ES2785798B2 - Ni-BASED CATALYSTS ON INORGANIC SUPPORTS AND THEIR USE IN THE SELECTIVE OXIDATION OF PROPYLENE IN THE GAS PHASE - Google Patents

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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

CATALIZADORES BASADOS EN Ni SOBRE SOPORTES INORGÁNICOS Y SU USO EN LA OXIDACIÓN SELECTIVA DE PROPILENO EN FASE GASNi-BASED CATALYSTS ON INORGANIC SUPPORTS AND THEIR USE IN THE SELECTIVE OXIDATION OF PROPYLENE IN THE GAS PHASE

CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION

La presente invención se encuadra en el campo general de la ingeniería química y en particular, se refiere a un catalizador libre de metales nobles que comprende un soporte inorgánico y nanopartículas de níquel, al procedimiento de obtención de dicho catalizador y al uso del mismo en la oxidación selectiva de propileno en fase gas.The present invention falls within the general field of chemical engineering and, in particular, refers to a noble metal-free catalyst comprising an inorganic support and nickel nanoparticles, to the process for obtaining said catalyst and to the use thereof in the Selective oxidation of propylene in the gas phase.

ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART

El óxido de propileno (OP) es un compuesto que presenta una elevada reactividad y especificidad química hacia la formación de polímeros. Estas propiedades hacen que este compuesto se use como prepolímero para la síntesis de poliuretanos, poliéter, polioles y otros polímeros. Este hecho ha provocado un aumento en la producción mundial del OP en las últimas dos décadas estimándose que en 2020 se pueda alcanzar una producción superior a los 13 millones de toneladas de este producto químico (Huang, J. y col. "Gas-phase propene epoxidation over coinage metal catalysts”. Res. Chem. Intermed. 2012, 38, 1-24.Propylene oxide (PO) is a compound that has a high reactivity and chemical specificity towards the formation of polymers. These properties make this compound used as a prepolymer for the synthesis of polyurethanes, polyethers, polyols and other polymers. This fact has caused an increase in the world production of OP in the last two decades, estimating that in 2020 a production of more than 13 million tons of this chemical product can be reached (Huang, J. et al. "Gas-phase propene epoxidation over coinage metal catalysts. ”Res. Chem. Intermed. 2012, 38, 1-24.

En la actualidad la síntesis a escala industrial del OP se realiza usando como materia prima el propileno. La metodología actual para la síntesis del OP a escala industrial a partir del propileno está basada en reacciones no catalizadas en fase líquida mediante agentes peligrosos y altamente contaminantes como el Ch y el H2O2 (Nijhuis, T. A. y col. "The Production of Propene Oxide: Catalytic Processes and Recent Developments”. Ing. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 3447­ 3459). Algunos problemas asociados con estos procesos son la toxicidad y peligrosidad de algunos reactivos, como por ejemplo el cloro. Además, mediante estos procesos se producen grandes cantidades de subproductos en la reacción. Es tan grande la cantidad de subproductos, que el nombre de la ruta empleada para la síntesis del OP deriva del subproducto mayoritario obtenido en la misma. Por ejemplo, en el caso del proceso donde se usa el H2O2 como reactivo se producen subproductos como el estireno, denominándose, así como "la ruta del estireno”. Dichos subproductos reducen la eficiencia del proceso y encarecen significativamente el coste del producto objetivo (Khatib, S. y col. "Direct Oxidation of Propylene to Propylene Oxide with Molecular Oxygen: A Review”. Catal. Rev. 2015, 57, 306-344).At present, the synthesis of OP on an industrial scale is carried out using propylene as raw material. The current methodology for the synthesis of OP on an industrial scale from propylene is based on non-catalyzed reactions in the liquid phase using dangerous and highly polluting agents such as Ch and H2O2 (Nijhuis, TA et al. "The Production of Propene Oxide: Catalytic Processes and Recent Developments ”. Ing. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 3447 3459). Some problems associated with these processes are the toxicity and danger of some reagents, such as chlorine. In addition, these processes are produce large amounts of by-products in the reaction. The amount of by-products is so large that the name of the route used for the synthesis of OP derives from the majority by-product obtained in it. For example, in the case of the process where uses H2O2 as a reagent, by-products such as styrene are produced, which are called, as well as “the styrene route.” These by-products reduce the efficiency of the process and significantly increase the cost of the target product (Khatib, S. et al. "Direct Oxidation of Propylene to Propylene Oxide with Molecular Oxygen: A Review ”. Catal. Rev. 2015, 57, 306-344).

Por lo tanto, en los últimos años la comunidad científica se está centrando en desarrollar nuevas alternativas más sostenibles para la producción industrial del OP, concretamente se está centrando en el desarrollo de catalizadores que formen la menor cantidad de subproductos de la reacción, tanto en fase líquida como en fase gas (Prieto, A. y col. “ Propylene epoxidation with in situ generated H2O2 in supercritical conditions”. Catal. Today 2014, 227, 87-95). En este aspecto, se ha utilizado el N2O para la oxidación selectiva de propileno debido a su gran poder oxidante y reactividad, aunque con este reactivo no se consigue reducir la peligrosidad respecto a los mencionados anteriormente (Wang, X. “ Iron-catalysed propylene epoxidation by nitrous oxide: dramatic shift of allylic oxidation to epoxidation by the modification with alkali metal salts”. Chem. Commun. 2004, 12, 1396-1397). Por otro lado, también está creciendo el interés en realizar la oxidación selectiva de propileno para generar OP en fase gaseosa, debido a que los reactivos utilizados para llevar a cabo esta reacción en fase gas son menos tóxicos y peligrosos (e.g. O2 o mezclas H2/O2) (Nijhuis, T. A. y col. In Mechanisms in Homogeneous and Heterogeneous Epoxidation Catalysis 2008, 339-354.) (Haruta, M. In Mechanisms in Homogeneous and Heterogeneous Epoxidation Catalysis, 2008, 297-313).Therefore, in recent years the scientific community has been focusing on developing new, more sustainable alternatives for the industrial production of OP, specifically it is focusing on the development of catalysts that form the least amount of by-products of the reaction, both in phase liquid and gas phase (Prieto, A. et al. “Propylene epoxidation with in situ generated H2O2 in supercritical conditions.” Catal. Today 2014, 227, 87-95). In this regard, N2O has been used for the selective oxidation of propylene due to its great oxidizing power and reactivity, although with this reagent it is not possible to reduce the danger with respect to those mentioned above (Wang, X. “Iron-catalysed propylene epoxidation by nitrous oxide: dramatic shift of allylic oxidation to epoxidation by the modification with alkali metal salts ". Chem. Commun. 2004, 12, 1396-1397). On the other hand, interest is also growing in performing the selective oxidation of propylene to generate OP in the gas phase, because the reagents used to carry out this reaction in the gas phase are less toxic and dangerous (eg O2 or H2 / O2) (Nijhuis, TA et al. In Mechanisms in Homogeneous and Heterogeneous Epoxidation Catalysis 2008, 339-354.) (Haruta, M. In Mechanisms in Homogeneous and Heterogeneous Epoxidation Catalysis, 2008, 297-313).

