases the products may be washed with a diluted solution of water glass, which produces a surface silicification which increases the. mechanical strength of the product and which is not inconvenient in cases where the presence of silica does not adversely affect the particular catalytic reaction for which the product is to be used.
In some cases also the treatment with diluted water glass may be advantageous, changing the proportion of base and acid in the product, which sometimes has an advantage when the product has to be used in demanding catalysts. non-alkaline catalysts. It is therefore possible to make use of subsequent treatments with water glass solutions to increase the mechanical strength of the product, or to improve its catalytic activity, or to obtain both of these results.
The most important field of utility of the catalyst masses of the present invention resides, of course, in catalysts of various kinds and it is desirable for many catalytic reactions to subject the catalyst to. a preliminary treatment either with oxidizing or acid vapors, in particular for oxidation reactions, or with hZ-drogen or other reducing gases in the case where the catalyst is to be used as a catalyst reduction.
These preliminary treatments and, indeed, the catalytic reactions themselves, in many cases, produce a secondary chemical change in the catalyst, especially at the surface, and can markedly affect the exchange powers of the The present invention also encompasses such bodies which have undergone secondary chemical transformations either by virtue of preliminary treatments or by reactions which have occurred during use in various catalytic reactions.
Good organic oxidations. require a slowing down or a selective adjustment of the action of the catalysts of which it is made usacle, in order to prevent excessive losses by total combustion. We found that the. presence of salts and other compounds of forming metals, alkalis act as regulators. Other compounds, which are lytically active, but which are not specific catalysts for the particular reaction in which the base exchange contact masses are to be employed, appear to increase the efficiency of the catalyst and increase the efficiency of the catalyst. more finely the regulatory action of the regulatory bodies.
For this reason, such catalytic constituents which are not specific catalysts for a particular reaction in question will be referred to as adjuvants of the regulators without. however, limit the invention to any theory of the action of these bodies. As far as can be judged from the facts, it seems probable that an important factor in the effectiveness of these bodies lies in their modification of the action of the regulatory bodies:
but it is possible that other factors may also be present and constitute, perhaps, the main reason for the activity of said bodies. It is clear that. it goes without saying that a particular constituent can be a catalyst when the. contact mass in which it is contained is employed in one reaction, and an adjuvant when employed in another reaction.
Many base exchangers produced as indicated can however be incorporated with regulators; or regulating bodies can be produced by reacting the base exchange bodies with acids or acid vapors, the alkali radicals present in the base exchange body partially or totally reacting with the acid radicals to for mer regulating bodies in intimate mixture with the base exchanger body.
Many of the examples given below derive from the treatment of base exchange bodies to produce therein: regulatory bodies. In addition to these there is. some products which appear to increase their activity although by themselves hardly possessing any regulating effect. Thus, for example, many silicon-rich materials appear to enhance or promote the regulatory action of alkali-forming metal salts, or other regulators, and it is these products that are referred to. here under the name of adjuvants of the regulatory bodies, for lack of a better term.
Various adjuvants can be incorporated into the base exchange bodies either in the form of diluents, for example diluents rich in silica such as diesel; guhr, etc., or by treating the base exchange body after formation, such as for example, by washing it:
with a dilute water-glass solution which, in addition to increasing the mechanical resistance and regulating the alkalinity, as described in the previous paragraph, also introduces, in many cases, sufficient silica to act as an adjunct to regulatory bodies which may be present in the base exchange body. Such mixed catalysts can, of course, be contained in the catalytic masses according to the present invention.
Hereinafter are described some examples (execution .du process according to the invention, thus due some, of the many fields of utility of the masses thus obtained.
<I> Example 1: </I> 40 parts of V'Oj are suspended in 500 parts of water and acidified with a little concentrated sulfuric acid. The suspension is heated to almost the boiling point of water and gases containing iO 2 are passed through it until the suspension of varadic acid is completely dissolved in blue va.nadyl sulphate.
The blue solution is then divided into two parts, one of which is left as is and the other is treated with a solution of potassium hydroxide of a strength five times the normal, at 50-60 C, until that we obtain a coffee brown solution,, clear. This solution is then mixed with 70 parts of cellite. or 40 parts of cellite and 40 parts of fine quartz fragments, stirring the mixture until it becomes homogeneous.
Other diluents can be used, such as ground glass, neutral silicates, sand, silica gel, crushed rocks, tuffs, lava: of volcanic or eruptive origin, pumice powder or asbestos fibers, or similar materials. which are rich in silica.
To the suspension containing the potassium vanadite the second = half of the vanadyl sulfate solution is added taking care that even after all the vanadyl sulfate has been added the solution remains alkaline or neutral with respect to , phenolphthalein. The reaction product, after separation from the mother liquor by filtration and drying at 60-70 C, is broken into fragments and constitutes a base exchange body containing potassium and tetra-valent vanadium,
part of the vanadium playing the role of an acid radical and part, the role of a base in the non-exchangeable portion of the molecule.
The product obtained is excellently suited for the catalytic oxidation of toluol to benzyl al eldehyde as well as of chlorotoluols, d.ichlorotoluols, chlorobromotoluols, nitrotoluols, chloronitrotoluols, bromonitrotoluols, etc., to the corresponding substituted benzyl aldehydes. vapors of the compounds, with air, in the proportion of 1:15 to 1:30, over the catalyst at temperatures of 320-420 C.
Thanks to the diluents rich in silica, the bodies, base exchangers are excellently suited for the oxidation of sulphurous anhydride to sulfuric anhydride by passing 6-8% burner gases on the catalytic converter at 440-500 C.
<I> Example </I> ?: A mass containing the potassium-va-nadyl base-exchanger-body is prepared, as in Example 1, and then inorganic acids are sprayed on. 3-5% such as, for example, sulfuric acid, phosphoric acid, nitrogen acid, etc., until the potassium content of the base exchange body has been neutralized and a body similar to a salt.
