CN112007657A - 一种控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制负载型Cu‑Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,通过两次浸渍和三次焙烧实现。本发明提供的方法不仅能够调控催化剂中Cu、Pd原子比,还可以改善了活性炭载体的表面性质,使制备得到的催化剂中金属粒子分散均匀。当将所述催化剂用于加氢脱氯反应时,具有良好的催化活性、优异的选择性、高催化剂效率和较长的使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于催化剂领域,涉及一种Cu-Pd/AC合金催化剂。
背景技术
负载型钯基催化剂是一种常用的加氢催化剂,广泛应用于烷烃加氢、烯烃加氢、硝基和亚硝基加氢等领域。单金属钯基催化剂在加氢脱氯反应中具有良好的催化性能,但在稳定性和选择性上不足。为了提高钯基催化剂的稳定性和选择性,往往需要在催化剂中添加其他金属组分,以形成双金属催化剂或多金属合金催化剂。
对于负载型催化剂的制备,现有技术中有化学气相沉积法、浸渍沉淀法、溶剂化金属离子浸渍法、胶体法和浸渍法。当在钯基催化剂中添加其他金属组分时,目前公开的催化剂制备方法还不能够很好的调控钯和其他金属元素在催化剂载体上的配比,而作为活性成分的钯和其他金属元素,如果在催化剂载体上负载的原子配比不合适,不仅会影响催化剂的催化剂活性,如选择性,还会影响催化剂的稳定性和寿命的等。
因此,有必要开发一种控制负载型钯基催化剂中金属原子比的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,所述方法包括:
(1)在活性炭载体浸渍Pd前驱体后,先在惰性气氛下进行第一阶段焙烧,再在氨气气氛下进行第二阶段焙烧;
(2)在活性炭载体浸渍Cu前驱体后,在惰性气体和氨气的混合气氛中进行第三阶段焙烧。
本发明提供的方法,当活性炭载体浸渍好Pd前驱体后,先在惰性气氛下进行第一阶段焙烧。所述第一阶段焙烧过程,焙烧温度优选为400~800℃,并进一步优选为500~800℃;焙烧时间优选为1~5h,并进一步优选为2~4h。
本发明提供的方法,当活性炭载体浸渍好Pd前驱体后,先在惰性气氛下进行第一阶段焙烧,再在氨气气氛下进行第二阶段焙烧。所述第二阶段焙烧过程,焙烧温度优选为400~800℃,并进一步优选为500~800℃;焙烧时间优选为0.5~3h,并进一步优选为2~3h。
本发明提供的方法,当活性炭载体浸渍好Pd前驱体且完成第一阶段和第二阶段焙烧后,进行Cu前驱体浸渍。当完成Cu前驱体浸渍后,在惰性气体和氨气的混合气氛中进行第三阶段焙烧。所述第三阶段焙烧,焙烧温度优选为400~800℃,并进一步优选为500~800℃;焙烧时间优选为1~5h,并进一步优选为2~4h。所述第三阶段焙烧,需在惰性气体和氨气的混合气氛中进行,所述惰性气体和氨气的混合气氛,对惰性气体和氨气的配比不做特别要求。
本发明提供的方法,三个阶段焙烧使用的惰性气体可以是选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。不同阶段焙烧使用的惰性气体可以相同,也可以不同。
本发明提供的方法,步骤(1)浸渍Pd前驱体时,对于Pd前驱体的来源,优选选自氯钯酸溶液、醋酸钯溶液、硝酸钯溶液和钯氨配合物溶液中的至少一种溶液浸渍Pd前驱体。
本发明提供的方法,步骤(2)浸渍Cu前驱体时,对于Cu前驱体的来源,优选选自氯化铜溶液、硝酸铜溶液、硫酸铜溶液和铜氨络合溶液中的至少一种溶液浸渍Cu前驱体。在浸渍Cu前驱体过程中,作为一种优选的方式,使用超声浸渍Cu前驱体。
本发明提供的方法,使用的活性炭载体,优选为选自煤质、椰壳或木质活性炭。
经本发明制备的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中,Pd:Cu的原子比为1:1~80。
经本发明制备的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中,Cu的质量百分含量为0.05%~10%,Pd的质量百分含量为0.05%~10%。
作为示例,本发明还提供一种原子比可控的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂的制备方法,所述方法包括:
(1)采用过量浸渍或等体积浸渍法,将活性炭载体在Pd前驱体溶液中浸渍,静置、干燥;
(2)干燥后置于惰性气氛下进行第一阶段焙烧,之后在氨气气氛下进行第二阶段焙烧;
(3)将焙烧后的催化剂置于碱性溶液中搅拌,并过滤、干燥,获得催化剂前体;
(4)采用过量浸渍或等体积浸渍法,将所述催化剂前体在Cu前驱体溶液中浸渍,静置或过滤、干燥;
(5)干燥后催化剂依次置于惰性气体和氨气的混合气氛中进行第三阶段焙烧,并经H2还原得到原子比可控的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂。
上述催化剂制备过程中,使用的碱性溶液可以是选自氨水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种。
本发明制备的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂,适合用于氯代有机化合物加氢脱氯反应,特别适合用于氯苯酚、R-12、R-115和R-113的加氢脱氯反应。
本发明提供的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,通过两次浸渍和三次焙烧,不仅将催化剂中Cu、Pd原子比进行调控,而且将氮元素引入活性炭载体的晶格中,改善了活性炭载体的表面性质,使制备得到的催化剂中金属粒子分散均匀,实现了所述催化剂在增加Cu、Pd的负载量后依然保持较高的分散度的目的。并且,本发明提供的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,制备方法简单,生产成本低。
本发明制备得到的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂用于氯代有机化合物加氢脱氯反应时,具有良好的催化活性、优异的选择性、高催化剂效率和较长的使用寿命长等优点。
附图说明
图1是实施例1制备的催化剂的电镜图及电镜图中选中粒子Cu-Pd合金TEM线扫。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明,但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到,本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1
取0.95ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下600℃焙烧2h,然后切换成氨气600℃焙烧1.5h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取0.95ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在400℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-12气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
附图1给出了本实施例制备的催化剂中粒子的TEM线扫,选取20个粒子做TEM-线扫,通过透射电镜线扫发现,大部分合金粒子的原子比都集中在一个区间。
实施例2
取0.47ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下500℃焙烧4h,然后切换成氨气500℃焙烧3h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取0.95ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在400℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-12气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例3
取0.47ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下700℃焙烧1.5h,然后切换成氨气700℃焙烧1h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取1.26ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在400℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-12气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例4