En este último caso, se encuentran varios trabajos en la bibliografía con nuevos catalizadores heterogéneos que presentan las mejores propiedades catalíticas (conversión de propileno y selectividad hacia el OP) para la reacción de oxidación selectiva de propileno al OP en fase gas. Destacan sobre todo los catalizadores basados en nanopartículas de oro depositadas sobre titanosilicatos (Au/Ti-SiO2). Estos sistemas (Au/Ti-SiO2) fueron inicialmente estudiados por Haruta y col. (Hayashi, T. “ Selective Vapor-Phase Epoxidation of Propylene over Au/TiO2 Catalysts in the Presence of Oxygen and Hydrogen”. J. Catal. 1998, 178, 566-575) (Sinha, A. K. “ Catalysis by Gold Nanoparticles: Epoxidation of Propene”. Topics in Catalysis 2004, 29, 95­ 102) y se han ido desarrollando por la comunidad científica hasta alcanzar una selectividad hacia el óxido de propileno del 90 % a temperaturas relativamente moderadas (140-200°C) y utilizando mezclas H2/O2 como gases de reacción. Mantener las selectividades en torno a 90 % es un requisito indispensable debido a que estos catalizadores presentan conversiones inferiores al 10 % (Lu, J. y col. “ Effect of composition and promoters in Au/TS-1 catalysts for direct propylene epoxidation using H2 and O2”. Catal. Today 2009, 147, 186-195.). Sin embargo, estos catalizadores presentan varios inconvenientes. Uno de los principales inconvenientes es el uso de metales nobles como el oro, debido a su elevado coste (Chowdhury, B. y col. “ Trimethylamine as a Gas-Phase Promoter: Highly Efficient Epoxidation of Propylene over Supported Gold Catalysts”. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 412-415) (Sinha, A. y col. “ A Three-Dimensional Mesoporous Titanosilicate Support for Gold Nanoparticles: Vapor-Phase Epoxidation of Propene with High Conversion”. Angew. Chemie Int. 2004, 43, 1546-1548.) En este sentido, la comunidad científica ha estudiado el uso de catalizadores basados en nanopartículas de Ag, significativamente más económicas que las de Au, además de haber sido ya utilizados para la reacción de epoxidación de etileno utilizando como reactivo oxígeno molecular. Schüth y col. depositaron nanopartículas de Ag en TiO2 (Degussa P25) y realizaron la reacción con una mezcla de O2, H2 y N2, obteniendo una selectividad de 90 % hacia el OP; sin embargo, se obtuvo una conversión muy baja de alrededor del 0,36 % (Lange de Oliveira, A. y col. “ Highly selective propene epoxidation with hydrogen/oxygen mixtures over titaniasupported silver catalysts”. Catal. Lett. 2001, 73, 157-160). Centrándose en este tema de estudio, Guo y col. informaron que la Ag depositada en TS-1 presentaba una selectividad hacia la formación del OP del 93,5 % y una conversión de propileno del 1,4 %. Además, los autores observaron que la Ag soportada sobre TiO2 mediante este procedimiento de síntesis no presenta actividad para la reacción de síntesis de OP en fase gas lo que está en contradicción con los resultados publicados por otros autores (Wang, R. y col. “ Effects of preparation conditions and reaction conditions on the epoxidation of propylene with molecular oxygen over Ag/TS-1 in the presence of hydrogen”. Appl. Catal. A: Gen. 2004, 261, 7-13.) (Guo, X. y col. “ Effects of preparation method and precipitator on the propylene epoxidation over Ag/TS-1 in the gas phase”. Catal. Today. 2004, 93-95, 211-216). Oyama y col. utilizaron un catalizador de nanopartículas de Ag soportadas sobre CaCO3, para esta reacción utilizando como agente oxidante oxígeno molecular. En estas condiciones los catalizadores produjeron una conversión de propileno del 30 % y una selectividad del 10 % para la formación del OP (Lu, J. y col. “ In situ UV-vis studies of the effect of particle size on the epoxidation of ethylene and propylene on supported silver catalysts with molecular oxygen”. J. Catal. 2005, 232, 85-95). De forma general, los trabajos encontrados en la bibliografía muestran que las nanoparticulas de Ag depositadas sobre distintos soportes presentan unos resultados significativamente peores respecto a los sistemas catalíticos basados en Au (Barteau M.A. y col. "Low-pressure oxidation mechanism and reactivity of propylene on silver (110) and relation to gas-phase acidity”. J. Am. Chem. Soc.In the latter case, there are several works in the literature with new heterogeneous catalysts that have the best catalytic properties (propylene conversion and selectivity towards OP) for the selective oxidation reaction of propylene to OP in the gas phase. The catalysts based on gold nanoparticles deposited on titanosilicates (Au / Ti-SiO2) stand out above all. These systems (Au / Ti-SiO2) were initially studied by Haruta et al. (Hayashi, T. “Selective Vapor-Phase Epoxidation of Propylene over Au / TiO2 Catalysts in the Presence of Oxygen and Hydrogen.” J. Catal. 1998, 178, 566-575) (Sinha, AK “Catalysis by Gold Nanoparticles: Epoxidation of Propene. ”Topics in Catalysis 2004, 29, 95 102) and have been developed by the scientific community until reaching a selectivity towards propylene oxide of 90% at relatively moderate temperatures (140-200 ° C) and using H2 / O2 mixtures as reaction gases. Maintaining selectivities around 90 % is an essential requirement because these catalysts present conversions below 10% (Lu, J. et al. "Effect of composition and promoters in Au / TS-1 catalysts for direct propylene epoxidation using H2 and O2 ”. Catal. Today 2009, 147, 186-195.). However, these catalysts have several drawbacks. One of the main drawbacks is the use of noble metals such as gold, due to their high cost (Chowdhury, B. et al. "Trimethylamine as a Gas-Phase Promoter: Highly Efficient Epoxidation of Propylene over Supported Gold Catalysts." Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 412-415) (Sinha, A. et al. “A Three-Dimensional Mesoporous Titanosilicate Support for Gold Nanoparticles: Vapor-Phase Epoxidation of Propene with High Conversion.” Angew. Chemie Int. 2004, 43, 1546-1548.) In this sense, the scientific community has studied the use of catalysts based on Ag nanoparticles, significantly cheaper than those of Au, in addition to having already been used for the ethylene epoxidation reaction using as a molecular oxygen reagent. Schüth et al. they deposited Ag nanoparticles in TiO2 (Degussa P25) and carried out the reaction with a mixture of O2, H2 and N2, obtaining a selectivity of 90% towards the OP; however, a very low conversion of around 0.36% was obtained (Lange de Oliveira, A. et al. “Highly selective propene epoxidation with hydrogen / oxygen mixtures over titaniasupported silver catalysts.” Catal. Lett. 2001, 73, 157-160). Focusing on this topic of study, Guo et al. reported that the Ag deposited in TS-1 exhibited a selectivity towards PO formation of 93.5% and a propylene conversion of 1.4%. In addition, the authors observed that the Ag supported on TiO2 by this synthesis procedure does not present activity for the synthesis reaction of OP in gas phase, which is in contradiction with the results published by other authors (Wang, R. et al. " Effects of preparation conditions and reaction conditions on the epoxidation of propylene with molecular oxygen over Ag / TS-1 in the presence of hydrogen. ”Appl. Catal. A: Gen. 2004, 261, 7-13.) (Guo, X. et al. "Effects of preparation method and precipitator on the propylene epoxidation over Ag / TS-1 in the gas phase". Catal. Today. 2004, 93-95, 211-216). Oyama et al. used a catalyst of Ag nanoparticles supported on CaCO3, for this reaction using molecular oxygen as an oxidizing agent. Under these conditions the catalysts produced a conversion of propylene of 30 % and a selectivity of 10 % for the formation of the OP (Lu, J. et al. "In situ UV-vis studies of the effect of particle size on the epoxidation of ethylene and propylene on supported silver catalysts with molecular oxygen. ”J. Catal. 2005, 232, 85-95). In general, the works found in the bibliography show that Ag nanoparticles deposited on different supports show significantly worse results compared to Au-based catalytic systems (Barteau MA et al. "Low-pressure oxidation mechanism and reactivity of propylene on silver (110) and relation to gas-phase acidity. ”J. Am. Chem. Soc.

1983, 105, 344-349) (Roberts J.T. y col. "The Rate-Limiting Step for Olefin Combustion on Silver: Experiment Compared to Theory”. J. Catal. 1993,141, 300-307).1983, 105, 344-349) (Roberts J.T. et al. "The Rate-Limiting Step for Olefin Combustion on Silver: Experiment Compared to Theory". J. Catal. 1993,141, 300-307).

Debido a los inconvenientes de usar los catalizadores comentados anteriormente para la reacción de oxidación selectiva de propileno, los esfuerzos científicos se están centrando en desarrollar catalizadores que no contengan metales nobles y que sólo utilicen O2 como agente oxidante (Zhu, W. y col. "Cu(I)-Catalyzed Epoxidation of Propylene by Molecular Oxygen”. Journal of Phys. Chem. C 2008, 112, 7731-7734.) (García-Aguilar J. y col. "One step-synthesis of highly dispersed iron species into silica for propylene epoxidation with dioxygen”. J. Catal.Due to the drawbacks of using the catalysts discussed above for the selective oxidation reaction of propylene, scientific efforts are focusing on developing catalysts that do not contain noble metals and that only use O2 as an oxidizing agent (Zhu, W. et al. " Cu (I) -Catalyzed Epoxidation of Propylene by Molecular Oxygen ”. Journal of Phys. Chem. C 2008, 112, 7731-7734.) (García-Aguilar J. et al." One step-synthesis of highly dispersed iron species into silica for propylene epoxidation with dioxygen. ”J. Catal.

