CN105170175A - 二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂及其制备方法,所述催化剂包含锶、镍和载体,催化剂组成表示为:x%Ni-y%Sr/载体,式中x%表示Ni在催化剂中的质量百分数,y%表示Sr在催化剂中的质量百分数,催化剂各组分含量按质量百分比为Ni:30%-60%,Sr:1%-10%,其余为载体。该催化剂前驱体采用浸渍-沉淀法制备,再将催化剂前驱体在含氢气氛下还原,即得到二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂,金属锶的加入很好地改善了活性组分镍在载体表面的分散性。该催化剂具有高转化率和高选择性、良好的催化稳定性等突出特点。
Description
技术领域
本发明涉及加氢催化剂的制备技术。
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。
CN102274724A公开的催化剂以石墨烯为载体,Pt为活性组分,很明显,其成本更高。
因此,二硝基甲苯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问题,本发明通过调变镍和锶的质量百分比,制备得到了催化二硝基甲苯加氢的高活性镍-锶双金属催化剂,金属锶的加入很好地改善了活性组分镍在载体表面的分散性,同时也提高了催化剂的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂及其制备方法。
本发明是二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂及其制备方法,二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂,由镍、锶及载体组成,按质量百分百计,Ni:30%-60%,Sr:1%-10%,其余为载体;锶能改善活性组分在载体表面的分散性。
二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂的制备方法,其步骤为:
(1)将含有镍、锶组分的可溶性盐、助剂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)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5~48h;将干燥后的催化剂研磨至40~200目;
(5)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0.1~3MPa,在300~600℃下还原1~10h,还原后在高纯氮气保护下降温至20~30℃,在20~25℃下用普氮钝化3~10h。
本发明的有益之处是通过调变镍和锶的质量百分比,制备得到了催化二硝基甲苯加氢的高活性镍-锶双金属催化剂,金属锶的加入很好地改善了活性组分镍在载体表面的分散性,同时也提高了催化剂的稳定性。
附图说明
图1是镍-锶双金属催化剂XRD谱图,图2是镍-锶双金属催化剂的H2-TPR谱图。
具体实施方式
本发明是二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂及其制备方法,二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂由镍、锶及载体组成,按质量百分百计,Ni:30%-60%,Sr:1%-10%,其余为载体;锶能改善活性组分在载体表面的分散性。
以上所述的二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂,所述的载体为ZSM-5分子筛,或USY分子筛,或SiO2,或Beta分子筛,或NaY分子筛,或MCM-41分子筛。
图1为镍-锶双金属催化剂的X射线衍射图,图2为镍-锶双金属催化剂的TPR图,如图1、图2所示,采用本发明制备的镍-锶双金属催化剂经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,但金属Sr并未出现明显的特征衍射峰,这是因为其作为助剂,含量很少的缘故。采用本发明制备的镍-锶双金属催化剂经H2-TPR表征,表明催化剂在不同还原温度出现耗氢峰,说明双金属镍-锶与载体的相互作用方式不同。
本发明的二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂的制备方法,其步骤为:
(1)将含有镍、锶组分的可溶性盐、助剂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)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5~48h;将干燥后的催化剂研磨至40~200目;
(5)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0.1~3MPa,在300~600℃下还原1~10h,还原后在高纯氮气保护下降温至20~30℃,在20~25℃下用普氮钝化3~10h。
以上所述的制备方法,含有镍的可溶性盐为柠檬酸镍,或硝酸镍,或乙酸镍,或硫酸镍,或氯化镍,或者是上述的混合物。
以上所述的制备方法,含有锶的可溶性盐为硝酸锶,或碳酸锶,或者氯化锶。
以上所述的制备方法,所述沉淀剂为氢氧化钠,或碳酸钾,或碳酸铵,或碳酸氢铵,或氨水,或碳酸钠,或碳酸锂,或尿素。
本发明各实施例和对比例的分析评价方法为:
1.物相组成采用X射线衍射分析(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还原(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.活性评价通过美国Parr公司出品的微反评定装置测定,原料DNT购自甘肃银光聚银有限责任公司,评定条件:DNT称取15g、催化剂称取1.5g、溶剂蒸馏水量取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150.0克乙酸镍和5.0克六水硝酸锶溶于500毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入50.0克MCM-41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1#催化剂,并取1.5g催化剂1#进行活性评价。
实施例2:
称取50.0克六水硫酸镍和1.5克六水硝酸锶溶于250毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入25.0克Beta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2#催化剂,并取1.5g催化剂2#进行活性评价。
