CN110075917A - 一种负载型催化剂、其制备方法及其用途 - Google Patents

一种负载型催化剂、其制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种负载型催化剂、其制备方法及其用途,该催化剂包括载体和金属活性中心,所述载体为具有非线性PTC效应的高分子基热敏性载体。所述催化剂通过混炼法制备,适用于α,β‑不饱和羰基化合物的选择性氢化,尤其是适用于柠檬醛的选择性加氢制备香茅醛和/或香茅醇。本发明通过对外界条件的简单切换即可高选择性的得到不同的反应产物,操作简单,市场应变能力强。

Description

一种负载型催化剂、其制备方法及其用途
技术领域
本发明涉及一种负载型催化剂、其制备方法及其用途,特别是用于α,β-不饱和羰基化合物的选择性氢化,尤其是氢化柠檬醛领域的应用。
背景技术
香茅醛是一种重要的香料成分,它是多种香精香料的前体,如可以用来合成羟基香茅醛和薄荷醇,香茅醇等其他香料,同时还可以广泛应用于饮料,糖果,食品等的加香和配制。
同时,香茅醇具有清新的玫瑰和香叶气味,广泛应用于香水香精,皂用及化妆品香精配方中,在配制花香型香精时,其用量高达50%。
现有技术对于从柠檬醛开始生产香茅醛与香茅醇有两种方案,第一种为一步法,即柠檬醛经一步加氢直接生成香茅醛或香茅醇,由于生成香茅醛和香茅醇所需要的催化剂不同,所以,为生产两种不同的产物,面对多变的市场,该方案可能需要频繁的切换催化剂,操作成本高。
第二种方案为两步法,柠檬醛经第一步加氢生成香茅醛,而后经第二步加氢生成香茅醇。该方案前后两步反应也需要使用不同的催化剂,因此,该方案不仅需要两种不同的催化剂,且需要两套反应器,工序复杂,设备投入高。
发明内容
本发明旨在提供一种负载型催化剂、其制备方法及其用途,解决了氢化柠檬醛工艺不能灵活调变产物的问题,通过对外界温度条件的简单改变即可达到选择性切换氢化产物的目的,具有极强的市场灵活性与广阔的应用前景。
为了解决上述问题,本发明提供一种负载型催化剂,所述载体为具有非线性PTC效应的高分子基热敏性载体。
进一步的,所述金属活性中心为钯、钌、铑中的一种或几种。
进一步的,所述载体包括高分子基体、填料粒子以及辅料,所述高分子基体包括两种以上的高分子聚合物,所述填料粒子为导电材料,可以是导电炭黑、导电碳纳米管、石墨粉,氮化炭等导电材料中的一种或几种,优选为导电炭黑,所述辅料可以是VO2、碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种,优选为VO2
进一步的,所述高分子基体包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或聚酯树脂中的两种以上,优选的,所述高分子基体的各组分等质量混合;更优选的,所述高分子基体为聚乙烯与聚苯乙烯的混合物,二者的质量比为1:1。
进一步的,所述填料粒子的添加质量为高分子基体质量的10wt%~30wt%,优选为20wt-25wt%%,所述辅料的添加质量为高分子基体质量的5.0wt%~10wt%,优选为7.0wt%-9.0wt%。
进一步的,所述金属活性中心的负载总量为1.0wt%-10.0wt%,优选为3.0wt%-8.0wt%,所述负载总量是指钯、钌、铑元素所占载体的质量分数。更优选的,当金属活性中心的金属元素为混合负载时,每种元素的负载量不小于金属元素负载总量的10wt%。
进一步的,所述钯可以选自硝酸钯、氯化钯、双二氯化钯、四(三苯基膦)钯、硫酸钯、二(苯腈)氯化钯、双(乙腈)氯化钯、二氯四氨合钯或二溴化钯中的一种或几种;所述钌可以选自三氯化钌、氯钌酸钠、三苯基膦氯钌、硫酸钌、草酸钌、碘化钌、五甲基环戊二烯氯化钌、三(乙二胺)氯化钌、二氯四(三苯基膦)钌、醋酸钌中的一种或几种;所述铑可以选自氯化铑、硝酸铑、六氯合铑酸钠、六氯铑酸钾、甲酸铑、三苯基膦合铑、三碘化铑、醋酸铑、六氨合氯化铑中的一种或几种。
