DE102007038045B4 - Process for the production of a palladium / carbon catalyst - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Palladium/Kohle-Katalysators bei dem man:a) eine Aktivkohle mit einer wäßrigen Lösung einer anorganischen Säure und dann mit Wasser neutral wäscht und dann die gewaschene Aktivkohle trocknet, wobei man einen Aktivkohleträger erhält;b) den Aktivkohleträger mit einer eine Pd-Verbindung und ein Additiv enthaltenden wäßrigen Lösung imprägniert oder besprüht, um die Pd-Verbindung auf dem Aktivkohleträger zu trägern, wobei man eine Katalysatorvorstufe erhält, wobei das Molverhältnis von Additiv zu Pd in der Pd-Verbindung in der Lösung im Bereich von 0,01:1 bis 2,0:1 liegt; das Additiv unter den Verbindungen der allgemeinen Formel I:worin n, m und 1 unabhängig voneinander für 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 5 stehen und R1, R2und R3unabhängig voneinander aus der Gruppe bestehend aus H, CH3, NH2, OH und COOH ausgewählt sind, ausgewählt ist und die Palladium enthaltende Lösung auf einen pH-Wert von 7±3 eingestellt wird; undc) die Katalysatorvorstufe mit einem Reduktionsmittel behandelt, wobei man den Palladium/Kohle-Katalysator erhält.Process for the production of a palladium / carbon catalyst in which: a) an activated carbon is washed neutral with an aqueous solution of an inorganic acid and then with water and then the washed activated carbon is dried to obtain an activated carbon carrier; b) the activated carbon carrier with an Pd compound and an additive-containing aqueous solution impregnated or sprayed in order to support the Pd compound on the activated carbon support, a catalyst precursor being obtained, the molar ratio of additive to Pd in the Pd compound in the solution being in the range of 0, 01: 1 to 2.0: 1; the additive among the compounds of the general formula I: in which n, m and 1 independently of one another represent 0 or an integer from 1 to 5 and R1, R2 and R3 independently of one another are selected from the group consisting of H, CH3, NH2, OH and COOH is selected and the palladium-containing solution is adjusted to a pH of 7 ± 3; andc) treating the catalyst precursor with a reducing agent to obtain the palladium / carbon catalyst.
Description
Querverweis auf verwandte AnmeldungCross reference to related application
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. August 2006 eingereichten Chinesischen Patentanmeldung
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines auf Aktivkohle geträgerten metallisches Palladium umfassenden Katalysators (der im folgenden als Palladium/Kohle-Katalysator bezeichnet wird), der bei der Raffination von roher Terephthalsäure durch selektive Hydrierung verwendet wird.The present invention relates to a process for producing a carbon-supported metallic palladium catalyst (hereinafter referred to as a palladium-carbon catalyst) which is used in the refining of crude terephthalic acid by selective hydrogenation.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Palladium/Kohle-Katalysatoren finden bei der selektiven Hydrierung ungesättigter organischer Verbindungen breite Anwendung. Insbesondere eignen sich Palladium/Kohle-Katalysatoren zur Verwendung bei der Raffination von roher Terephthalsäure, bei der einige Verunreinigungen in der rohen Terephthalsäure wie 4-Carboxybenzaldehyd (4-CBA) durch Hydrierung in andere Verbindungen umgewandelt werden und das Terephthalsäureprodukt dann durch Kristallisation isoliert werden kann. Da die Palladium/Kohle-Katalysatoren in der Regel eine einzige aktive Komponente enthalten, lag der Schwerpunkt der im Stand der Technik bekannten Forschungsanstrengungen zur Verbesserung derartiger Katalysatoren hauptsächlich auf der Struktur des Trägers und der Verteilung von metallischem Pd auf dem Träger, und diese Aspekte haben in der Tat großen Einfluß auf die Eigenschaften der Katalysatoren.Palladium / carbon catalysts are widely used in the selective hydrogenation of unsaturated organic compounds. In particular, palladium / carbon catalysts are suitable for use in the refining of crude terephthalic acid, in which some impurities in the crude terephthalic acid such as 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA) are converted to other compounds by hydrogenation and the terephthalic acid product can then be isolated by crystallization . Since the palladium-on-carbon catalysts typically contain a single active component, the prior art efforts to improve such catalysts have focused primarily on the structure of the support and the distribution of metallic Pd on the support, and these have aspects indeed great influence on the properties of the catalysts.