实施例3:
称取150.0克柠檬酸镍和6.5克六水氯化锶溶于500毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入50.0克ZSM-5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3#催化剂,并取1.5g催化剂3#进行活性评价。
实施例4:
称取75.0克柠檬酸镍和3.0克碳酸锶溶于250毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入25.0克NaY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4#催化剂,并取1.5g催化剂4#进行活性评价。
实施例5:
称取300.0克六水硝酸镍和15.0克六水硝酸锶溶于1000毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入100.0克ZSM-5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5#催化剂,并取1.5g催化剂5#进行活性评价。
实施例6:
称取60.0克氯化镍、60.0克硝酸镍和8.0克碳酸锶溶于500毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入50.0克SiO2,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6#催化剂,并取1.5g催化剂6#进行活性评价。
实施例7:
称取120.0克氯化镍和3.0克六水硝酸锶溶于500毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入50.0克NaY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7#催化剂,并取1.5g催化剂7#进行活性评价。
实施例8:
称取300.0克氯化镍和10.0克碳酸锶溶于1000毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入100.0克USY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8#催化剂,并取1.5g催化剂8#进行活性评价。
实施例9:
称取100.0克氯化镍和4.0克六水硝酸锶溶于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350℃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9#催化剂,并取1.5g催化剂9#进行活性评价。
实施例10:
称取100.0克硝酸镍、100.0克硫酸镍和12.0克六水硝酸锶溶于1000毫升蒸馏水中,待完全溶解后,加入100.0克SiO2,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10#催化剂,并取1.5g催化剂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D1#催化剂,并取1.5g催化剂D1#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D2#催化剂,并取1.5g催化剂D2#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D3#催化剂,并取1.5g催化剂D3#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D4#催化剂,并取1.5g催化剂D4#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D5#催化剂,并取1.5g催化剂D5#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D6#催化剂,并取1.5g催化剂D6#进行活性评价。
表1镍基催化剂活性评价
从表1数据可以看出,采用实施例1~10的制备方法合成的镍-锶双金属催化剂均比对比例1~6的制备方法合成的负载型镍催化剂有较高的活性。说明金属锶的引入有利于提高二硝基甲苯加氢催化剂的催化活性。
Claims (6)
1.二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂,其特征在于催化剂由镍、锶及载体组成,按质量百分百计,Ni:30%-60%,Sr:1%-10%,其余为载体;锶能改善活性组分在载体表面的分散性。
2.根据权利要求1所述的二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂,其特征在于所述的载体为ZSM-5分子筛,或USY分子筛,或SiO2,或Beta分子筛,或NaY分子筛,或MCM-41分子筛。
3.二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂的制备方法,其特征在于,其步骤为:
(1)将含有镍、锶组分的可溶性盐、助剂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)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5~48h;将干燥后的催化剂研磨至40~200目;
(5)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0.1~3MPa,在300~600℃下还原1~10h,还原后在高纯氮气保护下降温至20~30℃,在20~25℃下用普氮钝化3~10h。
4.根据权利要求3所述的二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂的制备方法,其特征在于含有镍的可溶性盐为柠檬酸镍,或硝酸镍,或乙酸镍,或硫酸镍,或氯化镍,或者是上述的混合物。
5.根据权利要求4中3所述的二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂的制备方法,其特征在于含有锶的可溶性盐为硝酸锶,或碳酸锶,或者氯化锶。
6.根据权利要求3所述的二硝基甲苯加氢镍-锶双金属催化剂的制备方法,其特征在于所述沉淀剂为氢氧化钠,或碳酸钾,或碳酸铵,或碳酸氢铵,或氨水,或碳酸钠,或碳酸锂,或尿素。
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