RO134950B1 - Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete - Google Patents

Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete Download PDF

Info

Publication number
RO134950B1
RO134950B1 RO201900788A RO201900788A RO134950B1 RO 134950 B1 RO134950 B1 RO 134950B1 RO 201900788 A RO201900788 A RO 201900788A RO 201900788 A RO201900788 A RO 201900788A RO 134950 B1 RO134950 B1 RO 134950B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
zeolite
microwave
hzsm
reaction mixture
metal precursor
Prior art date
Application number
RO201900788A
Other languages
English (en)
Other versions
RO134950A1 (ro
Inventor
Mariana Patrascu
Cosmin Mărculescu
Original Assignee
Universitatea Politehnica Din Bucureşti
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitatea Politehnica Din Bucureşti filed Critical Universitatea Politehnica Din Bucureşti
Priority to RO201900788A priority Critical patent/RO134950B1/ro
Priority to EP20746320.9A priority patent/EP4065276A1/en
Priority to PCT/RO2020/050005 priority patent/WO2021107801A1/en
Publication of RO134950A1 publication Critical patent/RO134950A1/ro
Publication of RO134950B1 publication Critical patent/RO134950B1/ro

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/344Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
    • B01J37/346Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of microwave energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/061Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing metallic elements added to the zeolite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/064Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/068Noble metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/064Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/072Iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/405Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing rare earth elements, titanium, zirconium, hafnium, zinc, cadmium, mercury, gallium, indium, thallium, tin or lead
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/44Noble metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/46Iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/343Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/10After treatment, characterised by the effect to be obtained
    • B01J2229/18After treatment, characterised by the effect to be obtained to introduce other elements into or onto the molecular sieve itself
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/30After treatment, characterised by the means used
    • B01J2229/40Special temperature treatment, i.e. other than just for template removal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a catalizatorilor zeolitici conținând metal prin sinteză hidrotermală asistată de microunde și ultrasunete, la diferite frecvențe de lucru, catalizatori care se utilizează în procesele de piroliză a biomasei și a altor materiale ce conțin carbon.
Invenția este utilă în mod particular pentru obținerea rapidă a catalizatorilor zeolitici conținând metal cu puritate ridicată, distribuție uniformă a dimensiunilor particulei, nucleație controlată, suprafață specifică mare și distribuție controlată a centrilor metalici activi.
Este cunoscut din brevetul US 9186659 (B2) un procedeu de preparare a zeoliților care include prepararea unui sol-gel dintr-o soluție de aluminat, amestecarea unui agent de direcționare a structurii cu sol-gelul, apoi cu o silice, încălzind apoi amestecul de reacție întrun reactor cu microunde pentru a forma un zeolit inițial și îndepărtând agentul de direcționare a structurii pentru a forma zeolitul.
De asemenea sunt cunoscute din brevetul EP 0014059 (B1) modalitați de sintetizare a unui zeolit în absența adăugării de alumină și utilizarea acestuia în conversia compușilor organici, cum ar fi reformarea și aromatizarea alcoolului, fiind dezvăluite două specii, una dintre ele conținând crom și/sau fier.
Sunt cunoscute din cererea de brevet US 2018155203 (A1), compoziții complexe pe bază de aluminiu și metode de realizare a acestora, compozițiile având un conținut foarte redus de halogenuri, iar metodele de realizare ale acestor compoziții includ trecerea unei prime compoziții apoase de aluminiu complex printr-o coloană schimbătoare de anioni.
Morfologia zeoliților poate fi modificată prin controlul procesului de cristalizare. Catalizatorii zeolitici cu proprietăți superioare ale transferului de masă pot fi obținuți prin reducerea dimensiunilor cristalelor la valori submicronice sau nanometrice. Acest mecanism de reducere a dimensiunilor cristalelor vizează reducerea căii de difuzie a moleculelor reactanților în spațiile active ale cristalelor zeolitice. Cristalele zeolitice relativ mai mici dovedesc o activitate catalitică mai mare, deoarece procesul de difuzie al reactanților este mult mai rapid prin porii catalizatorului, iar fenomenele de absorbție/desorbție devin controlabile. În timp ce rata de nucleație dirijează cristalizarea zeoliților și nu este influențată major de temperatură, procesul de creștere internă a cristalelor este termosenzitiv, și prin urmare în procedeele hidrotermale de sinteză convenționale este necesar să reducem temperatura de reacție. în consecință, pentru a obține cristale relativ mici, procedeele convenționale de sinteză hidrotermală necesită un timp de reacție foarte lung pentru realizarea cristalizării structurii zeolitice. O perioadă lungă de cristalizare nu numai că reduce productivitatea procedeului, dar crește și riscul de impurificare a structurilor cristaline cu alte materiale nedorite. [US 3328119; US 3329480; US 3329481; US 4414423; US 4417088].
Este cunoscut din brevetul US 4778666 procedeul de obținere rapidă a zeoliților, unde timpul de reacție a fost redus la 6 h, la o temperatură de 190°C pentru o serie de zeoliți.