Da es sich bei der Hydroraffinationsreaktion von Terephthalsäure um eine Reaktion erster Ordnung handelt und mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit abläuft, ist das Eindiffundieren von Reaktanten in das Innere von Katalysatorteilchen während der Reaktion schwierig, so daß die aktive Komponente in den Katalysatorteilchen nicht gut arbeiten kann. Zur vollständigen Nutzung des Edelmetalls werden die Katalysatoren daher im allgemeinen als Schalenkatalysatoren hergestellt, in denen die aktive Komponente, d. h. das Edelmetall, hauptsächlich auf der Oberfläche des Trägers geträgert ist.Since the hydrorefining reaction of terephthalic acid is a first order reaction and proceeds at a high reaction rate, diffusion of reactants into the inside of catalyst particles is difficult during the reaction, so that the active component in the catalyst particles cannot work well. In order to fully utilize the noble metal, the catalysts are therefore generally produced as coated catalysts in which the active component, d. H. the precious metal is mainly carried on the surface of the support.
Da die Hydrierungsreaktion an der Oberfläche von metallischem Pd durchgeführt wird, gilt für Katalysatoren mit der gleichen Beladung an metallischem Pd, daß die Aktivität des Katalysators umso höher und die Standzeit des Katalysators umso länger ist, je höher der Dispersionsgrad von metallischem Pd in einem Katalysator und/oder je höher der Gehalt an geträgertem Kristallit von metallischem Pd in dem Katalysator und/oder je besser die thermische Stabilität des Katalysators ist.Since the hydrogenation reaction is carried out on the surface of metallic Pd, it applies to catalysts with the same loading of metallic Pd that the higher the degree of dispersion of metallic Pd in a catalyst, the higher the activity of the catalyst and the longer the service life of the catalyst / or the higher the content of supported crystallite of metallic Pd in the catalyst and / or the better the thermal stability of the catalyst.
Bei direkter Beladung einer eine Pd-Verbindung (wie Natriumtetrachloropalladat oder Palladiumchlorid) enthaltenden Lösung auf eine Aktivkohle erscheint auf der Oberfläche der Aktivkohle schnell eine sehr dünne, glänzende Schicht aus metallischem Palladium. Das liegt hauptsächlich daran, daß die Oberfläche der Aktivkohle reduzierende Gruppen wie Aldehydgruppen oder freie Elektronen aufweist, die Pd-Ionen leicht zu nullwertigem metallischem Pd reduzieren. Infolgedessen weisen so hergestellte Katalysatoren sehr geringe Dispersionsgrade von metallischem Pd auf. Ein Ansatz zur Überwindung dieses Problems besteht darin, das Pd-Ion in der eine Pd-Verbindung enthaltenden Imprägnierflüssigkeit vor der Imprägnierung in eine unlösliche Verbindung umzuwandeln. So kann man beispielsweise eine wasserlösliche Pd-Verbindung bei Raumtemperatur zu unlöslichem Pd(OH)2 oder PdO·H2O reduzieren, welches dann auf einer Aktivkohle geträgert und dann mit einem Reduktionsmittel, wie Formaldehyd, Natriumformiat, Glucose, Ameisensäure oder Wasserstoffgas reduziert wird. Auf diese Art und Weise kann man die Migration von Pd und das Wachstum von Pd-Kristalliten verhindern. So lehrt beispielsweise die
In der
Die
In der
Kurze Darstellung der ErfindungSummary of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Palladium/Kohle-Katalysators, insbesondere eines aktivkohlegeträgerten Palladiumkatalysators. Metallisches Pd in dem Katalysator weist einen höheren Dispersionsgrad, einen höheren Kristallitgehalt und eine bessere thermische Stabilität auf. Bei Verwendung bei der Hydroraffination von roher Terephthalsäure kann der Katalysator einen hohen Umsatz von 4-Carboxybenzaldehyd (4-CBA) liefern.One object of the invention is to provide a method for producing the palladium / carbon catalyst, in particular a palladium catalyst supported on activated carbon. Metallic Pd in the catalyst has a higher degree of dispersion, a higher crystallite content and a better thermal stability. When used in the hydro refining of crude terephthalic acid, the catalyst can provide high conversion of 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA).