2016, 338, 154-167) (Lei, Y. "Enhanced catalytic performance in the gas-phase epoxidation of propylene over Ti-modified MoO3-Bi2SiO5/SiO2 catalysts”. J. Catal. 2015, 321, 100-112).2016, 338, 154-167) (Lei, Y. "Enhanced catalytic performance in the gas-phase epoxidation of propylene over Ti-modified MoO3-Bi2SiO5 / SiO2 catalysts". J. Catal. 2015, 321, 100-112).

Hay que destacar que en ninguno de los trabajos descritos en la bibliografía se han conseguido obtener selectividades tan altas como los catalizadores basados en nanopartículas de oro (Au/Ti-SiO2).It should be noted that none of the works described in the literature have been able to obtain selectivities as high as catalysts based on gold nanoparticles (Au / Ti-SiO2).

Existe pues la necesidad de proporcionar catalizadores mejorados que permitan la oxidación del propileno a óxido de propileno que durante su uso no generen gran cantidad de subproductos y sean capaces de dar un rendimiento alto sin la necesidad de incluir metales nobles.There is thus a need to provide improved catalysts that allow the oxidation of propylene to propylene oxide which during use do not generate a large amount of by-products and are capable of giving a high yield without the need to include noble metals.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención soluciona los problemas descritos en el estado de la técnica puesto que proporciona un sistema catalítico libre de metales nobles basado en nanopartículas de níquel depositadas sobre un soporte inorgánico (titanosilicato o sílice) para su uso en la reacción de oxidación selectiva de propileno a óxido de propileno (OP) en fase gas, usando principalmente mezclas de H2/O2 que presenta unas propiedades catalíticas (en términos de conversión de propileno, selectividad hacia el OP y eficiencia de H2), superiores a los catalizadores basados en metales nobles como el Au.The present invention solves the problems described in the state of the art since it provides a catalytic system free of noble metals based on nickel nanoparticles. deposited on an inorganic support (titanosilicate or silica) for use in the selective oxidation reaction of propylene to propylene oxide (PO) in the gas phase, using mainly H2 / O2 mixtures that have catalytic properties (in terms of conversion of propylene, selectivity towards OP and H2 efficiency), superior to catalysts based on noble metals such as Au.

Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un sistema catalítico (de aquí en adelante, sistema catalítico de la presente invención), que comprende:Thus, in a first aspect, the present invention refers to a catalytic system (hereinafter, the catalytic system of the present invention), comprising:

- un soporte inorgánico de base sílice y- a silica-based inorganic support and

- nanopartículas de níquel dispersas sobre el soporte inorgánico de base sílice, - nickel nanoparticles dispersed on the inorganic silica-based support,

donde el sistema catalítico carece de metales nobles y el níquel se encuentra en una proporción comprendida entre 0.5-5 % en peso con respecto al peso total del sistema catalítico, preferentemente el níquel se encuentra en una proporción comprendida entre 0.5-2.5 % en peso con respecto al peso total del sistema catalítico, más preferentemente, el níquel se encuentra en una proporción comprendida entre 0.5-1.5 % en peso con respecto al peso total del sistema catalítico.where the catalytic system lacks noble metals and nickel is in a proportion between 0.5-5% by weight with respect to the total weight of the catalytic system, preferably nickel is in a proportion between 0.5-2.5% by weight with With respect to the total weight of the catalytic system, more preferably, nickel is in a proportion comprised between 0.5-1.5% by weight with respect to the total weight of the catalytic system.

En la presente invención sistema catalítico y catalizador se usan indistintamente.In the present invention catalyst system and catalyst are used interchangeably.

En la presente invención por soporte inorgánico de base sílice se refiere a cualquier soporte inorgánico que comprenda un porcentaje de sílice comprendido entre 95-100% en peso.In the present invention by inorganic silica-based support refers to any inorganic support that comprises a percentage of silica comprised between 95-100% by weight.

En la presente invención por nanopartículas de níquel se refiere a partículas níquel y/o óxidos de níquel que presentan al menos una dimensión entre 1 y 100 nm.In the present invention, "nickel nanoparticles" refers to nickel particles and / or nickel oxides having at least one dimension between 1 and 100 nm.

En una realización particular, el soporte inorgánico de base sílice es seleccionado de entre sílice y una mezcla de sílice-titania. Más en particular, es seleccionado de entre sílice y titanosilicato.In a particular embodiment, the silica-based inorganic support is selected from silica and a mixture of silica-titania. More in particular, it is selected from silica and titanosilicate.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación del sistema catalítico de la presente invención (de aquí en adelante procedimiento de la presente invención), que comprende las siguientes etapas:In another aspect, the present invention refers to a process for the preparation of the catalytic system of the present invention (hereinafter the process of the present invention), comprising the following steps:

a) impregnar un soporte inorgánico con un precursor de níquel disuelto en agua, a) impregnating an inorganic support with a nickel precursor dissolved in water,

b) adicionar a la disolución obtenida en la etapa a) una sustancia o disolución alcalina hasta obtener un pH comprendido entre 9-11,b) add to the solution obtained in step a) an alkaline substance or solution until obtaining a pH between 9-11,

c) lavar y filtrar la suspensión obtenida en la etapa b) hasta obtener un pH neutro, d) secar el producto obtenido en la etapa c).c) washing and filtering the suspension obtained in step b) until obtaining a neutral pH, d) drying the product obtained in step c).

En una realización particular de la presente invención, el precursor de níquel es nitrato de níquel en agua (Ni(NO3)2-6H2O).In a particular embodiment of the present invention, the nickel precursor is nickel nitrate in water (Ni (NO3) 2-6H2O).

En otra realización particular de la presente invención, el soporte inorgánico está en forma de polvo.In another particular embodiment of the present invention, the inorganic support is in powder form.

En otra realización particular de la presente invención, el soporte inorgánico de la etapa a) se obtiene mediante las siguientes etapas:In another particular embodiment of the present invention, the inorganic support of stage a) is obtained by the following stages:

i. adicionar un precursor de base sílice a una disolución previa de urea y surfactante con ácido acético,i. add a silica-based precursor to a previous solution of urea and surfactant with acetic acid,

ii. calentar el producto obtenido en la etapa i a una temperatura comprendida entre 30 - 45 °C, durante 15-25 h,ii. heating the product obtained in stage i at a temperature between 30 - 45 ° C, for 15-25 h,

iii. eliminar la urea,iii. remove urea,

iv. calcinar el producto obtenido en iii.iv. calcine the product obtained in iii.

Preferentemente, el precursor de base sílice es óxido de silicio u óxido de silicio y óxido de titanio.Preferably, the silica-based precursor is silicon oxide or silicon oxide and titanium oxide.

En una realización particular la etapa iv de calcinación se realiza a una temperatura comprendida entre 500-600 °C durante 5-7 horas. Preferentemente entre 525-580 °C.In a particular embodiment, stage iv of calcination is carried out at a temperature between 500-600 ° C for 5-7 hours. Preferably between 525-580 ° C.

En una realización particular, el producto obtenido en la etapa iv, es molturado.In a particular embodiment, the product obtained in stage iv is ground.

En otro aspecto, la presente invención se refiere al uso del sistema catalítico de la presente invención en reacciones de oxidación selectiva de propileno a óxido de propileno en fase gas donde la fase gas comprende entre 70-78 % en volumen de helio, y entre 2-10 % en volumen de hidrógeno y la temperatura de reacción está comprendida entre 100-250 °C, preferentemente entre 180-225 °C, más preferentemente entre 185-215 °C. In another aspect, the present invention relates to the use of the catalytic system of the present invention in selective oxidation reactions of propylene to propylene oxide in the gas phase where the gas phase comprises between 70-78% by volume of helium, and between 2 -10% by volume of hydrogen and the reaction temperature is between 100-250 ° C, preferably between 180-225 ° C, more preferably between 185-215 ° C.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1. Espectro UV-Vis del sistema catalítico TÍ-SÍO2 y Ni/Ti-SiO2 con un 1 % de Ni en peso antes de pretratar y después de pretratar según el tratamiento descrito en el ejemplo 5 de la presente invención. Figure 1. UV-Vis spectrum of the TÍ-SÍO2 and Ni / Ti-SiO2 catalytic system with 1% Ni by weight before pretreating and after pretreating according to the treatment described in Example 5 of the present invention.

