CN110560135A - 用NiPdPt催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法 - Google Patents

用NiPdPt催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用NiPdPt催化剂催化1，3‑丁二烯选择性加氢的方法，属于化学化工技术领域。本发明将NiPdPt催化剂置于管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至一定温度，再将1，3‑丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应调至一定压力和空速下进行。与传统的负载型催化剂不同的是：根据本发明，调节催化剂中金属镍、钯、铂的含量及TiO2@C含量就可以制得用于1，3‑丁二烯选择性加氢的高活性、高稳定性负载型NiPdPt催化剂。使用该催化剂进行1，3‑丁二烯选择性加氢反应，其中产物中1，3‑丁二烯含量低于750ppb，丁烷含量低于1.8％，催化剂连续运行150h后仍保持良好的催化活性。

Description

用NiPdPt催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法
技术领域
本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种用NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法。
背景技术
1,3-丁二烯是是有机化工的基本原料之一，在有机化工烯烃原料中的地位仅次于丙烯和乙烯，主要用于合成橡胶的生产，也用于合成树脂和合成其它有机化工产品。此外，1,3-丁二烯还是生产多种合成橡胶的单体，其用量约占全部合成橡胶原料消耗的65％，通过抽提分离获取后，剩余的碳四组分仍含有一定量的1,3-丁二烯，残余的1,3-丁二烯直接影响到碳四资源化利用合成异辛烷的技术水平。
林渊峰等公开了一种丁二烯选择加氢的催化剂，主要解决现有技术中存在的丁烯-1损耗高、催化剂成本较高及制备过程使用有毒有害原料的技术问题。该专利通过采用丁二烯选择加氢催化剂，以催化剂重量份数计，包括以下组分：(a)0.05～0.5份的金属钯或其氧化物；(b)0.1～2份的IB族金属或其氧化物；(c)97.5～99.7份的载体氧化铝的技术方案较好解决了该技术问题，可用于含丁二烯的物料选择性加氢中(CN 201510660650.3)。鉴于烷基化反应原料中的1,3-丁二烯含量较低，开发高效的1,3-丁二烯选择性加氢催化剂对于异辛烷清洁生产具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法，该NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂可实现1，3-丁二烯温和条件下选择性加氢，该催化剂具有良好的催化活性、选择性和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。
用NiPdPt催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法，具体是：将NiPdPt催化剂置于管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至20～50℃，再将1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，在压力为1.6～3.4MPa，空速为1.8～4.2h-1的条件下进行反应。
所述的1，3-丁二烯与氢气的摩尔比为1:(2.6～4.3)。
所述的NiPdPt催化剂包括Ni、Pd、Pt、TiO2@C和g-C3N4，其中，Ni来源于硝酸镍，Pd来源于氯化钯，Pt来源于氯铂酸，TiO2@C来源于Ti3AlC2，g-C3N4来源于三聚氰胺。
所述的NiPdPt催化剂是通过以下步骤予以制备的：
(1)取一定量的Ti3AlC2，将其加入一定浓度的氢氟酸溶液处理一段时间后水洗冷冻干燥，即得到Ti3C2；
所述HF的质量浓度为35～65wt％，处理时间4.0～8.0h；
(2)将Ti3C2与三聚氰胺按一定摩尔比置于含40ml去离子水，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，即得到Ti3C2@三聚氰胺；
所述Ti3C2与三聚氰胺的摩尔比为1：(8～14)，干燥温度85～110℃；
(3)将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在一定焙烧条件和气氛下焙烧后，即得到TiO2@C/g-C3N4；
所述焙烧温度为510～550℃，焙烧时间3.0～6.5h，气氛为氧气、氮气混合气，氧气体积分数1％～3％；
(4)将焙烧后得到的TiO2@C/g-C3N4载体置于一定组成的硝酸镍、氯化钯和氯铂酸溶液，在一定温度下使用二甲胺基硼烷溶液还原一段时间，离心干燥，即制得NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂；
所述硝酸镍、氯化钯、氯铂酸与TiO2@C/g-C3N4的摩尔比为1：(0.1～0.3)：(0.03～0.06)：(12～18)，二甲胺基硼烷浓度为0.2～0.5mol/L，还原温度为2～6℃，还原时间为4.0～7.5h。