Nähere Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments
Im ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Palladium/Kohle-Katalysator bereit, bei dem das auf einem Aktivkohleträger geträgerte Palladium in Form von nanometergroßen Kristallen vorliegt und Kristallite mit einer Teilchengröße von weniger als 2,5 nm mindestens 80 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 88 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% aller Palladiumkristallite ausmachen.In the first aspect, the present invention provides a palladium / carbon catalyst in which the palladium supported on an activated carbon support is in the form of nanometer-sized crystals and crystallites with a particle size of less than 2.5 nm at least 80% by weight, preferably at least 85% by weight, particularly preferably at least 88% by weight and very particularly preferably at least 90% by weight of all palladium crystallites.
In dem erfindungsgemäßen Palladium/Kohle-Katalysator liegt der Gehalt an metallischem Pd vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 3,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.In the palladium / carbon catalyst according to the invention, the content of metallic Pd is preferably in the range from 0.05 to 5% by weight and particularly preferably in the range from 0.2 to 3.5% by weight, based on the total weight of the Catalyst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das geträgerte Palladium in einer Oberflächenschicht des Aktivkohleträgers angereichert, so daß in dem Fall, daß der Palladium/Kohle-Katalysator einen Pd-Gehalt von 0,50 +/- 0,10 Gew.-% des Gesamtgewichts des Katalysators aufweist, Palladiumkristallite in einer Schicht in 5 nm Tiefe unter der Oberfläche des Aktivkohleträgers mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 40 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-% des Gesamtgewichts aller Atome in dieser Schicht umfassen und Palladiumkristallite in einer Schicht in 300 nm Tiefe unter der Oberfläche des Aktivkohleträgers mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 15 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 20 Gew.-% des Gesamtgewichts aller Atome in dieser Schicht umfassen.In a preferred embodiment, the supported palladium is enriched in a surface layer of the activated carbon support, so that in the event that the palladium / carbon catalyst has a Pd content of 0.50 +/- 0.10% by weight of the total weight of the catalyst comprises palladium crystallites in a layer at a depth of 5 nm below the surface of the activated carbon support at least 30% by weight, preferably at least 40% by weight and particularly preferably at least 50% by weight of the total weight of all atoms in this layer and palladium crystallites in one Layer at a depth of 300 nm below the surface of the activated carbon support at least 5% by weight, preferably at least 10% by weight, particularly preferably at least 15% by weight and very particularly preferably at least 20% by weight of the total weight of all atoms in this layer include.
In dem erfindungsgemäß hergestellten Palladium/Kohle-Katalysator ist das geträgerte Palladium auf der Oberfläche des Aktivkohleträgers hoch dispergiert, wobei der Dispersionsgrad mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 15% und ganz besonders bevorzugt mindestens 20% beträgt. Nach Calcinierung des Katalysators in einem durch Wasser (bei 25°C) geblasenen Stickstoffstrom bei 500 °C über einen Zeitraum von 10 Stunden weist das geträgerte Palladium eine durchschnittliche Teilchengröße von höchstens 10 nm, vorzugsweise höchstens 8,0 nm, besonders bevorzugt höchstens 7,0 nm und ganz besonders bevorzugt höchstens 6,0 nm auf.In the palladium / carbon catalyst prepared according to the invention, the supported palladium is highly dispersed on the surface of the activated carbon support, the degree of dispersion being at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 15% and very particularly preferably at least 20%. After calcination of the catalyst in a stream of nitrogen blown through water (at 25 ° C) at 500 ° C for a period of 10 hours, the supported palladium has an average particle size of at most 10 nm, preferably at most 8.0 nm, particularly preferably at most 7, 0 nm and very particularly preferably at most 6.0 nm.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung des Palladium/Kohle-Katalysators bereit, bei dem man:
- a) eine Aktivkohle mit einer wäßrigen Lösung einer anorganischen Säure und dann mit Wasser neutral wäscht und dann die gewaschene Aktivkohle trocknet, wobei man einen Aktivkohleträger erhält;
- b) den Aktivkohleträger mit einer eine Pd-Verbindung und ein Additiv enthaltenden wäßrigen Lösung imprägniert oder besprüht, um die Pd-Verbindung auf dem Aktivkohleträger zu trägern, wobei man eine Katalysatorvorstufe erhält, wobei das Molverhältnis von Additiv zu Pd in der Pd-Verbindung in der Lösung im Bereich von 0,01:1 bis 2,0:1 liegt; das Additiv aus Verbindungen der allgemeinen Formel I ausgewählt ist:
- c) die Katalysatorvorstufe mit einem Reduktionsmittel behandelt, wobei man den Palladium/Kohle-Katalysator erhält.