Figura 2. Imagen SEM del sistema catalítico Ni/Ti-SiO2 con un 1 % de Ni en peso descrito en el ejemplo 5 de la presente invención. Figure 2. SEM image of the Ni / Ti-SiO2 catalytic system with 1% Ni by weight described in Example 5 of the present invention.

Figura 3. Imagen SEM del sistema catalítico Ni/Ti-SiO2 con un 5 % de Ni en peso descrito en el ejemplo 7 de la presente invención. Figure 3. SEM image of the Ni / Ti-SiO2 catalytic system with 5% Ni by weight described in Example 7 of the present invention.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Inicialmente se sintetizó el titanosilicato (T i^d -S ^ ) y la sílice (SiO2) que servirán como soporte para las nanopartículas de Ni. La síntesis de ambos materiales se preparó adaptando un protocolo descrito anteriormente en la bibliografía (García-Aguilar J. y col. "Enhanced ammoniaborane decomposition by synergistic catalysis using CoPd nanoparticles supported on titanosilicates”. RSC Adv., 2016,6, 91768-91772) siendo la principal diferencia entre los dos materiales la incorporación del precursor de titanio en la síntesis del titanosilicato. Por lo tanto, en esta sección solo se describirá la síntesis de titanosilicato por la similitud con la síntesis de la sílice. La síntesis del Tb.d-SO consistió en disolver 0,45 g de urea (Merck, 99 %) y 0,4 g del surfactante Pluronic F127 (Sigma-Aldrich) en una disolución acuosa de ácido acético (Sigma-Aldrich, 99 %) (0,01M) mediante agitación durante 80 min. El pH final de la disolución debe ser en torno a 4. Seguidamente la disolución se enfrío en un baño de hielo a 0 °C y se añadió a la mezcla la cantidad adecuada de los precursores del óxido de titanio (Etóxido de titanio (IV), Sigma-Aldrich) y del óxido de silicio (Ortosilicato de tetrametilo, Sigma-Aldrich) con la finalidad de obtener una relación molar de 0,01 de Ti/Si. Esta disolución se mantuvo en agitación durante 40 min a 0 °C. Finalmente, el sol se introdujo en un autoclave de teflón (40 ml de capacidad) y el recipiente se calentó a 40 °C durante 20 h para envejecer el sol, el pH después de este paso debe mantenerse alrededor de 4. A continuación se hizo un tratamiento hidrotermal a 120 °C durante 6 h para descomponer la urea y generar así una porosidad jerárquica en el titanosilicato. El pH final del líquido sobrenadante debe ser alrededor de 9-10. Después de este paso, se eliminó el líquido sobrenadante y se calcinó el monolito obtenido a 550°C durante 6h con la finalidad de eliminar totalmente el surfactante. El monolito obtenido después de la calcinación se molturó. La síntesis del titanosilicato (T i^m -S^) se realizó con la finalidad de obtener el metal (Ti) bien disperso en la red de sílice.Initially, the titanosilicate (T i ^ d -S ^) and silica (SiO2) were synthesized, which will serve as support for the Ni nanoparticles. The synthesis of both materials was prepared by adapting a protocol previously described in the literature (García-Aguilar J. et al. "Enhanced ammoniaborane decomposition by synergistic catalysis using CoPd nanoparticles supported on titanosilicates". RSC Adv., 2016,6, 91768-91772 ) the main difference between the two materials being the incorporation of the titanium precursor in the synthesis of the titanosilicate. Therefore, in this section only the synthesis of titanosilicate will be described due to its similarity with the synthesis of silica. The synthesis of Tb. d-SO consisted of dissolving 0.45 g of urea (Merck, 99%) and 0.4 g of the surfactant Pluronic F127 (Sigma-Aldrich) in an aqueous solution of acetic acid (Sigma-Aldrich, 99%) (0, 01M) by stirring for 80 min. The final pH of the solution should be around 4. The solution was then cooled in an ice bath to 0 ° C and the appropriate amount of the oxide precursors was added to the mixture. titanium (titanium ethoxide (IV), Sigma-Aldrich) and silicon oxide (Tetramethyl orthosilicate, Sigma-Aldrich) in order to obtain a molar ratio of 0.01 Ti / Si. This solution was kept under stirring for 40 min at 0 ° C. Finally, the sol was introduced into a Teflon autoclave (40 ml capacity) and the container was heated at 40 ° C for 20 h to age the sun, the pH after this step should be kept around 4. It was then made hydrothermal treatment at 120 ° C for 6 h to decompose urea and thus generate hierarchical porosity in the titanosilicate. The final pH of the supernatant should be around 9-10. After this step, the supernatant liquid was removed and the monolith obtained was calcined at 550 ° C for 6h in order to completely remove the surfactant. The monolith obtained after calcination was ground. The synthesis of the titanosilicate (T i ^ m -S ^) was carried out in order to obtain the metal (Ti) well dispersed in the silica network.

La impregnación de las nanopartículas de Ni sobre la superficie del titanosilicato descrito anteriormente, consistió en disolver una cierta cantidad del precursor de Ni (Ni(NO3)2-6H2O, Sigma-Aldrich, 99,99 %) en agua destilada con el propósito de obtener una carga de Ni en peso (%) en el intervalo de 0,5 a 5 % sobre el soporte Ti-SiO2. A continuación se añadió 1 g del Ti-SiO2, descrito anteriormente, en la disolución acuosa de níquel. Entonces una disolución acuosa de NaOH (Sigma-Aldrich, 99,99 %) (2M) se añadió gota a gota hasta alcanzar un pH de 10,5 provocando un cambio de color a una tonalidad verdosa. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C. Los catalizadores fabricados en esta invención presentan una carga de Ni en peso (%) en el intervalo de 0,5 al 5 %.The impregnation of the Ni nanoparticles on the surface of the titanosilicate described above consisted of dissolving a certain amount of the Ni precursor (Ni (NO3) 2-6H2O, Sigma-Aldrich, 99.99%) in distilled water with the purpose of obtain a Ni loading by weight (%) in the range of 0.5 to 5% on the Ti-SiO2 support. Then 1 g of the Ti-SiO2, described above, was added to the aqueous nickel solution. Then an aqueous solution of NaOH (Sigma-Aldrich, 99.99%) (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5 causing a color change to a greenish hue. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until reaching neutral pH. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C. The catalysts made in this invention have Ni loading by weight (%) in the range of 0.5 to 5%.

