EP2493616A2 - Verfahren zur herstellung eines kompositmaterials - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kompositmaterials

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EP2493616A2
EP2493616A2 EP10771036A EP10771036A EP2493616A2 EP 2493616 A2 EP2493616 A2 EP 2493616A2 EP 10771036 A EP10771036 A EP 10771036A EP 10771036 A EP10771036 A EP 10771036A EP 2493616 A2 EP2493616 A2 EP 2493616A2
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EP
European Patent Office
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methyl
ionic liquid
ethyl
butyl
carrier material
Prior art date
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Ceased
Application number
EP10771036A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Normen Szesni
Melanie Kaiser
Richard Fischer
Hans-Jörg WÖLK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clariant International Ltd
Original Assignee
Sued Chemie AG
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Filing date
Publication date
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    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • SILP Small Ionic Liquid Phase
  • SILP Small Ionic Liquid Phase
  • SILCA also SILCA [P. Virtanen, H. Karhu, G. Toth, K. Kordas, J.-P. Mikkola, Journal of Catalysis 2009, 263, 209-219; J.-P. Mikkola, J. Varna, P. Vitanen, T. Salmi, Industrial & Engineering Chemistry Research 2007, 46, 3932-3940]
  • SILC H. Hagiwara, K.-H. Ko, T.
  • Catalyst solution consists of at least one ionic
  • the catalytically active component may be an organometallic complex compound, metal nanoparticles, an organic catalyst or else a biocatalyst such as e.g. be an enzyme.
  • the ionic liquid itself can act as a catalyst for a reaction or act as co-catalyst for the dissolved or suspended catalyst.
  • SCILL Solid Catalysts with Ionic Liquid Layer
  • compositions containing an ionic liquid immobilized on a solid (preformed) catalyst are provided.
  • Reactor concepts such as a gassed or unpolluted slurry reactor, a bubble column reactor, a fluidized bed reactor or a fixed bed reactor can be used.
  • ionic Liquids such as non-vaporizability, make SILP and SCILL catalysts particularly suitable for continuous gas phase processes in fixed bed reactors.
  • the preparation of such catalyst compositions is carried out in the prior art usually by
  • Liquid and optionally further (catalytically active) components such as a homogeneous catalyst or metal nanoparticles in solution in a suitable solvent (or suspended or emulsified) and then added to the carrier.
  • the amount of solvent is greater than the pore volume of the carrier material used.
  • the solvent of the resulting suspension is then removed slowly. You get so dry to the outside
  • Solvent was also by standing the suspension in air, by expelling with the aid of a gas stream or through
  • Carrier is not the entire inserted ionic liquid in the pores of the carrier. If evaporation is too rapid, the ionic liquid separates
  • Coating is thus the time required very high.
  • SILP catalyst Preparation of a SILP catalyst in which a silicate carrier is stirred in a solution containing an ionic liquid, wherein after removal of the solvent, the SILP catalyst is obtained.
  • US 2005/0033102 discloses the preparation of a supported ionic liquid wherein a carrier is added to an ionic liquid.
  • WO 02/098560 discloses a process for the preparation of a supported composition in which an ionic liquid is applied to a carrier in which a carrier is added to an ionic liquid dissolved in a solvent , followed by evaporation of the solvent.
  • EP 1 364 936 B1 discloses the production of a
  • Liquid is mixed with a carrier.
  • Moldings such as tablets, spheres, cones, rings, strands, hollow strands, trilobes, solid cylinders, hollow cylinders or chippings can be a homogeneous distribution of the ionic
  • Catalyst solution on the support material can not be readily achieved, that is, the distribution of ionic
  • Catalyst solution can not be specially adjusted and happens at random. This is particularly the properties of ionic liquids, such as high
  • Moldings is applicable, allows and allows, the
  • Carrier bodies with more complex shapes can be achieved.
  • the object according to the invention is achieved by providing a method for producing a composite material comprising a carrier material and an ionic liquid, wherein a solution, suspension or emulsion containing the ionic liquid is applied by spray impregnation to the carrier material fluidized in a fluidized bed.
  • Ionic liquids are defined as
  • Ionic liquids are therefore liquid even at relatively low temperatures. In addition, they are generally nonflammable and have no measurable
  • ionic liquids means salts which have a
  • Melting point or melting range which is below 200 ° C, preferably below 150 ° C and more preferably below 100 ° C.
  • the ionic liquids are preferably those having a molecular weight of preferably at most 400 g / mol
  • preferred ionic liquids are those whose cations are organic and whose anions are of organic or inorganic nature. Become an ionic liquid formed from positive and negative ions, but are charge-neutral overall. The positive and the negative ions are predominantly monovalent, but it is also possible multivalent anions and / or cations, up to 5,
  • the charges within the respective ion can either be localized or delocalized.
  • the present invention is not limited to composite materials whose inner surface is coated with a certain ionic liquid; it can all
  • suitable ionic liquids are used, which are understood as mixtures of different ionic liquids.
  • the fluidized bed or fluidized bed of the present invention is the fluidized bed or fluidized bed of the present invention.
  • Invention can be achieved by means of a fluidized bed plant or a fluidized bed plant. It is particularly preferred if a so-called controlled
  • Air sliding layer consists. On the one hand, the carrier material bodies become good due to the controlled air-conducting layer
  • the carrier material bodies pass the spraying process in a nearly constant frequency.
  • the application of the ionic liquid-containing solution may in this case after the top spray, the
  • Fluidized bed or a fluidized bed in the manner mentioned by the process gas in this vortexed The expression "fluidized in a fluidized bed or a fluidized bed” is also understood.
  • the carrier material is fluidized in a fluidized bed or a fluidized bed, a largely uniform shell thickness of a treated batch of
  • inventive solution varies only relatively small over a relatively large range of shell thickness, i.e., that the concentration of ionic liquid (s) over a wide range of shell thickness approximately describes a rectangular function, thereby providing a substantial degree of efficiency
  • a “solution” is understood as meaning a solution in which the ionic liquid and optionally further, optionally catalytically active, additives are present in one
  • a "suspension” is understood as meaning a suspension in which the ionic liquid is present.
  • an “emulsion” is understood as meaning an emulsion in which the ionic liquid is present in a liquid in another liquid.
  • carrier material is understood as meaning all conceivable materials that can be fluidized in a fluidized bed, regardless of their composition, shape, size or morphology
  • Support material can be in powder form, but it can also be a solid molding of all kinds, such as for example
  • Trilobes solid cylinders, hollow cylinders or chippings.
  • Support material may have catalytic properties, such as a preformed heterogeneous catalyst, or may be inert.
  • the support material can be used with high yields and selectivities in suspension processes.
  • Typical particle sizes of such powders are from 10 to 250 .mu.m, but it is also possible to use particles of significantly less than 1 .mu.m, for example when using carbon black.
  • Shaped bodies come as inventive carrier material
  • Catalyst can be lowered so much that too
  • Shaped bodies with a diameter of up to 2 cm, i.
  • Moldings with larger dimensions in the range of 1 mm to 2 cm, more preferably 3 mm to 1.5 cm, even more preferably 8 mm to 1.3 cm can be used without having to accept significant losses in terms of product selectivity. This is especially due to the uniform
  • Shell thickness ensures the homogeneous distribution, which is obtained only by the method according to the invention.
  • Preferred shaped bodies therefore have a diameter or dimensions of 1 mm to 2 cm, preferably of 2 mm
  • the carrier material according to the invention may be any material that can be coated with an ionic liquid.
  • the support material preferably comprises a material selected from the group consisting of titanium oxide,
  • Silica alumina, zirconia, magnesia, silicon carbide, magnesium silicate, zinc oxide, zeolites and nanomaterials such as carbon nanotubes or carbon nanofibers, preferably when the
  • Support material itself is a heterogeneous catalyst.
  • the aforementioned oxidic support materials can be any oxidic support materials.
  • the support materials may preferably be doped with, for example, alkali metals or alkaline earth metals or else with phosphorus, halide and / or sulfate salts.
  • the acid / base properties are modified by such dopants, which can have a positive effect on the catalytic properties.
  • the support material according to the invention may also be a heterogeneous unsupported catalyst or supported catalyst, such as, for example, compositions with variable
  • Palladium / activated carbon platinum / activated carbon, palladium / graphite, palladium / alumina, palladium / silver / alumina,
  • Ruthenium / activated carbon ruthenium / graphite, gold / titanium oxide or mixtures or alloys of the metals palladium, platinum, silver, gold, rhodium, iridium in indefinite proportions on one of the carrier materials activated carbon, graphite,
  • the catalysts may preferably be doped with, for example, alkali or alkaline earth metal salts or oxides or else with phosphorus, halide and / or sulfate salts.
  • the acid / base properties are due to modified such dopants, which can have a positive effect on the catalytic properties.
  • Spray impregnation in the sense of the invention means any possibility of atomizing a solution, suspension or emulsion, for example by means of a spray nozzle, to apply it to the carrier material.
  • the catalytically active component is preferably a homogeneous catalyst or
  • Metal nanoparticles for example, the metals palladium,
  • Be compounds capable of catalyzing a chemical reaction in a homogeneous phase Be compounds capable of catalyzing a chemical reaction in a homogeneous phase.
  • the carrier material preferably comprises a catalytically active material.
  • catalytically active materials are those mentioned above.
  • the solution of the process according to the invention preferably contains at least one further additive.
  • Preferred additives are the following: ligands such as mono-, bi- or tridentate amines, phosphanes, arsines or stibanes or mixed ones
  • Embodiment preferably fluidized by means of a process gas in the fluidized bed.
  • a process gas is understood as meaning the gas which makes it possible to fluidize or flow the carrier material in the fluidized-bed reactor or the fluidized-bed reactor.
  • the process gas may be a reactive gas or an inert gas. Suitable reactive gases are oxygen, also in the form of air, or hydrogen. Hydrogen, or forming gas (mixture of N 2 and
  • the catalyst support contains a catalytically active metal, which is to be reduced either from a precursor compound to the elemental metal, or if that already
  • present elemental metal should not be reoxidized.
  • inert gas all known inert gases can be used,
  • the spray impregnation is preferably carried out at a temperature in the range from 20 to 140.degree. C., more preferably in the range from 30 to 100.degree. C., more preferably in the range from 35 to 80.degree
  • the drying rate of the applied solutions can be determined. For example, at relatively low temperatures, the rate of desiccation is relatively slow, so it does
  • Precursor compounds can lead to the formation of larger shell thicknesses.
  • the rate of desiccation is relatively high, so that the solvent of the solution coming in contact with the carrier material dries almost instantaneously, so solution applied to the carrier material can not penetrate deeply into it.
  • ionic liquid can be obtained.
  • the spray impregnation is preferably carried out at a pressure in the
  • Range of 0.1 to 3 bar more preferably in the range of 0.5 to 2 bar, more preferably in the range of 0.8 to 1.5 bar, most preferably carried out in the range of 0.9 to 1.1 bar. Too high a pressure is disadvantageous, since here the viscosity and surface tension increase. One too low
  • the ionic liquid in the solution is preferably in one
  • Suitable solvents for the ionic liquids are all solvents which are capable of anions and
  • spray impregnation is preferably carried out at a delivery rate in the range of 0.01 to 0.2 ml of solution per minute per gram of carrier material, more preferably in the range of 0.03 to 0.15 ml of solution per minute per Grams of carrier material, more preferably 0.05 to 1.2 ml of solution per minute per gram of carrier material, and more preferably in the range of 0.06 to 0.09 ml of solution per minute per gram of carrier material.
  • a delivery rate in the range of 0.01 to 0.2 ml of solution per minute per gram of carrier material, more preferably in the range of 0.03 to 0.15 ml of solution per minute per Grams of carrier material, more preferably 0.05 to 1.2 ml of solution per minute per gram of carrier material, and more preferably in the range of 0.06 to 0.09 ml of solution per minute per gram of carrier material.
