CN116351412A - 一种抗氧剂44pd合成用负载型双金属催化剂及其催化方法 - Google Patents

一种抗氧剂44pd合成用负载型双金属催化剂及其催化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂及其催化方法,所述催化剂包括载体以及负载于载体上的活性金属组分和助金属组分,其中载体为预处理的活性炭,活性金属组分为Pt、Ru、Pd中任意两种,助剂金属组分为Zr、Ba、Fe、Ce和La中任意一种,所述催化剂中活性金属组分的质量百分含量为0.5%~1.5%,助剂金属组分的质量百分含量为0.25%~0.5%。本发明催化剂采用双金属负载,较一般的单金属催化剂活性更高。且本发明催化剂中金属含量大幅降低,极大的降低了催化剂的成本,该催化剂用于抗氧剂44PD的合成,催化效率高,性能稳定,可进行多次套用而不失活,产物转化率100%,选择性98%以上。

Description

一种抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂及其催化方法
技术领域
本发明属于催化剂技术领域,具体涉及到一种抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,以及该催化剂催化合成抗氧剂44PD的方法。
背景技术
抗氧剂主要分为固体抗氧剂和液体抗氧剂,均可以增加石油产品的稳定性,但因为固体抗氧剂与油品混合困难,抗氧性能差等因素,固体抗氧剂应用较少,从而使得液体抗氧剂得到广泛的发展与应用。而抗氧剂44PD是一种应用广泛且性能优良的液体胺类抗氧剂。
中国专利CN1947837公开了一种合成抗氧化剂44PD的方法,以对硝基苯胺与丁酮为原料,生产抗氧剂44PD,在反应中使用的催化剂表达式为M1-M2-M3,M1为镍、钴、铁之一或者多种掺杂,M2为过渡金属铼、钯、钌之一或者多种掺杂,M3为碱金属锂、钠、钾、铷和碱土金属钙、镁、锶的一种或者多种掺杂,将M1、M2、M3分别浸渍到通常使用的载体上(例如氧化铝、硅胶、活性炭和硅藻土),每浸渍一种金属需要干燥焙烧过程,最后经过氢气还原活化制得催化剂,经过不同金属负载量的实验,最终得到的催化剂可以使对硝基苯胺的转化率达95%,且抗氧剂44PD的选择性达到90%,方法优点是,使用对硝基苯胺和丁酮为原料,价格低成本小,反应条件温和,但是缺点也很明显,制备催化剂过程过于繁琐,增加了催化剂的制备难度和生产成本,且负载的金属数量过多,会产生金属脱附以及活性过高导致44PD的选择性不高。
中国专利CN1370768,使用对硝基苯胺或者对苯二胺与脂肪族酮反应,使用的催化剂为分散于硅胶上的氧化物(含量为硅胶46%-50%,氧化铜24%-31%,氧化铬20%-23%,氧化钡的粉状物0%-6%),每摩尔的对苯二胺需要使用20-40g加氢催化剂,在反应结束后过滤分离出硅胶催化剂,对滤液在氮气保护下进行蒸馏,首先在常压下将水与过量的丁酮蒸馏出来,后减压蒸馏对产物进行提纯,最终得到高收率、高含量的抗氧剂44PD。该专利中同样催化剂金属含量高,催化剂价格较高,且寿命较低,只有50h以上。所以开发出操作简便且具有良好的活性、选择性和稳定性的铂炭催化剂,对合成抗氧剂44PD具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用催化合成抗氧剂44PD具有选择性和稳定性高的负载型双金属催化剂,以及该催化剂用于催化合成抗氧剂44PD的方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的负载型双金属催化剂包括载体以及负载在载体上的活性金属组分和助剂金属组分,所述载体为预处理的活性炭,所述活性金属组分为Pt、Ru、Pd中任意两种,所述助剂金属组分为Zr、Ba、Fe、Ce、La中任意一种;所述负载型双金属催化剂中,活性金属组分的质量百分含量为0.5%~1.5%,助剂金属组分的质量百分含量为0.25%~0.5%。
本发明所述负载型双金属催化剂通过以下步骤制备得到:
步骤一:将活性炭用浓硝酸或双氧水液相高温处理,再经过试剂处理,然后洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭干燥至恒重,得到预处理的活性炭;所述试剂为吡啶、尿素、磷酸中任意一种。
步骤二:将活性金属组分的可溶性化合物、助剂金属组分的可溶性盐加入去离子水中,搅拌至固体物质全部溶解,然后加入络合剂高温络合,得到前驱体溶液。
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二中的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加碱液调节pH值为8~10,滴加完后继续搅拌45~60分钟,得到浆料。