El procedimiento general para la conversión de propileno a óxido de propileno se llevó a cabo mediante la siguiente metodología. Previamente a los test catalíticos, todos los catalizadores descritos en esta invención se pretrataron mediante un tratamiento térmico a 500 °C con un rampa de calentamiento de 10 °C/min, pasando una corriente de gas (30 ml/min) compuesta por 5 % en volumen de H2 (99,99 %) en He (99,99 %) con la finalidad de reducir las nanopartículas de Ni(OH)2 formadas sobre el titanosilicato. Después de este pretratamiento, los catalizadores presentados en esta invención se probaron en la reacción de oxidación de propileno durante al menos 4 h en condiciones de estado estacionario a una temperatura constante de 200 °C (aunque también se han estudiado otras temperaturas). Para este análisis se utilizaron unas condiciones estándar donde la velocidad espacial fue 10.000 m lg_1h_1 y la composición de gas fue de un 10 % de C3H6 (99,99 %), un 10 % H2 (99,99 %), un 10 % O2 (99,99 %) y un 70 % He (99,99 %) en volumen (aunque también se han estudiado otras composiciones). La composición de los gases de salida fue analizada por un espectrofotómetro de masas (Pfeiffer Vacuum, Thermostar) y un cromatógrafo de gases (Agilent 7820A) equipado con dos columnas, PoraBond Q (Agilent) y CTR-I (Alltech), la primera separa compuestos orgánicos (propileno, propano, oxido de propileno, acetaldehído y acetona) y la segunda separa compuestos inorgánicos (principalmente, O2 y CO2). La conversión de propileno, el rendimiento de OP, la selectividad a OP y la eficiencia del H2 fue determinada por las ecuaciones presentadas a continuación y que ya han sido previamente publicadas (Lu, J. y col. “ Effect of composition and promoters in Au/TS-1 catalysts for direct propylene epoxidation using H2 and O2”. Catal. Today 2009, 147, 186-195) (García-Aguilar J. y col. “ K- and Ca-promoted ferrosilicates for the gasphase epoxidation of propylene with O2” Appl. Catal. A: Gen. 2017, 538, 139-147).The general procedure for the conversion of propylene to propylene oxide was carried out by the following methodology. Prior to the catalytic tests, all the catalysts described in this invention were pretreated by a heat treatment at 500 ° C with a heating ramp of 10 ° C / min, passing a gas stream (30 ml / min) composed of 5% by volume of H2 (99.99%) in He (99.99%) in order to reduce the Ni (OH) 2 nanoparticles formed on the titanosilicate. After this pretreatment, the catalysts presented in this invention were tested in the propylene oxidation reaction for at least 4 h under steady state conditions at a constant temperature of 200 ° C (although other temperatures have also been studied). For this analysis, standard conditions were used where the space velocity was 10,000 m lg_1h_1 and the gas composition was 10% C3H6 (99.99%), 10% H2 (99.99%), 10% O2 (99.99%) and 70% He (99.99%) by volume (although other compositions have also been studied). The composition of the flue gases was analyzed by a mass spectrophotometer (Pfeiffer Vacuum, Thermostar) and a gas chromatograph (Agilent 7820A) equipped with two columns, PoraBond Q (Agilent) and CTR-I (Alltech), the first separates organic compounds (propylene, propane, propylene oxide, acetaldehyde and acetone) and the second separates inorganic compounds (mainly O2 and CO2). The propylene conversion, the OP yield, the OP selectivity and the H2 efficiency were determined by the equations presented below and that have already been published previously (Lu, J. et al. “Effect of composition and promoters in Au / TS-1 catalysts for direct propylene epoxidation using H2 and O2. ”Catal. Today 2009, 147, 186-195) (García-Aguilar J. et al.“ K- and Ca-promoted ferrosilicates for the gasphase epoxidation of propylene with O2 ”Appl. Catal. A: Gen. 2017, 538, 139-147).

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EJEMPLOSEXAMPLES

El procedimiento para la preparación del sistema catalítico de la presente invención comprendía las siguientes etapas:The process for the preparation of the catalytic system of the present invention comprised the following steps:

Una de las etapas del procedimiento, consistió en la síntesis del soporte; en este caso, se procedió con la síntesis del titanosilicato (Ti0,01-SiO2). La síntesis de este material (T b ^ -S ^ ) se preparó adaptando un protocolo descrito anteriormente en la bibliografía (García-Aguilar J. y col. "Enhanced ammonia-borane decomposition by synergistic catalysis using CoPd nanoparticles supported on titano-silicates”. RSC Adv., 2016,6, 91768-91772). La síntesis del Tiüi01-SiO2 consistió en disolver urea y un surfactante en una disolución acuosa de ácido acético (0,01M) en agitación durante 80 min. Seguidamente la disolución se enfrió en un baño de hielo a 0 °C y se añadió la mezcla de los precursores del óxido de titanio y el óxido de sílice. Esta disolución se mantuvo en agitación durante 40 min a 0 °C. El sol generado se introdujo en un autoclave de teflón y se calentó a 40 °C durante 20 h para envejecer el sol, a continuación se hizo un tratamiento hidrotermal a 120 °C durante 6 h para descomponer la urea. El producto final se calcino a 550°C durante 6 h y se molturó para obtener el polvo final.One of the stages of the procedure consisted in the synthesis of the support; in this case, the synthesis of the titanosilicate (Ti0.01-SiO2) was carried out. The synthesis of this material (T b ^ -S ^) was prepared by adapting a protocol previously described in the bibliography (García-Aguilar J. and cabbage. "Enhanced ammonia-borane decomposition by synergistic catalysis using CoPd nanoparticles supported on titano-silicates". RSC Adv., 2016,6, 91768-91772). The synthesis of Tiüi01-SiO2 consisted of dissolving urea and a surfactant in an aqueous solution of acetic acid (0.01M) with stirring for 80 min. The solution was then cooled in an ice bath to 0 ° C and the mixture of the precursors of titanium oxide and silica was added. This solution was kept in stirring for 40 min at 0 ° C. The generated sol was introduced into a Teflon autoclave and heated at 40 ° C for 20 h to age the sol, then a hydrothermal treatment was carried out at 120 ° C for 6 h to decompose urea The final product was calcined at 550 ° C for 6 h and ground to obtain the final powder.

Para completar la síntesis del catalizador Ni/Ti-SiO2 se depositaron las nanopartículas de especies oxidadas de Ni sobre la superficie del titanosilicato descrito anteriormente. La impregnación consistió en disolver inicialmente una cierta cantidad del precursor de Ni (Ni(NO3)2-6H2O) en agua. A continuación, se añadió 1g del Ti-SiO2 sintetizado anteriormente en la disolución acuosa de níquel. Entonces se añadió gota a gota una disolución acuosa de NaOH (2M) hasta alcanzar un pH de 10,5. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar el pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C. Los catalizadores fabricados en esta invención presentan una carga de Ni en peso (%) entre el 0,5 y 5 %.To complete the synthesis of the Ni / Ti-SiO2 catalyst, the nanoparticles of oxidized Ni species were deposited on the surface of the titanosilicate described above. The impregnation consisted of initially dissolving a certain amount of the Ni precursor (Ni (NO3) 2-6H2O) in water. Next, 1g of the Ti-SiO2 synthesized above in the aqueous nickel solution was added. Then an aqueous NaOH solution (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until neutral pH was reached. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C. The catalysts manufactured in this invention have a Ni loading by weight (%) between 0.5 and 5%.

Ejemplo 1: preparación del soporte SÍO2.Example 1: preparation of the support YES 2 .

Se disolvieron 0,45 g de urea (Merck, 99 %) y 0,4 g del surfactante Pluronic F127 (Sigma-Aldrich) en una disolución acuosa de ácido acético (Sigma-Aldrich, 99 %) (0,01M) mediante agitación durante 80 min. El pH final de la disolución debe ser en torno a 4. Seguidamente la disolución se enfrió en un baño de hielo a 0 °C y se añadieron 2,03 g de Ortosilicato de tetrametilo (Sigma-Aldrich). Esta disolución se mantuvo en agitación durante 40 min a 0 °C. Finalmente, el sol se introdujo en un autoclave de teflón (40 ml de capacidad) y se calentó a 40 °C durante 20 h. A continuación, se hizo un tratamiento hidrotermal a 120 °C durante 6 h. El pH final del líquido sobrenadante debe ser alrededor de 9-10. Después de este paso, se eliminó el líquido sobrenadante y se calcinó el monolito obtenido a 550°C durante 6h. El monolito obtenido después de la calcinación se molturó.0.45 g of urea (Merck, 99%) and 0.4 g of the surfactant Pluronic F127 (Sigma-Aldrich) were dissolved in an aqueous solution of acetic acid (Sigma-Aldrich, 99%) (0.01M) by stirring for 80 min. The final pH of the solution should be around 4. The solution was then cooled in an ice bath to 0 ° C and 2.03 g of Tetramethyl Orthosilicate (Sigma-Aldrich) were added. This solution was kept under stirring for 40 min at 0 ° C. Finally, the sol was introduced into a Teflon autoclave (40 ml capacity) and heated at 40 ° C for 20 h. Subsequently, a hydrothermal treatment was carried out at 120 ° C for 6 h. The final pH of the supernatant should be around 9-10. After this step, the supernatant liquid and the monolith obtained was calcined at 550 ° C for 6h. The monolith obtained after calcination was ground.

Ejemplo 2: preparación del catalizador NÍ/SÍO2 conteniendo un 2 % de Ni en peso.Example 2: preparation of the NÍ / SÍO 2 catalyst containing 2% Ni by weight.

Se disolvieron 0,099 g de Ni(NO3)2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99,99 %) en agua destilada. Posteriormente se añadió 1g de SiO2, descrito en el ejemplo 1, en la disolución acuosa de níquel. Entonces se añadió gota a gota una disolución acuosa de NaOH (Sigma-Aldrich, 99,99 %) (2M) hasta alcanzar un pH de 10,5. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar el pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C.0.099 g of Ni (NO3) 2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99.99%) was dissolved in distilled water. Subsequently, 1g of SiO2, described in Example 1, was added to the aqueous nickel solution. Then an aqueous solution of NaOH (Sigma-Aldrich, 99.99%) (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until neutral pH was reached. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C.