  • Carrier material is applied by spray impregnation on the carrier material. Too high a delivery rate leads to an inhomogeneous shell thickness. Too low a delivery rate is time consuming and costly.
  • the composite material is preferably after
  • the BET surface area of the support material without the coating with an ionic liquid is 1 to 1000 m 2 / g, preferably 1 to 600 m 2 / g, particularly preferably 1 to 400 m 2 /G.
  • the BET surface area is determined by the one-point method by adsorption of nitrogen according to DIN 66132.
  • the BET surface area of the carrier material with the ionic liquid (IL) coating is 1 to 900 m 2 / g, preferably 1 to 550 m 2 / g, particularly preferably 1 to 380 m 2 /G.
  • the integral pore volume of a support material (determined according to DIN 66133 (Hg porosimetry) without the IL coating is greater than 0.1 ml / g, preferably greater than 0.18 ml / g.
  • composite material are formed at most 10% of the pore volume of the carrier material without the IL coating of pores having a radius of less than 2 nm, preferably 8%, preferably at most 6% and more preferably at most 5%. A larger proportion of too small pores leads to it
  • the catalyst according to the invention may be coated with any desired ionic liquid and correspondingly the cation may be of any desired nature.
  • ammonium or phosphonium ions or cations which are at least one of five or six membered are generally preferred as the cation
  • Heterocycle containing at least one phosphorus or a nitrogen atom and optionally an oxygen atom or sulfur atom Particularly preferred are cations containing at least one five- or six-membered heterocycle having one, two or three nitrogen atoms and one sulfur or one oxygen atom. Very particular preference is given to cations which contain at least one five- or six-membered heterocycle which has one or two nitrogen atoms.
  • Liquid is selected from compounds of the following general formulas IL-1 to IL-23:
  • radicals R 17 R 2 , R 3 , R / Rs, Re, R 7 , Rs # 9 and R 10 can each independently be radicals selected from the group consisting of hydrogen, functional groups, aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, Halogen, heteroatom and / or heterocycle-substituted C 1 -C 18 -alkyl, interrupted by one or more non-adjacent oxygen atoms and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted imino C 2 -C 3 alkyl, C 6 -C 2 -Aryl, C 5 -C 12 -cycloalkyl, a five- to six-membered oxygen, nitrogen and / or sulfur-containing heterocycle, wherein two of said radicals may be linked together to form an unsaturated or saturated ring segment, optionally by a or several Oxygen and / or sulfur atoms and / or one or more substituted or unsubstituted im
  • Halogen, heteroatoms and / or heterocycle radicals may be substituted, wherein the statements Ci Ci 8 , C 5 - Ci 2 , or C 5 - Ci 2 relate to the alkyl chain.
  • the term functional groups means the group of the following functional groups: aryl-, alkyl-, aryloxy-, alkyloxy-, halogen-, heteroatom- and / or heterocyclic-substituted C 1 -C 18 -alkyl, for example methyl, ethyl, propyl, isopropyl , n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, 2,4,4-trimethylpentyl, decyl,
  • Methylaminopropyl 3-methylaminopropyl, 4-methylaminobutyl, 6-methylaminohexyl, 2-dimethylaminoethyl, 2-dimethylaminopropyl,
  • 3-dimethylaminopropyl 4-dimethylaminobutyl, 6-dimethylaminohexyl, 2-hydroxy-2, 2-dimethylethyl, 2-phenoxyethyl, 2-phenoxypropyl, 3-phenoxypropyl, 4-phenoxybutyl, 6-phenoxyhexyl, 2-methoxyethyl, 2-methoxypropyl, 3-methoxypropyl, 4-methoxybutyl, 6-methoxyhexyl, 2-ethoxyethyl, 2-ethoxypropyl, 3-ethoxypropyl,
  • Imino groups interrupted C 2 -C 18 alkyl for example, 5-hydroxy-3-oxa-pentyl, 8-hydroxy-3, 6-dioxa-octyl, 11-hydroxy-3, 6, 9 - trioxa undecyl, 7 -hydroxy 4-oxa-heptyl, II-hydroxy-4,8-dioxa-undecyl, 15-hydroxy-4,8,8-trioxa-pentadecyl, 9-hydroxy
  • radicals When two radicals form a ring with one another, these radicals may together preferably denote 1, 3-propylene, 1,4-butylene, 2 -Oxa-1, 3-propylene, 1-oxa-1, 3-propylene, 2-oxa - 1, 3 -propylene, 1 -Oxa- 1, 3 -propenylene, 1 -za - 1, 3 -propenylene, 1- C 1 -C 4 -alkyl-1-aza-1, 3-propenylene, 1, 4-buta- 1, 3 -dienylene, 1-aza- 1, 4 -buta- 1, 3 -dienylene or 2 -aza- 1 , 4 -buta- 1, 3 -dienylene.
  • Liquid is not limited. In general, it is not more than 5 per residue, preferably not more than 4, especially not more than 3. Further, there is
  • Preferred imino groups may be, for example, imino, methylimino, iso-propylimino, n-butylimino or tert-butylimino.
  • functional groups means the group of the following functional groups: carboxy, carboxamide, hydroxy, di- (C 1 -C 4 -alkyl) amino, C 1 -C 4 -alkyloxycarbonyl, cyano, C 1 -C 4 -alkyloxy, by functional groups , Aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatom and / or
  • Heterocycles substituted C s - Ci2 aryl for example phenyl, tolyl, xylyl, alpha-naphthyl, beta-naphthyl, 4 -Diphenylyl, chlorophenyl, dichlorophenyl, trichlorophenyl, difluorophenyl, methylphenyl, dimethylphenyl, trimethylphenyl, ethylphenyl, diethylphenyl, iso- Propylphenyl, tert. Butylphenyl,
  • Methoxyethylphenyl or ethoxyethylphenyl by functional group, aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen,
  • Heteroatome- and / or heterocycles substituted C 5 - C 2 - Cycloalkyl for example cyclopentyl, cyclo-exyl, cyclooctyl, cyclododecyl, methylcyclopentyl,
  • Norbornyl or norbornenyl a five- to six-membered, oxygen-, nitrogen- and / or sulfur-containing heterocycle, for example furyl, thiophenyl, pyrryl,
  • C 1 -C 6 -Alkyloyl (alkylcarbonyl) may be, for example, acetyl, propionyl, n-butyloyl, sec-butyloyl, tert. Butyloyl, 2-ethylhexylcarbonyl, decanoyl, dodecanoyl, chloroacetyl,
  • Cis-Cis-alkyloxycarbonyl may be, for example
  • C 5 - C 2 cycloalkylcarbonyl may, for example
  • Cyclododecylcarbonyl C 5 - C 2 -Aryloyl (arylcarbonyl) can for example be
  • R lr R 2 R 3 , R 5, R 7, Rs, R 9 and R 9 are each independently hydrogen, methyl, ethyl, n-butyl, 2-hydroxyethyl, 2-cyanoethyl, 2 - (methoxycarbonyl) -ethyl, 2 Ethoxycarbony1-ethyl, 2-n-butoxycarbonyl-ethyl,
  • R 4 is preferably methyl, ethyl, n-butyl, 2-hydroxyethyl, 2-cyanoethyl, 2-methoxycarbonyl-ethyl, 2-ethoxycarbonyl-ethyl, 2-n-butoxycarbonyl-ethyl, acetyl, propionyl, t-butyryl,
  • Methoxycarbonyl ethoxycarbonyl or n-butoxycarbonyl.
  • ammonium ions are those in which independently R4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and R 1 # R 2 and R 3 are methyl, ethyl, n-butyl, 2-hydroxyethyl, benzyl or Phenyl are selected.
  • Particularly preferred phosphonium ions are those in which independently of one another R4 is selected from among acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and Ri, R 2 and R 3 are phenyl, phenoxy, ethoxy and n-butoxy.
  • Particularly preferred pyrrolidinium ions are those in which R 3 and R 4 are independently of one another acetyl,
  • Methyl, ethyl or n-butyl are selected and all other radicals are hydrogen.
  • Particularly preferred 1-pyrazolinium ions are those in which, independently of one another, all residues except for R 4 under Hydrogen or methyl and R 4 are selected from acetyl, methyl, ethyl or n-butyl.
  • Particularly preferred 2-pyrazolinium ions are those in which, independently of one another, R 5 is selected from hydrogen, methyl, ethyl or phenyl, R 4 is selected from acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and the remaining radicals are selected from hydrogen or methyl
  • Particularly preferred 3-pyrazolinium ions are those in which independently of one another R 3 and R 5 are hydrogen, methyl, ethyl or phenyl, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and the remaining radicals are hydrogen or Methyl are selected.
  • Particularly preferred 1H-pyrazolium ions are those in which, independently of one another, R 5 is selected from hydrogen, methyl or ethyl, R 1, R 2 and R 3 are selected from hydrogen or methyl and R is selected from acetyl, methyl, ethyl or n-butyl are.
  • Particularly preferred 3H-pyrazolium ions are those in which independently of one another R 2 is hydrogen, methyl or ethyl, Ri, R 3 and R 5 are hydrogen or methyl and R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl are selected.
  • Particularly preferred 4H-pyrazolium ions are those in which, independently of one another, R x R 2 , R 3 and R 5 are selected from hydrogen or methyl and R 4 is selected from acetyl, methyl, ethyl or n-butyl.
  • R 5 or R 6 are hydrogen, methyl or ethyl
  • R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and the remaining radicals are selected from hydrogen or methyl.
  • imidazolinium ions are those in which R 5 , R s or R 7 are independently of one another below
  • Hydrogen, methyl or ethyl, R 4 is selected from acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and the remaining radicals are selected from hydrogen or methyl.
  • Particularly preferred imidazolinium ions are those in which independently of one another R 3 or R 7 is hydrogen, methyl, ethyl, n-butyl or phenyl, R is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and R 5 or R s under hydrogen, methyl or ethyl and Ri or R 2 under hydrogen or methyl
  • Particularly preferred imidazolium ions are those in which Ri is independently selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-octyl, n-decyl, n-dodecyl , 2-hydroxyethyl and 2-cyanoethyl, j of acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and the remaining radicals independently of one another from hydrogen, methyl or ethyl.
  • Particularly preferred 1, 2, 4-triazolium ions are those in which independently of one another
  • R x or R 2 or Ri or R 3 are selected from hydrogen, methyl, ethyl or phenyl
  • R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl
  • R 3 or R 2 are selected from hydrogen, methyl or phenyl.
  • Particularly preferred 1,2,3-triazolium ions (IL-16) and (IL-17) are those in which, independently of one another, R 3 or R 1 is hydrogen, methyl or ethyl, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n- Butyl and R x or R 2 or R 2 or R 3 below
  • R x and R 2 and R 2 and R 3 is 1,4-butan-1,3-dienylene and all other radicals
  • Oxazolium ions are those in which, independently of one another, R x is selected from hydrogen, methyl, ethyl or phenyl, R 4 is selected from acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and R 2 or R 3 are selected from hydrogen or methyl.
  • Particularly preferred pyridinium ions are those in which one of the radicals Ri, R 2 , 3, R5 and R 6 is methyl, ethyl or chlorine, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals Are hydrogen, or Ri is ditnethylamino, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals are hydrogen or R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals are hydrogen or R 2 is carboxy or carboxamide, R 4 acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals are hydrogen or R 2 and R 3 or R 2 and Ri 1, 4 -Buta- 1, 3 -dienylene, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals are hydrogen.
  • Particularly preferred pyrimidinium ions are those in which R 1 ( R 4 and R 5 are hydrogen or methyl, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and R 3 is hydrogen, methyl or ethyl, or R 2 and R 5 is methyl, R 1 is hydrogen and R 3 is hydrogen, methyl or ethyl and R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl.
  • Particularly preferred pyridazinium ions are those in which one of the radicals R lf R 2 , R 3 and R 5 is methyl or ethyl, R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals are hydrogen or R acetyl, Methyl, ethyl or n-butyl, and all other radicals are hydrogen.
