DE1592223A1 - Verfahren zur Herstellung von Metalloxiden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Metalloxiden

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DE1592223A1
DE1592223A1 DE19671592223 DE1592223A DE1592223A1 DE 1592223 A1 DE1592223 A1 DE 1592223A1 DE 19671592223 DE19671592223 DE 19671592223 DE 1592223 A DE1592223 A DE 1592223A DE 1592223 A1 DE1592223 A1 DE 1592223A1
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Germany
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metal oxides
nitrate
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decomposition
nitrates
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DE19671592223
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Ebenhoech Dr Franz Ludwig
Dr Willi Schwab
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BASF SE
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BASF SE
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14Methods for preparing oxides or hydroxides in general
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Metalloxiden Metalloxide, die für Zwecke eingesetzt werden sollen, bei denen Reaktionsfähigkeit, große Oberfläche und geringe Größe der Primärteilchen eine Rolle spielen, z. B. bei der Verwendung als Katalysatoren, werden meist dadurch hergestellt, daß man aus den wässrigen Lösungen ihrer Salze die Hydroxide oder Carbonate ausfällt und diese durch thermische Behandlung in die entsprechenden Oxide überführt. Dieses in der Praxis fast ausschließlich angewendete Verfahren hat aber verschiedene Nachteile, die unter anderem darin bestehen, daß man erhebliche Verluste an Metall, das in den Mutterlaugen und Waschwässern in Lösung bleibt, in Kauf nehmen muß. Als weiterer Nachteil ist der große Verbrauch an Waschwasser zu nennen, wobei es trotzdem nicht immer gelingt, von Verunreinigungen freie Metalloxide herzustellen.
  • Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung von Metalloxiden geht von den entsprechenden Metallnitraten aus, die auf thermischem Wege in Metalloxid und nitrose Gase, die gegebenenfalls zu Salpetersäure aufgearbeitet werden können (DSP 1 039 501), umgewandelt werden. Abgesehen davon, daß die Aufarbeitung der nitrosen Gase nur unter beträchtlichem apparativen Aufwand erfolgen kann, entstehen bei diesem Verfahren Metalloxide mit nicht sehr großer innerer Oberfläche und die daher bezüglich 444/67 1 ihrer katalytischen Aktivität nicht mit durch Fällung der Hydroxide und anschließende thermische Behandlung hergestellten Metalloxiden verglichen werden können. Aus diesen Gründen wird dieses an sich einfachere Verfahren nicht für die Herstellung von aktiven Metalloxiden eingesetzt.
  • Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die thermische Zersetzung von Metallnitraten in die entsprechenden Metalloxide so zu führen, daß hierbei aktivere Oxide gebildet werden.
  • Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, wenn man die Zersetzung in Gegenwart von Kohlenstoff und/oder festen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen Substanzen durchführt, die bei der jeweiligen Zersetzungstemperatur keinen wesentlichen Dampfdruck aufweisen.
  • Als Kohlenstoff kann man z. B. neben-Graphit, graphitähnlichen Kohlenstoff wie Koks, und insbesondere Aktivkohlen, wie Holzkohle, Tierkohle oder vorzugsweise Ruß, z. B. Acetylenruß, einsetzen. Als kohlenstoffhaltige, feste oder flüssige Substanzen können prinzipiell solche Substanzen verwendet werden, die keinen wesentlichen Dampfdruck bei der jeweiligen Umsetzungstemperatur aufweisen. Genannt seien beispielsweise höhere oder mehrwertige Alkohole, wie Glycerin, Kohlenhydrate, wie Zucker oder Stärke, Holzmehl, Polyäthylen-Abfälle, Heizöl, Paraffin, Glykokoll und dergleichen. Die3e Substanzen üben auf das Nitrat einen reduzierenden Einfluß aus, was daran erkennbar ist, daß bei der thermischen Zersetzung der Nitrate keine oder zumindest nur eine geringe Entwicklung an nitrosen Gasen beobachtbar ist.
  • Als Nitrate sind prinzipiell diejenigen geeignet, die bei der thermischen Zersetzung ohne Zusatz der kohlenstoffhaltigen Substanzen in die entsprechenden Oxide übergeführt werden, z. B.
  • Kupfer, Silber und die Metalle der Eisengruppe, sowie die Metalle der II bis VII Haupt-und Nebengruppen des Periodischen Systems.