Ejemplo 3: preparación del soporte Ti-SiO2 Example 3: preparation of the Ti-SiO 2 support

Se disolvieron 0,45 g de urea (Merck, 99 %) y 0,4 g del surfactante Pluronic F127 (Sigma-Aldrich) en una disolución acuosa de ácido acético (Sigma-Aldrich, 99 %) (0,01M) mediante agitación durante 80 min. El pH final de la disolución debe ser en torno a 4. Seguidamente la disolución se enfrió en un baño de hielo a 0 °C y se añadieron 0,056 g de Etóxido de titanio (IV) (Sigma-Aldrich) y 2,03 g de Ortosilicato de tetrametilo (Sigma-Aldrich) para obtener una relación molar de 0,01 de Ti/Si. Esta disolución se mantuvo en agitación durante 40 min a 0 °C. Finalmente, el sol se introdujo en un autoclave de teflón (40 ml de capacidad) y se calentó a 40 °C durante 20 h. A continuación, se hizo un tratamiento hidrotermal a 120 °C durante 6 h. El pH final del líquido sobrenadante debe ser alrededor de 9-10. Después de este paso, se eliminó el líquido sobrenadante y se calcinó el monolito obtenido a 550°C durante 6h. El monolito obtenido después de la calcinación se molturó. El sólido se caracterizó mediante espectrometría Ultravioleta-Visible (ver Figura 1). Se observó que el Ti se incorporó a la red de sílice principalmente en una coordinación tetraédrica, pero una pequeña fracción de Ti se encontraba en una coordinación octaédrica. 0.45 g of urea (Merck, 99%) and 0.4 g of the surfactant Pluronic F127 (Sigma-Aldrich) were dissolved in an aqueous solution of acetic acid (Sigma-Aldrich, 99%) (0.01M) by stirring for 80 min. The final pH of the solution should be around 4. The solution was then cooled in an ice bath to 0 ° C and 0.056 g of titanium (IV) ethoxide (Sigma-Aldrich) and 2.03 g of Tetramethyl orthosilicate (Sigma-Aldrich) to obtain a 0.01 Ti / Si molar ratio. This solution was kept under stirring for 40 min at 0 ° C. Finally, the sol was introduced into a Teflon autoclave (40 ml capacity) and heated at 40 ° C for 20 h. Subsequently, a hydrothermal treatment was carried out at 120 ° C for 6 h. The final pH of the supernatant should be around 9-10. After this step, the supernatant liquid was removed and the monolith obtained was calcined at 550 ° C for 6h. The monolith obtained after calcination was ground. The solid was characterized by UV-Visible spectrometry (see Figure 1). It was observed that Ti was incorporated into the silica lattice mainly in a tetrahedral coordination, but a small fraction of Ti was in an octahedral coordination.

Ejemplo 4: preparación del catalizador Ni/Ti-SiO2 conteniendo un 0,5 % de Ni en peso.Example 4: preparation of the Ni / Ti-SiO2 catalyst containing 0.5% Ni by weight.

Se disolvieron 0,024 g de Ni(NO3)2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99,99 %) en agua destilada. Posteriormente se añadió 1g de Ti-SiO2 en la disolución acuosa de níquel. Entonces se añadió gota a gota una disolución acuosa de NaOH (Sigma-Aldrich, 99,99 %) (2M) hasta alcanzar un pH de 10,5. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar el pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C.0.024 g of Ni (NO3) 2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99.99%) was dissolved in distilled water. Subsequently, 1g of Ti-SiO2 was added to the aqueous nickel solution. Then an aqueous solution of NaOH (Sigma-Aldrich, 99.99%) (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until neutral pH was reached. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C.

Ejemplo 5: preparación del catalizador Ni/Ti-SiO2 conteniendo un 1 % de Ni en peso.Example 5: preparation of the Ni / Ti-SiO2 catalyst containing 1% Ni by weight.

Se disolvieron 0,049 g de Ni(NO3)2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99,99 %) en agua destilada. Posteriormente se añadió 1g de Ti-SiO2 en la disolución acuosa de níquel. Entonces se añadió gota a gota una disolución acuosa de NaOH (Sigma-Aldrich, 99,99 %) (2M) hasta alcanzar un pH de 10,5. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar el pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C.0.049 g of Ni (NO3) 2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99.99%) was dissolved in distilled water. Subsequently, 1g of Ti-SiO2 was added to the aqueous nickel solution. Then an aqueous solution of NaOH (Sigma-Aldrich, 99.99%) (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until neutral pH was reached. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C.

El sólido se caracterizó mediante espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), observándose la presencia de Ni en el catalizador. Además, mediante esta técnica de caracterización se obtuvo alrededor de 1 % de Ni en peso en el catalizador descrito en este ejemplo, estando en concordancia con la cantidad teórica incorporada en la síntesis. El sólido también se caracterizó mediante espectrometría Ultravioleta-Visible. Se observó que el Ti se incorporó a la red de sílice principalmente en una coordinación tetraédrica, pero una pequeña fracción de Ti se encontraba en una coordinación octaédrica. También se observó que la presencia de Ni metálico después del pretratamiento modifica el intervalo de absorbancia del catalizador en el espectro Ultravioleta-Visible (ver Figura 1). Este hecho indicó la presencia de nanopartículas de Ni metálico después del pretratamiento descrito en la sección “descripción detallada de la invención”. The solid was characterized by X-ray energy dispersion spectrometry (EDS), observing the presence of Ni in the catalyst. Furthermore, by means of this characterization technique, about 1% Ni by weight was obtained in the catalyst described in this example, being in agreement with the theoretical amount incorporated in the synthesis. The solid was also characterized by UV-Visible spectrometry. It was observed that Ti was incorporated into the silica lattice mainly in a tetrahedral coordination, but a small fraction of Ti was in an octahedral coordination. It was also observed that the presence of Ni metallic after pretreatment modifies the absorbance range of the catalyst in the UV-Visible spectrum (see Figure 1). This fact indicated the presence of Ni metallic nanoparticles after the pretreatment described in the section "Detailed description of the invention".

Ejemplo 6: Preparación del catalizador Ni/Ti-SiO2 conteniendo un 2 % de Ni en peso.Example 6: Preparation of the Ni / Ti-SiO2 catalyst containing 2% Ni by weight.

Se disolvieron 0,099 g de Ni(NO3)2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99,99 %) en agua destilada. Posteriormente se añadió 1g de Ti-SiO2 en la disolución acuosa de níquel. Entonces se añadió gota a gota una disolución acuosa de NaOH (Sigma-Aldrich, 99,99 %) (2M) hasta alcanzar un pH de 10,5. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar el pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C.0.099 g of Ni (NO3) 2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99.99%) was dissolved in distilled water. Subsequently, 1g of Ti-SiO2 was added to the aqueous nickel solution. Then an aqueous solution of NaOH (Sigma-Aldrich, 99.99%) (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until neutral pH was reached. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C.

Ejemplo 7: Preparación del catalizador Ni/Ti-SiO2 conteniendo un 5 % de Ni en peso.Example 7: Preparation of the Ni / Ti-SiO2 catalyst containing 5% Ni by weight.

Se disolvieron 0,2478 g de Ni(NO3)2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99,99 %) en agua destilada. Posteriormente se añadió 1g de Ti-SiO2 en la disolución acuosa de níquel. Entonces se añadió gota a gota una disolución acuosa de NaOH (Sigma-Aldrich, 99,99 %) (2M) hasta alcanzar un pH de 10,5. Esta suspensión se agitó a temperatura ambiente durante 2 h, seguidamente se filtró y lavó con agua hasta alcanzar el pH neutro. Finalmente, los catalizadores se secaron a 100 °C.0.2478 g of Ni (NO3) 2-6H2O (Sigma-Aldrich, 99.99%) was dissolved in distilled water. Subsequently, 1g of Ti-SiO2 was added to the aqueous nickel solution. Then an aqueous solution of NaOH (Sigma-Aldrich, 99.99%) (2M) was added dropwise until reaching a pH of 10.5. This suspension was stirred at room temperature for 2 h, then filtered and washed with water until neutral pH was reached. Finally, the catalysts were dried at 100 ° C.