  • Particularly preferred pyrazinium ions are those in which R x , R 2 , R 3 and R 5 are all methyl and R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl or R 4 is acetyl, methyl, ethyl or n-butyl and all other radicals are hydrogen.
  • Imidazoliumionen particularly preferred. Very particularly preferred are cations 1,2-
  • the anion of the ionic liquid can be of any nature. However, it is preferred if the anion of the ionic liquid is selected from the group consisting of F “ , Cl “ 'Br “ , I “ , PF 6 ⁇ , BF 4 ⁇ , alkyl sulfate, preferably a Ci to Ci 3 alkyl sulfate, ether sulfate, Acetate, trif luoraceta, triflate, nonafiat, sulphate, bisulphate, methylsulphate, ethyl sulphate, sulphite, bisulphite,
  • Aluminum chlorides preferably A1C1 4 " , A1 2 C1 7 “ or Al 3 Cli 0 " , aluminum tribromide, nitrite, nitrate, metal complexes,
  • metal halides such as copper chloride CuCl 2 " ,
  • Bis (trifluoromethylsulfonyl) imide dicyanamide, tetracyano borate, cyanide, isocyanate and isothiocyanine.
  • n is an integer from 1 to 8 and R is an alkyl group of C 2 to Ci. 8
  • Liquid and the other optional additives in the fluidized bed of a fluidized bed apparatus or the fluidized bed sprayed a fluidized bed apparatus are the
  • the inventive method has the advantage that the process can be carried out with low loss of ionic liquid or the optional additives.
  • the method can be performed faster than conventional methods and is reproducible and
  • the present invention also relates to a composite material which is obtainable by the method according to the invention explained above.
  • the composite material of the present invention is obtainable by the method according to the invention explained above.
  • Invention has its preparation by means of
  • inventive method has the advantage that the ionic liquid and any additives therein, such as a homogeneous catalyst therein is extremely homogeneously distributed over the surface of the carrier material.
  • the present invention further relates to the use of the composite material according to the invention or of the composite material produced in the process according to the invention as a synthesis catalyst.
  • the composite material according to the invention or of the composite material produced in the process according to the invention as a synthesis catalyst.
  • the composite material according to the invention or of the composite material produced in the process according to the invention as a synthesis catalyst.
  • Hydrocarbon compounds examples include the hydrogenation of acetylene to ethylene or butadiene to butene.
  • Example 1 Process for the impregnation of KA-160
  • Carrier beads (5 to 6 mm) available from Süd-Chemie AG, with 10% by weight of the ionic liquid 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium trif latate (BMMI [OTf]) and 14% by weight of the homogeneous catalyst [ Et 3 (Bz) N] [Ru (CO) 3 Cl 3 ]:
  • Fluidized bed fluidized by means of air and under different process conditions with the
  • Figure 1 shows a scanning electron micrograph showing the distribution of the homogeneous catalyst used.
  • Figure 2 shows a scanning electron micrograph showing the distribution of butyldimethylimidazolium triflate. Consequently, under the conditions used, a shell catalyst (egg shell) having a shell thickness of about 120 ⁇ m is obtained.
  • egg shell a shell catalyst having a shell thickness of about 120 ⁇ m is obtained.
  • Example 2 The same procedure was carried out as in Example 1, with the difference that the process temperature was lowered to 60 ° C.
  • the distribution of the homogeneous catalyst can be seen in FIG.
  • FIG. 4 shows a
  • the shell thickness to be taken from the recordings for the ionic liquid and the homogeneous catalyst is 940 or 930 ⁇ .
  • Example 4 The same procedure was carried out as in Example 1, with the difference that the spray pressure was increased to 1.2 bar. The shown in Figure 6
  • Scanning electron micrograph shows the distribution of the ionic liquid on the support.
  • Example 5 In Example 5, that prepared in Example 1 was prepared
  • Impregnations also various active components in trays (multiple shells).
  • FIG. 7 shows a plan view of a carrier ball used with the distances R 1 to R 3 drawn in each case, wherein the FIG
  • the distance R2 and the reference numeral 3 denote the distance R3.
  • the distance Rl indicates in which depth of the carrier the corresponding layer begins.
  • the distance R2 indicates the depth of the corresponding layer in the carrier.
  • the distance R3 indicates how deep the layer reaches into the carrier. Based on Table 1 shows that the higher the temperature, the thinner the shell. If you increase the pressure, we make the shell thicker. Post-impregnation with water drives the layer deeper into the interior of the wearer.
  • Fluidized bed apparatus with the aid of a process gas
  • FIG. 8 shows a scanning electron micrograph of the distribution of the ionic liquid on the carrier in plan view.
  • FIG. 9 shows a

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials, das ein Trägermaterial und eine ionische Flüssigkeit enthält, sowie ein Kompositmaterial und dessen Verwendung als Synthesekatalysator.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Kompositmaterials, das ein Trägermaterial und eine ionische Flüssigkeit enthält, sowie ein
Kompositmaterial und dessen Verwendung als
Synthesekatalysator .
Materialien, die aus einer festen Trägerkomponente und einer hierauf immobilisierten flüssigen Komponente bestehen, wurden in der jüngeren Vergangenheit intensiv untersucht. Durch die Trägerung der flüssigen Komponente und gegebenenfalls hierin gelösten oder suspendierten Stoffen erhält das Komposit neue ausgezeichnete Eigenschaften. Vor allem die Immobilisierung von ionischen Flüssigkeiten (IL) auf porösen Trägermaterialien tritt hierbei in den Fokus des Interesses. Die resultierenden Komposite können in technisch wichtigen Bereichen wie der Katalyse, der Gasreinigung, der Reinigung von
Kraftstoffgemischen, der Trennung von Stoffgemischen, der Rheologie uvm. eingesetzt werden.
Im Bereich der Katalyse werden vor allem zwei thematisch verwandte Konzepte beforscht:
Beim sogenannten SILP (Supported Ionic Liquid Phase) -Konzept [J. Joni, M. Haumann, P. Wasserscheid, Advanced Synthesis and Catalysis 2009, 351, 423-431; J. Baudoux, K. Perrigaud, P.-J. Madec, A.-C. Gaumont, I. Dez, Green Chemistry 2007, 9, 1346- 1351; A. Riisager, R. Fehrmann, M. Haumann, P. Wasserscheid, Topics in Catalysis 2006, 40, 91-101] (auch SILCA [P. Virtanen, H. Karhu, G. Toth, K. Kordas , J.-P. Mikkola, Journal of Catalysis 2009, 263, 209-219; J.-P. Mikkola, J. Warna, P. Vitanen, T. Salmi, Industrial & Engineering Chemistry Research 2007, 46, 3932-3940] oder SILC [H. Hagiwara, K.-H. Ko, T.
Hoshi, T. Suzuki, Chemical Communications 2007, 2838-2840] genannt) werden ionische Katalysatorlösungen auf porösen
Trägermaterialien immobilisiert. Die ionische
Katalysatorlösung besteht aus mindestens einer ionischen
Flüssigkeit, sowie mindestens einer weiteren katalytisch aktiven Komponente. Die katalytisch aktive Komponente kann eine metallorganische Komplexverbindung, Metallnanopartikel , ein organischer Katalysator oder auch ein Biokatalysator wie z.B. ein Enzym sein. Darüber hinaus kann auch die ionische Flüssigkeit selbst als Katalysator für eine Umsetzung wirken oder für den gelösten oder suspendierten Katalysator als Co- Katalysator fungieren.
Beim sogenannten SCILL- (Solid Catalysts with Ionic Liquid Layer) -Konzept werden ionische Flüssigkeiten oder
Zusammensetzungen enthaltend eine ionische Flüssigkeit auf einem festen (präformierten) Katalysator immobilisiert.
Hierdurch ändern sich die Eigenschaften des
Heterogenkatalysators. In einigen Fällen konnte bei
gleichbleibender Aktivität eine drastisch erhöhte Selektivität zugunsten des gewünschten Produkts beobachtet werden [J.
Arras, M. Steffan, Y. Shayeghi , D. Ruppert, P. Claus, Green Chemistry 2009, 11, 716-723; U. Kernchen, B. Etzold, W. Korth, A. Jess, Chemical Engineering & Technology 2007, 30, 985-994] . Beide genannten Konzepte können in allen bekannten
Reaktorkonzepten, wie zum Beispiel einem begasten oder nicht begasten Suspensionsreaktor, einem Blasensäulenreaktor , einem Wirbelschichtreaktor oder einem Festbettreaktor zum Einsatz kommen. Die besonderen Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten, wie die Nicht-Verdampfbarkeit , machen SILP- und SCILL-Katalysatoren besonders geeignet für kontinuierliche Gasphasenprozesse in Festbettreaktoren. Die Herstellung von derartigen Katalysatorzusammensetzungen erfolgt nach dem Stand der Technik in der Regel durch
nasschemische Imprägnierung. Hierbei wird die ionische
Flüssigkeit und gegebenenfalls weitere (katalytisch aktive) Komponenten wie ein Homogenkatalysator oder Metallnanopartikel in einem geeigneten Lösungsmittel in Lösung gebracht (oder suspendiert oder emulgiert) und anschließend der Träger hinzugefügt.
Um eine gleichmäßige Beschichtung des Trägers mit der
ionischen Katalysatorlösung zu erhalten, ist bei den Verfahren des Standes der Technik die Menge des Lösungsmittels größer als das Porenvolumen des verwendeten Trägermaterials. Das Lösungsmittel der resultierenden Suspension wird im Anschluss langsam entfernt. Man erhält so ein nach außen trockenes
Material mit optisch gleichmäßiger Beschichtung. Der Nachteil des Verfahrens ist vor allem der hohe Zeitaufwand. Zu
schnelles Verdampfen des Lösungsmittels hingegen führt zur vorzeitigen Präzipitation der gelösten Komponenten und zu einer schlechten Beschichtung. Das Entfernen des
Lösungsmittels wurde auch durch Stehen der Suspension an Luft, durch Austreiben mit Hilfe eines Gasstroms oder durch
Gefriertrocknung vorgenommen, jedoch ist in allen diesen
Verfahren der Zeitaufwand noch höher. Das langsame Abdampfen des Lösungsmittels ist jedoch wichtig: Dadurch dass die Menge des Lösungsmittels größer ist als das Porenvolumen des
Trägers, befindet sich nicht die gesamte eingesetzte ionische Flüssigkeit in den Poren des Trägers. Bei einem zu schnellen Abdampfen scheidet sich so die ionische Flüssigkeit
unkontrolliert ab und es wird keine gleichmäßige Beschichtung erzielt. Um mit diesem Verfahren eine gleichmäßige
Beschichtung zu erzielen ist somit der Zeitaufwand sehr hoch.
Verringert man die Menge des Lösungsmittels, so dass diese kleiner oder gleich dem Porenvolumen des Trägermaterials ist, dann spricht man von Incipient -Wetness Imprägnierung. Hierbei ist der Zeitaufwand deutlich geringer, jedoch ist die
Beschichtung oft inhomogen und nicht reproduzierbar. So offenbart beispielsweise die WO 2006/122563 AI die
Herstellung eines SILP-Katalysators bei dem ein Silikatträger in einer eine ionische Flüssigkeit enthaltenden Lösung gerührt wird, wobei nach Abziehen des Lösungsmittels der SILP- Katalysator erhalten wird.
Ebenso offenbart die US 2005/0033102 die Herstellung einer geträgerten ionischen Flüssigkeit, wobei ein Träger in eine ionische Flüssigkeit gegeben wird. Auf gleiche Weise wie in der WO 2006/122563 AI offenbart die WO 02/098560 ein Verfahren zur Herstellung einer geträgerten Zusammensetzung, in der eine ionische Flüssigkeit auf einen Träger aufgebracht wird, in dem ein Träger in eine in einem Lösungsmittel gelöste ionische Flüssigkeit gegeben wird, mit anschließender Verdampfung des Lösungsmittels. Auf gleiche
Weise wird eine immobilisierte ionische Flüssigkeit in der WO 01/32308 hergestellt.