This salt-like body tends to oxidize toluol, and substituted toluols, preferentially, to the corresponding benzoic acids under the reaction conditions described in Example 1. The salt-like body described above is suitable. excellently for the oxidation of fluorene to fluorenone, naphthalene to α-naphthaquinone and phthalic anhydride, depending on the reaction conditions.
<I> Example 3: </I>. 20 parts of V20 'are suspended in 500 parts of water, as described in Example 1, acidified with a little concentrated sulfuric acid and reduced to sulfate of va.nadyl using gas containing SO2. The resulting blue solution is treated with sufficient potassium hydroxide solution of twice the normal strength to give a voluminous brown precipitate of V20 'which is then filtered off by suction and which 'is suspended in 300 parts of water.
It is then heated gradually to 60-70 C and an additional solution of potassium hydroxide of twice the strength of the normal is added thereto, until all of the V204 dissolves to form a coffee brown solution. This requires an excess of potassium hydroxide.
The potassium va.nadite thus produced is then stirred with 60 parts of diatomaceous earth and gradually poured into the solution sulfuric acid of a strength -double normal, with vigorous stirring, until this solution remains just alkaline with respect to, phenolplitalein. Instead of sulfuric acid, phosphoric acid can be used. Sulfuric acid produces a brown precipitate, while phosphoric acid produces a brownish blue precipitate. The precipitates are pressed and then dried at temperatures below 100 C.
The products thus obtained are separated from a dilute water glass solution, formed from 110 parts of a 33 Baumé water glass solution diluted with 100 parts of water. After impregnation, the product is dried again and broken into fragments, then treated at 450-500 ° C. with 7% burner gases.
In no time, an excellent contact sulfuric acid production process begins. Example <I> 4: </I> 20 parts of V'O5 are reduced to a sulphate & vanadyl solution, as described in the previous examples and diluted with 60 parts of diatomaceous earth.
A solution of potassium hydroxide of twice the normal strength is added in portions, while cold, with vigorous stirring, until the mixture remains just alkaline with respect to the phenolphthalein. The precipitated body is treated in the usual manner, as described in the preceding examples;
it is an excellent catalyst for the oxidation of naphthalene to phthalic anhydride when passing over the catalyst, at 380--420 C, a mixture of vapors of naphthalene and air in the proportion of 1.: 20.
<I> Example 5: </I> Diluted base exchanger bodies are prepared, as described in the previous examples, with diluents which have been impregnated with ferric oxide, ar oxide. gent or copper oxide, the diluents being incorporated into the base exchange body during its -forma = tion. Sufficient normal sulfuric acid is then sprayed onto these products to form the salt-like bodies and to completely neutralize the alkali content of the base exchange body.
Such a contact mass, containing: a, nt 6 -, 8% ferric oxide, is particularly effective for the oxidation of anfhracene to anthraquinone at a temperature of 350-400 C when passes a mixture of, authracene and air in a proportion of 1:40 through the catalyst.
A contact mass as described above, which contains about 4% silver oxide and 6% copper oxide instead of ferric oxide, is excellently suited for the oxidation of. methyl alcohol to .aldehyde form at 370-390 C, by passing the vapors of methyl alcohol and air over the catalyst in the proportion of 1:25 by weight.
Similar catalysts can be obtained by impregnating the diluents with ferric sulfate, silver nitrate or copper nitrate.
<I> Example 6: </I> 12 parts of vanadic acid, <B> a </B>, are treated with sufficient double strength potassium hydroxide solution (le.
normal so that not only all the V \ 0 'is dissolved in the form of potassium vanadate, but there is still an excess of 14 parts of <B> 100 </B>% KOA, the solution is soaked in above described a mixture of 120 parts of quartz, reduced to small particles, and 20 parts of kieselguhr. A secolide solution is prepared by reducing 111 parts of vanadic acid to vanadyl sulfate,
in the usual manner, and neutralizing the excess sulfuric acid with a solution of potassium hydroxide of twice the normal strength.
Solution 2 and suspension 1 are thoroughly kneaded together, then dried at a temperature of 1.00 C. The product is a base exchange body containing i20, V20 'and V20'. The product is broken into fragments and, after preliminary treatment with 7% burner gases at 450-500 ° C., it constitutes an excellent catalyst for the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide.
Example <I> 7: </I> Base exchange bodies are prepared as in Example 6 by using potassium tungstate, potassium chromate, potassium molybdate or potassium tantalate in molecular amounts. - the equivalent la.irement instead of potassium vanadate.
These catalysts are excellently suited for the oxidation of toluol to benzyl aldehyde and benzoic acid and of toluols substituted to the corresponding aldehydes and acids by passing the vapors of these products, mixed with air into the chamber. proportion of 1 <B> .35, </B> by weight, on the contact masses at 840-890 C.
Example <I> 8: </I> 22 parts -of carbonate: of copper are dissolved under the. form of the compound cuproammonium. 10.2 parts of freshly precipitated aluminum hydroxide are dissolved in enough sodium hydroxide solution of double the strength of <B> normal hydroxide </B> to form a clear solution of sodium aluminate and, finally, dissolved in 100 parts of water 24 parts (copper nitrate containing three molecules of water.
The solutions of euproammonium carbonate and sodium aluminate are then mixed together and introduced with stirring. vigorously, 100 parts of kie-selbuhr or 150 parts of quartz or pumice powder.
The solution of copper nitrate is then poured into the mixture, with vigorous stirring, and a blue, gelatinous product is formed which is neutral or slightly alkaline with respect to the. phenolphtalein. The product is. a base exchange body containing sodium, copper and aluminum and is diluted with materials rich in silica.
The <B>, </B> jelly is squeezed and dried at temperatures below 100 C, then it is left on. it is broken into fragments and reduced to 29-0-300 C with hydrogen trapping gases. This results in an excellent catalyst for the reduction of nitrated aromatic compounds to amines; thus, for example, nitrobenzol vapors mixed with hydrogen are almost quantitatively reduced to aniline at 180-260 C. Nitronaplitalin is reduced to naphthylamine in a similar manner.