取0.47ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下800℃焙烧1h,然后切换成氨气800℃焙烧0.5h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取1.26ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在550℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-12气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例5
取0.38ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下400℃焙烧5h,然后切换成氨气450℃焙烧3h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取0.63ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在700℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-115气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例6
取0.38ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下600℃焙烧4h,然后切换成氨气600℃焙烧2h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取0.63ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在600℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-115气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例7
取0.38ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下550℃焙烧3h,然后切换成氨气550℃焙烧3h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取0.63ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在800℃焙烧2h,再通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-115气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例8
取0.47ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下600℃焙烧4h,然后切换成氨气600℃焙烧2h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取1.26ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在500℃焙烧2h,然后通入R-113气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例9
取0.28ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下650℃焙烧3.5h,然后切换成氨气650℃焙烧2h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取0.95ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在500℃焙烧2h,然后通入R-113气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
实施例10
取0.56ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液稀释负载在1g活性炭上,静置、干燥后,先在氮气气氛下600℃焙烧4h,然后切换成氨气600℃焙烧2h,降温取出放入适量氨水溶液中浸渍,过滤。再取1.57ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液稀释与上述催化剂混合,过滤、干燥后装入固定床反应器,通入氮气和氨气混合气在500℃焙烧2h,然后通入R-113气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
对比实施例1
取0.95ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液和0.95ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液混合,负载在1g活性炭上,静置、干燥后装入固定床反应器,通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-12气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
对比实施例2
取0.38ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液和0.63ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液混合,负载在1g活性炭上,静置、干燥后装入固定床反应器,通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-115气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
对比实施例3
取0.47ml 0.1mol/L H2PdCl4溶液和1.26ml 0.5mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液混合,负载在1g活性炭上,静置、干燥后装入固定床反应器,通入氢气在250℃条件下还原2h,然后通入R-113气体在反应温度300℃,空速720h-1条件下进行反应,原料与氢气的摩尔比为1:1.5。反应的转化率、选择性、催化剂效率详见表1。
表1
Claims (10)
1.一种控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于所述方法包括:
(1)在活性炭载体浸渍Pd前驱体后,先在惰性气氛下进行第一阶段焙烧,再在氨气气氛下进行第二阶段焙烧;
(2)在活性炭载体浸渍Cu前驱体后,在惰性气体和氨气的混合气氛中进行第三阶段焙烧。
2.按照权利要求1所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:
第一阶段焙烧温度为400~800℃,焙烧时间1~5h;
第二阶段焙烧温度为400~800℃,焙烧时间0.5~3h;
第三阶段焙烧温度为400~800℃,焙烧时间1~5h。
3.按照权利要求2所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:
第一阶段焙烧温度为400~800℃,焙烧时间2~4h;
第二阶段焙烧温度为500~800℃,焙烧时间2~3h;
第三阶段焙烧温度为400~800℃,焙烧时间2~4h。
4.按照权利要求1所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:
步骤(1)浸渍Pd前驱体时,使用选自氯钯酸溶液、醋酸钯溶液、硝酸钯溶液和钯氨配合物溶液中的至少一种溶液浸渍Pd前驱体;
步骤(2)浸渍Cu前驱体时,使用选自氯化铜溶液、硝酸铜溶液、硫酸铜溶液和铜氨络合溶液中的至少一种溶液浸渍Cu前驱体。
5.按照权利要求4所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:步骤(2)浸渍Cu前驱体时,使用超声浸渍Cu前驱体。
6.按照权利要求1所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:活性炭载体选自煤质、椰壳或木质活性炭。
7.按照权利要求1所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:所述负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中,Pd:Cu的原子比为1:1~80。
8.按照权利要求1所述的控制负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中金属原子比的方法,其特征在于:所述负载型Cu-Pd/AC合金催化剂中,Cu的质量百分含量为0.05%~10%,Pd的质量百分含量为0.05%~10%。
9.一种如权利要求7所述的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂的应用,其特征在于:所述催化剂用于氯代有机化合物加氢脱氯反应。
10.按照权利要求9所述的负载型Cu-Pd/AC合金催化剂的应用,其特征在于:所述催化剂用于氯代有机化合物加氢脱氯反应,且所述氯代有机化合物选自氯苯酚、R-12、R-115和R-113中的至少一种。
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