- a) washing an activated carbon with an aqueous solution of an inorganic acid and then with water until neutral and then drying the washed activated carbon to obtain an activated carbon support;
- b) the activated carbon support is impregnated or sprayed with an aqueous solution containing a Pd compound and an additive in order to support the Pd compound on the activated carbon support, a catalyst precursor being obtained, the molar ratio of additive to Pd in the Pd compound in the solution ranges from 0.01: 1 to 2.0: 1; the additive is selected from compounds of the general formula I:
- c) treating the catalyst precursor with a reducing agent, the palladium / carbon catalyst being obtained.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem obigen Verfahren die Katalysatorvorstufe vor der Reduktionsbehandlung der Katalysatorvorstufe bei einer Temperatur von 0 bis 80 °C über einen Zeitraum von 1 bis 50 Stunden gealtert.In a preferred embodiment, in the above process, the catalyst precursor is aged before the reduction treatment of the catalyst precursor at a temperature of 0 to 80 ° C. for a period of 1 to 50 hours.
Bezüglich der bei der Erfindung verwendeten Aktivkohle gibt es keine speziellen Einschränkungen. Ein Beispiel für die Aktivkohle ist Kokosnußschalenaktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 900 m2/g und einer Teilchengröße von 4 bis 8 mesh.There are no particular restrictions on the activated carbon used in the present invention. An example of the activated carbon is coconut shell activated carbon having a specific surface area of more than 900 m 2 / g and a particle size of 4 to 8 mesh.
Die wäßrige Lösung der anorganischen Säure, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, kann eine Säurekonzentration von 0,01 bis 5 M (mol/Liter) und vorzugsweise 0,01 bis 3,0 M aufweisen. Beispiele für die anorganische Säure sind u. a. Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure. Der Zeitraum für die Säurewäsche ist nicht kritisch, liegt aber vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 8 Stunden und besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 4 Stunden.The aqueous solution of the inorganic acid which can be used in the process of the present invention may have an acid concentration of 0.01-5M (mol / liter), and preferably 0.01-3.0M. Examples of the inorganic acid include: Hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid. The period of time for the acid wash is not critical, but is preferably in the range from 0.5 to 8 hours and particularly preferably in the range from 0.5 to 4 hours.
Nach dem Waschen mit der wäßrigen Lösung der anorganischen Säure wird die Aktivkohle mit Wasser neutral gewaschen und dann getrocknet. Die Trocknung erfolgt im allgemeinen bei einer Temperatur von 80 bis 150 °C über einen Zeitraum von 0,5 bis 10 Stunden und vorzugsweise 0,5 bis 6 Stunden.After washing with the aqueous solution of the inorganic acid, the activated carbon is washed neutral with water and then dried. The drying is generally carried out at a temperature of 80 to 150 ° C. over a period of 0.5 to 10 hours and preferably 0.5 to 6 hours.
Beispiele für die Pd-Verbindung, die bei der Erfindung verwendet werden kann, sind u. a. Palladiumhalogenide, Palladiumacetat, Palladiumnitrat, Palladium(IV)-chlorwasserstoff, basische Salze von Palladium(IV)-chlorwasserstoff, Palladium-Ammino-Komplexe und Mischungen davon. Vorzugsweise handelt es sich bei der Pd-Verbindung um Palladium(IV)-chlorwasserstoff oder Palladiumacetat. Die die Pd-Verbindung und das Additiv enthaltende Lösung weist vorzugsweise einen pH-Wert von 4 bis 9 auf. Die Pd-Konzentration der Pd-Verbindung in der Lösung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 3,6 Gew.-%.Examples of the Pd compound which can be used in the invention include: Palladium halides, palladium acetate, palladium nitrate, palladium (IV) hydrogen chloride, basic salts of palladium (IV) hydrogen chloride, palladium-amino complexes and mixtures thereof. The Pd compound is preferably palladium (IV) hydrogen chloride or palladium acetate. The solution containing the Pd compound and the additive preferably has a pH of 4 to 9. The Pd concentration of the Pd compound in the solution is preferably in the range from 0.01 to 20% by weight, particularly preferably in the range from 0.1 to 10% by weight and very particularly preferably in the range from 0.2 up to 3.6% by weight.
