CN102350343B

CN102350343B - 一种Pd-Pt合金结构化催化剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102350343B
Application number: CN 201110235614
Authority: CN
Inventors: 刘少文; 王文灿; 包传平; 李萍; 赵慧平; 尹玲玲
Original assignee: Wuhan Institute of Technology; Huanggang Normal University
Current assignee: Wuhan Institute of Technology; Huanggang Normal University
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: CN102350343A

Abstract

本发明属于催化加氢技术领域，具体涉及一种Pd-Pt合金结构化催化剂的制备及其应用。本发明提供了一种Pd-Pt合金结构化催化剂，载体为堇青石蜂窝陶瓷。Pd-Pt合金结构化催化剂中Pd-Pt含量为0.01～20wt％，金属Pd与金属Pt的摩尔比为1∶0.01～10。其制备方法为：(1)载体预处理；(2)制备涂层；(3)涂覆活性组分；(4)还原。本发明所提供的Pd-Pt合金结构化催化剂在间二硝基苯催化加氢反应中比传统的Pd/C和Pt/C催化剂性能更好。

Description

一种Pd-Pt合金结构化催化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于催化加氢领域，具体涉及一种Pd-Pt合金结构化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

间苯二胺，又名间二氨基苯，白色针状晶体。该物质具有较高的热变形温度，优异的力学性能、介电性能和耐腐蚀性能，同时具有较强的耦合能力，在染料工业中广泛用于偶氮染料、毛皮染料、活性染料和硫化染料的中间体，如制造碱性橙、硫化黄等，还可用于制造媒染剂、染发剂、橡胶配合剂等。近年来，由间苯二胺与苯二甲酰氯合成的耐高温芳香聚酰胺树脂和阻燃纤维获得了一些特殊的用途，如制作成防护服、航空航天材料等，其需求日益增长。

间二硝基苯催化加氢的反应器目前主要有两种，一种是搅拌反应釜，即泥浆流反应器，反应釜内浓度、温度分布较均匀，且催化剂颗粒尺寸较小，因此催化剂表现出较高的活性与选择性。但催化剂与产物难分离，且生产为间歇操作。另一种则是滴流床反应器，装置可以连续生产，但由于采用的催化剂颗粒尺寸较大，致使反应物分子扩散到催化剂活性表面(主要是内表面)的距离与阻力不同，因而吸附在不同催化剂表面的反应物浓度存在一定的差距，最终造成催化剂的选择性降低。因此，开发出一种能与反应器相适应的催化剂显得尤为迫切。结构化催化剂，又称整体催化剂，它具有连续、单一的结构。由许多环形、六角形、方形、三角形或正弦曲线形构成的平行通道组成。与粒状催化剂载体相比，结构化催化剂载体具有不同的工程性质，主要表现在传热、传质和压力降上。结构化催化剂能够降低反应床层的压降，改善化学反应的传热与传质效率，进而提高反应的转化率与产物收率。其具有的模块化的整体结构，使得反应器的装卸与维修大为简便，从而降低投资与操作费用。但是与颗粒状催化剂床层相比，结构化催化剂单位体积床层活性表面积较小，难以满足催化反应对比表面积的要求，并且载体与金属催化剂的相互作用弱。

催化加氢常用的催化剂有Pd、Pt、Ni。为了提高催化剂的活性、稳定性和选择性，以及进一步降低贵金属组分的用量等，往往会在催化剂中添加其他金属组分，形成了双金属或多金属催化剂。这类催化剂中两种或多种金属粒子在分布上的彼此穿插和性能上的相互配合，往往表现出更高的催化活性、选择性和更长的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种Pd-Pt合金结构化催化剂，本发明解决了反应物在与催化剂接触时浓度分布不均、反应物扩散阻力及距离不同、选择性差等问题。

本发明提供了一种Pd-Pt合金结构化催化剂的制备方法。

本发明还提供了Pd-Pt合金结构化催化剂的应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种Pd-Pt合金结构化催化剂，载体为堇青石蜂窝陶瓷，于载体上涂覆γ-Al₂O₃涂层，Pd-Pt合金结构化催化剂中Pd-Pt含量为0.01～20wt％，金属Pd与金属Pt的摩尔比为1∶0.01～10。

