CN102909047A - 二硝基甲苯催化加氢催化剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
二硝基甲苯催化加氢催化剂及制备方法，催化剂由活性组分、载体组成，活性组分Ni的质量百分含量为20wt%-30wt%，载体的质量百分含量为70wt%-80wt%，其制备方法的步骤为：将活性组分的可溶性盐用蒸馏水配成浓度为0.5-2.0mol/L的混合溶液，向配好的溶液中添加载体，在强烈搅拌下浸渍10-24h得到A溶液；将沉淀剂配成浓度为0.5-2.0mol/L的B溶液；将配好的B溶液滴加到A溶液中，将所得样品先过滤、干燥、研磨，然后在氢气气氛下活化，再在室温下用氮气钝化。
Description
技术领域
本发明属于一种加氢催化剂及其制备方法。
背景技术
甲苯二胺(TDA)，主要用来生产甲苯二异氰酸酯(TDI)，是聚氨酯工业重要的有机中间体。聚氨酯(PU)被广泛应用于泡沫塑料、弹性体、胶黏剂、涂料和纤维等范畴，是目前最具有发展前途的合成材料之一。随着TDI 在聚酯工业中的地位日益突出，绿色高效的TDA制备方法成为近年来国内外研究的热点。二硝基甲苯(DNT)还原制备甲苯二胺(TDA)方法众多，如铁粉还原法、催化加氢法、硫化物还原法、电解还原法等。由于催化加氢技术可使多步反应在同一设备中一步完成，具有原子经济性、产品收率高、质量好、成本低、环境友好等优点，日益受到国内外化工企业的青睐。
CN99104557.2公开的一种取代芳胺催化加氢还原新工艺，以取代硝基苯为原料，在甲醇或乙醇等有机溶剂中，雷尼镍为催化剂，氢气为还原剂，在一定的温度、压力条件下实现还原过程。该专利的雷尼镍催化剂是以镍-铝或镍-锌制成的骨架镍催化剂，从专利公开的内容看，其催化反应温度相对较高，生产中可能会产生较多的焦油。
CN1850330A公开的一种采用常规的浸渍还原法制备负载型Ni-B非晶态合金催化剂，虽在一定程度上提高了催化剂热稳定性的加氢性能。但由于在Ni前驱体在载体中分布不均匀，且与载体的相互作用较弱，在还原过程中，载体孔道口的金属离子优先被还原，形成的非晶态合金会堵塞载体的孔道。多余的还原剂会发生自分解，从而阻止了沉积在载体深孔内部金属离子的还原，造成活性组分含量下降且径向分布不均匀。
CN1546229A报道了一种化学镀法制备负载型非晶态Ni-B催化剂的方法，具体是将Ni2+的溶液与还原剂、缓释剂和载体一起混合，活性组分还原后沉积在载体上。这种方法提高了活性组分的分散程度，在一定程度上提高了负载型Ni-B催化剂的热稳定性和加氢性能。但还原剂还原金属Ni2+离子的过程在溶液中进行，所以非晶态合金不能完全沉积在载体上，一部分聚集后附着在器壁或沉积在容器的底部。
CN1792439A公开了一种微波辅助制备负载型Ni-B非晶态合金催化剂的方法，该方法是在化学镀法制备负载型Ni-B非晶态合金催化剂的干燥过程中引入微波技术，提高了活性组分在载体表面的分散程度。但其根本上没有解决化学镀法制备负载型Ni-B非晶态合金催化剂过程中的活性组分的流失问题。
CN101439285A公开了一种用于对硝基化合物进行催化加氢制备相应的氨基化合物的催化剂的制备方法，该方法制备的镍/硅藻土催化剂虽然能够避免反应体系中产生的焦油副产物，但是催化剂中金属镍的负载量高达55%，造成催化剂的生产成本提高。
CN200680031556.0公开的催化剂中存在的活性组分为铂、镍和其他金属的混合物。显然这种催化剂的成本要高于镍催化剂。
因此，对加氢催化剂的研究和开发成为催化加氢技术的关键，针对在催化加氢过程中存在的各种问题，不断地改进催化剂，提高其活性、选择性、稳定性，以及催化剂的使用寿命和可再生能力，实现DNT催化加氢生产TDA工艺的优化，带来更高的经济效益和应用价值。
目前工业上TDA合成催化剂存在严重问题：①择形催化能力低，导致产物TDA进一步反应生成焦油，TDA收率较低；②焦油副产物使催化剂表面堵塞而导致催化剂易失活；③催化剂分离和TDA提纯困难，还容易在后续工序中加快焦油的生成；④TDA分离过程中焦油浓度过高易堵塞设备从而影响操作的连续性和稳定性；⑤催化剂的失活造成催化剂消耗增加，而反应速度和选择性降低；⑥催化剂活性组分Ni含量高达58%，制造成本很高。
发明内容
[0003] 本发明的目的是通过一种二硝基甲苯催化加氢催化剂及制备方法。
本发明是二硝基甲苯催化加氢催化剂及制备方法 ，其中二硝基甲苯催化加氢催化剂，由活性组分、载体组成，其组分为：活性组分Ni的质量百分含量为20wt%-30wt%，载体的质量百分含量为70wt%-80wt%，两者之和为100%。
二硝基甲苯催化加氢催化剂，其特征在于所述的载体为USY，或者NaY，或者ReUSY，或者HY，或者ReY。
二硝基甲苯催化加氢催化剂的制备方法，其步骤为：
（1）将活性组分的可溶性盐用蒸馏水配成浓度为0.5-2.0mol/L的混合溶液，向配好的溶液中添加载体，在强烈搅拌下浸渍10-24h得到A溶液；