步骤四:将步骤三所得浆料过滤,得到的滤饼用去离子水打浆后,加入甲酸钠还原,过滤,用去离子水洗涤至无氯离子。
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用去离子水进行打浆处理,然后加入含硫毒化剂进行毒化处理,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
上述步骤一中,优选所述液相高温处理的方法为:将活性炭用浓硝酸或双氧水在90℃以上进行煮沸处理1~4小时。
上述步骤一中,优选所述试剂处理的方法为:将高温处理的活性炭加入完全溶解于去离子水的试剂溶液中,室温浸渍处理1~8小时。
上述步骤二中,所述活性金属组分的可溶性化合物为氯铂酸、三氯化钌、氯钯酸中任意两种,所述助剂金属组分的可溶性盐为五水硝酸锆、硝酸钡、九水硝酸铁、六水硝酸铈、六水硝酸镧中任意一种,所述络合剂为EDTA、硫脲、乙酰丙酮、磺基水杨酸中任意一种。
上述步骤二中,优选所述高温络合的方法为:加入络合剂在70~100℃加热处理30~120分钟;所述络合剂的加入量为预处理的活性炭质量的0.5%~2%。
上述步骤三中,优选加入甲酸钠70~90℃还原20~30分钟,所述甲酸钠的加入量为预处理的活性炭质量的1%~2%。
上述步骤四中,所述碱液为氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液中任意一种。
上述步骤五中,所述含硫毒化剂为二苯硫醚、苯硫基甲烷、对甲苯硫酚、辛硫醇中任意一种。
上述步骤五中,优选所述毒化处理的方法为:逐滴加入毒化剂水溶液,滴加完后室温静置15~30分钟,其中毒化剂的加入量为预处理的活性炭质量的1%~3%。
本发明负载型双金属催化剂催化合成抗氧剂44PD的方法为:将对硝基苯胺和丁酮按照摩尔比1:5~10投入不锈钢高压反应釜中,并投入对硝基苯胺质量2%~5%的催化剂,密封高压釜,并向反应釜内通入氢气,在温度为120~180℃、压力为3~6MPa下搅拌反应4~8小时;反应完后降至室温,取出反应液即得到抗氧剂44PD,催化剂进行过滤洗涤后重复使用。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1.本发明通过对活性炭进行处理改性,使活性组分吸附更加牢固,避免了因金属流失而引起的催化剂性能不稳定,不但提高了催化剂的活性,而且还增强了催化剂的选择性和稳定性。
2.本发明采用双活性金属组分,并通过向活性金属组分中加入助剂金属,使活性组分的有效分散度大大提高,增强了催化剂的反应活性和稳定性,并极大程度的降低了活性金属组分的含量。
3.本发明采用甲酸钠作为还原剂,通过控制含双金属溶液pH值进行吸附,保证了活性金属组分的彻底还原同时使活性金属组分在活性炭孔道内产生不同程度的分布,且分布的金属粒子大小不同,在使用过程中金属不易流失,催化剂反应活性高、选择性高且稳定性好。
4.本发明通过对催化剂进行硫毒化处理,抑制了副产物收率,提高了反应的选择性,且具有更长的寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明,但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
本实施例的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂包括预处理的活性炭以及负载在预处理的活性炭上的Pt、Ru、Zr,所述催化剂中,Pt的质量百分含量为0.4%,Ru的质量百分含量0.1%,Zr的质量百分含量为0.5%;该催化剂的制备方法包括以下步骤:
步骤一、将99g粒度为200~400目、比表面积为1000~1100m2/g的活性炭加入50mL浓硝酸中90℃煮沸处理4小时,再加入100mL含1g尿素的去离子水中,室温浸渍处理6小时,然后用去离子水洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭80℃干燥至恒重,得到预处理的活性炭。
步骤二、将2.353g五水合硝酸锆溶解于30mL去离子水中,得到硝酸锆水溶液;将含0.4g铂的氯铂酸溶解于15mL去离子水中,得到氯铂酸水溶液;将含0.1g钌的三氯化钌溶解于10mL去离子水中,得到三氯化钌水溶液;然后将所得硝酸锆水溶液、氯铂酸水溶液、三氯化钌水溶液混合均匀,并加入1.0g EDTA,100℃煮沸60分钟,稳定后用去离子水稀释至150mL,得到前驱体溶液。
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加1.5mol/L NaOH水溶液调节反应体系的pH值至8,滴加完后继续搅拌60分钟,得到浆料。
步骤四:将步骤三所得浆液过滤,得到的滤饼用100mL去离子水打浆后,加入1g甲酸钠,80℃还原30分钟,然后再过滤,并用去离子水洗涤至无氯离子残留。