  • Die Menge der den Nitraten zuzusetzenden reduzierenden Substanzen ist nicht kritisch. Es ist nicht erforderlich, diese Menge so zu bemessen, daß der Kohlenstoff-und gegebenenfalls der Wasserstoffgehalt der Substanz ausreicht, um den im Nitrat gebundenen Sauerstoff in Kohlendioxid bzw. Wasser überzuführen, da auch bei geringeren Mengen an reduzierender Substanz als der stöchiometrisch erforderlichen Menge bereits ein Metalloxid mit deutlich erhöhter innerer Oberfläche erhalten werden kann. Im allgemeinen wird man daher die reduzierende Substanz in einer 0, 2-fachen Menge der jeweils stöchiometrisch erforderlichen Menge bis zur stöchiometrisch erforderlichen Menge, entsprechend der Gleichung Me(NO3)2 + # C#MeO + # CO2 + N2, einsetzen.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man so vor, daß man zunächst eine innige Mischung des Nitrats mit der reduzierenden Substanz herstellt. So kann man das pulverförmige Nitrat mit der reduzierenden Substanz vermischen oder man kam die reduzierende Substanz in eine wässrige Lösung des Nitrats eintragen und die Mischung dann trocknen. Die Mischung wird anschließend in 20 bis 70 mm dicken Schichten auf Blechen ausgebreitet und dort auf die Zündtemperatur erhitzt. Bei Erreichen der Zündtemperatur reagiert dann die gesamte Masse unter Erwärmung durch. Die Mischungen können aber auch kontinuierlich in, auf die jeweils erforderlichen Temperaturen eingestellten Drehrohr- oder Wirbelöfen eingeführt und dort zur Reaktion gebracht werden. Die Zündtemperatur hängt selbstverständlich von dem jeweils verwendeten Nitrat und dem Reduktionsmittel ab.
  • Im allgemeinen liegt sie bei etwa 250 bis 350O". Es ist auch möglich, zur Vervollständigung der Reaktion die ausreagierte Mischung z. B. auf Temperaturen von 500 bis 60000 nachzuerhitzen.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, den Nitraten auch an sich bekannte Trägermassen, wie Aluminiumoxid, Kieselsäure und dergleichen zuzusetzen, wobei dann in einem Arbeitßgang Trägerkatalysatoren erhalten werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Trägermaesen mit wässrigen Lösungen der jeweiligen Nitrate und dem Reduktionsmittel zu vermischen und diese Mischung nach der Trocknung, wie oben beschrieben, weiterzuverarbeiten. t!berraschenderweise stellt sich heraus, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metalloxide durchweg eine größere innere Oberfläche aufweisen, als die durch rein thermische Zersetzung der Nitrate entstandenen Metalloxide, obwohl die höheren Temperaturen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auftreten, gerade das Gegenteil erwarten ließen.
  • Parallel mit der inneren Oberfläche, gemessen nach der bekannten BET-Methode, werden auch andere Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Metalloxide verändert. Die Primärteilchen sind kleiner, dadurch die Pulver voluminöser, so daß z. B. beim Verformen leichtere Katalysatoren entstehen. Die Anspringtemperatur solcher Katalysatoren ist im allgemeinen niedriger.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es also, unter Einsparung von Fällungsmitteln und Waschwasser, unter Verkürzung des Verfahrensweges, ohne Vergiftung von Abwasser und Abgasen sehr reine, oberflächenreiche, reaktionsfähige Metalloxide herzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert: Beispiel 1 Eine Grundmasse für die Herstellung von Katalysatoren zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen wird durch Vertreten von 500 g kaustischem Magnesit (Teilchengröße kleiner als 90 Xu) mit 1200 g Ni(N03) 2. 6H202 das in 300 ml Wasser klar gelöst ist, hergestellt. Der homogenen Knetmasse werden, wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist, verschiedene Stoffe als Reduktionsmittel zugegeben. Zum Vergleich sind in der ersten waagrechten Spalte der Tabelle die Ergebnisse veranschaulicht, die bei der Zersetzung der oben beschriebenen Masse ohne Zusatz von Reduktionsmitteln erhalten werden. Die Masse wird auf Blechen getrocknet, zerkleinert und in einem kleinen Wirbelröstofen von 60 mm Durchmesser mit Luft von 3000C erhitzt.
  • Der Eintritt der Zersetzung des Nitrate zeigt sich durch eine deutliche Temperatursteigerung an, wenn der Masse ein organischer Stoff zugesetzt ist. Ohne diesen Zusatz ist sie am Auftreten von nitrosen Gasen zu erkennen.
  • Nachdem die Masse im Wirbelofen ausreagiert hat, wird sie 2 Stunden lang auf 5000C erhitzt.
