CN117899920A - 一种1,4-丁二腈加氢催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种1,4‑丁二腈加氢催化剂及其制备方法，属于聚合物加氢制备技术领域，该催化剂为三明治结构，包括载体A以及活性组分B，所述载体A以全硅分子筛S1为核和活性金属C为壳，所述载体A的结构式为C/S1，所述活性组分B负载在所述载体A上，该催化剂的结构式为B@C@S1，其中，所述活性金属C为Ru、Pd、Pt中的任意一种。所述三明治型催化剂为S1@C@S1，或者为Z5@C@S1。本发明所述催化剂用于1,4‑丁二腈加氢反应转化率高、选择性好、工艺操作安全。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物加氢制备技术领域，尤其是涉及一种1,4-丁二腈加氢催化剂及其制备方法。
背景技术
雷尼镍催化剂是目前广泛采用的聚合物加氢还原为氨基的催化剂。但由于雷尼镍催化剂极易着火，操作稍有不慎即可能引起严重火灾。而且利用雷尼镍对1,4-丁二腈加氢反应的催化时间长；当反应进行发生后，溶液中存在氨基化合物后，催化效果会降低甚至停止反应，雷尼镍在催化1,4-丁二腈时需要控制氨基腈和氨基化合物的比例。
因此需要制备一种替代雷尼镍的聚合物加氢催化剂，来解决上述问题。
发明内容
本发明目的是提供一种1,4-丁二腈加氢催化剂及其制备方法，采用本发明的催化剂1,4-丁二腈的加氢反应转化率高、选择性好、工艺操作安全。
为实现上述目的，本发明提供了一种1,4-丁二腈加氢催化剂，该催化剂为三明治结构，包括载体A以及活性组分B，所述载体A以全硅分子筛S1为核和活性金属C为壳，所述载体A的结构式为C/S1，所述活性组分B负载在所述载体A上，该催化剂的结构式为B@C@S1，其中，所述活性金属C为Ru、Pd、Pt中的任意一种。
优选的，所述活性金属C的盐溶液为含C的氯化物溶液。
本发明还提供了上述一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备载体A：将含活性金属C溶于溶剂，加入全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤烘干，焙烧得到载体A，C/S1，
S2、制备活性组分B的分子筛前驱体溶液；
S3、将载体A加入到活性组分B的分子筛前驱体溶液内，于150-180℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧，得到三明治型催化剂B@C@S1。
优选的，步骤S2中的活性组分B的分子筛前驱体溶液的组分为：水、乙醇、四丙基氢氧化铵以及正硅酸乙酯，其组分按照20:4:0.25:1的摩尔比配备。
优选的，所述三明治型催化剂B@C@S1为S1@C@S1。
优选的，步骤S2中的活性组分B的分子筛前驱体溶液的组分为：水、乙醇、四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯以及异丙醇铝，其组分按照20:4:0.25:1:0.01的摩尔比配备。
优选的，所述三明治型催化剂B@C@S1为Z5@C@S1。
优选的，步骤S1中的溶剂为水、乙醇、甲醇的混合溶液。
优选的，在步骤S1中，所述全硅分子筛的添加量为溶剂质量的8-10％；在步骤S3中所述载体A的添加量为分子筛前驱体溶液质量的8-10％。
优选的，在步骤S1中，所述烘干温度为80℃，焙烧时间为450～600℃，焙烧时间为5小时，在步骤S3中，所述焙烧时间为3～5小时，所述焙烧温度在450～600℃。
因此，本发明采用上述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂及其制备方法，具备以下有益效果：
本发明所提供的用于1,4-丁二腈加氢的催化剂，在比较温和的反应条件下进行，催化1,4-丁二腈加氢偶联一步制备1,4-丁二胺，采用温和的Pt纳米粒子、Ru纳米粒子以及Pd纳米粒子活化氢气，使得产物不容易过度加氢，而且即使在常压下也可以得到94％的收率，稳定性好，重复使用多次后催化活性和选择性均未改变。因此本发明制备的催化剂具有环境友好、反应条件温和、高效、高选择性而且稳定性好的优点。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本发明实施例1制备的S1@Pt@S1催化剂的SEM图像；
图2为本发明实施例2制备的Z5@Ru@S1催化剂的SEM图像；
图3为本发明实施例3制备的载体Pd/S1的SEM图像；