本发明堇青石蜂窝陶瓷的孔密度优选为62cells/cm²。

载体预处理：将硝酸溶于水中，配置成硝酸溶液，将堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于上述硝酸溶液0.1～3h后取出，用清水冲洗至中性；

Pd-Pt合金结构化催化剂制备方法包含以下步骤：

(1)载体预处理：将硝酸溶于水中，配置成硝酸溶液，将堇青石载体浸渍与上述硝酸溶液0.1～3h，取出堇青石，用清水冲洗至中性。

(2)制备涂层：将γ-Al₂O₃分散到水中，配制成γ-Al₂O₃悬浮液，将上述预处理的堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于γ-Al₂O₃悬浮液0.1～3h，旋转干燥10～24h，70～140℃干燥，200～800℃焙烧，得到催化剂前躯体。涂覆活性组分：配置0.01～10wt％氯化钯水溶液和0.01～10wt％氯铂酸水溶液，按钯铂比为1∶0.01～10的比例将氯化钯水溶液和氯铂酸水溶液混合后，加入稀硝酸调节pH至1～6.5，搅拌，将上述涂层浸渍于该溶液0.1～5h，70～140℃干燥，200～600℃焙烧。

(3)还原：将上述制备的催化剂经过氢气还原，还原温度为200～600℃。

步骤(1)所述硝酸浓度为0.1mol/L～5mol/L，

步骤(2)所述γ-Al₂O₃溶液浓度为0.1～50wt％。

步骤(3)所述氯化钯溶液为0.001～5wt％，氯铂酸溶液为0.001～5wt％。

步骤(4)所述还原气体流速为5～200ml/min。

本发明γ-Al₂O₃粒径优选1～50μm。

本发明获得的结构化催化剂，可用于间苯二胺的催化加氢合成，能克服传统工艺过程中间歇生产、催化剂与产物分离困难等缺点，为间苯二胺的高效大规模生产创造条件。

具体实施方式

以下通过实施例进一步描述本发明，但不限于此实施例。

实施例1

配置3mol/L的硝酸溶液，将堇青石蜂窝陶瓷(孔密度为62cells/cm²)载体浸渍于硝酸溶液1h，水洗至中性，干燥。配制浓度为10wt％的γ-Al₂O₃溶液(γ-Al₂O₃平均粒径为3μm)，将硝酸处理过的堇青石载体浸渍于γ-Al₂O₃溶液，使涂层量达到30wt％。配置0.42wt％氯化钯水溶液和0.08wt％氯铂酸水溶液，然后将氯化钯水溶液和氯铂酸水溶液混合得混合溶液(Pd∶Pt＝5∶1)，干燥2h，400℃焙烧4h，500℃氢气还原4h，制备出Pd含量为0.5wt％的Pd-Pt合金催化剂。在结构化反应器中，反应压力为4Mp，反应温度90℃，用高压计量泵向反应器中打入25wt％的间二硝基苯乙酸乙酯溶液，氢气流量为100ml/h，进行间二硝基苯催化加氢合成间苯二胺反应。每30min采集一次样品，并用气相色谱(FID)检测分析产物组成，间二硝基苯转化率为99％，选择性为98％。

实施例2

配置2.5mol/L的硝酸溶液，将堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于硝酸溶液1h，水洗至中性，干燥。配制浓度为20wt％的γ-Al₂O₃溶液(γ-Al₂O₃平均粒径为45μm)，将硝酸处理过的堇青石载体浸渍于γ-Al₂O₃溶液，使涂层量达到20wt％。配置0.84wt％氯化钯水溶液和0.16wt％氯铂酸水溶液，然后将氯化钯水溶液和氯铂酸水溶液混合得混合溶液(Pd∶Pt＝5∶1)，干燥3h，500℃焙烧4h，300℃氢气还原3h，制备出Pd含量为0.5wt％的Pd-Pt合金催化剂。在结构化反应器中，反应压力为3.5Mp，反应温度100℃，用高压计量泵向反应器中打入20wt％的间二硝基苯乙酸乙酯溶液，氢气流量为100ml/h，进行间二硝基苯催化加氢合成间苯二胺反应。每30min采集一次样品，并用气相色谱(FID)检测分析产物组成，间二硝基苯转化率为96％，选择性为93％。