El sólido se caracterizó mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) Se observó la presencia de una gran cantidad de nanopartículas de Ni en el sólido (ver Figura 2). La presencia de nanoparticulas de Ni también se observó en todos los ejemplos mostrados en esta invención. Las muestras con 0,5 y 1 % de Ni en peso (ejemplo 1 y 2) muestran una buena dispersión de las nanopartículas de Ni. Por otro lado, para las muestras con 2 y 5 % de Ni en peso (ejemplo 3 y 4) se observó la presencia de una gran cantidad de nanopartículas de Ni en el sólido (ver Figura 2)The solid was characterized by transmission electron microscopy (TEM). The presence of a large amount of Ni nanoparticles was observed in the solid (see Figure 2). The presence of Ni nanoparticles was also observed in all the examples shown in this invention. Samples with 0.5 and 1% Ni by weight (example 1 and 2) show good dispersion of the Ni nanoparticles. On the other hand, for the samples with 2 and 5% Ni by weight (example 3 and 4), the presence of a large amount of Ni nanoparticles in the solid was observed (see Figure 2)

Ejemplo 8: Ensayo catalítico de los materiales descritos en los ejemplos del 1 al 7 en la reacción de oxidación selectiva de propileno.Example 8: Catalytic test of the materials described in examples 1 to 7 in the selective oxidation reaction of propylene.

Las propiedades catalíticas de los materiales descritos en esta invención se estudian mediante la reacción de propileno a óxido de propileno (OP) en fase gas utilizando la metodología detallada en la sección “descripción detallada de la invención”. Los soportes para los catalizadores (ejemplo 1 (SiO2) y 3 (Ti-SiO2)) no presentaron actividad en la reacción de oxidación selectiva de propileno en las condiciones descritas. El material de SiO2 con presencia de Ni (ejemplo 2) presentó una actividad en la reacción estudiada muy baja, siendo estos valores de actividad inferiores a los publicados en la bibliografía para catalizadores basados en Au (Au/ Ti-SiO2). Sin embargo, los materiales que contenían un 0,5 y 1 % de Ni en peso (ejemplos 4 y 5) depositados sobre el soporte que contiene titanio en su estructura, presentan una actividad catalítica similar a los publicados en la bibliografía para catalizadores basados en Au (Au/ Ti-SiO2). Respecto a los valores de selectividad los catalizadores que contenían un 0,5 y 1 % de Ni en peso (ejemplos 4 y 5) presentaban unos valores similares a los catalizadores basados en Au, siendo estos últimos los que presentan los valores más elevados descritos en la bibliografía hasta la actualidad. Sin embargo al incrementar la cantidad de Ni en el catalizador se observó un efecto negativo en la selectividad (ejemplos 6 y 7), ya que ésta decrecía al aumentar la carga de Ni (ver Tabla 1). Estos resultados muestran que el catalizador óptimo para esta aplicación es el que contiene un 1 % de Ni en peso, obteniéndose unos valores de conversión y selectividad similares a los basados en Au para la reacción de oxidación selectiva de propileno, con la ventaja de utilizar un metal más barato como es el Ni. Esta invención abre la puerta a la utilización de metales más baratos que el Au como es el caso del Ni para la síntesis de catalizadores para esta reacción. Con esto se consigue una reducción del coste del catalizador y por lo tanto en el coste global de la producción del óxido de propileno a partir de propileno, obteniendo unas conversiones y selectividades similares a las que se obtienen con los metales nobles concretamente el Au.The catalytic properties of the materials described in this invention are studied by reacting propylene to propylene oxide (PO) in the gas phase using the methodology detailed in the section "detailed description of the invention". The supports for the catalysts (example 1 (SiO2) and 3 (Ti-SiO2)) did not show activity in the selective oxidation reaction of propylene under the conditions described. The SiO2 material with the presence of Ni (example 2) presented a very low activity in the reaction studied, these activity values being lower than those published in the bibliography for catalysts based on Au (Au / Ti-SiO2). However, the materials containing 0.5 and 1% Ni by weight (examples 4 and 5) deposited on the support containing titanium in its structure, present a catalytic activity similar to those published in the literature for catalysts based on Au (Au / Ti-SiO2). Regarding the selectivity values, the catalysts containing 0.5 and 1% Ni by weight (examples 4 and 5) presented similar values to the Au-based catalysts, the latter being the ones with the highest values described in the bibliography to date. However, when increasing the amount of Ni in the catalyst, a negative effect on selectivity was observed (examples 6 and 7), since it decreased with increasing Ni load (see Table 1). These results show that the optimal catalyst for this application is the one containing 1% Ni by weight, obtaining conversion and selectivity values similar to those based on Au for the selective oxidation reaction of propylene, with the advantage of using a cheaper metal like Ni. This invention opens the door to the use of cheaper metals than Au such as Ni for the synthesis of catalysts for this reaction. This achieves a reduction in the cost of the catalyst and therefore in the overall cost of the production of propylene oxide from propylene, obtaining conversions and selectivities similar to those obtained with noble metals, specifically Au.

Tabla 1. Resultados catalíticos para la reacción de la oxidación selectiva del propileno en fase gas bajo condiciones estacionarias a 200 °C. Table 1. Catalytic results for the selective oxidation reaction of propylene in the gas phase under stationary conditions at 200 ° C.

Catalizadores Conversión Generación Eficiencia Selectividad CaHa (%) PO (%) H2 (%) PO (%) Catalysts Conversion Generation Efficiency Selectivity CaHa (%) PO (%) H2 (%) PO (%)

SiÜ2 0 0 0 0SiÜ2 0 0 0 0

2 % Ni/SiÜ2 2 0,7 7 282% Ni / SiÜ2 2 0.7 7 28

Ti-SiÜ2 0 0 0 0Ti-SiÜ2 0 0 0 0

0,5 % Ni/Ti-SiÜ2 6,3 5,4 36,9 850.5% Ni / Ti-SiÜ2 6.3 5.4 36.9 85

1 % Ni/Ti-SiÜ2 7,5 6,9 16,3 911% Ni / Ti-SiÜ2 7.5 6.9 16.3 91

2 % Ni/Ti-SiÜ2 5,8 3,0 10,6 522% Ni / Ti-SiÜ2 5.8 3.0 10.6 52

5 % Ni/Ti-SiÜ2 9,3 1,4 1,5 155% Ni / Ti-SiÜ2 9.3 1.4 1.5 15

0,02 Au/TS-1_170a 2,3 - - 920.02 Au / TS-1_170a 2.3 - - 92

Titanosilicato de 6,8 - 35 93Titanosilicate 6.8 - 35 93

Au-Ba(NÜ3)2 bAu-Ba (NÜ3) 2 b

Catalizador 3 4,1 - 31,8 96Catalyst 3 4.1 - 31.8 96

(basado en oro)c(based on gold) c

a Lu, J. y col. “Effect of composition and promoters in Au/TS-1 catalysts for direct propylene epoxidation using H2 and O2”. Catal. Today 2009, 147, 186-195. to Lu, J. et al. "Effect of composition and promoters in Au / TS-1 catalysts for direct propylene epoxidation using H 2 and O 2 ". Catal. Today 2009, 147, 186-195.

b Chowdhury, B. y col. “Trimethylamine as a Gas-Phase Promoter: Highly Efficient Epoxidation of Propylene over Supported Gold Catalysts”. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 412-415. b Chowdhury, B. et al. "Trimethylamine as a Gas-Phase Promoter: Highly Efficient Epoxidation of Propylene over Supported Gold Catalysts". Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 412-415.

c Sinha, A. y col. “A Three-Dimensional Mesoporous Titanosilicate Support for Gold Nanoparticles: Vapor-Phase Epoxidation of Propene with High Conversion”. Angew. Chemie Int. 2004, 43, 1546-1548. c Sinha, A. et al. "A Three-Dimensional Mesoporous Titanosilicate Support for Gold Nanoparticles: Vapor-Phase Epoxidation of Propene with High Conversion." Angew. Chemie Int. 2004, 43, 1546-1548.

Ejemplo 9: Efecto de la temperatura en la reacción de la oxidación selectiva del propileno en fase gas bajo condiciones estacionarias y para el material descrito en el ejemplo 5. Example 9: Effect of temperature in the reaction of the selective oxidation of propylene in the gas phase under stationary conditions and for the material described in example 5.

