CN102773104A - 一种高分散镍、钨柴油精制催化材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高分散镍、钨柴油精制催化材料的制备方法。水滑石是一种层状双金属氢氧化物,通过在载体上合成容易实现离子交换的硝酸根插层类水滑石,并通过离子交换将目标阴离子插入层间,可以制备高分散的负载型金属氧化物。本研究通过氨水沉淀法,合成出氧化铝负载的硝酸根插层的镍、铝水滑石。利用硝酸根良好的可交换性将磷钨酸根离子交换进入层间,通过进一步煅烧制备了氧化铝负载的高分散镍、钨催化剂。分析表明,该催化剂堆积高度良好、比表面积较大、孔径分布比较合理,具有良好的加氢脱硫潜质。

Description

一种高分散镍、钨柴油精制催化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种负载型镍、钨催化材料的制备,用于柴油加氢脱硫。
背景技术
柴油中的含硫化合物主要以硫醇、硫醚、噻吩及噻吩衍生物的形式存在,其燃烧释放的硫化物会严重破坏环境。从目前研究来看在各种提高柴油脱硫工艺中,提高加氢脱硫催化剂的催化效率是最经济有效的方法。因此开发稳定性好、活性高的柴油加氢脱硫催化剂,成为人们广泛关注的热点。
工业化柴油加氢脱硫催化剂,一般采用浸渍法将活性金属组分以盐的形式浸渍到载体上,煅烧制备活性金属氧化物在载体上分散的催化剂。这类催化剂活性组分分散高度不均、容易发生团聚堵塞载体孔道,使活性降低。
200810102380.4和200510127611.3在铝片和铝合金上,合成了一系列铝为基体的水滑石结构化催化剂。然而合成的材料不含含有柴油加氢脱硫活性组分,不涉及柴油的加氢脱硫催化反应。
Chem.Mater.2005,17,1055-1062,以Al2O3和MgO本体为铝源镁源,通过水热合成法制备了镁铝水滑石。Ind.Eng.Chem.Res.2011,50,1947-1954和ZL02131246.x都提供了在氧化铝上合成了PdMgAl-LDH/Al2O3的方法;200910079964.9在PdMgAl-LDH/Al2O3中引入银,制备了钯-银负载型催化剂的方法。这些方法都以碳酸根插层水滑石为基础,未经离子交换引入钼、钨不具备加氢脱硫的活性。
US5079203A合成了硝酸根型镁铝水滑石,通过离子交换将磷乌酸根等一系列杂多酸阴离子插入水滑石层间。该方法制备催化剂虽然分散度良好,然而是粉末状态,不具备良好的机械性,在固液反应体系中难以分离回收。
US5340466A、US5441630A和US5459118A,都描述了一种在包含水滑石的氧化铝载体上负载钴、钼的加氢脱硫催化剂。该催化剂没有提到进行离子交换,将活性组分以浸渍的方法负载到载体上。由于载体含有一定量的水滑石,活性组分分散度高于一般氧化铝负载的催化剂,然而与离子交换制备的催化剂相比分散度仍然较低。
201010506936.3、200910084540.1和0231248.6通过调变盐溶液浓度,在载体上合成不同金属含量的碳酸根插层的水滑石,经过煅烧、硫化制备了高分散硫化型催化剂用于加氢。该类催化剂将得到的前体未通过离子交换,不能引入钨、钼等原子半径较大活性组分,因此仅具有加氢活性而没有脱硫活性。
200610073065.4在γ-Al2O3载体上合成对苯二甲酸阴离子插层的镍铝水滑石,经过离子交换制备镍钼、钴钼、镍钨柴油加氢脱离催化剂。该催化剂将胜利FCC柴油硫含量从5700ppm降到270ppm,使大庆柴油硫含量从1050ppm降至45ppm。然而由于对苯二甲酸可交换性不高,使得离子交换过程难以实现,造成原料利用率不高浪费严重,难以工业化。
本研究采用在γ-Al2O3载体上原位合成硝酸根插层的镍铝水滑石为前体,通过离子交换法将磷乌酸根引入层间,克服了离子交换难以实现的问题。制备的催化剂,具有原料利用率高、活性组分分散性好、含量可控等显著优点。这种催化剂在固液反应体系中,容易分离能够通过简单的过滤进行回收,具有良好的作为工业加氢脱硫催化剂的潜质。
发明内容