本发明还提供上述催化剂的制备方法,所述催化剂通过混炼法制备,包括以下步骤:将称量好的高分子基体、填料粒子以及辅料于50-80℃下干燥2-5h后放入烧杯中,加入一定量的金属活性组分,混合均匀;然后升温至100~150℃进行熔融混合,优选120~140℃,混炼3~30min,优选5~10min;之后将混熔好的物料经过热压和冷压工艺,设置压力为10~15MPa,热压时间为5~10min,冷压时间为10~15min,即可得到成型催化剂,而后将催化剂破碎筛分,得到100~200目的颗粒,以待使用。
本发明还提供一种上述的负载型催化剂的用途,所述催化剂用于α,β-不饱和羰基化合物的选择性氢化,优选的,所述催化剂用于氢化柠檬醛领域。
进一步的,当目标产物为香茅醛时,反应温度为70-80℃;当目标产物为香茅醇时,反应温度为30~40℃。
采用本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明中采用了一种新型的催化剂载体,该载体采用一种具有非线性PTC效应的热敏性高分子聚合物作为基体,特点是随着温度的变化,载体本身电子流动性也随之发生变化,低温下,电子流动性较好,此时在金属元素与载体的相互作用下,氢化柠檬醛可以得到香茅醇,当温度升高到一定值后,载体的电子流动性发生突跃,电子流动性急剧下降,此时,氢化柠檬醛可以得到香茅醛。该载体的填料粒子具有良好的导电性能,通过填料粒子的加入可以减少金属活性中心的负载量,从而降低制备成本,此外,辅料的加入可以对突跃温度产生调变作用,使突跃温度处于反应所需区间。
因此,该催化剂具有通过对温度的调变即可实现对反应目标产物的切换的特点,使氢化柠檬醛反应具备非常高的灵活性,柠檬醛的转化率高,选择性高。可随时切换产物来适应市场,而不需要改变反应装置,节约了流程,节省了生产成本,具有极强的市场灵活性与广阔的应用前景,操作简单,市场应变能力强。
具体实施方式
以下实施例用于解释本发明,但没有任何限制性质:
分析仪器:
气相色谱仪:Agilent 7890,色谱柱DB-5,进样口温度:300℃;分流比50:1;载气流量:50ml/min;升温程序:120℃下保持15min,以10℃/min的速率升至250℃,保持10min,检测器温度:280℃。
原料及试剂:
聚乙烯60550AG-11中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司
聚苯乙烯STYRONTM 470盛禧奥公司
聚丙烯V30G阳江市阳东新科塑料有限公司
聚氯乙烯SG-5内蒙古宜化化工有限公司
导电炭黑粉末F900B天津亿博瑞化工
VO2粉末粒径200nm C
氯化钯99.999wt%阿拉丁试剂有限公司
无水三氯化钌99.5wt%阿拉丁试剂有限公司
氯化铑98wt%阿拉丁试剂有限公司
实施例1
1、催化剂的制备:将称量好的聚乙烯、聚苯乙烯、导电炭黑、VO2于60℃下干燥2h后放入烧杯中,加入氯化钯,混合均匀。然后加入到转矩流变仪中进行熔融混合,升温至120℃℃,混炼10min。之后将混熔好的物料放入平板硫化机中,设置压力为10MPa,热压时间为10min,冷压时间为15min,经过如此流程之后,即可得到成型催化剂,而后将催化剂破碎筛分,得到100~200目的颗粒,以待使用。本实施例中,导电炭黑的添加质量为高分子基体质量的20wt%,VO2的添加质量为高分子基体质量的8.0wt%,载体中聚乙烯与聚苯乙烯的质量比为1:1,钯元素的负载总量为3.0wt%。
2、采用间歇反应器,装入催化剂与底物柠檬醛,催化剂投入量为底物柠檬醛的2.0wt%,设置氢气压力为2MPa,调节反应温度为80℃,反应4h后,柠檬醛转化率为98.7%,香茅醛选择性为97.9%,香茅醇选择性为0.1%;然后调节反应温度为40℃,反应4h后,柠檬醛转化率为99.2%,香茅醛选择性为0.3%,香茅醇选择性为98.1%。
实施例2