Problema tehnică pe care o rezolvă constă în obținerea unor structuri zeolitice cristaline cu distribuție, formă și dimensiune controlată, conținând metal, într-un timp de reacție redus substanțial, la o temperatură redusă substanțial.
Zeoliții naturali sau sintetici sunt cunoscuți ca materiale cu proprietăți catalitice pentru diferite procese industriale. Zeoliții sunt materiale poroase pe bază de metalosilicați cu structură cristalină bine definită și proprietăți unice. În aceste structuri poroase există un număr de cavități mici care pot fi interconectate cu microcanale sau micropori. În condiții ideale cavitățile și porii materialelor zeolitice au dimensiuni uniforme. Dimensiunile acestor pori permit absorbția de molecule cu dimensiuni particulare care vor elimina alte molecule cu dimensiuni mai mari, și prin urmare materialele zeolitice sunt denumite în literatura de specialitate site moleculare, iar prin exploatarea acestui fenomen ele sunt utilizate în procese de absorbție selectivă. Aceste materiale conțin o multitudine de ioni pozitivi pe bază1 de aluminosilicați. Acești aluminosilicați formează o rețea tridimensională rigidă tetraedrică din SiO4 și AIO4 în care raportul dintre atomii de oxigen și cei de siliciu și aluminiu variază3 in funcție de natura și tipul zeolitului.
Deoarece activitatea catalitică a zeoliților este afectată pe de o parte de dimensiunea5 canalelor și a microporilor responsabili de absorbția selectivă, dimensiunea microporilor reprezintă o caracteristică importantă a acestor materiale. În plus, dimensiunea microporilor 7 limitează transferul de masă, iar morfologia zeoliților afectează capacitatea de absorbție și implicit activitatea catalitică a materialului. Unii zeoliți cu un sistem de micropori 9 unidimensionali (1D) au o morfologie aciculară în formă de tijă, ceea ce reduce transferul de masă prin blocarea canalelor și implicit conduce la dezactivarea rapidă a catalizatorului din 11 cauza unei căi de difuzie mult prea lungi.
Utilizarea de agenți de direcționare a structurii influențează favorabil cristalizarea. 13 Când moleculele organice mici acționează în acest scop, ele sunt denumite agenți organici de direcționare a structurii (AODS). 15
Utilizarea sintezei hidrotermale asistată de microunde are multe aplicații în chimia de sinteză, iar avantajul major îl reprezintă diminuarea drastică a timpului de reacție și obținerea17 unei distribuții controlate a dimensiunii particulelor cu diferite morfologii.
Procedeele cunoscute prezintă o serie de dezavantaje, cum ar fi timpi de sinteză19 foarte mari - minimum 48 h, temperatură de reacție ridicată - peste 150°C, în cazul procedeului de sinteză hidrotermală în câmp de microunde, obținerea unor structuri zeolitice21 neuniforme din punct de vedere al distribuției, dimensiunii și formei cristalelor.
Procedeul conform invenției are ca obiect un procedeu îmbunătățit față de procedeele 23 cunoscute de obținere a catalizatorilor metalici pe baza de zeoliți prin sinteză convențională, prin reducerea substanțială a timpului de sinteză și implicit reducerea timpului de cristalizare, 25 reducerea temperaturii de reacție și obținerea selectivă a diferitelor tipuri de structuri zeolitice cu performanțe ridicate din punct de vedere al proprietăților catalitice, cum ar fi: selectivitate 27 ridicată asupra produșilor finali de piroliză a biomasei, randament ridicat în exploatare și capacitate ridicată de autoregenerare. 29
Procedeul de obținere a catalizatorilor zeolitici conținând metal, prin sinteză hidrotermală asistată de microunde și ultrasunete, conform invenției, cuprinde următoarele 31 etape:
- aplicarea de microunde unui amestec de reacție realizat prin dispersarea unui zeolit 33 în mediu apos la care se adaugă într-o primă fază un precursor metalic și într-o fază ulterioară un agent de reducere, la o temperatură în domeniul de la 30°C la 75°C, pentru un 35 timp de maximum 30 min urmată de, răcirea amestecului de reacție rezultat la temperatura camerei și apoi de; 37
- aplicarea de ultrasunete amestecului de reacție, pentru un timp de maximum min, după care se realizează; 39
- separarea produsului de reacție obținut sub formă solidă, de faza lichidă, opțional spălarea și apoi calcinarea acestuia. 41
Procedeul conform invenției se poate aplica unei varietăți largi de zeoliți.
Într-o realizare preferată a invenției se alege un zeolit dintre zeoliții de tipul HSZM-5, 43 HSZM-10 și HSZM-20.
Precursorul metalic utilizat conform invenției este ales dintre săruri ale metalelor 45 tranziționale de tipul Co, Ni, Fe, Ag, Au, Pt, Ti.
Agentul de reducere utilizat conform invenției este un alcool de tipul alcoolilor primari, 47 ales dintre alcool metilic, etilic, propilic, izopropilic, butilic, izobutilic.
Proporția masică a reactanților din amestecul de reacție, zeolit precursor metalic:agent de reducere, este într-un raport x:y:z, unde x se referă la zeolit și este 1, y se referă la precursorul metalic și este de la 5 la 15, z se referă la agentul de reducere și este de la 6 la 17.