本研究采用氨水沉淀法在γ-Al2O3上表面原位合成以硝酸根为阴离子的Ni-Al-NO3-LDHs水滑石,然后采用离子交换法将含有W的阴离子引入到水滑石层板之间,合成了PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3类水滑石材料,通过焙烧制备了活性组分高度分散的Ni-W/γ-Al2O3催化剂。
附图说明
图1、Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3的XRD图谱:a.γ-Al2O3;b.Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
图2、PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3的XRD图谱
图3、镍、钨催化剂的SEM图谱
具体实施方式
本发明的具体制备过程如下:称取一定量的硝酸铵、硝酸镍搅拌溶解。然后称取一定量的γ-Al2O3加入其中,在室温下浸渍一段时间,用稀释的氨水调pH,转入压力容弹中晶化,晶化完成后用去离子水洗涤数次,得到Ni-Al-NO3/LDHs。
称取一定量的磷钨酸钠溶解。将得到的Ni-Al-NO3/LDHs与磷钨酸钠混合,在水浴中剧烈搅拌并滴加稀硝酸溶液调pH。反应完成后,将得到的绿色固体颗粒用去离子水反复洗涤数次、干燥、焙烧得到氧化铝负载的镍、钨催化剂。
实施例1:
1、称取4.0g的硝酸铵溶于40ml去离子水待用。
2、称取3.0g硝酸镍溶于去离子水,然后称取5gγ-Al2O3加入其中。在室温下浸渍1h,然后与步骤1溶液混合。
3、用稀释的10%氨水调混合溶液pH到6.6,搅拌20min转入压力容弹中,在100℃晶化24h。
4、晶化完成后去掉反应液,用去离子水将得到的固体颗粒洗涤数次,80℃干燥12h,得到Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
5、称取5g Na2H9P(W2O7)6放入烧杯中,加入50ml去离子水溶解。
6、将晶化得到的Ni-Al-NO3/LDHs与Na2H9P(W2O7)6溶液混合,在60℃的水浴中剧烈搅拌。
7、滴加2mol/L的稀HNO3溶液调PH到4.5,剧烈搅拌反应4h后。
8、将反应完成得到的绿色固体颗粒用去离子水反复洗涤至中性,在80℃下干燥12h,得到PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3
9、将PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3在550℃煅烧4h,得到氧化铝负载的高分散镍、钨催化剂。
实施例2:
1、称取4.0g的硝酸铵溶于40ml去离子水待用。
2、称取3.0g硝酸镍溶于去离子水,然后称取5gγ-Al2O3加入其中。在室温下浸渍1h,然后与步骤1溶液混合。
3、用稀释的10%氨水调混合溶液pH到6.6,搅拌4h转入压力容弹中,在120℃晶化24h。
4、晶化完成后去掉反应液,用去离子水将得到的固体颗粒洗涤数次,80℃干燥12h,得到Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
5、称取5g Na2H9P(W2O7)6放入烧杯中,加入50ml去离子水溶解。
6、将晶化得到的Ni-Al-NO3/LDHs与Na2H9P(W2O7)6溶液混合,在60℃的水浴中剧烈搅拌。
7、滴加2mol/L的稀HNO3溶液调PH到4.5,剧烈搅拌反应4h后。
8、将反应完成得到的绿色固体颗粒用去离子水反复洗涤至中性,在80℃下干燥12h,得到PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3
9、将PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3在550℃煅烧4h,得到氧化铝负载的高分散镍、钨催化剂。
实施例3:
1、称取2.0g的硝酸铵溶于40ml去离子水待用。