Das EP 1 364 936 Bl offenbart die Herstellung einer
geträgerten ionischen Flüssigkeit, indem eine ionische
Flüssigkeit mit einem Träger vermischt wird.
Neben dem Nachteil des hohen Zeitaufwandes und der Tatsache, dass die Beschichtung oft inhomogen und nicht reproduzierbar hergestellt wird, weisen die Verfahren gemäß dem Stand der Technik nur bei der Beschichtung von pulverförmigen
Trägermaterialien befriedigende Ergebnisse auf. Bei
Formkörpern wie Tabletten, Kugeln, Kegeln, Ringen, Strängen, Hohlsträngen, Triloben, Vollzylindern, Hohlzylindern oder Splitt kann eine homogene Verteilung der ionischen
Katalysatorlösung auf dem Trägermaterial nicht ohne weiteres erzielt werden, das heißt die Verteilung der ionischen
Katalysatorlösung kann nicht speziell eingestellt werden und erfolgt zufällig. Dies ist insbesondere auf die Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten, wie beispielsweise hohe
Oberflächenspannung und hohe Viskosität im Vergleich zum
Lösungsmittel zurückzuführen. Je kleiner die zu beschichtenden Trägerteilchen, desto weniger spielen Aggregationseffekte aufgrund von van der Waals-Kräften eine Rolle. Deshalb kann bei Pulvern eine homogene Verteilung der Beschichtung erreicht werden. Bei komplexeren Formkörpern kommen jedoch die
genannten Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten stärker zum Tragen, so dass mit den konventionellen Verfahren eine hohe Gleichmäßigkeit der Beschichtung nicht erzielt werden kann .
Es war somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren für die Herstellung von Kompositmaterialien
bestehend aus einem Trägermaterial und einer ionischen
Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen, das mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile nicht in dem vorstehend genannten Maße aufweist, und insbesondere eine einfache
Durchführung der Beschichtung, die auch auf speziellen
Formkörpern anwendbar ist, ermöglicht und es erlaubt, die
Morphologie des Kompositmaterials gezielt einzustellen.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zeitsparendes Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien zu entwickeln, bei dem eine äußerst homogene Beschichtung mit einheitlicher Schalendicke nicht nur bei pulverförmigen Trägerkörpern, sondern auch bei
Trägerkörpern mit komplexeren Formen erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kompositmaterials enthaltend ein Trägermaterial und eine ionische Flüssigkeit gelöst, wobei eine Lösung, Suspension oder Emulsion, die die ionische Flüssigkeit enthält, durch Sprühimprägnierung auf das in einer Wirbelschicht fluidisierte Trägermaterial aufgebracht wird .
Ionische Flüssigkeiten sind nach der Definition von
Wasserscheid und Keim in "Angewandte Chemie" 2000, 112, Seiten 3926 bis 3945 bei relativ niedriger Temperatur schmelzende Salze. Ionische Flüssigkeiten sind daher bereits bei relativ niedrigen Temperaturen flüssig. Darüber hinaus sind sie im Allgemeinen nicht brennbar und haben keinen messbaren
Dampfdruck.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „ionische Flüssigkeiten" Salze verstanden, die einen
Schmelzpunkt oder Schmelzbereich aufweisen, der unterhalb von 200°C liegt, vorzugsweise unterhalb von 150°C und besonders bevorzugt unterhalb von 100 °C.
Ferner sind die ionischen Flüssigkeiten vorzugsweise solche, die eine Molmasse von vorzugsweise höchstens 400 g/mol
aufweisen, besonders bevorzugt höchstens 800 g/mol.
Ferner sind bevorzugte ionische Flüssigkeiten solche, deren Kationen organischer Natur sind und deren Anionen organischer oder anorganischer Natur sind. Ionische Flüssigkeiten werden aus positiven und negativen Ionen gebildet, sind jedoch insgesamt ladungsneutral. Die positiven wie auch die negativen Ionen sind überwiegend einwertig, möglich sind jedoch auch multivalente Anionen und/oder Kationen, die bis zu 5,
vorzugsweise bis zu 4, besonders bevorzugt bis zu 3 und besonders bevorzugt bis zu 2 elektrische Ladungen aufweisen. Dabei können die Ladungen innerhalb des jeweiligen Ions entweder lokalisiert oder delokalisiert sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Kompositmaterialien beschränkt, deren innere Oberfläche mit einer bestimmten ionischen Flüssigkeit beschichtet ist; es können alle
geeigneten ionischen Flüssigkeiten verwendet werden, worunter auch Gemische verschiedener ionischer Flüssigkeiten verstanden werden.
Die Wirbelschicht oder das Fließbett der vorliegenden
Erfindung kann mittels einer Wirbelschichtanlage bzw. einer Fließbettanlage erreicht werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn in der Anlage eine sogenannte kontrollierte
Luftgleitschicht besteht. Zum einen werden die Trägermaterial- Körper durch die kontrollierte Luftleitschicht gut
durchmischt, wobei sie gleichzeitig um ihre eigene Achse rotieren. Dabei werden sie gleichmäßig von dem dafür
verwendeten Prozessgas getrocknet. Zum anderen passieren die Trägermaterial -Körper aufgrund der durch die kontrollierte Prozessgasgleitschicht bewirkten konsequenten Orbitalbewegung des Trägermaterials den Sprühvorgang in nahezu konstanter Häufigkeit. Die Auftragung der die ionische Flüssigkeit enthaltende Lösung kann hierbei nach dem Top-Spray-, dem
Bottom-Spray- (Wurster-) oder dem Tangential -Verfahren (Rotor- Pellet) erfolgen. Indem das Trägermaterial in einer
Wirbelschicht oder einem Fließbett auf die genannte Art und Weise durch das Prozessgas in diesem aufgewirbelt vorliegt, versteht man auch den Ausdruck „in einer Wirbelschicht oder einem Fließbett fluidisiert " .
Dadurch, dass das Trägermaterial in einer Wirbelschicht oder einem Fließbett fluidisiert vorliegt, wird eine weitgehend einheitliche Schalendicke einer behandelten Charge von
Formkörpern erreicht. Ferner wird dadurch erreicht, dass die Konzentration der durch den Sprühvorgang aufgetragenen
ionischen Flüssigkeit, bzw. der weiteren in der
erfindungsgemäßen Lösung enthaltenen Additive, über einen verhältnismäßig großen Bereich der Schalendicke hinweg nur verhältnismäßig gering variiert, d.h., dass die Konzentration der ionischen Flüssigkeit bzw. der optionalen Additive über einen großen Bereich der Schalendicke hinweg in etwa eine Rechteckfunktion beschreibt, wodurch eine weitgehend
einheitliche Verteilung auf dem Trägermaterial -Formkörper gewährleistet ist. Geeignete Wirbelschichtanlagen bzw.
Fließbettanlagen zur Durchführung des er indungsgemäßen
Verfahrens entsprechend bevorzugter Ausführungsformen sind im Stand der Technik bekannt und werden z.B. von den Unternehmen Heinrich Brucks GmbH (Alfeld, Deutschland) ERWEK GmbH
(Heusenstamm, Deutschland) , Stechel (Deutschland) , DRIAM
Anlagenbau GmbH (Eriskirch, Deutschland) , glatt GmbH (Binzen, Deutschland), G. S. Divisione Verniciatura (Osteria, Italien), HOFER-Pharma Maschinen GmbH (Weil am Rhein, Deutschland) , L. B. Bohle Maschinen plus Verfahren GmbH ( Enningerloh,
Deutschland) , Lödige Maschinenbau GmbH (Paderborn,
Deutschland) , Manesty (Mercyside, Großbritannien) Vector
Corporation (Marion, IA, USA) , Aromatic-Fielder AG (Bubendorf, Schweiz), GEA Process Engenieering (Hampshire,
Großbritannien) , Fluid Air Ink. (Aurora, Illinois, USA) ,
Heinen Systems GmbH (Varel, Deutschland) , Hüttlin GmbH
(Steinen, Deutschland) , Umang Pharmatec Pct Ltd. (Marharashtra, Indien) und Innojet Technologies (Lörrach, Deutschland) vertrieben.
Unter einer „Lösung" versteht man im Sinne der Erfindung eine Lösung, in der die ionische Flüssigkeit und optional weitere, gegebenenfalls katalytisch aktive Additive in einem
entsprechenden Lösungsmittel gelöst vorliegen. Unter einer „Suspension" versteht man erfindungsgemäß eine Suspension, in der die ionische Flüssigkeit vorliegt. Unter einer „Emulsion" versteht man erfindungsgemäß eine Emulsion, in der die ionische Flüssigkeit flüssig in einer weiteren Flüssigkeit vorliegt .
Unter einem „Trägermaterial" versteht man im Sinne der vorliegenden Erfindung alle denkbaren Materialien, die in einer Wirbelschicht fluidisierbar sind, ungeachtet ihrer Zusammensetzung, Form, Größe oder Morphologie. Das
Trägermaterial kann in Pulverform vorliegen, es kann aber auch ein fester Formkörper aller Art sein, wie zum Beispiel
Tabletten, Kugeln, Kegeln, Ringe, Stränge, Hohlstränge,
Triloben, Vollzylinder, Hohlzylinder oder Splitt. Das
Trägermaterial kann katalytische Eigenschaften besitzen, wie etwa ein präformierter Heterogenkatalysator, oder auch inert sein .
Als Pulver kann das Trägermaterial mit hohen Ausbeuten und Selektivitäten in Suspensionsverfahren eingesetzt werden.
Typische Partikelgrößen solcher Pulver liegen bei 10 bis 250 pm, es können aber auch Partikel deutlich kleiner als 1 μητι verwendet werden, etwa beim Einsatz von Ruß.
Formkörper als erfindungsgemäßes Trägermaterial kommen
beispielsweise bei im Festbett betriebenen
Katalysatorprozessen bevorzugt zum Einsatz . Bevorzugte Formkörper sind die bereits oben genannten mit
charakteristischen Durchmessern von 0,5 bis 18 mm oder auch Monolithe und ähnliche strukturierte Packungen (vgl. Ullmann's Enzyklopädie, 6ch Edition, 2000 Electronic Release, Chapter Fixed-Bed Reactors, Par . 2: Catalyst for fixed-bed reactors) .
Es wurde festgestellt, dass, wenn das Trägermaterial selbst ein heterogener poröser Katalysator ist, mittels Beschichten dessen mit einer ionischen Flüssigkeit die Aktivität des
Katalysators so stark abgesenkt werden kann, dass auch
Formkörper mit einem Durchmesser von bis zu 2 cm, d.h.
Formkörper mit größeren Dimensionen im Bereich von 1 mm bis 2 cm, stärker bevorzugt 3 mm bis 1,5 cm, noch stärker bevorzugt 8 mm bis 1,3 cm eingesetzt werden können, ohne nennenswerte Verluste hinsichtlich der Produktselektivität hinnehmen zu müssen. Dies ist insbesondere durch die gleichmäßige
Schalendicke und die homogene Verteilung gewährleistet, die nur durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird.
Bevorzugte Formkörper weisen daher einen Durchmesser oder Abmessungen von 1 mm bis 2 cm auf, vorzugsweise von 2 mm bis
1,8 cm, bevorzugt von 4 mm bis 1,5 cm und mehr bevorzugt von 6 mm bis 1,2 cm .
Das erfindungsgemäße Trägermaterial kann jegliches Material sein, das mit einer ionischen Flüssigkeit beschichtet werden kann. Das Trägermaterial umfasst vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid,
Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumcarbid, Magnesiumsilikat, Zinkoxid, Zeolithen und Nanomaterialien, wie beispielsweise Kohlenstoffnanotubes oder Kohlenstoffnanofasern, vorzugsweise dann, wenn das
Trägermaterial selbst ein heterogener Katalysator ist. Die vorgenannten oxidischen Trägermaterialien können
beispielsweise in Form von Mischoxiden oder definierter Zusammensetzung bevorzugt eingesetzt werden, wie
beispielsweise Ti02 , Si02, A1203 , Zr02/ MgO, SiC2 oder ZnO .