The same contact mass can also be used to dehydrogenate ci-hexanol at 220-820 C. Similarly, boronol is converted to camphor at 280-300 C and the aldehyde can be reduced. acetic and crotonic aldehyde in the corresponding alcohols, at 80-180 C.
The catalyst can also be used as a chlorine carrier, for example in the production of chlorinated derivatives of methane, or for the chlorination of impurities in aromatic hydrocarbons such as, for example, the chlorination of thiophenes and aliphatic hydrocarbons which exist. as impurities in benzol and which can easily be separated from benzol. after chlorination because of their greatly high boiling point.
Instead of using the catalysts as described, fragments of pumice or quartz can be coated or coated with them with water glass solution, and can then be effectively used as catalysts after reduction with the catalysts. gas containing hydrogen. In this way, a considerable amount of the catalyst can be saved.
Exenz <I> pie 9: </I> The following solutions are prepared: here 30 parts of nickel nitrate are dissolved in 200 parts of water containing 6 molecules of water of crystallization and a sufficient amount of water is added. 25% ammonia until a clear solution of nitrate (# of nickel-ammonium.
A slurry is made of 4 parts of aluminum hydroxide. freshly precipitated with 50 parts of water. then one treats with sufficient a solution of sodium hydroxide of a tenfold strength: of the. normal to form just a clear solution of sodium aluminate.
: 30 One dissolves in 150 parts. Of water 10 parts of nitrate (chromium with. 9 molecules of water of crystallization, then it is also imitated with a solution of sodium hydroxide of tenfold strength. normal, up to c (@ that sodium chlorite is formed.
1-o One dissolves in <B> 50 </B> parts of water S parts of zinc nitrate containing 6 mol- (#ules of water of crystallization and is treated with a quantity of hydroxide solution of sodium, of a tenfold strength of the normal <B>, </B> just sufficient to form sodium zincate.
<B> 50 </B> 40 parts of nickel nitrate are dissolved in 200 parts of water with 6 molecules of water of crystallization.
60 11 parts of zirconium nitrate are dissolved in 150 parts of water with 5 molecules of water of crystallization. <B> 70 </B> 16 parts of titanium nitrate are dissolved in 160 parts of water.
Solutions 1, 3, 3 and: 4 are mixed together and 300 parts of kieselgulir, pumice powder or activated charcoal are stirred therein. or a mixture thereof. Instead of these diluents, pulverized sulfur-free nickel ore can be used. A mixture of solutions 5, 6 and 7 is added to the suspension thus obtained, while stirring v: - g @ odorously.
A 1-elatinous reaction product is formed and, if it is strongly alkaline with respect to phenolphthalein, the excess alkali can be neutralized with 5% nitric acid to that it is just neutral with regard to phenolphthalein, whereby the yield of the base exchange body can be increased. For some bats a very low alkalinity is sufficient, but one should not go to the neutral point at. with regard to sunflower because, then the physical structure of the product would be changed and the exchange powers of bases would be greatly reduced, if not entirely destroyed.
The product is dried at temperatures below 100 ° C. and it then comprises as a base exchanger body containing sodium, ammonium, nickel, aluminum,: chromium, -zinc, zirconium and titanium. Once broken into fragments, it can be used for various uses. Thus, for example, when it is reduced by hydrogen at 300 ° C., an excellent hydrogenation catalyst is obtained for liquid or gaseous reactions.
For example, vapors of acetone and other ketones, mixed with hydrogen, can be reduced by making the corresponding alcohols at -100-120 C. The phenol is hydrogenated to form cy-clohexanol at 220-. 260 C. The naphthalene is reduced to tetralin at 180-220 C and finally, acetic aldehyde can be reduced to ethyl alcohol. 200 C.
The masses can be pulverized .and obtained and reduced by hydrogen to, 300 C; they then constitute excellent catalysts for the hardening of fatty substances and for the reduction of nitro substances, ketones, phenols, aldehydes and hydro: carbons in the liquid state, especially when the reducing agent consists of gases containing hydrogen used at high pressure.
It is also possible to form catalytic mas its for hydrogenations and reconstructions in the liquid phase by means of hydrogen by coating or coating with exchanger bodies: of powdered bases - of granular carriers such as pumice, diatomatous schists, fragments of pottery, metallic bodies such as aluminum granules, etc., by means of water glass or organic adhesives free of sulfur. The catalysts are then used by causing the substances to be reduced to run off, in the liquid or molten state, on the catalysts, in the opposite direction to a stream of hydrogen.
Example <I> 10: </I> 66 parts of crystallized aluminum sulphate containing 15 molecules of water of crystallization are dissolved in 200 parts of water and a solution of sodium hydroxide of a force increases tenfold from normal, until all the aluminum is transformed into sodium aluminate. Another 66 parts of aluminum sulphate are dissolved in 100 parts of water. In the first solution diluents, such as rocks, tuffs or trass of volcanic origin, green sand, coke, charcoal, activated charcoal, kieselguhr or manganese dioxide, are stirred in the first solution, until the suspension is just easy to stir.
The mixture is heated to about <B> 80 '</B> C and the aluminum sulphate solution is added gradually, with vigorous stirring, taking care that even after all of the mixture has been added. in this solution the alkalinity of the mixture remains between the endpoints of phenolphthalein and methyl orange. This usually requires a small excess of alkali in the aluminate solution and the amount of this excess can easily be determined by a small test experiment.
If the reaction product is strongly alkaline with respect to plienolphthalein, the alkalinity can be reduced by adding sulfuric acid - or hydrochloric acid at a strength of 3--5%. A mass is obtained comprising a: base exchange body containing aluminum, which is freed from its mother liquor by pressaning it and which is dried at temperatures below 100 ° C.