  • Die in der Tabelle angegebenen inneren Oberflächen, gemessen nach BET in m2/g beziehen sich auf ein Oxid mit einem Gehalt von jeweils < 0,25 Gew.-% NO Ansatz Zusatz Innere Oberfläche m2/g 14 B 120 g Ruß 78 C 300 g Rohrzucker 83 D 150 g Rohrzucker 55 E 120 g Polyäthylen-Wachs 61 M.G. 5600 - 6000 F.P. 90 - 105°C F 120 g Polyäthylen-Pulver 50 F.P. # 120°C 120 g Schweröl 61 Ansatz Zusatz Innere Oberfläche m2/g H 300 g Glyzerin 76 J 600 g Glykok oll als 51 25 ziege wässrige Lösung Zum Vergleich wird ein Produkt derselben Zusammensetzung durch Fällung hergestellt: 1200 g Nickelnitrat werden in 5 1 Wasser gelöst und in diese Lösung eine Lösung von 450 g Soda in 5 1 Wasser eingetragen. Die Temperatur beträgt 60 bis 650C. Das gefällte Produkt wird auf einer Filterpresse so lange gewaschen, bis das ablaufende Waschwasser nitratfrei ist. Der feuchte Filterkuchen wird mit 500 g kaustischem Magnesit (Teilchengröße <90 µ) in einem Kneter zu einer homogenen Paste verknetet, getrocknet und auf 4000C erhitzt. Die trockene Masse enthält 0,20 ffi N03, 0,44 ffi Na und weist eine innere Oberfläche (BET) von 66 m2/g auf. Damit liegt die innere Oberfläche im gleichen Bereich, den man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfachere Weise erhält.
  • Beispiel 2 Mehrere Grundmassen zur Produktion von Katalysatoren für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen werden durch Einrühren von 50 kg Magnesiumosid in 100 1 einer Lösung, die 24 kg Nickel in Form von Nickelnitrat enthält sowie anschließendes Trocknen und Abrösten der erstarrten Mischung bei 3000C, hergestellt. Vor Zugabe des Magnesiumoxids werden verschiedene Mengen Acetylenruß in der Nickelnitratlösung suspendiert. Zum Vergleich wird eine Reaktion ohne Zusatz von Acetylenruß durchgeführt.
  • Die Abhängigkeit der inneren Oberfläche des entstandenen Metalloxides von der zugegebenen Rußmenge ist in folgender Tabelle aufgeführt. Vor Bestimmung der inneren Oberfläche nach BET wird zur Entfernung des Restnitrats das Oxid jeweils auf 5000C erhitzt.
  • Ansatz Zusatz an Ruß Molverhältnis Innere Oberfläche (kg) C : NO3 in m2/g nach 50000 A 17 B 4 0,4 35 C 6 # 0,6 49 D 8 # 0,8 58 E 10 # 1,0 68 F 12 1,2 78 G 16 # 1,6 60 H 24 # 2,4 46 Beipsiel 3 In einer Schmelze von 935 g Eisennitrat (Fe(N03)3. 9H20) werd 20 g Chromsäure (CrO3) gelöst. Bei Versuch A werden zusätzlich 35 g Ruß eingerührt, während Versuch B keinen Zusatz erhält.
  • Die Schmelzen werden eingedampft und in ca. 5 mm dicker Schicht auf 3000C erhitzt, wobei sich A ohne, B mit starker Entwicklung nitroser Gase zersetzt.
  • Die Massen werden unter Zusatz von Graphit tablettiert. Die Tabletten werden als Katalysatoren bei der Umsetzung eines CO-Wasserdampf-Gemisches unter jeweils gleichen Bedingungen eingesetzt.
  • NO Oberfläche Struktur CO-Umsatz bei m2/g 3100C A 0,07 95 #-Fe2O3 53 % B 0,3 70 α-Fe2AO3 47 % Aus der Tabelle ist zu entnehmen, daß bei der erfindungsge mäßen Arbeitsweise die aktivere Tieftemperatur-Form von Eisen-III-Oxid, das-Fe203 während bei Versuch B die stabile Hochtemperatur-Form, dasOC-Fe203 entsteht. Bei Verwendung eines gemäß A hergestellten Katalysators wird ein um 6 % höherer Umsatz erzielt.

Claims (1)

  1. Patentanspruch Verfahren zur Herstellung von Metalloxiden durch Zersetzung der entsprechenden Metallnitrate bei erhöhten Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zersetzung in Gegenwart von Kohlenstoff und/oder festen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen Substanzen durchführt, die bei der jeweiligen Zersetzungstemperatur keinen wesentlichen Dampfdruck aufweisen.
DE19671592223 1967-10-20 1967-10-20 Verfahren zur Herstellung von Metalloxiden Pending DE1592223A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19638841A1 (de) * 1996-09-21 1998-04-02 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Behandlung von Metallsulfaten
DE10226131A1 (de) * 2002-06-12 2003-12-24 Studiengesellschaft Kohle Mbh Thermisch stabile Materialien mit hoher spezifischer Oberfläche

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19638841A1 (de) * 1996-09-21 1998-04-02 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Behandlung von Metallsulfaten
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