Weiterhin können vorzugsweise Ruße, Acetylenschwarz , Kohle, Graphit, Hydrotalcite oder weitere, dem Fachmann an sich bekannte Trägermaterialien, in verschiedenen möglichen
Modifikationen eingesetzt werden. Die Trägermaterialien können vorzugsweise etwa mit Alkali- oder Erdalkalimetallen oder auch mit Phosphor-, Halogenid- und/oder Sulfatsalzen dotiert sein. Im Allgemeinen werden die Säure- /Baseeigenschaften durch solche Dotierungen modifiziert, was sich positiv auf die katalytischen Eigenschaften auswirken kann.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Trägermaterial auch ein heterogener Vollkatalysator oder geträgerter Katalysator sein, wie beispielweise Zusammensetzungen mit variablen
Gehalten an Kupfer/Zinkoxid/Aluminiumoxid, Kupfer/Zinkoxid, Kupfer/Chromoxid, Kupfer/Chromoxid/Siliziumdioxid,
Kupfer/Chromoxid/Manganoxid- , Cobalt/Siliziumdioxid,
Cobalt/Kieseiguhr, Nickel/Aluminiumoxid,
Nickel/Siliziumdioxid, Nickel/Kieselguhr ,
Palladium/Aktivkohle, Platin/Aktivkohle, Palladium/Graphit, Palladium/Aluminiumoxid, Palladium/Silber/Aluminiumoxid,
Palladium/Kalziumcarbonat , Palladium/Bariumsulfa ,
Platin/Aluminiumoxid, Rhodium/Aktivkohle ,
Rhodium/Aluminiumoxid, Iridium/Kalziumcarbonat ,
Ruthenium/Aktivkohle, Ruthenium/Graphit , Gold/Titanoxid oder Mischungen oder Legierungen der Metalle Palladium, Platin, Silberg, Gold, Rhodium, Iridium im unbestimmten Verhältnis auf einem der Trägermaterialien Aktivkohle, Graphit,
Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Kieseiguhr, Titanoxid,
Ceroxid, Zirkonoxid. Die Katalysatoren können vorzugsweise etwa mit Alkali- oder Erdalkalimetall-Salzen oder -Oxiden oder auch mit Phosphor- , Halogenid- und/oder Sulfatsalzen dotiert sein. Im Allgemeinen werden die Säure- /Baseeigenschaften durch solche Dotierungen modifiziert, was sich positiv auf die katalytischen Eigenschaften auswirken kann.
Unter Sprühimprägnierung im Sinne der Erfindung versteht man jegliche Möglichkeit durch Zerstäuben einer Lösung, Suspension oder Emulsion, beispielsweise durch eine Sprühdüse, diese auf das Trägermaterial aufzutragen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, beinhaltet die Lösung des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorzugsweise eine katalytisch aktive Komponente oder eine Vorläuferverbindung davon. Die katalytisch aktive Komponente ist vorzugsweise ein Homogenkatalysator oder
Metallnanopartikel beispielweise der Metalle Palladium,
Rhodium, Iridium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Ruthenium, Eisen wie auch Mischungen oder Legierungen hiervon.
Homogenkatalysatoren können alle dem Fachmann bekannten
Verbindungen sein, die der Katalyse einer chemischen Umsetzung in homogener Phase befähigt sind.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Trägermaterial vorzugsweise ein katalytisch aktives Material. Mögliche katalytisch aktive Materialien sind die weiter oben genannten.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält die Lösung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise mindestens ein weiteres Additiv. Bevorzugte Additive sind die folgenden: Liganden wie mono-, bi- oder tridentate Amine, Phosphane, Arsane oder Stibane oder gemischten
Funktionalitäten, des weiteren Broenstedt-Säuren oder -Basen, Lewis-Säuren oder -Basen, Salze wie LiBr, CsBr, CaCl2 wie auch Metalloxide . Wie bereits weiter oben genannt, wird das Trägermaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer weiteren
Ausführungsform vorzugsweise mit Hilfe eines Prozessgases in der Wirbelschicht fluidisiert. Unter einem Prozessgas versteht man das Gas, das es ermöglicht, in dem Wirbelschichtreaktor oder dem Fließbettreaktor das Trägermaterial zu verwirbeln bzw. zum Fließen zu bringen. Das Prozessgas kann ein reaktives Gas oder ein auch Inertgas sein. Als reaktive Gase kommen Sauerstoff, auch in der Form von Luft, oder Wasserstoff in Betracht. Wasserstoff, oder Formiergas (Mischung aus N2 und
H2) , als Prozessgas kommt insbesondere dann in Betracht, wenn der Katalysatorträger ein katalytisch aktives Metall enthält, welches entweder aus einer Vorläuferverbindung zum elementaren Metall reduziert werden soll, oder wenn das bereits
vorliegende elementare Metall nicht reoxidiert werden soll. Als Inertgas sind alle bekannten Inertgase einsetzbar,
vorzugsweise Stickstoff, Argon, Helium, Neon, besonders bevorzugt Stickstoff oder Argon. In einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt vorzugsweise die Sprühimprägnierung bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 140 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 100°C, stärker bevorzugt im Bereich von 35 bis 80°C und am
bevorzugtesten im Bereich von 35 bis 70°C. In seiner
außerordentlich bevorzugten Ausführungsform erfolgt die
Sprühimprägnierung bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 60°C. Eine zu hohe Temperatur ist nachteilhaft, das hier der Dampfdruck der ionischen Flüssigkeit zunimmt, was zu
Ausbeuteverlusten führt. Bei zu geringer Temperatur ist die Viskosität zu hoch und die Oberflächenspannung zu hoch, so dass sich die ionische Flüssigkeit nicht homogen in
gleichmäßiger Schalendicke über den Trägerkörper verteilt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trägermaterial während des Auftragens der Lösungen erwärmt, beispielsweise mittels erwärmter Prozessluft. Über den Grad der Erwärmung des
Trägermaterials kann die Abtrocknungsgeschwindigkeit der aufgetragenen Lösungen bestimmt werden. Bei relativ niedrigen Temperaturen beispielsweise ist die Abtrocknungsgeschwindigkeit verhältnismäßig klein, sodass es bei
entsprechendem quantitativen Auftrag aufgrund der durch das Auftreten von lösungsmittelbedingter hoher Diffusion der
Vorläuferverbindungen zur Ausbildung größerer Schalendicken kommen kann. Bei relativ hohen Temperaturen ist beispielsweise die Abtrocknungsgeschwindigkeit verhältnismäßig hoch, sodass das mit dem Trägermaterial in Kontakt kommende Lösungsmittel der Lösung nahezu unverzüglich abtrocknet, weshalb auf das Trägermaterial aufgetragene Lösung nicht tief in denselben eindringen kann. Bei verhältnismäßig hohen Temperaturen können so relativ kleine Schalendicken mit hoher Beladung der
ionischen Flüssigkeit erhalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Sprühimprägnierung vorzugsweise bei einem Druck im
Bereich von 0,1 bis 3 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 bar, stärker bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,5 bar, außerordentlich bevorzugt im Bereich von 0,9 bis 1,1 bar durchgeführt. Ein zu hoher Druck ist nachteilhaft, da hier die Viskosität und Oberflächenspannung zunehmen. Ein zu geringer
Druck erhöht den Dampfdruck der ionischen Flüssigkeit, so dass es zu Ausbeuteverlusten kommen kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt die ionische Flüssigkeit in der Lösung vorzugsweise in einem
Bereich von 1 bis 10 Gew.-% vor, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, stärker bevorzugt 1,5 bis 8 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 2 bis 6 Gew. -I und am stärksten bevorzugt 3 bis 5 Gew.-%. Eine zu geringe Konzentration an ionischer Flüssigkeit verlängert die Sprühdauer im Fließbett oder in der
Wirbelschicht, um die gleiche Menge an ionischer Flüssigkeit aufzutragen. Eine zu hohe Konzentration führt zu
Beschichtungen mit inhomogener Schalendicke.
Als Lösungsmittel für die ionischen Flüssigkeiten kommen alle Lösungsmittel in Frage, die in der Lage sind Anionen und
Kationen entsprechend zu solvatisieren und dadurch zu lösen. Besonders bevorzugt werden hier polare Lösungsmittel
verwendet, wie zum Beispiel Wasser, DMSO, Aceton, Isopropanol, Ethanol, Methanol, Acetonitril, Dichlormethan, tert . - Butylmethylether , DMF oder Mischungen davon, wobei Wasser besonders bevorzugt ist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Sprühimprägnierung vorzugsweise bei einer Förderrate im Bereich von 0,01 bis 0,2 ml Lösung pro Minute pro Gramm Trägermaterial durchgeführt, stärker bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 0,15 ml Lösung pro Minute pro Gramm Trägermaterial, noch stärker bevorzugt 0,05 bis 1,2 ml Lösung pro Minute pro Gramm Trägermaterial und am stärkten bevorzugt im Bereich von 0,06 bis 0,09 ml Lösung pro Minute pro Gramm Trägermaterial. In anderen Worten versteht man darunter, dass eine bestimmte Menge Lösung pro Minute pro einer bestimmten Menge
Trägermaterial durch Sprühimprägnierung auf das Trägermaterial aufgebracht wird. Eine zu hohe Förderrate führt zu einer inhomogenen Schalendicke. Eine zu geringe Förderrate ist zeitaufwendig und kostenintensiv. Das Kompositmaterial wird vorzugsweise nach der
Sprühimprägnierung bei einer Temperatur von 40°C getrocknet, besonders bevorzugt ^ 45°C und am stärksten bevorzugt 50 °C. In noch einer weiteren Ausführungsform kann es zudem bevorzugt sein, dass die BET-Oberflache des Trägermaterials ohne die Beschichtung mit einer ionischen Flüssigkeit 1 bis 1000 m2/g beträgt, vorzugsweise 1 bis 600 m2/g, besonders bevorzugt 1 bis 400 m2/g. Die BET-Oberfläche wird nach der Einpunkt-Methode durch Adsorption von Stickstoff nach DIN 66132 bestimmt.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass die BET-Oberfläche des Trägermaterials mit der Beschichtung der ionischen Flüssigkeit (IL = ionic liquid) 1 bis 900 m2/g beträgt, vorzugsweise 1 bis 550 m2/g, besonders bevorzugt 1 bis 380 m2/g.
Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass das integrale Porenvolumen eines Trägermaterials (bestimmt gemäß DIN 66133 (Hg-Porosimetrie) ohne die IL-Beschichtung größer als 0.1 ml/g ist, vorzugsweise größer als 0.18 ml/g.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kompositmaterials sind maximal 10 % des Porenvolumens des Trägermaterials ohne die IL-Beschichtung von Poren mit einem Radius von kleiner 2 nm gebildet, vorzugsweise 8 %, bevorzugt maximal 6 % und besonders bevorzugt maximal 5 %. Ein größerer Anteil an zu kleinen Poren führt zu
unerwünschter inhomogener Beschichtung, das aufgrund der hohen Oberflächenspannung und Viskosität von ionischen Flüssigkeiten kleine Poren schwerer gefüllt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kompositmaterials sind maximal 10 % des Porenvolumens des Trägermaterials ohne die IL-Beschichtung von Poren mit einem Radius von größer als 500 nm gebildet,
vorzugsweise maximal 8 %, bevorzugt maximal 6 % und besonders bevorzugt maximal 5 %. Bei einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompositmaterials ist vorgesehen, dass der mittlere Porendurchmesser des
Trägermaterials ohne die IL-Beschichtung 10 bis 100 nm
beträgt. Ein zu großer Anteil an großen Poren ist ebenso nachteilig, das sich hier die ionische Flüssigkeit bevorzugt ansammelt, was ebenso zu einer inhomogenen Beschichtung führt.