Die Menge des in der Pd enthaltenden Lösung verwendeten Additivs kann je nach der verwendeten Pd-Verbindung und dem verwendeten Additiv variieren. Im allgemeinen ist jedoch ein Molverhältnis von Additiv zu Pd in der Pd-Verbindung in der Lösung im Bereich von 0,01:1 bis 2:1 möglich, und das Molverhältnis von Additiv zu Pd in der Pd-Verbindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05:1 bis 1,5:1 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,1:1 bis 1,0:1.The amount of the additive used in the Pd-containing solution may vary depending on the Pd compound and additive used. In general, however, a molar ratio of additive to Pd in the Pd compound in the solution in the range from 0.01: 1 to 2: 1 is possible, and the molar ratio of additive to Pd in the Pd compound is preferably in the range of 0 .05: 1 to 1.5: 1 and particularly preferably in the range from 0.1: 1 to 1.0: 1.
Einige Beispiele für die Verbindung der allgemeinen Formel I, die bei der Erfindung verwendet werden kann, sind die folgenden Verbindungen:
Beispiele für das zur Reduktion der Katalysatorvorstufe verwendete Reduktionsmittel sind u. a. Ameisensäure, Natriumformiat, Formaldehyd, Hydrazinhydrat, Glucose, Wasserstoffgas und Mischungen davon. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um Natriumformiat oder Hydrazinhydrat. Die Menge des Reduktionsmittels richtet sich nach der Menge der aktiven Komponente, Pd, und liegt im allgemeinen im Bereich vom 1- bis 10fachen und vorzugsweise vom 2- bis 5fachen der für die Reduktionsreaktion benötigten theoretischen Menge. Die Reduktionsbehandlung der Katalysatorvorstufe kann gemäß Verfahren und unter Bedingungen durchgeführt werden, die dem Fachmann gut bekannt sind. So kann die Reduktionsbehandlung beispielsweise bei einer Temperatur von 0 bis 200 °C und vorzugsweise 20 bis 120 °C über einen Zeitraum von 0,5 bis 24 Stunden, vorzugsweise 1 bis 10 Stunden und besonders bevorzugt 1 bis 4 Stunden durchgeführt werden.Examples of the reducing agent used to reduce the catalyst precursor include: Formic acid, sodium formate, formaldehyde, hydrazine hydrate, glucose, hydrogen gas and mixtures thereof. The reducing agent is preferably sodium formate or hydrazine hydrate. The amount of the reducing agent depends on the amount of the active component, Pd, and is generally in the range from 1 to 10 times and preferably from 2 to 5 times the theoretical amount required for the reduction reaction. The reduction treatment of the catalyst precursor can be carried out according to methods and under conditions well known to those skilled in the art. For example, the reduction treatment can be carried out at a temperature of 0 to 200 ° C. and preferably 20 to 120 ° C. over a period of 0.5 to 24 hours, preferably 1 to 10 hours and particularly preferably 1 to 4 hours.
In einer bevorzugten Ausführungsform geht man bei dem Verfahren zur Herstellung des Palladium/Kohle-Katalysators gemäß der Erfindung so vor, daß man:
- i) einen teilchenförmigen oder geformten Aktivkohleträger über einen Zeitraum von 0,5 bis 8 Stunden mit einer wäßrigen Lösung einer Säure wäscht, wobei die wäßrige Lösung der Säure eine Säurekonzentration von 0,01 bis 3,0 mol/Liter aufweist und es sich bei der Säure um mindestens eine Säure aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure handelt;
- ii) den mit Säure gewaschenen Aktivkohleträger mit Wasser neutral wäscht und dann bei einer Temperatur von 80 bis 150 °C über einen Zeitraum von 0,5 bis 10 Stunden trocknet, wobei man einen behandelten Aktivkohleträger erhält;
- iii) den behandelten Aktivkohleträger mit einer eine wasserlösliche Pd-Verbindung und ein Additiv der allgemeinen Formel I:
- iv) die aus Schritt iii) erhaltene Katalysatorvorstufe bei einer Temperatur von 0 bis 80 °C über einen Zeitraum von 1 bis 50 Stunden altert und
- v) die gealterte Katalysatorvorstufe mit einem Reduktionsmittel behandelt, wodurch das Pd-Ion in der Pd-Verbindung zu metallischem Pd reduziert wird, wobei man den Palladium/Kohle-Katalysator erhält.