（2）将沉淀剂配成浓度为0.5-2.0mol/L的B溶液；
（3）将配好的B溶液滴加到A溶液中，滴加过程中反应温度保持在20~80℃，加料完毕继续老化2~20h；
（4）将步骤（3）所得样品先过滤，然后在80~150℃下干燥5~24h；将干燥后的催化剂研
磨至40~200目；
（5）将步骤（4）所得催化剂需在氢气气氛下活化，具体条件为：压力为0.1~2.0MPa，在300~600℃下还原1~10h，然后，在20~25℃下用氮气钝化3~10h，氢气气氛下还原压力为0.1~2.0MPa，氢气气氛下还原温度为300~600℃，氮气气氛下钝化温度为20~25℃。
本发明具有以下优点：制备方法简便且价格低廉，易于工业化；制备的催化剂能够在150℃以下空气氛围中安全储存，并且使用前无需活化，直接加入反应体系即有催化活性，使用方便；制备的催化剂具有高转化率和高选择性，几乎没有副产品，极大地降低了焦油的含量，提高产品质量；制备的催化剂活性高，缩短了产品的生产周期；制备的催化剂易于分离，采用过滤或者磁分离即可；制备的催化剂活性组分达到纳米级；制备的催化剂可重复利用，且加氢条件温和。
附图说明
图1为以HY为载体的负载型纳米镍催化剂的X射线衍射图，图2为以HY为载体的负载型纳米镍催化剂的TPR图。
具体实施方式
本发明各实施例和对比例的分析评价方法为：
1、物相组成分析采用X射线衍射(XRD)测定，所用仪器为日本理学2400型X射线衍射仪。
2、催化剂的还原性质采用程序升温（TPR）技术测定，所用仪器为天津市先权工贸有限公司TP-5080型全自动多用吸附仪。
3、活性评价通过Parr公司出品的微反评定装置上测定，原料DNT采用甘肃聚银化工股份有限公司，评定条件：DNT装15克、催化剂装1.5克、溶剂蒸馏水装700mL、氢气分压保持在2.0-2.2MPa，反应温度保持在80-125℃。
实施例1
称取50.0克乙酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克HY分子筛，在室温下浸渍16h，然后滴加1.8mol/L氨水溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-1，并取1.5g催化剂LLG-1进行活性评价。
实施例2
称取25.0克六水硫酸镍溶于250毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入25.0克USY分子筛，在室温下浸渍12h，然后滴加1.3mol/L碳酸钾溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 450℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-2，并取1.5g催化剂LLG-2进行活性评价。
实施例3
称取75.0克柠檬酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克ReY分子筛，在室温下浸渍14h，然后滴加1.8mol/L氢氧化钠溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 400℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-3，并取1.5g催化剂LLG-3进行活性评价。
实施例4
称取38.0克柠檬酸镍溶于250毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入25.0克ReUSY分子筛，在室温下浸渍16h，然后滴加1.8mol/L碳酸氢铵溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 450℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-4，并取1.5g催化剂LLG-4进行活性评价。
实施例5
称取150.0克六水硝酸镍溶于1000毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入100.0克NaY分子筛，在室温下浸渍10h，然后滴加1.0mol/L碳酸铵溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 500℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-5，并取1.5g催化剂LLG-5进行活性评价。
实施例6
称取31.0克氯化镍和31.0克硝酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克HY分子筛，在室温下浸渍18h，然后滴加2.0mol/L碳酸锂溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 600℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-6，并取1.5g催化剂LLG-6进行活性评价。