Darüber hinaus kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials der mittlere
Porendurchmesser des Trägermaterials mit der IL-Beschichtung 3 bis 100 nm betragen.
Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung der erfindungsgemäße Katalysator mit einer beliebigen ionischen Flüssigkeit beschichtet sein und entsprechend das Kation beliebiger Natur sein. Bevorzugt als Kation sind allgemein beispielsweise Ammonium- oder Phosphoniumionen oder solche Kationen die mindestens einen fünf- oder sechsgliedrigen
Heterozyklus enthalten, der mindestens ein Phosphor- oder ein Stickstoffatom sowie gegebenenfalls ein Sauerstoffatom oder Schwefelatom aufweist. Besonders bevorzugt sind Kationen, die mindestens einen fünf- oder sechsgliedrigen Heterozyklus enthalten, der ein, zwei oder drei Stickstoffatome und ein Schwefel- oder ein Sauerstoffatom aufweist. Ganz besonders bevorzugt sind Kationen, die mindestens einen fünf- oder sechsgliedrigen Heterozyklus enthalten, der ein oder zwei Stickstoffatome aufweist.
Es kann bevorzugt sein, dass das Kation der ionischen
Flüssigkeit ausgewählt ist aus Verbindungen der nachstehenden allgemeinen Formeln IL-1 bis IL-23:
(IL-1 ) (IL-2)
(IL-4) (IL-5) (IL-6)
(IL-7) (IL-9)
(IL-10) (IL-1 1 ) (IL-12)
(IL-13) (IL-14) (IL-15)
(IL-22) (IL-23)
worin die Reste Rl7 R2, R3, R / Rs, Re, R7, Rs# 9 und R10 jeweils unabhängig voneinander Reste sein können ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatom und/oder Heterocyclus substituiertes Ci-C18 -Alkyl , durch ein oder mehrere nicht benachbarte Sauerstoffatome und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenes C2-Ci3-Alkyl , C6-Ci2-Aryl, C5-C12-Cycloalkyl , ein fünf- bis sechsgliedriger Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome aufweisender Heterocyclus, wobei zwei der genannten Reste miteinander unter Ausbildung eines ungesättigten oder gesättigten Ringsegments verknüpft sein können, das gegebenenfalls durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen unterbrochen sein kann, wobei das Ringsegment durch funktionelle Gruppen, Aryl-, Alkyl-, Aryloxy- , Alkyloxy- , Halogen-, Heteroatom- und/oder Heterocyclus -Reste substituiert sein kann, und wobei R darüber hinaus ausgewählt sein kann aus der Gruppe der Reste bestehend aus Ci - Ci8-Alkyloyl , Ci-C18 -Alkyloxycarbonyl , C5 - Ci2-Cycloalkylcarbonyl und C6 - Ci2-Aryloyl , wobei die Mitglieder der genannten Gruppe jeweils durch einen oder mehrere
funktionelle Gruppen, Aryl-, Alkyl-, Aryloxy-, Alkyloxy-,
Halogen-, Heteroatome und/oder Heterocyclus-Reste substituiert sein können, wobei sich die Angaben Ci- Ci8 , C5 - Ci2 , bzw. C5 - Ci2 auf die Alkylkette beziehen.
Darin bedeutet der Begriff funktionelle Gruppen die Gruppe der nachstehenden funktionellen Gruppen: Aryl-, Alkyl-, Aryloxy-, Alkyloxy-, Halogen-, Heteroatom- und/oder Heterocyclen- substituiertes Ci - Cis-Alkyl , beispielsweise Methyl, Ethyl , Propyl , Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Hexyl , Heptyl, Octyl, 2-Etylhexyl, 2 , 4 , 4 -Trimethylpentyl , Decyl,
Dodecyl, Tetradecyl, Heptadecyl, Octadecyl, 1 , 1 -Dimethylpropyl , 1, 1-Dimethylbutyl, 1 , 1 , 3 , 3 -Tetramethylbutyl , Benzyl, 1-Phenyl- ethyl, 2-Phenylethyl, alpha-alpha-Dimethylbenzyl , Benzhydryl , p-Tolylmethyl , 1- (p-Butyl -phenyl ) -ethyl , - Chlorbenzyl , 2,4- Dichlorbenzyl , p-Methoxybenzyl , m-Ethoxybenzyl , 2 -Cyanoethyl , 2-Cyanopropyl , 2 -Methoxycarbonethyl , 2 - Ethoxycarbonylethyl , 2 -Butoxycarbonylpropyl , 1 , 2 -Di- (methoxycarbonyl ) -ethyl , 2- Methoxyethyl , 2 -Ethoxyethyl , 2 -Butoxyethyl , Diethoxymethyl , Diethoxyethyl , 1 , 3 -Dioxolan- 2 -yl , 1 , 3 -Dioxan- 2 -yl , 2-Methyl- 1 , 3 -dioxolan-2-yl , 4 -Methyl- 1 , 3 -dioxolan-2-yl , 2- Isopropoxyethyl , 2 -Butoxypropyl , 2 -Octyloxyethyl ,
Chlormethyl, 2 -Chlorethyl , Trichlormethyl , Trifluormethyl , 1 , 1 -Dimethyl - 2 - chlorethyl , 2 -Methoxyisopropyl , 2- Ethoxyethyl, Butylthiomethyl , 2 -Dodecylthioethyl , 2- Phenylthioethyl, 2 , 2 , 2 -Trifluorethyl , 2 -Hydroxyethyl , 2- Hydroxypropyl , 3 -Hydroxypropyl , 4 -Hydroxybutyl , 6- Hydroxyhexyl , 2 -Aminoethyl , 2 -Aminopropyl , 3 -Aminopropyl , 4- Aminobutyl, 6 -Aminohexyl , 2 -Methylaminoethyl , 2-
Methylaminopropyl , 3 -Methylaminopropyl , 4 -Methylaminobutyl , 6- Methylaminohexyl , 2 -Dimethylaminoethyl , 2 -Dimethylaminopropyl ,
3 -Dimethylaminopropyl , 4 -Dimethylaminobutyl , 6- Dimethylaminohexyl , 2 -Hydroxy- 2 , 2 -dimethylethyl , 2- Phenoxyethyl , 2 -Phenoxypropyl , 3 - Phenoxypropyl , 4- Phenoxybutyl , 6 - Phenoxyhexyl , 2 -Methoxyethyl , 2- Methoxypropyl , 3 -Methoxypropyl , 4 -Methoxybutyl , 6- Methoxyhexyl , 2 -Ethoxyethyl , 2 -Ethoxypropyl , 3 - Ethoxypropyl ,
4 -Ethoxybutyl oder 6 -Ethoxyhexyl , durch ein oder mehrere nicht benachbarte Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte
Iminogruppen unterbrochenes C2 -C18 -Alkyl , beispielsweise 5- Hydroxy-3 -oxa-pentyl , 8 -Hydroxy- 3 , 6 -dioxa-octyl , 11-Hydroxy- 3 , 6 , 9 - trioxa-undecyl , 7 -Hydroxy-4 -oxa-heptyl , ll-Hydroxy-4 , 8 - dioxa-undecyl , 15-Hydroxy-4 , 8 , 12 - trioxa-pentadecyl , 9-Hydroxy-
5-oxa-nonyl, 14 -Hydroxy- 5 , 10 -oxa- tetradecyl , 5 -Methoxy- 3 -oxa- pentyl , 8 -Methoxy-3 , 6 -dioxa-octyl , H-Methoxy- 3 , 6 , 9 - trioxa- undecyl, 7 -Methoxy-4 -oxa-heptyl , 11 -Methoxy- 4 , 8 -dioxa- undecyl , l5-Methoxy-4 , 8 , 12 -trioxa-pentadecyl , 9 -Methoxy- 5 -oxa- nonyl, 14 -Methoxy- 5 , 10 -oxa- tetradecyl , 5 -Ethoxy- 3 -oxa-pentyl , 8-Ethoxy-3 , 6 -dioxa-octyl , ll-Ethoxy-3 , 6 , 9- trioxa-undecyl , 7- Ethoxy-4 -oxa-heptyl , 11 -Ethoxy-4 , 8 -dioxa-undecyl , 15-Ethoxy- 4 , 8 , 12-trioxa-pentadecyl, 9-Ethoxy-5-oxa-nohyl und 14-Ethoxy- 5 , 10-oxa-tetradecyl .
Bilden zwei Reste miteinander einen Ring aus, so können diese Reste gemeinsam vorzugsweise bedeuten 1 , 3 -Propylen, 1,4-Butylen, 2 -Oxa- 1 , 3 -propylen, 1-Oxa- 1 , 3-propylen, 2-Oxa- 1 , 3 -propylen, 1 -Oxa- 1 , 3 -propenylen , 1 -Aza - 1 , 3 -propenylen, 1- Ci-C4-Alkyl-l-aza-l, 3 -propenylen, 1 , 4 -Buta- 1 , 3 -dienylen, 1- Aza- 1 , 4 -buta- 1 , 3 -dienylen oder 2 -Aza- 1 , 4 -buta- 1 , 3 -dienylen .
Die Anzahl der Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder Iminogruppen in den bevorzugten Kationen der ionischen
Flüssigkeit ist nicht beschränkt. Im Allgemeinen beträgt sie nicht mehr als 5 pro Rest, vorzugsweise nicht mehr als 4, insbesondere nicht mehr als 3. Weiterhin befindet sich
zwischen zwei Heteroatomen mindestens ein Kohlenstoff tom, besonders bevorzugt mindestens zwei.
Bevorzugte Iminogruppen können beispielsweise sein Imino, Methylimino, iso-Propylimino, n-Butylimino oder tert- Butylimino .
Weiterhin bedeutet der Begriff funktionelle Gruppen die Gruppe der nachstehenden funktionellen Gruppen: Carboxy, Carboxamid, Hydroxy, Di- ( Ci - C4 -Alkyl ) amino, Ci-C4-Alkyloxycarbonyl , Cyano, Ci - C4 -Alkyloxy, durch funktionelle Gruppen-, Aryl-, Alkyl-, Aryloxy-, Alkyloxy-, Halogen-, Heteroatome- und/oder
Heterocyclen-substituiertes Cs - Ci2-Aryl, beispielsweise Phenyl, Tolyl, Xylyl, alpha-Naphthyl , beta-Naphthyl , 4 -Diphenylyl , Chlorphenyl, Dichlorphenyl , Trichlorphenyl , Difluorphenyl , Methylphenyl , Dimethylphenyl , Trimethylphenyl , Ethylphenyl, Diethylphenyl , iso-Propylphenyl , tert . -Butylphenyl ,
Dodecylphenyl , Methoxyphenyl , Dimethoxyphenyl , Ethoxyphenyl , Hexyloxyphenyl , Methylnaphthyl , Isopropylnaphthyl ,
Chlornaphthyl , Ethoxynaphthyl , 2 , 6 -Dimethylphenyl , 2,4,6- Trimethylphenyl , 2 , 6 -Diethoxyphenyl , 2 , 6 -Dichlorphenyl , 4- Bromphenyl, 2- oder 4 -Nitrophenyl , 2,4- oder 2,6-
Dinitrophenyl , 4 -Dimethylaminophenyl , 4 -Acetylphenyl ,
Methoxyethylphenyl oder Ethoxyethylphenyl , durch funktionelle Gruppen-, Aryl-, Alkyl-, Aryloxy-, Alkyloxy-, Halogen-,
Heteroatome- und/oder Heterocyclen- substituiertes C5 - Ci2 - Cycloalkyl, beispielsweise Cyclopentyl, Cyclo exyl, Cyclooctyl, Cyclododecyl , Methylcyclopentyl ,
Dimethylcyclopentyl , Methylcyclohexyl , Dimethylcyclohexyl , Diethylcyclohexyl , Butylcyclohexyl , Methoxycyclohexyl ,
Dimethoxycyclohexyl , Diethoxycyclohexyl , Butylthiocyclohexyl , Chlorcyclohexyl , Dichlorcyclohexyl oder Dichlorcyclopentyl, gesättigte oder ungesättigte bicyclische Systeme, z.B.