进一步的，所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(1)中：HF的质量浓度为57wt％，处理时间6.8h；所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(2)中：Ti3C2与三聚氰胺的摩尔比为1：13，干燥温度107℃；所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(3)中：焙烧温度为534℃，焙烧时间4.8h，气氛为氧气、氮气混合气，氧气体积分数为1％；所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(4)中：硝酸镍、氯化钯、氯铂酸与TiO2@C/g-C3N4的摩尔比为1：0.1：0.03：16，二甲胺基硼烷浓度为0.2mol/L，还原温度为5℃，还原时间为4.5h；所述的反应温度为35℃，1，3-丁二烯与氢气的摩尔比为1:3.2，反应压力为2.3MPa，反应空速为2.6h-1，此时，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于612ppb，丁烷含量低于1.45％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明专利以Ti3AlC2为前驱体合成多孔Ti3C2，再以三聚氰胺为前驱体合成表面多官能团的TiO2@C/g-C3N4载体，其中TiO2和g-C3N4载体表面的多官能团利于金属组分的分散，进一步采用浸渍还原法合成NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂，温和条件下二甲胺基硼烷还原合成的负载型NiPdPt合金，二甲胺基硼烷还原下反应较为温和，易于生成更加均匀的纳米小颗粒，可实现NiPdPt合金均匀负载于载体上，通过调节金属组分的配比、还原条件，改变金属价带轨道的电荷分布，进而调节催化反应的选择性。此外，多组分金属组成和载体表面的多官能团的影响，金属和载体之间金属载体强相互作用(Strong Metal-SupportInteractions,SMSI)得到显著增强，催化活性得到有效改善。
2、本发明采用浸渍还原法，首先采用氢氟酸处理Ti3AlC2制得的Ti3C2，再将Ti3C2和三聚氰胺水相均匀混合得到Ti3C2@三聚氰胺，再经焙烧制得TiO2@C/g-C3N4，将焙烧后得到的TiO2@C/g-C3N4载体置于一定组成的硝酸镍、氯化钯和氯铂酸溶液，在一定温度下使用二甲胺基硼烷溶液还原一段时间，离心干燥，即制得NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂，该催化剂在1，3-丁二烯选择性加氢反应中表现出较高的活性和选择性。使用该催化剂进行1，3-丁二烯选择性加氢反应，其中产物中1，3-丁二烯含量低于750ppb，丁烷含量低于1.8％，催化剂连续运行150h后仍保持良好的催化活性。
具体实施方法
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。但是所述实例不构成对本发明的限制。
实施例1
制备催化剂过程
称取1mmol Ti3AlC2置于35wt％HF溶液处理时间8.0h，水洗冷冻干燥得到Ti3C2；将1mmol Ti3C2和8mmol三聚氰胺置于40mL去离子水中，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，干燥温度85℃，即得到Ti3C2@三聚氰胺；将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在2.1％氧气/氮气气氛下510℃焙烧6.5h，焙烧后即得到TiO2@C/g-C3N4；称取12mmol TiO2@C/g-C3N4，置于含1mmol硝酸镍、0.1mmol氯化钯和0.03mmol氯铂酸溶液中，使用0.2mol/L的二甲胺基硼烷溶液在2℃还原7.5h，即制得催化剂，记为NiPd0.1Pt0.03/12TiO2@C/g-C3N4催化剂，密闭保存。
加氢反应过程
先将1.5mL制备好的催化剂装填至内径为8mm的管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至20℃，再将摩尔比为1:2.6的1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应压力为1.6MPa，反应空速为1.8h-1。
采用气相色谱及质谱分析反应2h后的产物，产物中1，3-丁二烯含量低于735ppb，丁烷含量低于1.65％；催化剂连续运行150h后，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于744ppb，丁烷含量低于1.7％。
实施例2
制备催化剂过程
称取1mmol Ti3AlC2置于65wt％HF溶液处理时间4.0h，水洗冷冻干燥得到Ti3C2；将1mmol Ti3C2和14mmol三聚氰胺置于40mL去离子水中，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，干燥温度110℃，即得到Ti3C2@三聚氰胺；将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在2.4％氧气/氮气气氛下550℃焙烧3.0h，焙烧后即得到TiO2@C/g-C3N4；称取18mmolTiO2@C/g-C3N4，置于含1mmol硝酸镍、0.3mmol氯化钯和0.06mmol氯铂酸溶液中，使用0.2mol/L的二甲胺基硼烷溶液在6℃还原4.0h，即制得催化剂，记为NiPd0.3Pt0.06/18TiO2@C/g-C3N4催化剂，密闭保存。
加氢反应过程
先将1.5mL制备好的催化剂装填至内径为8mm的管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至50℃，再将摩尔比为1:4.3的1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应压力为3.4MPa，反应空速为4.2h-1。
采用气相色谱及质谱分析反应2h后的产物，产物中1，3-丁二烯含量低于685ppb，丁烷含量低于1.68％；催化剂连续运行150h后，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于690ppb，丁烷含量低于1.73％。
实施例3
制备催化剂过程
称取1mmol Ti3AlC2置于55wt％HF溶液处理时间5.0h，水洗冷冻干燥得到Ti3C2；将1mmol Ti3C2和13mmol三聚氰胺置于40mL去离子水中，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，干燥温度100℃，即得到Ti3C2@三聚氰胺；将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在1.6％氧气/氮气气氛下540℃焙烧4.0h，焙烧后即得到TiO2@C/g-C3N4；称取17mmolTiO2@C/g-C3N4，置于含1mmol硝酸镍、0.2mmol氯化钯和0.05mmol氯铂酸溶液中，使用0.3mol/L的二甲胺基硼烷溶液在5℃还原5.0h，即制得催化剂，记为NiPd0.2Pt0.05/17TiO2@C/g-C3N4催化剂，密闭保存。