实施例7
称取62.0克氯化镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克USY分子筛，在室温下浸渍20h，然后滴加0.5mol/L尿素溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 300℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-7，并取1.5g催化剂LLG-7进行活性评价。
实施例8
称取150.0克氯化镍溶于1000毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入100.0克HY分子筛，在室温下浸渍24h，然后滴加2.0mol/L碳酸钠溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 400℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-8，并取1.5g催化剂LLG-8进行活性评价。
实施例9
称取50.0克氯化镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克ReY分子筛，在室温下浸渍24h，然后滴加2.0mol/L碳酸钠溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 400℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-9，并取1.5g催化剂LLG-9进行活性评价。
实施例10
称取50.0克硝酸镍和50.0克硫酸镍溶于1000毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入100.0克ReUSY分子筛，在室温下浸渍24h，然后滴加2.0mol/L碳酸钠溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 400℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为LLG-10，并取1.5g催化剂LLG-10进行活性评价。
对比例1
称取50.0克柠檬酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克硅藻土，在室温下浸渍14h，然后滴加1.2mol/L氢氧化钠溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为DBL-1，并取1.5g催化剂DBL-1进行活性评价。
对比例2
称取75.0克氯化镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克硅藻土，在室温下浸渍14h，然后滴加1.2mol/L碳酸钾溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为DBL-2，并取1.5g催化剂DBL-2进行活性评价。
对比例3
称取100.0克乙酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克硅藻土，在室温下浸渍14h，然后滴加1.2mol/L碳酸钠溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为DBL-3，并取1.5g催化剂DBL-3进行活性评价。
对比例4
称取125.0克硝酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克硅藻土，在室温下浸渍14h，然后滴加1.2mol/L碳酸铵溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为DBL-4，并取1.5g催化剂DBL-4进行活性评价。
对比例5
称取138.0克硝酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克硅藻土，在室温下浸渍14h，然后滴加1.2mol/L尿素溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为DBL-5，并取1.5g催化剂DBL-5进行活性评价。
对比例6