实施例3

配置1mol/L的硝酸溶液，将堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于硝酸溶液1h，水洗至中性，干燥。配制浓度为10wt％的γ-Al₂O₃溶液(γ-Al₂O₃平均粒径为20μm)，将硝酸处理过的堇青石载体浸渍于γ-Al₂O₃溶液，使涂层量达到10wt％。配置0.44wt％氯化钯水溶液和0.06wt％氯铂酸水溶液，然后将氯化钯水溶液和氯铂酸水溶液混合得混合溶液(Pd∶Pt＝8∶1)，干燥2h，400℃焙烧3h，300℃氢气还原4h，制备出Pd含量为4wt％的Pd-Pt合金催化剂。在结构化反应器中，反应压力为3Mp，反应温度100℃，用高压计量泵向反应器中打入20wt％的间二硝基苯乙酸乙酯溶液，氢气流量为100ml/h，进行间二硝基苯催化加氢合成间苯二胺反应。每30min采集一次样品，并用气相色谱(FID)检测分析产物组成，间二硝基苯转化率为72％，选择性为96％。

实施例4

配置1mol/L的硝酸溶液，将堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于硝酸溶液1h，水洗至中性，干燥。配制浓度为20wt％的γ-Al₂O₃溶液(γ-Al₂O₃平均粒径为30μm)，将硝酸处理过的堇青石载体浸渍于γ-Al₂O₃溶液，使涂层量达到50wt％。配置0.44wt％氯化钯水溶液和0.06wt％氯铂酸水溶液，然后将氯化钯水溶液和氯铂酸水溶液混合得混合溶液(Pd∶Pt＝10∶1)，干燥3h，400℃焙烧4h，300℃氢气还原4h，制备出Pd含量为4wt％的Pd-Pt合金催化剂。在结构化反应器中，反应压力为2.5Mp，反应温度100℃，用高压计量泵向反应器中打入20wt％的间二硝基苯乙酸乙酯溶液，氢气流量为100ml/h，进行间二硝基苯催化加氢合成间苯二胺反应。每30min采集一次样品，并用气相色谱(FID)检测分析产物组成，间二硝基苯转化率为65％，选择性为99％。

Claims

1.Pd-Pt合金结构化催化剂的制备方法，所述的Pd-Pt合金催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体，于载体上涂覆γ-Al₂O₃涂层，Pd-Pt合金结构化催化剂中Pd-Pt含量为0.01～20wt%，金属Pd与金属Pt的摩尔比为1:0.01～10，其特征在于该制备方法包含以下步骤：

（1）载体预处理：将硝酸溶于水中，配置成硝酸溶液，将堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于上述硝酸溶液0.1～3h后取出，用清水冲洗至中性；

（2）制备涂层：将γ-Al₂O₃分散到水中，配制成γ-Al₂O₃悬浮液，将上述预处理的堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍于γ-Al₂O₃悬浮液0.1～3h，旋转干燥10～24h，70～140℃干燥，200～800℃焙烧，得到催化剂前躯体；

（3）涂覆活性组分：配置0.01～10wt%氯化钯水溶液和0.01～10wt%氯铂酸水溶液，按钯铂比为1:0.01～10的比例将氯化钯水溶液和氯铂酸水溶液混合后，用稀硝酸调节pH至1～6.5，搅拌，将上述涂层浸渍于该溶液0.1～5h，取出70～140℃干燥，200～600℃焙烧；

（4）还原：将上述制备的催化剂经过氢气还原，还原温度为200～600℃。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述硝酸浓度为0.1mol/L～5 mol/L。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述γ-Al₂O₃悬浮液浓度为0.1～50 wt%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述氢气流速为5～200ml/min。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：γ-Al₂O₃粒径为1~50μm。