- i) washing a particulate or shaped activated carbon support for a period of 0.5 to 8 hours with an aqueous solution of an acid, the aqueous solution of the acid having an acid concentration of 0.01 to 3.0 mol / liter and the Acid is at least one acid from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid;
- ii) the acid-washed activated carbon support was washed neutral with water and then dried at a temperature of 80 to 150 ° C. for a period of 0.5 to 10 hours, a treated activated carbon support being obtained;
- iii) the treated activated carbon carrier with a water-soluble Pd compound and an additive of the general formula I:
- iv) the catalyst precursor obtained from step iii) ages at a temperature of 0 to 80 ° C. for a period of 1 to 50 hours and
- v) treating the aged catalyst precursor with a reducing agent, whereby the Pd ion in the Pd compound is reduced to metallic Pd, whereby the palladium / carbon catalyst is obtained.
Im Vergleich mit dem Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung die Vorteile auf, daß der hergestellte Katalysator einen höheren Dispersionsgrad von metallischem Pd und einen höheren Kristallitgehalt aufweist und daß der Katalysator eine hohe Aktivität und eine lange Standzeit besitzt.Compared with the prior art, the present invention has the advantages that the catalyst produced has a higher degree of dispersion of metallic Pd and a higher crystallite content and that the catalyst has a high activity and a long service life.
BeispieleExamples
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, schränken jedoch die Erfindung in keiner Weise ein.The following examples serve to further illustrate the invention, but do not restrict the invention in any way.
In den Beispielen wurden die folgenden Testmethoden verwendet:The following test methods were used in the examples:
Dispersionsgrad von metallischem Palladium:Degree of dispersion of metallic palladium:
Der Dispersionsgrad von metallischem Palladium wurde nach der Wasserstoff-Sauerstoff-Titrationsmethode auf einer Vorrichtung zur chemischen Adsorption gemessen. Der Dispersionsgrad wurde gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
MPd für das Atomgewicht von Pd steht,
WProbe für das Gewicht der Probe steht und
CPd für den Pd-Gehalt in der Probe steht.The degree of dispersion of metallic palladium was measured by the hydrogen-oxygen titration method on a chemical adsorption device. The degree of dispersion was calculated according to the following equation:
M Pd stands for the atomic weight of Pd,
W sample stands for the weight of the sample and
C Pd stands for the Pd content in the sample.
Kristallitgehalt:Crystallite content:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Kristallitgehalt“ der Gehalt an Kristalliten mit einer Teilchengröße von weniger als 2,5 nm zu verstehen.
- Die Palladiumgehalte in den Katalysatoren wurden auf einem Röntgenfluoreszenzspektrographen gemessen, und die Teilchengrößen von Kristalliten von metallischem Pd wurden auf einem Röntgendiffraktometer (XRD) gemessen. Dann wurde der Kristallitgehalt berechnet als:
- Kristallitgehalt = ((Gewicht von Kristalliten von metallischem Pd mit einer Teilchengröße von weniger als 2,5 nm) /(Gesamtgewicht von metallischem Pd))x100%
- The palladium contents in the catalysts were measured on an X-ray fluorescence spectrograph, and the particle sizes of crystallites of metallic Pd were measured on an X-ray diffractometer (XRD). Then the crystallite content was calculated as:
- Crystallite content = ((weight of crystallites of metallic Pd with a particle size of less than 2.5 nm) / (total weight of metallic Pd)) x100%
Thermische Stabilität:Thermal stability:
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Pd-Kristalliten eines Palladium/Kohle-Katalysators wurde auf einem Röntgendiffraktometer (XRD) gemessen. Nach Calcinierung des Katalysators in einem durch Wasser (bei 25°C) geblasenen Stickstoffstrom bei 500 °C über einen Zeitraum von 10 Stunden wurde auf dem Röntgendiffraktometer (XRD) erneut der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Pd-Kristallite gemessen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Pd-Kristalliten nach der Calcinierung sowie die Änderung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Pd-Kristallite vor und nach der Calcinierung lassen auf die thermische Stabilität des Katalysators schließen. Je kleiner der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Pd-Kristallite, desto besser die thermische Stabilität des Katalysators. Und je kleiner die Änderung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Pd-Kristallite vor und nach der Calcinierung, desto besser die thermische Stabilität des Katalysators.The average particle diameter of Pd crystallites of a palladium / carbon catalyst was measured on an X-ray diffractometer (XRD). After calcination of the catalyst in a stream of nitrogen blown through water (at 25 ° C.) at 500 ° C. for a period of 10 hours, the average particle diameter of the Pd crystallites was measured again on the X-ray diffractometer (XRD). The average particle diameter of Pd crystallites after calcination and the change in the average particle diameter of the Pd crystallites before and after calcination indicate the thermal stability of the catalyst. The smaller the average particle diameter of the Pd crystallites, the better the thermal stability of the catalyst. And the smaller the change in the average particle diameter of the Pd crystallites before and after calcination, the better the thermal stability of the catalyst.