After hydration with water, the product is an excellent body teenager for water. The metallate component can be replaced, in part or in whole, by inetallates of one or more amphoteric metals such as zinc, lead, chromium, tin, etc. You can also replace. in part or in whole, the aluminum sulphate with one or more heavy metal salts such as, for example, zinc, lead, zirconium, tin or iron salts.
nickel, cobalt, copper, titanium, clt, manganese and chromium.
These products are suitable as catalysts in reactions which involve the decomposition of water. Example <I> 11: </I> 60 parts of zinc nitrate containing 6 moles of water of crystallization are dissolved in 200 parts of water and sufficient sodium hydroxide solution is added. The force increases tenfold from the normal until the zinc hydroxide which precipitates first is dissolved as the zincate.
12 parts of basic copper carbonate are then stirred with 150 parts of water to form a slurry, and enough ammonia is added to dissolve the copper in the form of cupronium carbonate. A little ammonia is then added to the solution of: zincate, then the solution of cuproammonium carbonate is poured into it. To this mixture are added, as diluents, 100 to 150 parts of: quartz, asbestos, manganese dioxide, or a mixture of these.
30 parts of chromium nitrate containing 6 molecules of water are dissolved in 300 parts of water and 48 parts of cadmium nitrate containing 4 molecules of water are dissolved in 500 parts of water. These -two solutions are then mixed and this mixture is poured into the suspension described above, taking care that the mixture remains alkaline or neutral. with respect to phenolphthalein.
A gelatinous mass is obtained which is pressed and carefully dried at temperatures below <B> <I> 100 '</I> </B> C, after which it is treated for a time considerable with gases containing hydrogen, at 300 C.
The base exchange body contains zinc, copper, - chromium and cadmium - diluted with quartz, binder and manganese dioxide, or mixtures, and it is an excellent contact mass. for the reduction of carbon oxides by hydrogen at 250--400 C, at high pressure and, if necessary, in a circulatory process, to produce higher aliphatic alcohols and ketones, eri more -methyl alcohol.
If ammonium is introduced by base exchange, replacing a maximum of exchangeable bases in the exchanger & bases, the resulting product promotes the production of methyl alcohol under the reaction conditions described above. . Example <I> 12: </I> A mixture of the following three solutions is formed:
30 parts of zinc nitrate containing 6 molecules of water, dissolved in 100 parts (.water and transformed into potassium zincate by means of a solution of sodium hydroxide of a strength, tenfold normal: 15 parts of cadmium nitrate with 4 molecules of water, dissolved in 200 parts of water, which is also converted into potassium cadmium by means of a solution of sodium hydroxide of a strength. force five times normal;
10 parts of aluminum oxide freshly precipitated from a solution of aluminum nitrate by means of ammonia and converted into sodium aluminate: with a solution of sodium hydroxide of a strength twice the. normal. We add to. ,: e mixture of asbestos powder or. pumice powder until the residue is just easy to stir. To this suspension is added in a thin stream a solution of 45 parts of ferric nitrate containing 9 molecules of water and dissolved in 450 parts of water.
The mass formed contains a base exchanger containing potassium, sodium, zinc, aluminum, cadmium and iron. When pressed and dried below 100 C and reduced to 300 C in a stream of hydrogen, the product is an excellent reduction catalyst for obtaining liquid reduction products from gas to purified water, with or without elevated pressure, the reaction taking place at about 300-450 C. The reduction products resemble mineral oils and are well suited as synthetic fuels for engines.
When the synthesis is carried out without pressure. the catalysts described in Example 11 can advantageously be available in thin layers, at the top of the catalyst described in the present example. The alcohols and ketones produced by the first catalyst are thus condensed, by the catalyst of the present example, into hydrocarbons of a petroleum-like type. Intimate mixing of the three types of catalyst is also beneficial in many cases.
Example <I> 13: </I> The following four mixtures are prepared: 5 parts of aluminum oxide are dissolved in a minimum of sodium hydroxide solution of a strength five times the normal, to form sodium aluminate.
14 parts of zinc nitrate containing 6 molecules of water are dissolved in 100 parts of water, and enough sodium hydroxide solution of ten times normal strength is added to dissolve the zinc at l. state of sodium zincate.
1.8 parts of chromium nitrate containing 9 water molecules are dissolved in 200 parts of hot water.
40 18 parts of thorium nitrate containing 12 molecules of water are dissolved in 100 parts of water. Solutions 1 and 2 are poured together and 250 parts of carbonated oxidized iron are vigorously kneaded. after which solutions 3 and 4 are added and the whole is also kneaded vigorously. The reaction mixture formed is filtered off with suction, pressed and dried at. a temperature of 150 C.
We then break into pieces the cake formed which constitutes a screening body - '(#c: core base, containing sodium, aluminum, zinc, chromium and thorium which acts as an adhesive and a porous skeleton for pulverized iron ore.
The product thus obtained is an excellent contact mass, since the base exchange body which forms its backbone has a very desirable sorbent and adsorbent capacity. We had to make asa; 7th chi product, with excellent effect, as a catalyst for the process: ie manufacture of gas. water in which steam and carbon monoxide are transformed into carbon dioxide and hydrogen. We pass from gas to water, purified or not, together with a slight excess of fear on the contact mass at 400-600 <B><I>C</I> </B>.
E.reiér7.ple <I> 1.4: </I> The following mixtures are prepared: l o Freshly precipitated iron oxide is prepared by: adding ammonia at 5-6% to. 10-15% ferrous nitrate solution, 1.40--50 C, until the reaction is ammoniacal. The finely divided iron oxide is then washed carefully in distilled water to remove ammonium nitrate and dried at temperatures below 100 o C.
24 parts of dioxide (lead, in the form of sodium plumbite) are dissolved in water to form a 10% solution.
5 parts of fresh aluminum oxide are dissolved. precipitated in potassium hydroxide of double strength <1a. normal to form potassium aluminate. 18 parts of thorium nitrate containing 12 molecules of water are dissolved in 100 parts of water.