1、催化剂的制备:将称量好的聚乙烯、聚苯乙烯、导电炭黑、VO2于60℃下干燥2h后放入烧杯中,加入氯化钯,混合均匀。然后加入到转矩流变仪中,升温至120℃℃,混炼10min。之后将混熔好的物料放入平板硫化机中,设置压力为10MPa,热压时间为10min,冷压时间为15min,经过如此流程之后,即可得到成型催化剂,而后将催化剂破碎筛分,得到100~200目的颗粒,以待使用。本实施例中,导电炭黑的添加质量为高分子基体质量的20wt%,VO2的添加质量为高分子基体质量的8.0wt%,载体中聚乙烯与聚苯乙烯的质量比为1:1,钯元素的负载总量为8.0wt%。
2、采用间歇反应器,装入催化剂与底物柠檬醛,催化剂投入量为底物柠檬醛的2.0wt%,设置氢气压力为2MPa,调节反应温度为80℃,反应4h后,柠檬醛转化率为97.5%,香茅醛选择性为97.5%,香茅醇选择性为0.5%;然后,调节反应温度为40℃,反应4h后,柠檬醛转化率为99.0%,香茅醛选择性为0.1%,香茅醇选择性为98.6%。
实施例3
1、催化剂的制备:将称量好的聚乙烯、聚苯乙烯、导电炭黑、VO2于60℃下干燥2h后放入烧杯中,加入氯化钯、无水三氯化钌和氯化铑,混合均匀。然后加入到转矩流变仪中,升温至120℃℃,混炼10min。之后将混熔好的物料放入平板硫化机中,设置压力为10MPa,热压时间为10min,冷压时间为15min,经过如此流程之后,即可得到成型催化剂,而后将催化剂破碎筛分,得到100~200目的颗粒,以待使用。本实施例中,导电炭黑的添加质量为高分子基体质量的20wt%,VO2的添加质量为高分子基体质量的8.0wt%,载体中聚乙烯与聚苯乙烯的质量比为1:1,钯元素的负载总量为1.0wt%,钌元素的负载总量为1.0wt%,铑元素的负载总量为1.0wt%。
2、采用间歇反应器,装入催化剂与底物柠檬醛,催化剂投入量为底物柠檬醛的2.0wt%,设置氢气压力为2MPa,调节反应温度为80℃,反应2h后,柠檬醛转化率为82.1%,香茅醛选择性为96.0%,香茅醇选择性为0.4%,反应4h后,柠檬醛转化率为98.9%,香茅醛选择性为97.7%,香茅醇选择性为0.1%;此时将温度调为40℃,继续反应4h后,柠檬醛转化率为99.1%,香茅醛选择性为0.3%,香茅醇选择性为98.1%。
实施例4
1、催化剂的制备:制备方法与工艺参数与实施例3相同。
2、采用间歇反应器,装入催化剂与底物柠檬醛,催化剂投入量为底物柠檬醛的2.0wt%,设置氢气压力为2MPa,调节反应温度为70℃,反应4h后,柠檬醛转化率为90.6%,香茅醛选择性为96.3%,香茅醇的选择性为0.5%;然后调节反应温度为30℃,反应4h后,柠檬醛的转化率为99.3%,香茅醛的选择性为0.4%,香茅醇的选择性为97.1%。
实施例5
1、催化剂的制备:将称量好的聚丙烯、聚氯乙烯、导电炭黑、VO2于60℃下干燥2h后放入烧杯中,加入氯化钯,混合均匀。然后加入到转矩流变仪中,升温至120℃℃,混炼10min。之后将混熔好的物料放入平板硫化机中,设置压力为10MPa,热压时间为10min,冷压时间为15min,经过如此流程之后,即可得到成型催化剂,而后将催化剂破碎筛分,得到100~200目的颗粒,以待使用。本实施例中,导电炭黑的添加质量为高分子基体质量的20wt%,VO2的添加质量为高分子基体质量的8.0wt%,载体中聚丙烯与聚氯乙烯的质量比为1:1,钯元素的负载总量为8.0wt%。
2、采用间歇反应器,装入催化剂与底物柠檬醛,催化剂投入量为底物柠檬醛的2.0wt%,设置氢气压力为2MPa,调节反应温度为80℃,反应4h后,柠檬醛转化率为92.1%,香茅醛选择性为97.2%,香茅醇选择性为0.5%;此时将温度调为30℃,继续反应4h后,柠檬醛转化率为98.0%,香茅醛选择性为0.1%,香茅醇选择性为98.8%。
对比例1:对比例中催化剂的制备方法:
催化剂的制备:将活性炭与0.1mol/L的氢氧化钠溶液按照1:10的体积比混合,50℃搅拌2h后,以去离子水洗涤活性炭至中性,然后将活性炭浸渍到氯化钯溶液中,在70℃下等体积浸渍10h,随后以去离子水洗涤,在100℃下真空干燥12h后得到催化剂成品,钯元素的负载总量为3.0wt%,钯元素的负载总量是指钯元素所占活性炭载体的质量分数。