Pd-Gehalte in Schichten in verschiedenen Tiefen unter der Oberfläche der Katalysatoren:Pd contents in layers at different depths under the surface of the catalysts:
Die Oberfläche eines Katalysators wurde mit Argon geätzt. Nach Ätzen bis zu einer bestimmten Tiefe wurde der Gehalt des durch das Ätzen freigelegten Pd in der Oberflächenschicht mittels Röntgenphotoelektronenspektrometrie (XPS) und Auger-Elektronenspektroskopie (AES) gemessen, wodurch die Pd-Gehalte in Schichten bei verschiedenen Tiefen unter der Oberfläche der Katalysatoren erhalten wurden.The surface of a catalyst was etched with argon. After etching to a certain depth, the content of the Pd exposed by the etching in the surface layer was measured by means of X-ray photoelectron spectrometry (XPS) and Auger electron spectroscopy (AES), whereby the Pd contents in layers at different depths below the surface of the catalysts were obtained .
Beispiel 1example 1
100 g Kokosnußschalenaktivkohle, die durch ein 4-mesh-Sieb hindurchgegangen, aber auf einem 8-mesh-Sieb zurückgehalten worden war und eine spezifische Oberfläche von 1100 m2/g aufwies, wurde 2 Stunden mit 200 ml 0,4 M wäßriger Lösung von Salpetersäure gewaschen. Nach Entfernung der Säurelösung wurde die Aktivkohle mit entionisiertem Wasser neutral gewaschen und dann 6 Stunden bei 120 °C getrocknet.100 g of coconut shell activated carbon which had passed through a 4-mesh sieve but retained on an 8-mesh sieve and had a specific surface area of 1100 m 2 / g was treated with 200 ml of 0.4 M aqueous solution of for 2 hours Washed nitric acid. After removing the acid solution, the activated carbon was washed neutral with deionized water and then dried at 120 ° C. for 6 hours.
3,2 g wäßrige Lösung von Palladium(IV)-chlorwasserstoff mit 16 Gew.-% Palladium wurden mit entionisiertem Wasser versetzt, bis das Gesamtvolumen 40 ml betrug. Dann wurde die Lösung mit 2,16 g 10 gew.-%iger Lösung des Additivs A in Wasser versetzt, wonach entionisiertes Wasser zugegeben wurde, bis das Gesamtvolumen der Lösung 60 ml erreichte. Der pH-Wert der Pd enthaltenden Lösung wurde mit 3%iger wäßriger NaOH-Lösung auf etwa 7 eingestellt. Nach 180 Minuten Alterung wurde die Pd enthaltende Lösung zum Imprägnieren der obigen behandelten Aktivkohle über einen Zeitraum von 3 Stunden verwendet, was eine Katalysatorvorstufe ergab. Die Katalysatorvorstufe wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur gealtert und dann in einer reduzierenden Flüssigkeit, die aus 20 g wäßriger 5 gew.-%iger Hydrazinhydratlösung und 200 g reinem Wasser bestand, 3 Stunden bei 20 °C imprägniert. Nach Abfiltrieren der Flüssigkeit wurden die Feststoffe mit reinem Wasser neutral gewaschen und dann getrocknet, was ein Katalysatorprodukt ergab.3.2 g of an aqueous solution of palladium (IV) hydrogen chloride containing 16% by weight of palladium were admixed with deionized water until the total volume was 40 ml. 2.16 g of a 10% strength by weight solution of Additive A in water were then added to the solution, after which deionized water was added until the total volume of the solution reached 60 ml. The pH of the Pd-containing solution was adjusted to about 7 with 3% strength aqueous NaOH solution. After aging for 180 minutes, the Pd-containing solution was used to impregnate the above treated activated carbon over a period of 3 hours, yielding a catalyst precursor. The catalyst precursor was aged for 24 hours at room temperature and then impregnated at 20 ° C. for 3 hours in a reducing liquid consisting of 20 g of aqueous 5% strength by weight hydrazine hydrate solution and 200 g of pure water. After filtering off the liquid, the solids were washed neutral with pure water and then dried to give a catalyst product.