50 25 parts of copper nitrate containing 3 molecules of water are dissolved in 100 parts of water.
We put: the freshly precipitated iron oxide in suspension in the solutions of plumbite and aluminate, then or add the solutions of thorium nitrate and copper nitrate. The resulting reaction product is pressed completely and dried at 80-90 ° C., after which it is broken into fragments.
The product is: a catalyst containing potassium,. Sodium,. Thorium, and copper greatly diluted with precipitated iron oxide and is excellently suited for the oxidation of ammonia. as nitrogen oxides at (temperatures of 500 --- 600 C using gases containing o:
zygene. The base exchange body by turning iron oxide can, due to its chemical and physical characteristics, be considered both an adhesive and an agent which increases the catalytic activity of iron oxide. Example <I> 15: </I> 1000 parts of freshly precipitated iron oxide are suspended in 300 parts of water to form a slurry.
15 parts of freshly precipitated aluminum oxide are dissolved in potassium hydroxide at twice the normal strength to form potassium aluminate, and left therein for 10. '/ o alkali.
The iron oxide is then stirred therein and, fi nally, is added to the. suspension of alumina and iron oxide 40 parts of zirconium nitrate containing 5 molecules of water, dissolved to form a solution. 5%. taking care that the final mixture remains alkaline at. with regard to phenolphthalein. The product pa is filtered;
r suction and dry the cake at temperatures below 1. (10. C, after which it is broken into -fragments, - - The resulting mass, containing iron oxide impregnated with a base exchanger body containing potassium, aluminum and zirconium is an excellent catalyst - for the synthesis of ammonia,
the uniformly distributed base exchange body acting as an exciter in the activity of iron oxide due to the presence of aluminum and zirconium oxides and also acting as a regulator, because of. presence of potassium. In addition to these two desirable characteristics, the physical structure of the base exchange body is highly desirable for catalytic uses and maintains its absorbing and adsorbing powers for nitrogen and hydrogen, even at. high temperatures.
The duration said catalyst is. very considerable, even at temperatures at which the. synthesis of ammonia takes place and it is, therefore, very effective for long periods of time.
An excellent ammonia yield is obtained when the catalyst is treated for a short time. time interval, at 1.00-600 C, with a mixture of hydrogen el; nitrogen and then passed a mixture of hydrogen and nitrogen, in the proportion of 3 to 1, over it at a temperature of 100-600 C. <I> Example 16: </I> Efficient catalysts, similar in composition to those of Example 15, can be prepared for the synthesis of ammonia by a fusion process.
15 parts of aluminum oxide, 11.5 parts of zirconium oxide and 18 parts of anhydrous potassium carbonate are ground together and mixed thoroughly with 1.00 parts of iron oxide, in particular (1 Magnetic iron oxide, or with a corresponding amount of pulverized iron rim.
The mixture is then melted and this produces a catalyst in which the iron oxide is impregnated with a base exchange body containing potassium, aluminum and zirconium which can be used for the synthesis of ammonia. .oniac under the conditions described in Example 15.
Instead of performing the. fusion as has just been described, it is possible to introduce an intimate mixture of iron oxide and the constituents of the base exchange body in a tower and to pass over this mixture a gaseous mixture, hot, air and : organic substances preferably having a temperature of .10.0-500 <B> C </B>. A catalytic oxidation process occurs in which organic substances are completely burnt off by the air and impurities are removed. while the heat which is given off in the exothermic reaction causes the constituents of the catalyst to agglutinate or sinter, or melt completely.
The sintered or molten material contains the base exchange body in its nascent state and constitutes an excellent catalyst for the synthesis of ammonia. The iron oxide can be substituted with iron and the constituents of the base exchange bodies can be ignited in the appliance. spraying of Schopp-11Ieuter. The resulting fried material, in which the.
Base exchange body is uniformly formed, is very efficient for the synthesis of ammonia. <I> Example 17: </I> 10 parts of aluminum hydroxide are dissolved in a potassium hydroxide solution of double the normal strength, to form potassium aluminate, as this has. been described in the previous examples. 40 parts of chromium nitrate containing 9 molecules of water are dissolved in 300 parts of water and transformed into a solution of potassium chromite with a solution of potassium hydroxide of tenfold strength. from normal. 70 parts of thorium nitrate containing 12 molecules of water are dissolved in 200 parts of water.
The chromite and aluminate solutions are mixed together and coke, activated charcoal or silica gel is stirred in them until the mixture remains just easy to stir. The thorium nitrate solution is then poured into it, taking care that the whole mixture remains neutral or alkaline with respect to the phenolphthalein. The product is filtered off by suction, dried below 1.00 ° C, hydrated for a short time, then the alkali is exchanged for calcium by digestion with a solution of calcium nitrate at 5%.
Once the base exchange is complete, the product is washed thoroughly and is subjected to a subsequent treatment with a 2% vanadate solution, whereby it forms, with the vanadate, a salt-like body.
The product thus obtained is an excellent catalyst for the synthesis of hydrogen cyanide. starting from ammonia and carbon monoxide. The water formed in this synthesis can be easily removed by adding to the catalyst a water gas catalyst, such as that described in Example 13.
Example <I> 18: </I> Is dissolved in 100 parts of water 80 parts of chrome nitrate, containing 9 water molecules, which is converted into a solution of potassium chromite with a solution of hydroxide with a strength tenfold than normal.
The alkalinity is then reduced with a 5% solution of nitrogen acid which is added, with vigorous stirring, until the mixture remains slightly alkaline or α neutral, the eq.rd of the phenolphthalene. A gelatinous suspension forms which is mixed with 500 volumes of lignite, coke or silica gel with, if desired, addition of manganese dioxide and dried while stirring to prevent the mass from settling. glutinate,
the temperature being maintained below <B> 100 '</B> C. After drying, the mass is hydrated with 500 parts of lukewarm water allowing the water to drip slowly through the mass. After hydration, the product is dried again.
