CN115282954A - 一种双功能Pd基CO氧化羰化催化剂及其制备方法 - Google Patents

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张鑫
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Abstract

本发明公开了一种双功能Pd基CO氧化羰化催化剂及其制备方法,该催化剂是在原有用于CO制备DMO的催化剂Pd/Al2O3基础上,通过表面修饰和二次负载而制备的。该催化剂表示为PdX‑Pdn/Al2O3,PdX为Pd与载体表面活性氧化铝结合形成的活性中心,Pd呈+2价态,X代表与Pd结合的负电荷基团;Pdn代表纳米颗粒形式存在的Pd晶粒。该催化剂具有双活性中心,其中一个活性中心为高分散的钯纳米颗粒Pdn,其用以催化CO氧化偶联合成草酸二甲酯的反应;另一个活性中心为PdX,作为催化CO合成DMC反应的活性中心。该催化剂用于一氧化碳氧化偶联合成草酸二甲酯反应联产碳酸二甲酯和甲酸甲酯反应,可实现DMO时空收率﹥700g/(L·h),相对于总产物的质量比,DMC选择性﹥6%。

Description

一种双功能Pd基CO氧化羰化催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂的制备方法,特别涉及一种CO氧化偶联合成草酸二甲酯反应联产碳酸二甲酯和甲酸甲酯用催化剂及其制备方法。
背景技术
总所周知,草酸二甲酯(DMO)作为新兴的煤制乙二醇技术中重要的中间产品,随着近年来我国煤(合成气)制乙二醇产业的蓬勃发展,成为实际产能达到2000万吨的重要大宗产品,但根据目前乙二醇产能及市场形势变化,产品单一、缺乏市场适应性成为制约已建成投产的煤制乙二醇企业效益提升的重要因素。
碳酸二甲酯(DMC)是全球公认的绿色化学品,主要用途为生成聚碳酸酯、异氰酸酯、医药、农药,作为锂离子电池电解液和涂料的溶剂,潜在用途为代替甲基叔丁基醚(MTBE) 作为汽油添加剂,尤其在汽柴油添加剂的市场潜力巨大。
在现有的煤制乙二醇技术路线中,CO氧化偶联合成DMO的反应过程中必然产生碳酸二甲酯和甲酸甲酯两种主要的副产物,现阶段的工业化CO氧化偶联合成反应工艺中得到的 DMC和MF总量较少(两种副产物质量占比≤5wt%),分离过程中DMC和甲醇会产生共沸,在较低浓度的DMC条件下分离不易(需要加压),能耗较高。碳酸二甲酯目前工业化的方法为酯交换法,生产原料(环氧丙烷)成本高、污染大,副产物丙二醇分离及再利用困难,其它的制备方法,尚不具备工业化条件,还处在研究阶段。甲酸甲酯目前主流的工业化方法为液相甲醇羰基化法,但是反应过程中采用甲醇钠作为催化剂,由于甲醇钠对水的敏感性、强的腐蚀性导致反应对设备要求极高,同时均相反应存在催化剂与产物分离麻烦,无法实现连续化生产。
针对碳酸二甲酯和甲酸甲酯的市场需求和现有工业化生产存在的问题,研究一种CO氧化偶联合成草酸二甲酯同时联产碳酸二甲酯的新型复合型催化剂,既能满足市场对DMC产品日益增长的需求,对现有煤制乙二醇生产装置的综合效益提高也具有重要的实际意义和市场前景。
发明内容
本发明目的是提供一种双功能Pd基CO氧化羰化催化剂及其制备方法,该催化剂专主要用于CO氧化偶联合成草酸二甲酯反应联产碳酸二甲酯反应过程。
所述的双功能Pd基CO氧化羰化催化剂催化剂,是在原有用于CO制备DMO的催化剂基础上,通过表面修饰和二次负载使催化剂上同时存在两种不同性能的催化活性中心。具体步骤如下:
(1)将催化剂前体A浸泡于偏铝酸钠溶液中静置5~10小时,取出后缓慢升温至130℃~150℃干燥12~24小时,再经8~12小时匀速升温至500~800℃焙烧处理10-12小时,即得到催化剂前驱体B;
所述催化剂前体A为现有工业技术中常用的CO合成草酸二甲酯反应的负载型Pd/α-Al2O3催化剂,其制备方法可参照发明专利CN.201210028850.3、CN201610870602.1,也可以包括使用现阶段工业应用技术中的其他CO合成DMO用催化剂制备方法;其中Pd的质量百分数为0.01~1.0%;所述的铝酸钠溶液的质量浓度为0.5~5%。
(2)将Pd盐溶于溶剂中,配制成Pd2+浓度为0.01~0.1mol/L的浸渍液;
(3)将步骤(1)的催化剂前驱体B按等体积方式浸泡于步骤(2)的浸渍液中,静置 5~12小时,缓慢升温至130℃~150℃干燥12~24小时,然后经再经8~12小时匀速升温至300~500℃焙烧10-12小时,即得到目标催化剂。该催化剂表示为PdX-Pdn/Al2O3,PdX为Pd与载体表面活性氧化铝结合形成的活性中心,Pd一般呈+2价态,X代表与Pd结合的负电荷基团;Pdn代表纳米颗粒形式存在的Pd晶粒。该催化剂具有双活性中心,其中一个活性中心为高分散的钯纳米颗粒Pdn,其用以催化CO氧化偶联合成草酸二甲酯的反应;另一个活性中心为PdX,作为催化CO合成DMC反应的活性中心。
本发明的有益效果:
本发明旨在针对与现有煤制乙二醇生产技术中的CO合成DMO催化剂和工艺进行优化调控,以相对成熟的CO合成草酸二甲酯催化剂为前体进行表面修饰和二次负载,使其对DMC 的选择性从2%左右提高到5%以上,在不对现有工艺流程进行大规模改造的基础上增加综合经济效益。活性中心A为高分散的钯纳米颗粒,对CO氧化偶联合成草酸二甲酯反应有专门的催化活性;活性中心B为与载体表面活性氧化铝结合并高度分散的二价Pd,对CO合成DMC的反应有较好的催化活性。该催化剂可以通过反应的简单调控,在不降低DMO时空收率的基础上,具备对DMC较高的选择性。
具体实施事例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
(1)按发明人前序专利(CN.201210028850.3)方法制备载体Pd/α-Al2O3,其中α-Al2O3粒径为3mm3,Pd的负载量(质量百分数)为0.3%。
(2)将偏铝酸钠溶解在0.1%的NaOH水溶液中,配制质量浓度为5%的偏铝酸钠溶液;
(3)将步骤(1)的Pd/α-Al2O3浸入偏铝酸钠溶液中,静置4小时,缓慢升温至150℃恒温干燥12小时,再缓慢升温至700℃恒温12小时;
(4)将PdCl2溶于浓度为0.5%稀盐酸中,配制成浸渍液,其Pd物种浓度为0.02mol/L;
(5)将步骤(3)处理后的Pd/α-Al2O3浸泡在等体积的步骤(4)的浸渍液中,静置4小时后,缓慢升温至150℃,恒温干燥12小时;
(6)将步骤(5)干燥的样品在马弗炉中,经10小时匀速升温至500℃,恒温12小时,即制得所需催化剂成品。测得催化剂中Pd的质量百分数为0.37%。
采用固定床反应器进行催化剂评价,催化剂装填量5mL,催化剂评价条件为N2:CO:MN=65:20:15(体积比),床层温度120℃,经评价测试,DMO的时空收率750g/(L·h),产品中DMO质量分数为90%,DMC质量分数为8%,MF质量分数为2%。
实施例2:
(1)同实施例1;
(2)将偏铝酸钠溶解在0.1%的NaOH水溶液中,配制质量浓度为3%的偏铝酸钠溶液;
(3)将步骤(1)的Pd/α-Al2O3浸入偏铝酸钠溶液中,静置5小时,缓慢升温至140℃恒温干燥15小时,再缓慢升温至700℃恒温13小时
(4)将PdCl2溶于浓度为1%的稀盐酸中,配制成浸渍液,其Pd物种浓度为0.03mol/L;
(5)将步骤(3)处理后的Pd/α-Al2O3浸泡在等体积的步骤(4)的浸渍液中,静置5小时后,缓慢升温至150℃,恒温干燥12小时;
(6)将步骤(5)干燥的样品在马弗炉中,经10小时匀速升温至450℃,恒温13小时,即制得所需催化剂成品。测得催化剂中Pd的质量百分数为0.42%。
采用固定床反应器进行催化剂评价,催化剂装填量5mL,催化剂评价条件为N2:CO:MN=65:20:15(体积比),床层温度130℃,经评价测试,DMO的时空收率780g/(L·h),产品中DMO质量分数为91,DMC质量分数为7%,MF质量分数为2%。