加氢反应过程
先将1.5mL制备好的催化剂装填至内径为8mm的管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至40℃，再将摩尔比为1:4.1的1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应压力为3.2MPa，反应空速为4.0h-1。
采用气相色谱及质谱分析反应2h后的产物，产物中1，3-丁二烯含量低于668ppb，丁烷含量低于1.57％；催化剂连续运行150h后，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于682ppb，丁烷含量低于1.62％。
实施例4
制备催化剂过程
称取1mmol Ti3AlC2置于45wt％HF溶液处理时间6.0h，水洗冷冻干燥得到Ti3C2；将1mmol Ti3C2和12mmol三聚氰胺置于40mL去离子水中，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，干燥温度90℃，即得到Ti3C2@三聚氰胺；将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在2％氧气/氮气气氛下530℃焙烧5.0h，焙烧后即得到TiO2@C/g-C3N4；称取15mmol TiO2@C/g-C3N4，置于含1mmol硝酸镍、0.3mmol氯化钯和0.04mmol氯铂酸溶液中，使用0.4mol/L的二甲胺基硼烷溶液在3℃还原6.0h，即制得催化剂，记为NiPd0.3Pt0.04/15TiO2@C/g-C3N4催化剂，密闭保存。
加氢反应过程
先将1.5mL制备好的催化剂装填至内径为8mm的管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至30℃，再将摩尔比为1:3.8的1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应压力为2.9MPa，反应空速为3.8h-1。
采用气相色谱及质谱分析反应2h后的产物，产物中1，3-丁二烯含量低于649ppb，丁烷含量低于1.53％；催化剂连续运行150h后，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于653ppb，丁烷含量低于1.58％。
实施例5
制备催化剂过程
称取1mmol Ti3AlC2置于48wt％HF溶液处理时间6.5h，水洗冷冻干燥得到Ti3C2；将1mmol Ti3C2和9mmol三聚氰胺置于40mL去离子水中，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，干燥温度95℃，即得到Ti3C2@三聚氰胺；将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在3％氧气/氮气气氛下525℃焙烧4.5h，焙烧后即得到TiO2@C/g-C3N4；称取13mmol TiO2@C/g-C3N4，置于含1mmol硝酸镍、0.2mmol氯化钯和0.04mmol氯铂酸溶液中，使用0.3mol/L的二甲胺基硼烷溶液在4℃还原6.5h，即制得催化剂，记为NiPd0.2Pt0.04/13TiO2@C/g-C3N4催化剂，密闭保存。
加氢反应过程
先将1.5mL制备好的催化剂装填至内径为8mm的管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至45℃，再将摩尔比为1:3.5的1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应压力为2.7MPa，反应空速为3.6h-1。
采用气相色谱及质谱分析反应2h后的产物，产物中1，3-丁二烯含量低于631ppb，丁烷含量低于1.49％；催化剂连续运行150h后，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于634ppb，丁烷含量低于1.52％。
实施例6
制备催化剂过程
称取1mmol Ti3AlC2置于57wt％HF溶液处理时间6.8h，水洗冷冻干燥得到Ti3C2；将1mmol Ti3C2和13mmol三聚氰胺置于40mL去离子水中，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，干燥温度107℃，即得到Ti3C2@三聚氰胺；将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在1％氧气/氮气气氛下534℃焙烧4.8h，焙烧后即得到TiO2@C/g-C3N4；称取16mmolTiO2@C/g-C3N4，置于含1mmol硝酸镍、0.1mmol氯化钯和0.03mmol氯铂酸溶液中，使用0.2mol/L的二甲胺基硼烷溶液在5℃还原4.5h，即制得催化剂，记为NiPd0.1Pt0.03/16TiO2@C/g-C3N4催化剂，密闭保存。
加氢反应过程
先将1.5mL制备好的催化剂装填至内径为8mm的管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至35℃，再将摩尔比为1:3.2的1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，反应压力为2.3MPa，反应空速为2.6h-1。
采用气相色谱及质谱分析反应2h后的产物，产物中1，3-丁二烯含量低于609ppb，丁烷含量低于1.41％；催化剂连续运行150h后，气相色谱及质谱分析产物显示，产物中1，3-丁二烯含量低于612ppb，丁烷含量低于1.45％。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演和替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利的保护范围。