The resulting body, in which the li genite, coke or hydrated silicic acid act as a carrier, and in which the potassium-chromium base exchange body is impregnated, is excellently suited as a gas scrubbing mass to remove sulfur from gas. gas by passing these over the contact mass at 400-450 ° C. The efficiency of the catalyst for gas cleaning can frequently be increased by digestion with ammonium salts to effect a base exchange.
Example <I> 19: </I> A concentrated solution of sodium aluminumate is prepared by dissolving 10 parts of aluminum oxide in a solution of sodium hydroxide having a strength of 5 times. normal and dissolved in 200 parts of water, 40 parts of ferric nitrate containing 9 molecules of water. 500 parts of ferric oxide are kneaded in the aluminate solution after incorporation of 50 parts of monazite sand-waste.
The nitrate and iron solution is then added; in small portions, shaking vigorously; the product is pressed, dried below 100 ° C., broken into fragments and calcined. The mass thus obtained contains a sodium, aluminum and iron base exchanger, intimately diluted with ferric oxide and monazite sand, and is an excellent catalyst for flameless combustion, which 'we call surface combustion. Combustible gases are passed through, mixed with gases containing oxygen. on the. contact mass to 350 to. 450 C.
Example <I> 20: </I> 18 parts of vanadium pentoxide are suspended in 300 parts of water made weakly acidic with -sulphuric acid -concentrated and reduced, with an - sulphurous bydride, in blue vanadyl sulphate, in the usual manner. The solution is boiled and concentrated to 150 parts of water. 10 parts of aluminum oxide are converted to potassium aluminate with a hydroxide solution of a strength fifteen times the. normal.
One-third of the vanadyl sulfate solution is treated with a potassium hydroxide solution of ten times normal strength. to transform it into the coffee brown potassium vanadite which is then mixed with the potassium aluminate solution and 100 parts of diatomaceous earth are added. After that, the remaining two-thirds of the vanadyl sulfate solution is added with vigorous stirring. The end product <B> of </B> the. reaction: must -demeu rer strongly. alkaline with regard to sunflower.
The product is pressed, dried as usual below 100 ° C, broken into fragments, then sprayed: above @ 10% sulfuric aid until the body similar to a salt is formed with the potassium, vanadyl and aluminum base exchange body which is diluted with diatomaceous earth. During spraying, the fragments should preferably be heated to stir.
The product obtained after treatment with air at 400 C is an excellent catalyst for the vapor phase oxidation of naphtha line to phthalic anhydride by not using the catalyst at. 380-410 C, a mixture of mothball vapors and air in 1: i. proportion of 1 to 1.8 by weight. Kremple .'21: We prepare <B> the </B> base exchange body like this. is described in Example 20: but, instead of reacting it with sulfuric acid to form a salt-like body, it is digested for a considerable time with a solution of copper nitrate. 5%, so that part of the alkali is replaced by copper.
The product thus obtained is an excellent oataly- Spur for the oxidation of methyl alcohol in formaldehyde in the vapor phase at 360--400 C. A mixture of methyl alcohol gas is passed through the catalyst. and air in the proportion of 1 to. 10. Example <I> 22: </I> A catalytic mass is prepared containing a base exchange body as described in Example 21; but, instead of digesting it with copper nitrate, a 5% solution of ferric nitrate is used in order to replace as large a quantity as possible of the alkali by ferric oxide. .
The product thus obtained is an excellent: catalyst for the catalytic purification of ammonia - tar from boiling by passing over the catalyst ammonia vapors mixed with air at 860-450 C, which causes organic im purities to be oxidized to carbon dioxide and; water, with production of a little elemental nitrogen.
Example 23: A mass containing a base exchanger is prepared as described in Example 21, but instead of using 10 parts aluminum oxide, or using 20 parts of aluminum oxide. aluminum oxide and a corresponding quantity of potassium hydroxide, the solution of potassium aluminate being diluted with 60-70 parts of kieselguhr, fragments, pumice or quartz fragments, the alkalin base exchanger body being neutralized with,
.sulfuric acid to form a salt-like body. The product thus obtained is an excellent catalyst for the catalytic oxidation of benzol, toluol, phenol and tar acids to maleic acid. We pass on the catalyzer, to. 360 450 C, the gas mixture of these hydrocarbons or aromatic compounds and air in the proportion of 1 to 20.
Example .'- 34: The following four mixtures are prepared: <B> 10 </B> 19 parts of beryllium nitrate containing 3 molecules of water are dissolved in 100 parts of hot water and sufficient quantity of water is added. sodium hydroxide solution of five times the strength of normal to form sodium beryllate.
30 parts of zinc nitrate, containing 6 molecules of water, are dissolved in 100 parts of water, which is also converted into the zincate by means of sodium hydroxide of a strength five times the normal .
<B> 30 </B> Is dissolved in 200 parts of water 5.5 parts of thorium nitrate containing 12 molecules of water. P 25 parts of zirconium nitrate containing 5 molecules of water are dissolved in 250 parts of water.
We pour solutions 1 and 2 together and add unglazed porcelain pulverized until the suspension remains just easy to. stir. After that a mixture of solutions 3 and 4 is added, taking care that the resulting mixture remains alkaline. with regard to phenolphthaleine.
The body obtained contains a sodium base exchanger body. beryllium, zinc, an thorium and zirconium, and. unglazed porcelain as a thinner, and it is an excellent catalyst for so-called aldolizations and crotonizations. When acetic aldehyde vapors are passed through a thick layer of this catalyst at elevated temperatures, they convert to aldol or crotonic aldehyde, depending on the reaction conditions. The latter can be used as a raw material for the. reduction to normal butyl alcohol by means of hydrogen and copper reduction catalysts such as those described in Example 8.