Las propiedades catalíticas del catalizador con un 1 % de níquel (ejemplo 5) se vieron afectadas al variar la temperatura (ver Tabla 2). Se observó que a temperaturas bajas, en el intervalo de 100 a 150 °C, este material presentaba una escasa actividad catalítica. Sorprendentemente, a una temperatura de reacción de 200 °C el catalizador presentó una actividad similar a los catalizadores basados en Au. Sin embargo, al aumentar la temperatura de reacción a 250 °C, se observó un aumento de la conversión de propileno, pero con una caída en la generación de PO y, por lo tanto, en la selectividad hacia el PO. Estos resultados muestran que la temperatura óptima para esta reacción utilizando catalizadores basados en Ni es 200 °C.The catalytic properties of the 1 % nickel catalyst (example 5) were affected by varying the temperature (see Table 2). It was observed that at low temperatures, in the range of 100 to 150 ° C, this material exhibited poor catalytic activity. Surprisingly, at a reaction temperature of 200 ° C the catalyst exhibited an activity similar to the Au-based catalysts. However, when the reaction temperature was increased to 250 ° C, an increase in propylene conversion was observed, but with a drop in the generation of PO and, therefore, in the selectivity towards PO. These results show that the optimum temperature for this reaction using Ni-based catalysts is 200 ° C.

Tabla 2. Resultados catalíticos para la reacción de la oxidación selectiva del propileno en fase gas bajo condiciones estacionarias del catalizador Ni/Ti-SiO2 conteniendo un 1 % de Ni en peso (ejemplo 5) a distintas temperaturas. Table 2. Catalytic results for the selective oxidation reaction of propylene in the gas phase under stationary conditions of the Ni / Ti-SiO2 catalyst containing 1% Ni by weight (example 5) at different temperatures.

Temperatura Conversión Generación SelectividadTemperature Conversion Generation Selectivity

C3H6(%) PO (%) PO (%)C3H6 (%) PO (%) PO (%)

(°C)(° C)

100 1,2 0,3 28100 1.2 0.3 28

150 2,6 0,9 30150 2.6 0.9 30

200 7,5 6,9 90200 7.5 6.9 90

250 8,2 3 41250 8.2 3 41

Ejemplo 10: Efecto de la proporción H y He (%) en la corriente gaseosa para la reacción de la oxidación selectiva del propileno en fase gas bajo condiciones estacionarias y para el material descrito en el ejemplo 4. Example 10: Effect of the H and He ratio ( %) in the gas stream for the selective oxidation reaction of propylene in the gas phase under stationary conditions and for the material described in Example 4.

Las propiedades catalíticas del catalizador con un 0,5 % de níquel (ejemplo 4) se vieron afectadas al variar la proporción de H2 y He (%) en la corriente gaseosa (ver Tabla 3). Al aumentar el porcentaje de H2 en la corriente gaseosa utilizando como catalizador el ejemplo 4 se observó un aumento en las propiedades catalíticas respecto a la conversión de propileno, generación de PO y selectividad hacia el PO. Sin embargo en términos de la eficiencia de1H2 se observó que al incrementar la proporción de H2 del 2 % al 5 % en la corriente gaseosa este valor decrecía.The catalytic properties of the catalyst with 0.5 % nickel (example 4) were affected by varying the proportion of H2 and He (%) in the gas stream (see Table 3). By increasing the percentage of H2 in the gas stream using Example 4 as a catalyst, an increase was observed in the catalytic properties with respect to propylene conversion, PO generation and selectivity towards PO. However, in terms of the efficiency of1H2, it was observed that when increasing the proportion of H2 from 2% to 5% in the gas stream, this value decreased.

Tabla 3. Resultados catalíticos para la reacción de la oxidación selectiva del propileno en fase gas bajo condiciones estacionarias del catalizador Ni/Ti-SiO2 conteniendo un 0.5 % de Ni en peso (ejemplo 4) con distinta proporción de H2 y He (%) en la corriente gaseosa. Table 3. Catalytic results for the selective oxidation reaction of propylene in the gas phase under stationary conditions of the Ni / Ti-SiO2 catalyst containing 0.5% Ni by weight (example 4) with different proportion of H2 and He (%) in the gaseous stream.

Composición de gas Conversión Generación Eficiencia Selectividad en volumen (%) CaHa(%) PO (%) H2 (%) PO (%)Gas composition Conversion Generation Efficiency Selectivity in volume (%) CaHa (%) PO (%) H2 (%) PO (%)

10 % CaHa/ 2 % H2 / 3,a 2,6 40 6510% CaHa / 2% H2 / 3, at 2.6 40 65

10% O2/ 78 % He10% O2 / 78% He

10 % CaHa/ 5 % H2 / 4,9 3,9 34 7810% CaHa / 5% H2 / 4.9 3.9 34 78

10 % O2/ 75 % He10% O2 / 75% He

10 % CaHa/ 10 % H2 / 6,3 5,4 37 8510% CaHa / 10% H2 / 6.3 5.4 37 85

10 % O2/ 70 % He 10% O2 / 70% He

Claims (5)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la preparación de un sistema catalítico comprendido por:1. Procedure for the preparation of a catalytic system comprised of: - un soporte inorgánico de base sílice y- a silica-based inorganic support and - nanopartículas de níquel dispersas sobre el soporte inorgánico de base sílice,- nickel nanoparticles dispersed on the inorganic silica-based support, donde el sistema catalítico carece de metales nobles y el níquel se encuentra en una proporción comprendida entre 0.5-2.5 % en peso con respecto al peso total de catalizador, que comprende las siguientes etapas:where the catalytic system lacks noble metals and nickel is in a proportion comprised between 0.5-2.5% by weight with respect to the total weight of the catalyst, which comprises the following stages: a) impregnar un soporte inorgánico con un precursor de níquel disuelto en agua,a) impregnating an inorganic support with a nickel precursor dissolved in water, b) adicionar a la solución obtenida en la etapa a) una sustancia alcalina hasta obtener un pH comprendido entre 9-11,b) add to the solution obtained in step a) an alkaline substance until obtaining a pH between 9-11, c) lavar y filtrar la suspensión obtenida en la etapa b) hasta obtener un pH neutro,c) wash and filter the suspension obtained in step b) until a neutral pH is obtained, d) secar el producto obtenido en la etapa c).d) drying the product obtained in step c). donde el soporte inorgánico de la etapa a) se obtiene mediante las siguientes etapas:where the inorganic support of step a) is obtained by the following steps: i. adicionar un precursor de base sílice a una disolución previa de urea y surfactante con ácido acético,i. add a silica-based precursor to a previous solution of urea and surfactant with acetic acid, ii. calentar el producto obtenido en la etapa i a una temperatura comprendida entre 30 - 45 °C, durante 15-25 h,ii. heating the product obtained in stage i at a temperature between 30-45 ° C, for 15-25 h, iii. eliminar la urea,iii. remove urea, iv. calcinar el producto obtenido en iii,iv. calcine the product obtained in iii, y donde la etapa iv de calcinación se realiza a una temperatura comprendida entre 500-600 °C durante 5-7 horas.and where the calcination stage iv is carried out at a temperature comprised between 500-600 ° C for 5-7 hours. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde el precursor de níquel es nitrato de níquel en agua.2. Process according to claim 1, wherein the nickel precursor is nickel nitrate in water. 3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, donde el soporte inorgánico está en forma de polvo.3. Process according to any of claims 1-2, wherein the inorganic support is in powder form. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde el precursor de base sílice es óxido de silicio u óxido de silicio y óxido de titanio. 4. Process according to any of claims 1-3, wherein the silica-based precursor is silicon oxide or silicon oxide and titanium oxide. 5. Uso de un sistema catalítico obtenido por el procedimiento según las reivindicaciones 1-4, en reacciones de oxidación selectiva de propileno a óxido de propileno en fase gas caracterizado por que la fase gas comprende entre 70-78 % en volumen de helio, y entre 2-10 % en volumen de hidrógeno y la temperatura de reacción está comprendida entre 100-250 °C. 5. Use of a catalytic system obtained by the process according to claims 1-4, in selective oxidation reactions of propylene to propylene oxide in the gas phase characterized in that the gas phase comprises between 70-78% by volume of helium, and between 2-10% by volume of hydrogen and the reaction temperature is between 100-250 ° C.
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