Norbornyl oder Norbornenyl , ein fünf- bis sechsgliedriger , Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome aufweisender Heterocyclus , beispielsweise Furyl, Thiophenyl, Pyrryl ,
Pyridyl, Indolyl, Benzoxazolyl , Dioxolyl, Dioxyl,
Benzimidazolyl , Benzthiazolyl , Dimethylpyridyl ,
Methylchinolyl , Dimethylpyrryl , Methoxyfuryl ,
Dimethoxypyridyl , Difluorpyridyl , Methylthiophenyl ,
Isopropylthiophenyl oder tert . -Butylthiophenyl , und ein Ci - C4 - Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl , Propyl , Isopropyl, n- Butyl, sec-Butyl oder tert.-Butyl.
Ci - Cia -Alkyloyl (Alkylcarbonyl ) kann beispielsweise sein Acetyl, Propionyl, n-Butyloyl, sec-Butyloyl , tert . -Butyloyl , 2 -Etylhexylcarbonyl , Decanoyl, Dodecanoyl, Chloracetyl,
Trichloracetyl oder Trifluoracetyl .
Ci - Cis-Alkyloxycarbonyl kann beispielsweise sein
Methyloxycarbonyl , Ethyloxycarbonyl , Propyloxycarbonyl ,
Isopropyloxycarbonyl , n-Butyloxycarbonyl , sec- Butyloxycarbonyl , tert . -Butyloxycarbonyl , Hexyloxycarbonyl , 2 -Etylhexyloxycarbonyl oder Benzyloxycarbonyl. C5 - Ci2-Cycloalkylcarbonyl kann beispielsweise sein
Cyclopentylcarbonyl , Cyclohexylcarbonyl oder
Cyclododecylcarbonyl . C5 - Ci2-Aryloyl (Arylcarbonyl ) kann beispielsweise sein
Benzoyl, Toluyl, Xyloyl , alpha-Naphthoyl , beta -Naphthoyl , Chlorbenzoyl , Dichlorbenzoyl , Trichlorbenzoyl oder
Trimethylbenzoyl .
Bevorzugt sind Rlr R2 R3, R5, 6 R7, Rs , R9 und Rio jeweils unabhängig voneinander, Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Butyl, 2 -Hydroxyethyl , 2 - Cyanoethyl , 2 - (Methoxycarbonyl ) -ethyl , 2- Ethoxycarbony1 - ethyl , 2 -n-Butoxycarbonyl -ethyl ,
Dimethylamino , Diethylamino oder Chlor.
Bevorzugt ist R4 Methyl, Ethyl, n-Butyl, 2 -Hydroxyethyl , 2- Cyanoethyl, 2 -Methoxycarbonyl-ethyl , 2 -Ethoxycarbonyl-ethyl , 2-n-Butoxycarbonyl-ethyl, Acetyl, Propionyl, t-Butyryl,
Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl oder n-Butoxycarbonyl .
Besonders bevorzugte Ammoniumionen (IL-1) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und R1# R2 und R3 unter Methyl, Ethyl, n-Butyl, 2- Hydroxyethyl, Benzyl oder Phenyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte Phosphoniumionen (IL-2) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und Ri , R2 und R3 unter Phenyl, Phenoxy, Ethoxy und n-Butoxy ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte Pyrrolidiniumionen (IL- 3) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R3 und R4 unter Acetyl,
Methyl, Ethyl oder n-Butyl ausgewählt sind und alle anderen Reste Wasserstoff bedeuten.
Besonders bevorzugte 1-Pyrazoliniumionen (IL-4) sind solche, bei denen unabhängig voneinander alle Reste bis auf R4 unter Wasserstoff oder Methyl und R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte 2 - Pyrazoliniumionen (IL- 5) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R5 unter Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl , R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und die übrigen Reste unter Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind . Besonders bevorzugte 3 - Pyrazoliniumionen (IL-6) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R3 und R5 unter Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl, R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und die verbleibenden Reste unter Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte lH-Pyrazoliumionen (IL-7) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R5 unter Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, Ri , R2 und R3 unter Wasserstoff oder Methyl und R unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte 3H-Pyrazoliumionen (IL- 8) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R2 unter Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, Ri , R3 und R5 unter Wasserstoff oder Methyl und R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte 4H- Pyrazoliumionen (IL- 9) sind solche, bei denen unabhängig voneinander Rx R2, R3 und R5 unter Wasserstoff oder Methyl und R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte Imidazoliniumionen (IL-10) sind
solche, bei denen unabhängig voneinander R5 oder R6 unter Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und die übrigen Reste unter Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte Imidazoliniumionen (IL-11) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R5, Rs oder R7 unter
Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und die übrigen Reste unter Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind. Besonders bevorzugte Imidazoliniumionen (IL-12) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R3 oder R7 unter Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Butyl oder Phenyl, R unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und R5 oder Rs unter Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und Ri oder R2 unter Wasserstoff oder Methyl
ausgewählt sind.
Besonders bevorzugte Imidazoliumionen (IL- 13) sind solche, bei denen unabhängig voneinander Ri ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n- Octyl, n-Decyl, n-Dodecyl, 2 -Hydroxyethyl und 2-Cyanoethyl, j aus Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und die übrigen Reste unabhängig voneinander aus Wasserstoff, Methyl oder Ethyl.
Besonders bevorzugte 1 , 2 , 4 -Triazoliumionen (IL- 14) und (IL- 15) sind solche, bei denen unabhängig voneinander
Rx oder R2 bzw. Ri oder R3 unter Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl, R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und R3 bzw. R2 unter Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ausgewählt sind. Besonders bevorzugte 1 , 2 , 3 -Triazoliumionen (IL- 16) und (IL- 17) sind solche, bei denen unabhängig voneinander R3 bzw. Ri unter Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und Rx oder R2 bzw. R2 oder R3 unter
Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind oder Rx und R2 bzw. R2 und R3 1 , 4 -Buta-1 , 3 -dienylen und alle anderen Reste
Wasserstoff sind.
Besonders bevorzugte Thiazoliuraionen (IL-18) oder
Oxazoliumionen (IL-19) sind solche, bei denen unabhängig voneinander Rx unter Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Phenyl , R4 unter Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und R2 oder R3 unter Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind. Besonders bevorzugte Pyridiniumionen (IL-20) sind solche, bei denen einer der Reste Ri, R2 , 3 , R5 und R6 Methyl, Ethyl oder Chlor ist, R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl ist und alle anderen Reste Wasserstoff sind, oder Ri Ditnethylamino, R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und alle anderen Reste Wasserstoff sind oder R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und alle anderen Reste Wasserstoff sind oder R2 Carboxy oder Carboxamid, R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und alle anderen Reste Wasserstoff sind oder R2 und R3 oder R2 und Ri 1 , 4 -Buta- 1 , 3 -dienylen, R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und alle anderen Reste Wasserstoff sind.
Besonders bevorzugte Pyrimidiniumionen (IL-21) sind solche, bei denen R1( R4 und R5 Wasserstoff oder Methyl, R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und R3 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind, oder R2 und R5 Methyl, Ri Wasserstoff und R3 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl sind.
Besonders bevorzugte Pyridaziniumionen (IL- 22) sind solche, bei denen einer der Reste Rlf R2 , R3 und R5 Methyl oder Ethyl, R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und alle anderen Reste Wasserstoff oder R Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl, und alle anderen Reste Wasserstoff sind. Besonders bevorzugte Pyraziniumionen (IL-23) sind solche, bei denen Rx, R2 , R3 und R5 alle Methyl und R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl oder R4 Acetyl, Methyl, Ethyl oder n-Butyl und alle anderen Reste Wasserstoff sind.
Von den zuvor erwähnten Kationengruppen IL-1 bis IL-23 sind die genannten Ammonium-, Phosphonium- , Pyridinium- und
Imidazoliumionen besonders bevorzugt . Ganz besonders bevorzugt sind als Kationen 1,2-
Dimethylpyridinium , 1 -Methyl - 2 - ethylpyridinium , l-Methyl-2- ethyl - 6 -methylpyridinium, N-Methylpyridinium, l-Butyl-2- methylpyridinium, 1 -Butyl- 2 -ethylpyridinium, l-Butyl-2-ethyl- 6 -methylpyridinium, N-Butylpyridinium, l-Butyl-4- methylpyridinium, 1 , 3 -Dimethylimidazolium, 1,2,3-
Trimethylimidazolium, 1 -n-Butyl - 3 -methylimidazol ium, 1,3,4,5- Tetramethylimidazolium, 1 , 3 , 4 -Trimethylimidazolium, 2,3- Dimethylimidazolium, l-Butyl-2 , 3 -dimethylimidazolium, 3,4- Dimethylimidazolium, 2 -Ethyl - 3 , 4 -dimethylimidazolium, 3- Methyl-2-ethylimidazol , 3 -Butyl- 1-methylimidazolium, 3-Butyl- 1-ethylimidazolium, 3 -Butyl-1 , 2 -dimeraylimidazolium, 1,3-Di- n-Butylimidazolium, 3 -Butyl - 1 , 4 , 5 -Trimethylimidazolium, 3- Butyl- 1 , 4 -Dimethylimidazolium, 3 -Butyl - 2 -methylimidazolium, 1 , 3 -Dibutyl- 2 -methylimidazolium, 3 -Butyl -4 -methylimidazolium, 3 -Butyl-2 -ethyl-4 -methylimidazolium und 3-Butyl-2- ethylimidazolium, l-Methyl-3 -Octylimidazolium, l-Decyl-3- methylimidazolium .
Insbesondere bevorzugt sind l-Butyl-4 -methylpyridinium, 1-n- Butyl-3 -methylimidazolium und 1 -n-Butyl - 3 -ethylimidazolium .
Auch möglich sind Kationen, die von Diazabicyclononen oder Diazabicycloundecen abgeleitet werden. Analog den obigen Ausführungen kann das Anion der ionischen Flüssigkeit beliebiger Natur sein. Es ist jedoch bevorzugt, wenn das Anion der ionischen Flüssigkeit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus F" , Cl"' Br" , I", PF6 ~, BF4 ~, Alkylsulfat, vorzugsweise ein Ci bis Ci3 Alkylsulfat, Ethersulfat, Acetat, Trif luoraceta , Triflat, Nonafiat, Sulfat, Hydrogensulfat, Methylsulfat, Ethylsulfat, Sulfit, Hydrogensulfit,
Aluminiumchloride, vorzugsweise A1C14 ", A12C17 " oder Al3Cli0 ", Aluminiumtribromid, Nitrit, Nitrat, Metallkomplexe,
beispielsweise Metallhalogenide wie Kupferchlorid CuCl2 ",
Phosphate, Phosphat, Hydrogenphosphat , Dihydrogenphosphat , Dimethylphosphonat , Diethylphosphonat ,
Tris (pentaf luorethyl ) trif luorophosphate , Carbonat,
Hydrogencarbonat , Methylcarbonat , Sulfonat, Tosylat,
Bis (trifluormethylsulfonyl) imid, Dicyanamid, Tetracyanoborat , Cyanid, Isocyanat und Isothiocyana .
Unter Ethersulfate werden vorliegende Verbindungen der
allgemeinen Formel
verstanden, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und R ein Alkylrest von C2 bis Ci8 ist.