Example <I> 25: </I> 60-80 parts of kieselguhr are impregnated with a solution of ammoniacal silver vanad.ate prepared by reacting 18 parts of VZO \, under the. form of sodium metavanadate dissolved in 250 parts of water, with 34 parts of silver nitrate also dissolved in 250 parts of water.
The precipitated yellow silver vanish is then separated from the mother liquor in the usual manner and suspended in 100-150 parts of water to form a slurry. 20% aqueous ammonia solution is added until all of the silver has dissolved. After impregnation, the impregnated li: ieselgnhr is heated to completely remove the ammonia.
10.2 parts of freshly precipitated aluminum oxide are dissolved with. in about 40 parts of 100% KOH in 300 parts of water to form the 2-potassium aluminate and one. dissolves in 52-parts water 57 parts of ferric sulphate with 9 molecules of water of crystallization.
The aluminate solution is mixed with the impregnated kieselguhr after which the ferric sulphate solution is poured in with vigorous stirring, thereby forming a base exchange body containing kieselguhr impregnated with the diluent. . The precipitate is pressed, washed with 200 parts of water in small portions, dried in the usual manner at temperatures below 100 ° C. and broken into fragments.
These fragments are calcined and they form an excellent contact mass for the catalytic oxidation of sulfur dioxide, giving up to 98% of theoretical yield starting with burner gas <<6-9%, the The reaction being carried out between 120 and 450 <B> 0 </B> C. The aluminum-iron base exchanger body forms with silver va.nadate in the form of diluent an excellent catalyst.
The a.lumina.te can be replaced by other meta.llates such as, for example, potassium benTllate and one can, in the same way, replace the iron sulphate by other metallic salts such as copper sulphate, copper sulphate, carbon sulphate, nickel sulphate, etc.
The silver vanadate can be replaced, in part or in whole, by other salts of tetrava.lent and penta.valent vanadium such as, for example, copper vanadate, iron vanadate, manganese vanadate or van.ad ate of calcium.
Example 26: 14 parts of V205 are suspended in 250 parts of water to form a broth; it is acidified with 5 parts of concentrated sulfuric acid and then reduced to blue vanadyl sulphate, in the usual manner, by means of gas containing SO 2 which is passed through the solution. the. boiling temperature.
125 parts of 33 Baumé water glass are then diluted with 200 parts of water and about 40 parts of cellite are stirred therein. Pour in after that. the. Soluble glass solution in the vanadyl sulfate solution, with vigorous stirring, precipitates vanadyl silicate. Care must be taken that after all the solutions have reacted the resulting mixture is neutral to sunflower.
10 parts of freshly precipitated aluminum oxide are treated with enough of a half-normal strength KOTH solution to dissolve the aluminum oxide as potassium aluminate and to have an excess of 10. % KOH. Dissolve in 250 --- 00 parts cd'e.au 37 parts of ferric sulfate containing 9 molecules of water of crystallization. Then pour into the aluminate solution, stirring.
v anadyl silicate diluted with cellite and after that the ferric sulfate solution is added, which produces a base exchange body in which va.nadyl silicate is incorporated homogeneously as a diluent . The reaction product is processed in the usual manner, pressing and drying below 100 ° C., and breaking it into fragments.
These fragments are calcined with air at 400 C, then with 6-8% burner gases at 420-500 C, which: in a short time gives an excellent catalyst for the manufacture of sulfuric acid by contact.
Use can also be made of the catalyst for the oxidation of-anthracene to anthraquinone and acenaphthene to naphthalic anhydride by passing these aromatic hydrocarbons over the catalyst, in the vapor phase, mixed with air; in the. proportion: from 1 <B>: 30 </B> to 1: 40, the temperature being maintained around 360--420 C.
F.reïrtple <I> 27: </I> A vana.dyle base exchange body is prepared by suspending 20 parts of V20 '' in 500 parts of water, adding a little concentrated sulfuric acid , then reducing the V206 with gases containing sulfur dioxide, to the point of boiling, until it is completely transformed into blue vanadyl sulfate.
The va- nadyl sulfate solution is then divided into two halves, one of which is treated at 50-60 ° C. with sufficient KOH of a strength five times normal to form a coffee-brown, clear solution of potassium vanilla to which are added 50 parts of cellite earth as a diluent, after which the second half of the original solution is added, with vigorous stirring,
taking care that the alkalinity remains between phenolphthalein red and sunflower blue. The gelatinous product is filtered off by suction, but it is not dried; it constitutes a base exchange body with va.nadyl.
O.n. Dissolved 10.2 parts of freshly precipitated aluminum oxide with 40 parts of 100% KOH in 200 parts of water. The vanadyl base exchange body described above is then stirred into the solution and to the aluminumate mixture is added, with vigorous stirring, an aqueous solution to. 10% containing 37 parts of ferric sulphate with 9 molecules of water or 44.4 parts of aluminum sulphate with 18 molecules of water, or a mixture of the two.
The reaction product. : obtained, which is an exchanger body & bases with aluminum and iron and which possesses no catalytic properties only for the catalytic oxidation of sulfur dioxide or for the catalytic oxidation of organic compounds, is diluted with the catalytically active vanadyl base exchanger body and is thereby transformed into a very active contact mass for the processes in question. The reaction product is filtered off by suction, dried and breaks into fragments.
The fragments can be treated with 5% solutions of copper sulfate, silver nitrate, cobalt nitrate or iron nitrate to partially replace the alkali with these metals. The product can also be treated with salts of the oxygen acids of the metals of the fifth and sixth groups, preferably with a 1% ammonium vanadate solution, resulting in a salt-like body after soluble constituents were washed away.
The products are calcined with air. Or -gas containing carbon dioxide -de, at 400 C, leaving the. heat-up temperature to rise gradually in order to prevent undesirable changes in the structure of the base exchange body. .after this preliminary calcination, the product is treated with 3-7% burner ga.z, at 400 C, which transforms it into a contact mass for the contact sulfuric acid manufacturing process which can occur at temperatures of 420 to 500 C.