Claims (2)

1.用NiPdPt催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法，其特征在于：将NiPdPt催化剂置于管式反应器中，然后将催化剂床层温度升高至20～50℃，再将1，3-丁二烯与氢气的混合气体导入反应器中，在压力为1.6～3.4MPa，空速为1.8～4.2h-1的条件下进行反应；
所述的1，3-丁二烯与氢气的摩尔比为1:(2.6～4.3)；
所述的NiPdPt催化剂包括Ni、Pd、Pt、TiO2@C和g-C3N4，其中，Ni来源于硝酸镍，Pd来源于氯化钯，Pt来源于氯铂酸，TiO2@C来源于Ti3AlC2，g-C3N4来源于三聚氰胺；
所述的NiPdPt催化剂是通过以下步骤予以制备的：
(1)取一定量的Ti3AlC2，将其加入一定浓度的氢氟酸溶液处理一段时间后水洗冷冻干燥，即得到Ti3C2；
所述HF的质量浓度为35～65wt％，处理时间4.0～8.0h；
(2)将Ti3C2与三聚氰胺按一定摩尔比置于含40ml去离子水，超声分散一段时间，将其置于一定温度下搅拌至干燥，即得到Ti3C2@三聚氰胺；
所述Ti3C2与三聚氰胺的摩尔比为1：(8～14)，干燥温度85～110℃；
(3)将Ti3C2@三聚氰胺置于管式炉中，在一定焙烧条件和气氛下焙烧后，即得到TiO2@C/g-C3N4；
所述焙烧温度为510～550℃，焙烧时间3.0～6.5h，气氛为氧气、氮气混合气，氧气体积分数1％～3％；
(4)将焙烧后得到的TiO2@C/g-C3N4载体置于一定组成的硝酸镍、氯化钯和氯铂酸溶液，在一定温度下使用二甲胺基硼烷溶液还原一段时间，离心干燥，即制得NiPdPt/TiO2@C/g-C3N4催化剂；
所述硝酸镍、氯化钯、氯铂酸与TiO2@C/g-C3N4的摩尔比为1：(0.1～0.3)：(0.03～0.06)：(12～18)，二甲胺基硼烷浓度为0.2～0.5mol/L，还原温度为2～6℃，还原时间为4.0～7.5h。
2.如权利要求1所述的用NiPdPt催化剂催化1，3-丁二烯选择性加氢的方法，其特征在于：
所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(1)中：HF的质量浓度为57wt％，处理时间6.8h；
所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(2)中：Ti3C2与三聚氰胺的摩尔比为1：13，干燥温度107℃；
所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(3)中：焙烧温度为534℃，焙烧时间4.8h，气氛为氧气、氮气混合气，氧气体积分数为1％；
所述的NiPdPt催化剂的制备步骤(4)中：硝酸镍、氯化钯、氯铂酸与TiO2@C/g-C3N4的摩尔比为1：0.1：0.03：16，二甲胺基硼烷浓度为0.2mol/L，还原温度为5℃，还原时间为4.5h；
所述的反应温度为35℃，1，3-丁二烯与氢气的摩尔比为1:3.2，反应压力为2.3MPa，反应空速为2.6h-1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111205154A (zh) * 2020-03-04 2020-05-29 王冲 一种提高生成1-丁烯产率和选择性的方法

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CN111205154B (zh) * 2020-03-04 2022-05-31 厦门市涛峯辉生物医药科技研发中心 一种提高生成1-丁烯产率和选择性的方法

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