Beispiele 2 bis 24Examples 2 to 24
Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, wobei jedoch zur Herstellung der Pd enthaltenden Lösung andere Pd-Verbindungen und andere Additive verwendet wurden. Die verwendeten Pd-Verbindungen, die Pd-Gehalte an Pd-Verbindung in der Pd enthaltenden Lösung, die verwendeten Additive und die Molverhältnisse der Additive zu Pd sind in nachstehender Tabelle 1 aufgeführt.The procedure was analogous to Example 1, except that other Pd compounds and other additives were used to prepare the Pd-containing solution. The Pd compounds used, the Pd contents of Pd compound in the Pd-containing solution, the additives used and the molar ratios of the additives to Pd are listed in Table 1 below.
Beispiele 25 bis 30Examples 25 to 30
Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, wobei jedoch zur Herstellung der Pd enthaltenden Lösung andere Additive verwendet wurden (die verwendeten Additive sind in Tabelle 1 aufgeführt), die Pd enthaltenden Lösungen auf die Aktivkohle aufgesprüht wurden, um Katalysatorvorstufen zu erhalten, und die anorganischen Säuren, die Konzentrationen der anorganischen Säuren, die Zeiträume für die Säurewäsche, die Zeiträume für die Trocknung, die Temperaturen, die pH-Werte der die Additive und die Pd-Verbindungen enthaltenden Lösungen, die Reduktionsmittel, die Temperaturen für die Reduktionsbehandlung und die Zeiträume für die Reduktionsbehandlung gemäß nachstehender Tabelle 2 verwendet wurden.The procedure was analogous to Example 1, except that other additives were used to prepare the Pd-containing solution (the additives used are listed in Table 1), the Pd-containing solutions were sprayed onto the activated carbon in order to obtain catalyst precursors, and the inorganic acids, the concentrations of the inorganic acids, the periods of time for acid washing, the periods of time for drying, the temperatures, the pH values of the solutions containing the additives and the Pd compounds, the reducing agents, the temperatures for the reduction treatment and the periods of time for the reduction treatment were used in accordance with Table 2 below.
VergleichsbeispielComparative example
Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, wobei jedoch zur Herstellung der Pd enthaltenden Lösung kein Additiv verwendet wurde.The procedure was analogous to Example 1, except that no additive was used to prepare the Pd-containing solution.
Die Dispersionsgrade, Kristallitgehalte, thermischen Stabilitäten und Pd-Gehalte in Schichten bei verschiedenen Tiefen unter der Oberfläche der Katalysatoren wurden an den in den Beispielen und dem Vergleichsbeispiel hergestellten Katalysatoren gemessen. Die Katalysatoren wurden ferner unter den nachstehend aufgeführten Evaluierungsbedingungen evaluiert. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen 3 und 4 aufgeführt.The degrees of dispersion, crystallite contents, thermal stabilities and Pd contents in layers at various depths below the surface of the catalysts were measured on the catalysts prepared in the examples and the comparative example. The catalysts were also evaluated under the evaluation conditions listed below. The results are shown in Tables 3 and 4 below.
Evaluierungsbedingungen für die Katalysatoren:
Tabelle 3
Auf die in der Beschreibung angeführten Patentschriften, Patentanmeldungen, Schriften der Nichtpatentliteratur und Testmethoden wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.Reference is hereby expressly made to the patent specifications, patent applications, non-patent literature and test methods cited in the description.
Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch ist es für den Fachmann ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Grundgedanken und den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Daher ist die Erfindung nicht auf die als beste Ausführungsform zur Ausführung der vorliegenden Erfindung offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.While the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the invention is not limited to the particular embodiments disclosed as the best mode for carrying out the present invention, but includes all embodiments falling within the scope of the appended claims.
Claims (8)
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