Wie bereits weiter oben beschrieben wird die Lösung, Emulsion oder Suspension, vorzugsweise Lösung, mit der ionischen
Flüssigkeit und den weiteren optionalen Additiven in die Wirbelschicht einer Wirbelschichtapparatur oder das Fließbett eine Fließbettapparatur eingesprüht. Dabei werden die
Bestandteile der Lösung, Emulsion oder Flüssigkeit insbesondere die ionische Flüssigkeit durch die Umwirbelung mit einem Prozessgas in der Wirbelschicht bzw. dem Fließbett der Apparatur gehalten. Ebenso befindet sich das
Trägermaterial in der Wirbelschicht bzw. dem Fließbett der Wirbelschichtapparatur bzw. der Fließbettapparatur. Auf diese Weise kann nahezu die gesamte mit der Lösung, Emulsion oder Suspension eingesprühte ionische Flüssigkeit bzw. die
optionalen Additive auf die Oberfläche des Trägermaterials aufgebracht werden, sodass das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil aufweist, dass das Verfahren verlustarm an ionischer Flüssigkeit bzw. den optionalen Additiven durchgeführt werden kann. Zudem kann das Verfahren schneller durchgeführt werden als herkömmliche Verfahren und ist reproduzierbar und
abwasserfrei. Da ionische Flüssigkeiten in der Regel eine sehr hohe Oberflächenspannung aufweisen, war man bisher der
Ansicht, dass sie in einem Gasstrom dazu neigen, nach der Zerstäubung im Verlaufe der Verwirbelung in der Wirbelschicht- bzw. Fließbettapparatur zu agglomerieren, sodass davon
ausgegangen wurde, dass ein solches Verfahren nicht dazu geeignet ist, ionische Flüssigkeiten homogen auf Oberflächen von Trägermaterialien, insbesondere Trägermaterialien von komplexer Form, aufzutragen. Überraschenderweise wurde mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gefunden, dass diese Nachteile nicht auftreten. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren kann also durch entsprechende Einstellung der oben genannten Parameter die Schichtdicke und die Homogenität der Verteilung auf der Oberfläche des Trägermaterials entsprechend eingestellt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kompositmaterial, das durch das vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist. Das Kompositmaterial der vorliegenden
Erfindung weist über seine Herstellung mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens den Vorteil auf, dass die ionische Flüssigkeit und eventuell darin befindliche Additive, wie zum Beispiel ein darin befindlicher Homogenkatalysator äußerst homogen über die Oberfläche des Trägermaterials verteilt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials oder des in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompositmaterials als Synthesekatalysator. Vorzugsweise wird das
Kompositmaterial als Katalysator in der Hydrierung von
ungesättigten KohlenwasserstoffVerbindungen eingesetzt. Es handelt sich vorzugsweise um die katalytische
Selektivhydrierung von mehrfach ungesättigten
KohlenwasserstoffVerbindungen . Beispiele hierfür sind die Hydrierung von Acetylen zu Ethylen oder von Butadien zu Buten.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Kompositmaterial nicht beschränken, sondern nur exemplarisch veranschaulichen:
Beispiele
Beispiel 1: Verfahren zur Imprägnierung von KA-160
Trägerkugeln (5 bis 6 mm) erhältlich von der Firma Süd-Chemie AG, mit 10 Gew.-% der ionischen Flüssigkeit l-Butyl-2,3- dimethylimidazoliumtrif lat (BMMI [OTf ] ) und 14 Gew.-% des Homogenkatalysators [Et3(Bz)N] [Ru(CO)3Cl3] :
In einem 500 ml Rundkolben werden 7 g der ionischen
Flüssigkeit, 3,58 g Rutheniumtricarbonyldichlorid und 6,38 g Benzyltrietyhlammoniumchlorid eingewogen. Die Mischung wird mit 150 g destilliertem Wasser versetzt. Dabei entsteht eine gelb gefärbte Lösung (Gesamtmasse 167 g) . Diese Lösung wird 5 Minuten im Ultraschallbad durchmischt und auf eine Temperatur von 30°C erwärmt.
70 g des Trägermaterials KA-160 werden in der
Wirbelschichtapparatur mit Hilfe von Luft fluidisiert und unter verschiedenen Prozessbedingungen mit der
Katalysatorlösung imprägniert: a) Förderrate: 5 ml/min
Prozesstemperatur: 80°C
Druck : 1,0 bar
Nach der Aufgabe der vollständigen Menge der Katalysatorlösung durch Sprühimprägnierung, wird der Träger für weitere 30
Minuten bei 80°C getrocknet. Man erhält 87,0 g eines
trockenen gelblich gefärbten Materials . Die Bestimmung des Ruthenium- und des Sticksto fgehalts durch Elementaranalyse ergeben : Ru: 1.61 % (berechnet 1.62 %)
N: 7.21 % (berechnet 7.22 %) .
Daraus ist zu ersehen, dass der Verlust an aktiven Komponenten (ionische Flüssigkeit, Homogenkatalysator) vernachlässigbar klein ist. Die erhaltenen trockenen Katalysatoren werden mittels Rasterelektronenmikroskopie auf die Verteilung der ionischen Flüssigkeit (helle Bereiche) wie auch des
Katalysatorkomplexes untersucht : Figur 1 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme, bei der die Verteilung des verwendeten Homogenkatalysators zu sehen ist . Figur 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme, bei der die Verteilung von Butyldimethylimidazoliumtriflat zu sehen ist. Unter den verwendeten Bedingungen erhält man folglich einen Schalenkatalysator (Egg-Shell) mit einer Schalendicke von ca. 120 μιη. Wie aus dem Vergleich der Aufnahmen in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, weisen sowohl die ionische
Flüssigkeit wie auch der Homogenkatalysator gleiche
Eindringtiefen auf, was auf eine homogene Mischung auch schon in der verwendeten Lösung hinweist.
Beispiel 2
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Prozesstemperatur auf 60°C erniedrigt wurde. Die Verteilung des Homogenkatalysators ist in Figur 3 zu sehen, welche eine
Rasterelektronenmikroskopaufnahme zeigt, in der der
Homogenkatalysator zu sehen ist. Figur 4 zeigt eine
Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit der Verteilung der ionischen Flüssigkeit.
Die aus den Aufnahmen zu entnehmende Schalendicke für die ionischen Flüssigkeit und den Homogenkatalysator betragen 940 bzw 930 μπι. Beispiel 3:
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Prozesstemperatur auf 40°C abgesenkt wurde. Aus Figur 5, die eine
Rasterelektronenmikroskopaufnahme des erhaltenen Produktes zeigt, kann gesehen werden, dass die ionische Flüssigkeit äußerst homogen über den Träger verteilt ist.
Beispiel 4: Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass der Sprühdruck auf 1,2 bar erhöht wurde. Die in Figur 6 gezeigte
Rasterelektronenmikroskopaufnahme zeigt die Verteilung der ionischen Flüssigkeit auf dem Träger.
Beispiel 5: In Beispiel 5 wurde das in Beispiel 1 hergestellte
Kompositmaterial unter folgenden Bedingungen mit Wasser nachimprägniert :
Förderrate : 5 ml/min
Prozesstemperatur : 80°C
Sprühdruck : 1 , 0 bar
Wassermenge : 150 ml
Die Ergebnisse bzw. Verteilungen der Komponenten sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 6:
Es wurde die gleiche Nachimprägnierung wie in Beispiel 5 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Imprägnierung zweimal mit jeweils 150 ml Wasser erfolgte. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 7:
Es wurde die gleiche Nachimprägnierung wie in Beispiel 5 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Imprägnierung dreimal mit je 150 ml Wasser durchgeführt wurde. Die
Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 1 gezeigt. Beispiel 8:
Es wurde die gleiche Nachimprägnierung wie in Beispiel 5 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass einmal mit 500 ml
Wasser nachimprägniert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt .
Beispiel 9:
Es wurde das gleiche Verfahren zur Herstellung eines
Kompositmaterials wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass anstatt 150 ml Wasser 75 ml Wasser verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Aus den oben genannten Beispielen 1 bis 9 wird ersichtlich, dass durch die gezielte Wahl der Prozessbedingungen jede beliebige Verteilung der Komponenten auf dem makroskopischen Trägermaterial eingestellt werden kann (Egg-Shell, Uniform, Egg-White, Egg-Yolk) . Zudem sind durch sukzessive
Imprägnierungen auch verschiedene Aktivkomponenten in Schalen auftragbar (Mehrfachschalen) .
In der folgenden Tabelle 1 sind Abstände (Rl bis R3 )
angegeben, die die Verteilung der aufgebrachten Komponenten der Beispiele 1 bis 9 im Träger veranschaulicht. Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf eine verwendete Trägerkugel mit den jeweils eingezeichneten Abständen Rl bis R3 , wobei das
Bezugszeichen 1 den Abstand Rl , das Bezugszeichen 2 den
Abstand R2 und das Bezugszeichen 3 den Abstand R3 bezeichnen. Der Abstand Rl gibt an, in welcher Tiefe des Trägers die entsprechende Schicht beginnt. Der Abstand R2 gibt an, welche Tiefe die entsprechende Schicht im Träger hat. Der Abstand R3 gibt an, wie tief die Schicht in den Träger reicht. Anhand der Tabelle 1 erkennt man, dass je höher die Temperatur ist, desto dünner ist die Schale. Erhöht man den Druck, wir die Schale dicker. Nachimprägnierung mit Wasser treibt die Schicht tiefer ins Innere des Trägers .
Beispiel 10:
Verfahren zur Imprägnierung von Aluminiumoxidtabletten (CTR 4x4 mm) mit 10 Gew.-% der ionischen Flüssigkeit l-Butyl-2,3- dimethylimidazoliumtriflat (BMMIM [OTf ] ) :
In einem 500 ml Rundkolben werden 7 g der ionischen
Flüssigkeit, 3,58 g Rutheniumtricarbonyldichlorid und 6,38 g Benzyltriethylammoniumchlorid eingewogen. Die Mischung wird mit 150 g destilliertem Wasser versetzt, Es entsteht eine gelb gefärbte Lösung (Gesamtmasse 167 g) . Diese wird 5 Minuten im Ultraschallbad durchmischt und leicht erwärmt.
70 g des Trägermaterials KA-160 werden in der
Wirbelschichtapparatur mit Hilfe eines Prozessgases
fluidisiert und unter folgenden Prozessbedingungen mit der Katalysatorlösung imprägniert : a) Förderrate: 5 ml/min
Prozesstemperatur: 80°C
Druck : 1,0 bar Die Figur 8 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Verteilung der ionischen Flüssigkeit auf dem Träger in der Aufsicht. Die Figur 9 zeigt eine
Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Verteilung der ionischen Flüssigkeit auf dem Träger in der Seitenansicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials
enthaltend ein Trägermaterial und eine ionische
Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lösung, Suspension oder Emulsion, die die ionische Flüssigkeit enthält, durch Sprühimprägnierung auf das in einer Wirbelschicht oder in einem Fließbett fluidisierte Trägermaterial aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung eine katalytisch aktive Komponente oder eine Vorläuferverbindung davon enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein katalytisch aktives Material umfasst .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lösung mindestens ein weiteres Additiv enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägermaterial in Pulverform oder in Form eines Formkörpers vorliegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägermaterial mit Hilfe eines Prozessgases in der Wirbelschicht fluidisiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sprühimprägnierung bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 140°C durchgeführt wird
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühimprägnierung bei einem Druck im Bereich von 0,1 bis 3 bar durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit in der Lösung in einem Bereich von 1 bis 10 Gew. -I bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung vorliegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühimprägnierung bei einer Förderrate im Bereich von 0,01 bis 0,2 ml Lösung pro Minute pro 1 g Trägermaterial durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial nach der
Sprühimprägnierung bei einer Temperatur von > 40°C getrocknet wird.
12. Kompositmaterial, das durch ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche erhältlich ist.
13. Verwendung des Kompositmaterials gemäß Anspruch 12 als Katalysator in der Hydrierung von ungesättigten
KohlenwasserstoffVerbindungen .
14. Verwendung gemäß Anspruch 13 in der
Selektivhydrierung von mehrfach ungesättigten
KohlenwasserstoffVerbindungen .
15. Verwendung nach Anspruch 14 in der Selektivhydrierung von Acetylen zu Ethylen oder von Butadien zu Buten.
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