图4为本发明实施例4制备的S1@Ru@S1催化剂的SEM图像。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图所示，本发明提供了一种1,4-丁二腈加氢催化剂，该催化剂为三明治结构，包括载体A以及活性组分B，载体A以全硅分子筛S1为核和活性金属C为壳，所述载体A的结构式为C/S1，活性组分B负载在载体A上，该催化剂的结构式为B@C@S1，其中，活性金属C为Ru、Pd、Pt中的任意一种。活性金属C的盐溶液为含C的氯化物溶液。
本发明还提供了上述一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备载体A：将含活性金属C溶于溶剂，加入全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤烘干，焙烧得到载体A，C/S1，
S2、制备活性组分B的分子筛前驱体溶液；
S3、将载体A加入到活性组分B的分子筛前驱体溶液内，于150-180℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧，得到三明治型催化剂B@C@S1。
步骤S2中的活性组分B的分子筛前驱体溶液的组分为：水、乙醇、四丙基氢氧化铵以及正硅酸乙酯，其组分按照20:4:0.25:1的摩尔比配备。采用该方案制备分子筛的前驱体溶液，该三明治型催化剂B@C@S1为S1@C@S1。
步骤S2中的活性组分B的分子筛前驱体溶液的组分还可以为：水、乙醇、四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯以及异丙醇铝，其组分按照20:4:0.25:1:0.01的摩尔比配备。采用该方案制备分子筛的前驱体溶液，该三明治型催化剂B@C@S1为Z5@C@S1。
本发明中步骤S1中的溶剂优选为水、乙醇、甲醇的混合溶液。
在步骤S1中，全硅分子筛的添加量为溶剂质量的8-10％；在步骤S3中载体A的添加量为分子筛前驱体溶液质量的8-10％。
在步骤S1中，烘干温度为80℃，焙烧时间为450～600℃，焙烧时间为5小时，在步骤S3中，焙烧时间为3～5小时，焙烧温度在450～600℃。
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
本实施例提供了一种1,4-丁二腈加氢催化剂，通过以下步骤制备：
(1)将含活性金属Pt溶于水、乙醇、1,4-二氧六环以及四氢呋喃的混合溶液中，加入溶剂质量10％的全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤，80℃烘干，500℃焙烧5小时候，得到载体Pt/S1；
(2)将水、乙醇、四丙基氢氧化铵以及正硅酸乙酯按照20:4:0.25:1的质量比配备；
(3)然后加入溶液质量10％的PtS1，于170℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧500℃-4h，得到三明治型催化剂S1@Pt@S1。
该方法的加氢度和选择性列于表1中。
实施例2
本实施例提供了一种1,4-丁二腈加氢催化剂，通过以下步骤制备：
(1)将含活性金属Ru溶于水、乙醇、1,4-二氧六环以及四氢呋喃的混合溶液中，加入溶剂质量10％的全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤，80℃烘干，500℃焙烧5小时候，得到载体Ru/S1；
(2)将水、乙醇、四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯以及异丙醇铝按照20:4:0.25:1:0.01的质量比配备；
(3)然后加入溶液质量10％的Ru/S1，于170℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧500℃-4h，得到三明治型催化剂Z5@Ru@S1。
该方法的加氢度和选择性列于表1中。
实施例3
本实施例提供了一种1,4-丁二腈加氢催化剂，通过以下步骤制备：
(1)将含活性金属Pd溶于水、乙醇、1,4-二氧六环以及四氢呋喃的混合溶液中，加入溶剂质量10％的全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤，80℃烘干，500℃焙烧5小时候，得到载体Pd/S1；
(2)将水、乙醇、四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯以及异丙醇铝按照20:4:0.25:1:0.01的质量比配备；
(3)然后加入溶液质量10％的Pd/S1，于170℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧500℃-4h，得到三明治型催化剂Z5@Pd@S1。