称取150.0克硝酸镍溶于500毫升蒸馏水中，待完全溶解后，加入50.0克硅藻土，在室温下浸渍14h，然后滴加1.2mol/L碳酸氢铵溶液，然后老化14h后过滤，之后在100℃下干燥24h，将干燥好的催化剂研磨为60~120目，将所得的催化剂还原活化，条件为：在 550℃下用氢气（氢气压力为0.1-2.0MPa）还原3h，之后在25℃下用氮气（氮气压力为0.1-2.0MPa）钝化10h。所得催化剂样品记为DBL-6，并取1.5g催化剂DBL-6进行活性评价。
图1为以HY为载体的负载型纳米镍催化剂的X射线衍射图，图2为以HY为载体的负载型纳米镍催化剂的TPR图，采用本发明制备的催化剂经XRD表征证明催化剂在2θ= 44.5°、51.8°、76.4°处的衍射峰分别对应Ni的（111）、（200）、（220）晶面，说明负载型催化剂的物相除载体外主要是镍。
采用本发明制备的催化剂经TPR表征说明催化剂在不同还原温度出现耗氢峰，说明负载型镍与载体的相互作用方式不同。
表1镍基催化剂活性评价
| 样品编号 | Ni (wt%) | 反应时间（min） | DNT的转化率% | TDA的选择性% |
| LLG-1 | 20 | 60 | 96.89 | 93.02 |
| LLG-2 | 20 | 60 | 96.25 | 93.01 |
| LLG-3 | 30 | 45 | 99.20 | 98.89 |
| LLG-4 | 30 | 45 | 99.25 | 99.01 |
| LLG-5 | 30 | 45 | 99.89 | 99.56 |
| LLG-6 | 25 | 50 | 98.25 | 95.01 |
| LLG-7 | 25 | 50 | 98.25 | 95.03 |
| LLG-8 | 30 | 45 | 99.25 | 98.06 |
| LLG-9 | 20 | 60 | 96.02 | 93.53 |
| LLG-10 | 20 | 60 | 96.02 | 93.62 |
| DBL-1 | 20 | 90 | 62.25 | 50.02 |
| DBL-2 | 30 | 90 | 65.36 | 60.33 |
| DBL-3 | 40 | 90 | 70.06 | 65.68 |
| DBL-4 | 50 | 90 | 80.65 | 70.93 |
| DBL-5 | 55 | 90 | 93.38 | 90.25 |
| DBL-6 | 60 | 90 | 95.19 | 90.30 |
从表1数据可以看出，采用实施例1~10的制备方法合成的负载型镍基催化剂均比对比例1~6的制备方法合成的负载型镍基催化剂有较高的活性。同时，从表1数据也可以看出，采用实施例1~10的制备方法合成的低负载量镍基催化剂的活性高于对比例5~6的制备方法合成的低负载量镍基催化剂。
Claims (5)
1.二硝基甲苯催化加氢催化剂，由活性组分、载体组成，其组分为：活性组分Ni的质量百分含量为20wt%-30wt%，载体的质量百分含量为70wt%-80wt%，两者之和为100%。
2.根据权利要求1所述的二硝基甲苯催化加氢催化剂，其特征在于所述的载体为USY，或者NaY，或者ReUSY，或者HY，或者ReY。
3.二硝基甲苯催化加氢催化剂的制备方法，其步骤为：
（1）将活性组分的可溶性盐用蒸馏水配成浓度为0.5-2.0mol/L的混合溶液，向配好的溶液中添加载体，在强烈搅拌下浸渍10-24h得到A溶液；
（2）将沉淀剂配成浓度为0.5-2.0mol/L的B溶液；
（3）将配好的B溶液滴加到A溶液中，滴加过程中反应温度保持在20~80℃，加料完毕继续老化2~20h；
（4）将步骤（3）所得样品先过滤，然后在80~150℃下干燥5~24h；将干燥后的催化剂研
磨至40~200目；
（5）将步骤（4）所得催化剂需在氢气气氛下活化，具体条件为：压力为0.1~2.0MPa，在300~600℃下还原1~10h，然后，在20~25℃下用氮气钝化3~10h，氢气气氛下还原压力为0.1~2.0MPa，氢气气氛下还原温度为300~600℃，氮气气氛下钝化温度为20~25℃。
4.根据权利要求3所述的二硝基甲苯催化加氢催化剂的制备方法，其特征在于权利要求1中的步骤（1）所述的可溶性盐为柠檬酸镍，或者硝酸镍，或者乙酸镍，或者硫酸镍，或者氯化镍，或者上述两种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求3所述的二硝基甲苯催化加氢催化剂的制备方法，其特征在于权利要求1中的步骤（2）所述的沉淀剂为氢氧化钠，或者碳酸钾，或者碳酸铵，或者碳酸氢铵，或者氨水，或者碳酸钠，或者碳酸锂，或者尿素，或者以上两种或两种以上的混合物。
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- 2012-10-25 CN CN2012104116898A patent/CN102909047A/zh active Pending
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