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用100mL去离子水进行打浆处理,然后逐滴加入500mL含2.5g二苯硫醚的去离子水,滴加完后室温静置30分钟,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
实施例2
本实施例的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂包括预处理的活性炭以及负载在预处理的活性炭上的Pt、Pd、Ba,所述催化剂中,Pt的质量百分含量为0.8%,Pd的质量百分含量0.2%,Ba的质量百分含量为0.5%;该催化剂的制备方法包括以下步骤:
步骤一、将99g粒度为200~400目、比表面积为1000~1100m2/g的活性炭加入50mL浓硝酸中90℃煮沸处理4小时,再加入100mL含1g尿素的去离子水中,室温浸渍处理6小时,然后用去离子水洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭80℃干燥至恒重,得到预处理的活性炭。
步骤二、将0.9415g硝酸钡溶解于30mL去离子水中,得到硝酸钡水溶液;将含0.8g铂的氯铂酸溶解于20mL去离子水中,得到氯铂酸水溶液;将含0.2g钯的氯钯酸溶解于10mL去离子水中,得到氯钯酸水溶液;然后将所得硝酸钡水溶液、氯铂酸水溶液、氯钯酸水溶液混合均匀,并加入1.0g硫脲,100℃煮沸60分钟,稳定后用去离子水稀释至150mL,得到前驱体溶液。
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加1.5mol/L NaOH水溶液调节反应体系的pH值至8.5,滴加完后继续搅拌60分钟,得到浆料。
步骤四:将步骤三所得浆液过滤,得到的滤饼用100mL去离子水打浆后,加入2.0g甲酸钠,80℃还原20分钟,然后再过滤,并用去离子水洗涤至无氯离子残留。
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用100mL去离子水进行打浆处理,然后逐滴加入500mL含2.7g苯硫基甲烷的去离子水,滴加完后室温静置30分钟,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
实施例3
本实施例的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂包括预处理的活性炭以及负载在预处理的活性炭上的Pt、Ru、Fe,所述催化剂中,Pt的质量百分含量为1.2%,Ru的质量百分含量0.3%,Fe的质量百分含量为0.25%;该催化剂的制备方法包括以下步骤:
步骤一、将99g粒度为200~400目、比表面积为1000~1100m2/g的活性炭加入50mL浓硝酸中90℃煮沸处理4小时,再加入100mL含1g吡啶的去离子水中,室温浸渍处理6小时,然后用去离子水洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭80℃干燥至恒重,得到预处理的活性炭。
步骤二、将1.810g九水合硝酸铁溶解于30mL去离子水中,得到硝酸铁水溶液;将含1.2g铂的氯铂酸溶解于30mL去离子水中,得到氯铂酸水溶液;将含0.3g钌的三氯化钌溶解于10mL去离子水中,得到三氯化钌水溶液;然后将所得硝酸铁水溶液、氯铂酸水溶液、三氯化钌水溶液混合均匀,并加入1.0g EDTA,100℃煮沸60分钟,稳定后用去离子水稀释至150mL,得到前驱体溶液。
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加1.5mol/L NaOH水溶液调节反应体系的pH值至9,滴加完后继续搅拌60分钟,得到浆料。
步骤四:将步骤三所得浆液过滤,得到的滤饼用100mL去离子水打浆后,加入1.0g甲酸钠,80℃还原30分钟,然后再过滤,并用去离子水洗涤至无氯离子残留。
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用100mL去离子水进行打浆处理,然后逐滴加入500mL含2.0g对甲苯硫酚的去离子水,滴加完后室温静置30分钟,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
实施例4
本实施例的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂包括预处理的活性炭以及负载在预处理的活性炭上的Pt、Ru、Ce,所述催化剂中,Pt的质量百分含量为0.9%,Ru的质量百分含量0.1%,Ce的质量百分含量为0.5%;该催化剂的制备方法包括以下步骤:
步骤一、将99g粒度为200~400目、比表面积为1000~1100m2/g的活性炭加入50mL浓硝酸中90℃煮沸处理4小时,再加入100mL含1g尿素的去离子水中,室温浸渍处理6小时,然后用去离子水洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭80℃干燥至恒重,得到预处理的活性炭。
步骤二、将1.549g六水合硝酸铈溶解于30mL去离子水中,得到硝酸铈水溶液;将含0.9g铂的氯铂酸溶解于20mL去离子水中,得到氯铂酸水溶液;将含0.1g钌的三氯化钌溶解于10mL去离子水中,得到三氯化钌水溶液;然后将所得硝酸铈水溶液、氯铂酸水溶液、三氯化钌水溶液混合均匀,并加入1.0g乙酰丙酮,100℃煮沸60分钟,稳定后用去离子水稀释至150mL,得到前驱体溶液。
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加1.5mol/L NaOH水溶液调节反应体系的pH值至9.5,滴加完后继续搅拌60分钟,得到浆料。
步骤四:将步骤三所得浆液过滤,得到的滤饼用100mL去离子水打浆后,加入1.0g甲酸钠,80℃还原30分钟,然后再过滤,并用去离子水洗涤至无氯离子残留。
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用100mL去离子水进行打浆处理,然后逐滴加入500mL含2.5g二苯硫醚的去离子水,滴加完后室温静置30分钟,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
实施例5
本实施例的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂包括预处理的活性炭以及负载在预处理的活性炭上的Pt、Ru、La,所述催化剂中,Pt的质量百分含量为0.3%,Ru的质量百分含量0.2%,La的质量百分含量为0.25%;该催化剂的制备方法包括以下步骤:
步骤一、将99g粒度为200~400目、比表面积为1000~1100m2/g的活性炭加入50mL浓硝酸中90℃煮沸处理4小时,再加入100mL含1g磷酸的去离子水中,室温浸渍处理6小时,然后用去离子水洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭80℃干燥至恒重,得到预处理的活性炭。
步骤二、将0.7844g六水合硝酸镧溶解于30mL去离子水中,得到硝酸镧水溶液;将含0.3g铂的氯铂酸溶解于15mL去离子水中,得到氯铂酸水溶液;将含0.2g钌的三氯化钌溶解于10mL去离子水中,得到三氯化钌水溶液;然后将所得硝酸镧水溶液、氯铂酸水溶液、三氯化钌水溶液混合均匀,并加入1.0g磺基水杨酸,100℃煮沸60分钟,稳定后用去离子水稀释至150mL,得到前驱体溶液。
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加1.5mol/L NaOH水溶液调节反应体系的pH值至8.5,滴加完后继续搅拌60分钟,得到浆料。
步骤四:将步骤三所得浆液过滤,得到的滤饼用100mL去离子水打浆后,加入1.0g甲酸钠,80℃还原30分钟,然后再过滤,并用去离子水洗涤至无氯离子残留。
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用100mL去离子水进行打浆处理,然后逐滴加入500mL含2.3g辛硫醇的去离子水,滴加完后室温静置30分钟,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
对比例1
在实施例1中,不加第二种活性金属组分Ru和助剂金属组分Zr,制备成催化剂。
对比例2
在实施例4,不用含硫毒化剂进行毒化处理,催化剂组成和其他制备步骤与实施例4相同。
实施例6
分别采用上述实施例1~5和对比例1~2制备的催化剂用于合成抗氧剂44PD,具体方法为:在250mL不锈钢高压反应釜中,投入20g(0.14mol)对硝基苯胺和65mL(0.7mol)丁酮,并投入对硝基苯胺0.4g催化剂,密封高压釜,用氮气置换反应釜内的空气三次,再用氢气置换三次,将温度升至120℃、氢压为3.5MPa,开始搅拌,搅拌速率900r/min,反应4小时,停止反应,温度降至室温后取出反应液,过滤除去催化剂,滤液用气相色谱分析,结果见表1。
表1抗氧剂44PD合成反应产物色谱分析结果
催化剂 对硝基苯胺转化率/% 抗氧剂44PD选择性/%
实施例1 100 98.8
实施例2 100 98.7
实施例3 100 99.2
实施例4 100 99.4
实施例5 100 98.9
对比例1 93.6 89.4
对比例2 95.2 91.3
从表1中可以明显看出,本发明的催化剂具有较高的的活性和选择性,与实施例1相比,未加入助剂金属的对比例1,44PD的转化率和选择性都较低;与实施例4相比,未经过硫毒化处理的对比例2,44PD的转化率和选择性也较低。