Claims (4)

1.一种双功能Pd基CO氧化羰化催化剂的制备方法,其特征是按照如下步骤制备:
(1)将催化剂前体A浸泡于偏铝酸钠溶液中静置5~12小时,取出后缓慢升温至130℃~150℃干燥12~24小时,再经8~12小时匀速升温至500~700℃焙烧处理10-12小时,即得到催化剂前驱体B;
所述催化剂前体A为现有工业技术中用于CO合成草酸二甲酯反应的负载型Pd/α-Al2O3催化剂,其中Pd的质量百分数为0.01~1.0%;所述的铝酸钠溶液的质量浓度为0.5~5%;
(2)将Pd盐溶于溶剂中,配制成Pd2+浓度为0.01~0.1mol/L的浸渍液;
(3)将步骤(1)的催化剂前驱体B浸泡于等体积的步骤(2)的浸渍液中,静置5~12小时,缓慢升温至130℃~150℃干燥12~24小时,再经8~12小时匀速升温至300~500℃焙烧10-12小时,即得到目标催化剂,表示为PdX-Pdn/Al2O3
2.根据权利要求1所述的双功能Pd基CO氧化羰化催化剂的制备方法,其特征在于:所述的Pd盐为氯化钯、硝酸钯、醋酸钯、乙酰丙酮钯中的一种;所述的溶剂是浓度为0.05~0.5mol/L的稀盐酸或稀硝酸。
3.一种根据权利要求1所述的方法制备的双功能Pd基CO氧化羰化催化剂,其特征在于该催化剂表示为PdX-Pdn/Al2O3,PdX为Pd与载体表面活性氧化铝结合形成的活性中心,Pd呈+2价态,X代表与Pd结合的负电荷基团;Pdn代表纳米颗粒形式存在的Pd晶粒;PdX、Pdn分别为该催化剂的两个活性中心。
4.一种权利要求3所述的双功能Pd基CO氧化羰化催化剂的应用,该催化剂用于CO氧化偶联合成草酸二甲酯反应联产碳酸二甲酯和甲酸甲酯反应,其中Pdn活性中心用以催化CO氧化偶联合成草酸二甲酯的反应;另一种活性中心PdX用以催化CO合成DMC的反应。
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