采用间歇反应器,装入催化剂与底物柠檬醛,催化剂投入量为底物柠檬醛的2.0wt%,设置氢气压力为2MPa,调节反应温度为40℃,反应4h后,柠檬醛转化率为76.6%,香茅醛选择性为95.4%,香茅醇选择性为0.2%。
若反应温度为80℃,反应4h后,柠檬醛转化率为94.0%,香茅醛选择性为3.6%,香茅醇选择性为78.1%。

Claims (10)

1.一种负载型催化剂,包括载体和金属活性中心,其特征在于,所述载体为具有非线性PTC效应的高分子基热敏性载体。
2.根据权利要求1所述的负载型催化剂,其特征在于,所述金属活性中心为钯、钌、铑中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的负载型催化剂,其特征在于,所述载体包括高分子基体、填料粒子以及辅料,所述高分子基体包括两种以上的高分子聚合物,所述填料粒子为导电材料,优选的,所述填料粒子为导电炭黑、导电碳纳米管、石墨粉或氮化炭中的一种或几种,更优选的,所述填料粒子为导电炭黑;所述辅料为VO2、碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种,优选为VO2
4.根据权利要求3所述的负载型催化剂,其特征在于,所述高分子基体包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或聚酯树脂中的两种以上;优选的,所述高分子基体的各组分等质量混合;更优选的,所述高分子基体为聚乙烯与聚苯乙烯的混合物,二者的质量比为1:1。
5.根据权利要求3所述的负载型催化剂,其特征在于,所述填料粒子的添加质量为高分子基体质量的10wt%~30wt%,优选为20wt%-25wt%,所述辅料的添加质量为高分子基体质量的5.0wt%~10wt%,优选为7.0wt%-9.0wt%。
6.根据权利要求2所述的负载型催化剂,其特征在于,所述金属活性中心的负载总量为1.0wt%-10.0wt%,优选为3.0wt%-8.0wt%,所述负载总量是指钯、钌、铑元素所占载体的质量分数;更优选的,当金属活性中心的金属元素为混合负载时,每种元素的负载量不小于金属元素负载总量的10wt%。
7.根据权利要求1所述的负载型催化剂,其特征在于,所述钯选自硝酸钯、氯化钯、双二氯化钯、四(三苯基膦)钯、硫酸钯、二(苯腈)氯化钯、双(乙腈)氯化钯、二氯四氨合钯或二溴化钯中的一种或几种;所述钌选自三氯化钌、氯钌酸钠、三苯基膦氯钌、硫酸钌、草酸钌、碘化钌、五甲基环戊二烯氯化钌、三(乙二胺)氯化钌、二氯四(三苯基膦)钌、醋酸钌中的一种或几种;所述铑选自氯化铑、硝酸铑、六氯合铑酸钠、六氯铑酸钾、甲酸铑、三苯基膦合铑、三碘化铑、醋酸铑、六氨合氯化铑中的一种或几种。
8.一种权利要求1所述的负载型催化剂的制备方法,其特征在于,所述催化剂通过混炼法制备,包括以下步骤:将称量好的高分子基体、填料粒子以及辅料于50-80℃下干燥2-5h后放入烧杯中,加入一定量的金属活性组分,混合均匀;然后升温至100~150℃进行熔融混合,优选120~140℃,混炼时间3~30min,优选5~10min;之后将混熔好的物料经过热压和冷压工艺,设置压力为10~15MPa,热压时间为5~10min,冷压时间为10~15min,即可得到成型催化剂,而后将催化剂破碎筛分,得到100~200目的颗粒,以待使用。
9.一种权利要求1-7任一项所述的负载型催化剂或权利要求8所述的方法制备的负载型催化剂的用途,其特征在于,所述催化剂用于α,β-不饱和羰基化合物的选择性氢化,优选的,所述催化剂用于氢化柠檬醛领域。
10.根据权利要求9所述的用途,其特征在于,当目标产物为香茅醛时,反应温度为70-80℃;当目标产物为香茅醇时,反应温度为30~40℃。
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