按照上述催化性能评价方法对实施例4的催化剂进行套用实验,每次反应后对催化剂进行过滤洗涤,套用试验结果见表2。
表2催化剂套用试验结果
套用次数 对硝基苯胺转化率/% 抗氧剂44PD选择性/%
1 100% 99.9%
2 100% 99.7%
3 100% 99.8%
4 100% 99.7%
5 100% 99.5%
6 100% 99.7%
7 100% 99.8%
8 100% 99.6%
从表2可以明显看出,本发明的催化剂稳定性好,重复性高,催化剂经过重复使用依然具有较高的活性和选择性。

Claims (10)

1.一种抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,所述负载型双金属催化剂包括载体以及负载在载体上的活性金属组分和助剂金属组分,所述载体为预处理的活性炭,所述活性金属组分为Pt、Ru、Pd中任意两种,所述助剂金属组分为Zr、Ba、Fe、Ce、La中任意一种;所述负载型双金属催化剂中,活性金属组分的质量百分含量为0.5%~1.5%,助剂金属组分的质量百分含量为0.25%~0.5%;
所述负载型双金属催化剂通过以下步骤制备得到:
步骤一:将活性炭用浓硝酸或双氧水液相高温处理,再经过试剂处理,然后洗涤至活性炭pH为8~9,将洗涤后的活性炭干燥至恒重,得到预处理的活性炭;所述试剂为吡啶、尿素、磷酸中任意一种;
步骤二:将活性金属组分的可溶性化合物、助剂金属组分的可溶性盐加入去离子水中,搅拌至固体物质全部溶解,然后加入络合剂高温络合,得到前驱体溶液;
步骤三:将步骤一中预处理的活性炭加入到步骤二中的前驱体溶液中,室温搅拌,并滴加碱液调节pH值为8~10,滴加完后继续搅拌45~60分钟,得到浆料;
步骤四:将步骤三所得浆料过滤,得到的滤饼用去离子水打浆后,加入甲酸钠还原,过滤,用去离子水洗涤至无氯离子;
步骤五:将步骤四中洗涤至无氯离子后的滤饼重新用去离子水进行打浆处理,然后加入含硫毒化剂进行毒化处理,过滤抽干,得到抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂。
2.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤一中,所述液相高温处理的方法为:将活性炭用浓硝酸或双氧水在90℃以上进行煮沸处理1~4小时。
3.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤一中,所述试剂处理的方法为:将高温处理的活性炭加入完全溶解于去离子水的试剂溶液中,室温浸渍处理1~8小时。
4.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤二中,所述活性金属组分的可溶性化合物为氯铂酸、三氯化钌、氯钯酸中任意两种,所述助剂金属组分的可溶性盐为五水硝酸锆、硝酸钡、九水硝酸铁、六水硝酸铈、六水硝酸镧中任意一种,所述络合剂为EDTA、硫脲、乙酰丙酮、磺基水杨酸中任意一种。
5.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤二中,所述高温络合的方法为:加入络合剂在70~100℃加热处理30~120分钟;所述络合剂的加入量为预处理的活性炭质量的0.5%~2%。
6.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤三中,加入甲酸钠70~90℃还原20~30分钟,所述甲酸钠的加入量为预处理的活性炭质量的1%~2%。
7.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤四中,所述碱液为氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液中任意一种。
8.根据权利要求1所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤五中,所述含硫毒化剂为二苯硫醚、苯硫基甲烷、对甲苯硫酚、辛硫醇中任意一种。
9.根据权利要求1或8所述的抗氧剂44PD合成用负载型双金属催化剂,其特征在于,步骤五中,所述毒化处理的方法为:逐滴加入毒化剂水溶液,滴加完后室温静置15~30分钟,其中毒化剂的加入量为预处理的活性炭质量的1%~3%。
10.权利要求1所述的负载型双金属催化剂催化合成抗氧剂44PD的方法,其特征在于,将对硝基苯胺和丁酮按照摩尔比1:5~10投入不锈钢高压反应釜中,并投入对硝基苯胺质量2%~5%的催化剂,密封高压釜,并向反应釜内通入氢气,在温度为120~180℃、压力为3~6MPa下搅拌反应4~8小时;反应完后降至室温,取出反应液即得到抗氧剂44PD,催化剂进行过滤洗涤后重复使用。
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