The same catalyst is well suited for the catalytic oxidation of organic compounds, such as naphthalene to phthalic anhydride and maleic acid, anthracene to ant: hraquinone, acenaphthene to, naphthalic anhydride, toluol and its substitutes. the corresponding benzylic aldehydes or ben zoic acids, .or methyl alcohol in formaldehyde.
Passed over the catalyst at. 350-420 C, the vapors of organic compounds mixed with air or other gases containing oxygen such as, for example, CO 2 and oxygen, in the. proportion of 1 part -of organic compound to 100 to. 30 parts of air.
In this example, the aluminum iron base exchange body can be viewed as a complex regulator, for the catalyst, in these reactions. To promote the regulating action of the catalyst in the metering, various adjuvants can be added in the form of silicates or heavy metal oxides such as ferric oxide, copper oxide, titanium dioxide, carbon dioxide. manganese, zirconium dioxide, cerium dioxide, oxide, beryllium, calcium oxide, coâ.a oxide: lt or thorium dioxide.
They can be added individually or in mixtures and can advantageously be formed in the nascent state. The amount of adjuvant added depends on the desired effect; usually from 2 to. 5% of these adjuvants give good results. Of course, they can be added in the same way as any other -di luent, as has been described, in a: eneralc way, in the introduction to this memory.
A different way to introduce adjuvants is to substitute for. all. or part of the constituents metal salts of the body exchanging bases of the corresponding amounts beryllium sulphate. -silver nitrate, nickel sulphate, cadmium sulphate or inorganic acid salts similar to these bases.
In many cases. it is desirable to neutralize the excess alkali in the <B> </B> reaction products with a 5 <B>% </B> mineral acid, te ', than hydrochloric acid, sulfuric acid>.
<B>, </B> ac, 4de nitrogen, etc.,. Until the alkalinity has been brought to the desired point. Other cata.lytically active base exchange bodies can, of course, be introduced as diluents, instead of that described.
Example <I> 28: </I> It is also possible to make catalytic masses according to the present invention with zeolites as diluents, the zeolites being catalytically active.
For example, for the preparation of the zeolite, 18 parts of V = 0 'are acidified with a little concentrated sulphuric acid; it is suspended in 50 parts of water and reduced with gases containing sulfur dioxide. :of the. Usually at elevated temperature to form a solution of vanadyl sulfate which is then treated with KOH of a strength> quintuple of normal to form a clear, coffee brown solution of potassium vanadite.
24 parts of SiO 2, in the form of 33% potassium-based soluble glass, are dissolved in 4-5 volumes of water and 50 parts of broken bricks, diatomaceous earth, or water are stirred therein. commercial activated silicic acid. The solutions are then poured together, heated to 65-75 C, and carefully added with 5% hydrochloric acid, or sulfuric acid, until all is dissolved. mass solidifies into a gel which is then pressed and washed with 200 --- 300 parts of water.
Instead of transforming all the vauadyl sulphate into potassium vanadite, we can thus transform a third of it, which is then added to the water-glass solution, and to this add the remaining two-thirds of the sulphate of potassium. vanadyl by forming what may be called a three-component vanadyl zeolite which is separated from the mother liquor in the usual manner.
A vanadyl zeolite can also be prepared by dissolving 18 parts of V'0 'in normal KOII, to form potassium metavaaiadate, and then reacting it with 1α. dilute water-glass solution that contains brick, debris. diatomite. The reaction can be carried out by mixing the two components at 60--80 C and gradually adding ù.5% hydrochloric acid until the whole solidifies into a jelly. The zeolite thus obtained is then purified in the usual manner.
Aluminum and iron bases can then be incorporated into an exchange body. As described in Example 27, any of the catalytically effective zeolites so prepared, incorporating it with either of the reaction components, in the usual manner. If desired, -5% of an activator described in the previous example can be formed in situ in order to obtain an even finer assay of catalytic activity.
The contact masses obtained after scrubbing and calcination are excellently suited for a process for the manufacture of sulfuric acid by contact by operating with 6-9% burner gases at 40l1--80 C. By appropriate proportioning. regulator and activators, we can adapt the. contact mass with the oxidation of organic compounds; gum, for example the oxidation of anthracene to anthraquinone, by passing the vapors of the first, mixed with air in the proportion of 1: -10 by weight, on the. mass (the contact at 3.60-420 C.
Example 29: 15 parts of V'O 'are dissolved in a KOH solution of half standard strength in the form of potassium metavanadate. One parts of freshly precipitated aluminum oxide are dissolved in 35 to 40 parts of 100% KOH dissolved in 50 parts of water to form a solution. potassium aluminate.
The two solutions are poured together and a mixture of 20 parts of TiO 2 and 50 parts of kieselguhr is stirred. After that, about 300 parts of water are dissolved in 17 parts of aluminum sulphate with 18 molecules of water, mixed with 20 parts of ferric sulphate having 9 molecules of water and the mixture is gradually poured. solution in the va- nadate suspension, at temperatures of about 50 to G0 C.
5% sulfuric acid is then added gradually until the desired alkalinity, or neutrality, with respect to phenolphthalein is achieved. The resulting reaction product is a vanadium, aluminum and iron base exchange body diluted with titanium oxide and kie .. selguhr. This product is freed from the mother tea in the usual way, washed with three or four times its weight of water,
then it is dried at a temperature below 100 ° C. The product is then broken into fragments and it is an excellent catalyst for the process of manufacturing sulfuric acid by contact as well as for the catalytic oxidation of organic compounds. Under the usual reaction conditions, like this. has been described in the foregoing examples, part of the constituents of the base exchange body can be regarded as regulators for the catalytically effective constituents and titanium dioxide appears to act as an adjuvant for these regulators. We can also treat the. mass of conta-and with water, after drying, so -de hydra ter, and the. then calcine before use.