该方法的加氢度和选择性列于表1中。
实施例4
本实施例提供了一种1,4-丁二腈加氢催化剂，通过以下步骤制备：
(1)将含活性金属Ru溶于水、乙醇、1,4-二氧六环以及四氢呋喃的混合溶液中，加入溶剂质量10％的全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤，80℃烘干，500℃焙烧5小时候，得到载体Ru/S1；
(2)将水、乙醇、四丙基氢氧化铵以及正硅酸乙酯按照20:4:0.25:1的质量比配备；
(3)然后加入溶液质量10％的Pt/S1，于170℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧500℃-4h，得到三明治型催化剂S1@Ru@S1。
该方法的加氢度和选择性列于表1中。
表1实施例1-4的加氢度和选择性
| 实施例 | 加氢度 | 选择性 | 反应时间 |
| 1 | 96.3％ | 100％ | 6.5 |
| 2 | 95.8％ | 100％ | 7 |
| 3 | 94.6％ | 100％ | 6.7 |
| 4 | 97.1％ | 100％ | 10 |
通过以上实施例以及表1可以看出，利用本发明提供的催化剂对1,4-丁二腈加氢进行选择性加氢的加氢度高，而且选择性可以达到100％。
因此，本发明目的是提供一种1,4-丁二腈加氢催化剂及其制备方法，采用本发明的催化剂1,4-丁二腈的加氢反应转化率高、选择性好、工艺操作安全。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种1,4-丁二腈加氢催化剂，其特征在于，该催化剂为三明治结构，包括载体A以及活性组分B，所述载体A以全硅分子筛S1为核和活性金属C为壳，所述载体A的结构式为C/S1，所述活性组分B负载在所述载体A上，该催化剂的结构式为B@C@S1，其中，所述活性金属C为Ru、Pd、Pt中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂，其特征在于，所述活性金属C的盐溶液为含C的氯化物溶液。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备载体A：将含活性金属C溶于溶剂，加入全硅分子筛S1，室温搅拌24h后，过滤烘干，焙烧得到载体A，C/S1，
S2、制备活性组分B的分子筛前驱体溶液；
S3、将载体A加入到活性组分B的分子筛前驱体溶液内，于150-180℃晶化24小时，在氢氩气氛还原焙烧，得到三明治型催化剂B@C@S1。
4.根据权利要求3所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中的活性组分B的分子筛前驱体溶液的组分为：水、乙醇、四丙基氢氧化铵以及正硅酸乙酯，其组分按照20:4:0.25:1的摩尔比配备。
5.根据权利要求4所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述三明治型催化剂B@C@S1为S1@C@S1。
6.根据权利要求3所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中的活性组分B的分子筛前驱体溶液的组分为：水、乙醇、四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯以及异丙醇铝，其组分按照20:4:0.25:1:0.01的摩尔比配备。
7.根据权利要求6所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述三明治型催化剂B@C@S1为Z5@C@S1。
8.根据权利要求3所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中的溶剂为水、乙醇、甲醇的混合溶液。
9.根据权利要求3所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述全硅分子筛的添加量为溶剂质量的8-10％；在步骤S3中所述载体A的添加量为分子筛前驱体溶液质量的8-10％。
10.根据权利要求3所述的一种1,4-丁二腈加氢催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述烘干温度为80℃，焙烧时间为450～600℃，焙烧时间为5小时，在步骤S3中，所述焙烧时间为3～5小时，所述焙烧温度在450～600℃。
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