2、称取3.0g硝酸镍溶于去离子水,然后称取5gγ-Al2O3加入其中。在室温下浸渍1h,然后与步骤1溶液混合。
3、用稀释的10%氨水调混合溶液pH到6.6,搅拌2h转入压力容弹中,在80℃晶化24h。
4、晶化完成后去掉反应液,用去离子水将得到的固体颗粒洗涤数次,80℃干燥12h,得到Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
5、称取5g Na2H9P(W2O7)6放入烧杯中,加入50ml去离子水溶解。
6、将晶化得到的Ni-Al-NO3/LDHs与Na2H9P(W2O7)6溶液混合,在60℃的水浴中剧烈搅拌。
7、滴加2mol/L的稀HNO3溶液调PH到4.5,剧烈搅拌反应4h后。
8、将反应完成得到的绿色固体颗粒用去离子水反复洗涤至中性,在80℃下干燥12h,得到PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3
9、将PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3在550℃煅烧4h,得到氧化铝负载的高分散镍、钨催化剂。
实施例4:
1、称取3.0g的硝酸铵溶于40ml去离子水待用。
2、称取2.0g硝酸镍溶于去离子水,然后称取5gγ-Al2O3加入其中。在室温下浸渍1h,然后与步骤1溶液混合。
3、用稀释的10%氨水调混合溶液pH到6.6,搅拌20min转入压力容弹中,在100℃晶化24h。
4、晶化完成后去掉反应液,用去离子水将得到的固体颗粒洗涤数次,80℃干燥12h,得到Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
5、称取4g Na2H9P(W2O7)6放入烧杯中,加入50ml去离子水溶解。
6、将晶化得到的Ni-Al-NO3/LDHs与Na2H9P(W2O7)6溶液混合,在60℃的水浴中剧烈搅拌。
7、滴加2mol/L的稀HNO3溶液调PH到4.6,剧烈搅拌反应4h后。
8、将反应完成得到的绿色固体颗粒用去离子水反复洗涤至中性,在80℃下干燥12h,得到PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3
9、将PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3在550℃煅烧4h,得到氧化铝负载的高分散镍、钨催化剂。
实施例5:
1、称取4.0g的硝酸铵溶于40ml去离子水待用。
2、称取5.0g硝酸镍溶于去离子水,然后称取5gγ-Al2O3加入其中。在室温下浸渍1h,然后与步骤1溶液混合。
3、用稀释的10%氨水调混合溶液pH到6.6,搅拌20min转入压力容弹中,在100℃晶化24h。
4、晶化完成后去掉反应液,用去离子水将得到的固体颗粒洗涤数次,80℃干燥12h,得到Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
5、称取6g Na2H9P(W2O7)6放入烧杯中,加入50ml去离子水溶解。
6、将晶化得到的Ni-Al-NO3/LDHs与Na2H9P(W2O7)6溶液混合,在60℃的水浴中剧烈搅拌。
7、滴加2mol/L的稀HNO3溶液调PH到4.7,剧烈搅拌反应4h后。
8、将反应完成得到的绿色固体颗粒用去离子水反复洗涤至中性,在80℃下干燥12h,得到PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3
9、将PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3在550℃煅烧4h,得到氧化铝负载的高分散镍、钨催化剂。
采用X-射线晶体粉末衍射仪(SHIMADZU,XRD-7000)进行测定制备的催化剂的晶体结构参数,测试仪器的参数是:扫描范围3°-70°,扫描速度为8.00°/min,Cu靶,单色器。分析结果如下:
由图1看出,与γ-Al2O3图谱相比,实验得到的产物在9.9°、19.8°具有明显的衍射峰,对应于硝酸根型水滑石的(003)、(006)特征衍射峰。而(009)峰却并不明显,这是由于在载体上长水滑石的峰高、结晶度会明显降低,说明在γ-Al2O3上成功合成了Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3
由图2可知,原来Ni-Al-NO3-LDHs/γ-Al2O3具有在10°、20°左右的硝酸根型水滑石特征峰消失,而在8.7°、17.9°、26.8°左右出现了新的峰,即磷钨酸根插层水滑石的(003)、(006)、(009)特征峰。说明磷钨酸根能够完全替代硝酸根,生成PW12O40-Ni-Al-LDHs/γ-Al2O3
采用傅立叶变换红外光谱仪(IR Nexus 8700,Fourier Transform InfaredSpectrophotometer,Thermo Electron)鉴定化合物和测定分子结构,分析参数为:4000-400cm-1,Scans:32,仪器分辨率4cm-1。分析结果如下:
图3可以看出,1384.4cm-1处出现的尖而锐的峰是典型氮氧双键硝酸根的振动吸收峰,说明了在γ-Al2O3上成功生成了Ni-Al-NO3-LDHs。在3440cm-1处强且宽的峰对应于水分子的伸缩振动峰。在1630cm-1左右的峰对应于水分子的变形振动吸收峰。在波数为900-500cm-1的范围内有较强的吸收谱带,该区域内的吸收峰是由金属-氧键的共振产生的。
催化剂的微观结构和粒径分布通过扫描电子显微镜(SEM,型号:HITACHIS4700)进行研究。扫描电子显微镜工作条件为:工作电流100mA,工作电压20kV,工作距离24mm。分析结果如下:
由图4可以看出催化剂具有很好的分散度和堆积度。活性组分的氧化物片状交错,呈现出明显的“网状”结构。从不同放大倍数的催化剂表面看,活性组分的团簇之间被γ-Al2O3隔断,有很好的空间位阻效应,出现很多的“rim-edge”活性位。层状结构明显更规整,更疏松,孔更多,从而有利于增加材料的比表面积和孔容。
催化剂各组分氧化物的百分含量采用(日本ZSX100E型)X射线荧光光谱仪测定。分析结果如下:
表1为不同磷钨酸钠加入量经离子交换后获得的W-Ni/γ-Al2O3催化剂各种组分含量数据。磷钨酸钠的加入量从2g增加到5g的过程中,钨的含量也由15.3%提高到29.8%。镍的含量由3.92%提高到6.91%,这说明控制合成条件,镍、钨的含量都能满足理论要求且含量可控。
表1 水滑石前驱体方法制备催化剂主要元素含量
Figure BSA00000493947200061

Claims (6)

1.一种负载型高分散镍、钨加氢脱硫催化剂的制备方法,其特征在于:(1)在γ-Al2O3表面和孔道内合成以硝酸根阴离子柱撑的镍铝水滑石;(2)采用离子交换法将磷乌酸根引入水滑石层间;(2)在γ-Al2O3上负载的磷钨酸根离子柱撑的水滑石,经过高温煅烧制备了在γ-Al2O3上的高分散镍、钨催化剂。
2.根据权利要求1所述方法,其特征是:载体为γ-Al2O3,负载的水滑石阳离子为Ni2+、Al3+,其中γ-Al2O3既为载体也是水滑石的铝源。
3.根据权利1所述方法,其特征是:载体负载的水滑石层间阴离子为NO3 -离子、CO3 2-离子。
4.根据权利要求1所述方法,其特征是:在γ-Al2O3表面合孔道内合成水滑石的条件为:共沉淀pH为6.0~8.0,晶化温度40~120℃,晶化时间12~36h,沉淀剂氨水。
5.根据权利要求1所述方法,其特征是:交换阴离子为磷钨酸根离子,交换pH为4.5~5.0,交换温度50~70℃,交换时间2~4h。
6.根据权利要求1所述方法,其特征是:催化剂的制备,将γ-Al2O3上负载的磷钨酸根离子柱撑的水滑石,在500~560℃之间煅烧,时间为3-5h。
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Addressee: Tang Guangshi

Document name: Notification that Application Deemed to be Withdrawn