Mediul apos de reacție poate fi apă, apă distilată sau apă deionizată, la care se poate adăuga 0,1-1% agent tensioactiv cationic sau anionic, procentele fiind procente de masă.
Procedeul conform invenției poate fi dimensionat și aplicat industrial utilizând cele două tipuri de frecvențe industriale de microunde de 2,45 GHz și 915 MHz, și un regim de ultrasunete cu o amplitudine de 80% și o frecvență de 30 până la 90 KHz.
Procedeul de sinteză hidrotemală asistată de microunde și ultrasunete a structurilor zeolitice conform invenției elimină dezavantajele procedeelor cunoscute prin faptul că este un procedeu selectiv, eficient energetic, ecologic și extrem de rapid.
De asemenea, procedeul conform prezentei invenții prezintă următoarele avantaje:
- este selectiv, eficient energetic și ecologic; timpul de reacție este foarte scurt, de maximum 60 min, în comparație cu procedeul clasic care durează aproximativ 48 h;
- poate fi dimensionat și aplicat industrial prin utilizarea celor două tipuri de frecvențe de microunde de 2,45 GHz și 915 MHz și un domeniu de frecvență de 30-90 KHz pentru ultrasunete;
- conduce la o dispersie uniformă și dezaglomerare a structurilor zeolitice datorită efectelor de cavitație;
- se obțin structuri zeolitice cu formă, dimensiune și distribuție controlată;
- se obțin structuri zeolitice cu structură amorfă, suprafață specifică mare și selectivitate specifică pentru produșii de piroliză.
Prezenta invenție este în continuare ilustrată cu referire la următoarele figuri:
- fig. 1, prezintă spectrul IR al catalizatorului zeolitic de Co obținut la diferite temperaturi (linie continuă - la temperatura de 40°C și linie întreruptă - la temperatura de 70°C);
- fig. 2A, prezintă imaginea SEM pentru catalizatorul zeolitic de Co obținut la temperatura de 40°C;
- fig. 2B, prezintă imaginea SEM pentru catalizatorul zeolitic de Co obținut la temperatura de 70°C;
- fig. 3A, prezintă imaginile TEM EDX pentru catalizatorul zeolitic de Co obținut la temperatura de 40°C;
- fig. 3B, prezintă imaginile TEM EDX pentru catalizatorul zeolitic de Co obținut la temperatura de 70°C;
- fig. 4A prezintă spectrul XRD pentru catalizatorul zeolitic de Fe obținut la temperatura de 40°C;
- fig. 4B, prezintă spectrul XRD pentru catalizatorul zeolitic de Fe obținut la temperatura de 70°C;
- fig. 5, prezintă spectrul IR al catalizatorului zeolitic de Fe obținut la diferite temperaturi (linie continuă - la temperatura de 40°C și linie întreruptă - la temperatura de 70°C);
- fig. 6, prezintă spectrul IR al catalizatorului zeolitic de Ni obținut la diferite temperaturi (linie continuă - la temperatura de 40°C și linie întreruptă - la temperatura de70°C);
- fig. 7A, prezintă imaginea SEM pentru catalizatorul zeolitic de Ni obținut la temperatura de 40°C;
- fig. 7B, prezintă imaginea SEM pentru catalizatorul zeolitic de Ni obținut la 1 temperatura de 70°C;
- fig. 8A prezintă imaginea TEM EDX pentru catalizatorul zeolitic de Ni obținut la 3 temperatura de 40°C;
- fig. 8B, prezintă imaginea TEM EDX pentru catalizatorul zeolitic de Ni obținut la 5 temperatura de 70°C.
Se dau în continuare câteva exemple de realizare a invenției.7
Exemplul 1
Exemplul ilustrează obținerea catalizatorului zeolitic HSZM-5 cu conținut de Co (Co-9
HZSM-5). Pentru prepararea catalizatorului Co-HZSM 5 s-au utilizat zeolit tip HZSM-5 (Acros Organics®) și precursor metalic sare de Co, Co+2(NO3)2 · 6(H2O) (Honeywell®).11
Materialele utilizate sunt de puritate analitică și au caracteristicile fizico-chimice indicate în tabelul 1.13
Caracteristici fizico chimice ale reactantilor pentru sinteza catalizatorului Co-HZSM5
Tabelul 1
Reactant Aspect Stare fizică p H Densitate (g/cm3) Solubilitate în apă Punct de topire (°C)
Zeolit HZSM 5 alb Pulbere, solid - - insolubil -
Co+2(NO3)2 · 6(H2O) roșu cristalin acid 187 669,6 g/L la 20°C 55-56
Pentru cântărirea reactanților s-a utilizat o balanță tehnică. Solubilizarea și 23 omogenizarea reactanților s-a realizat cu ajutorul unui agitator Vortex și un agitator magnetic cu funcție de menținere constantă a temperaturii. Sinteza în câmp de microunde s-a realizat 25 într-o cavitate monomod dotată cu un generator de microunde solid state tip GMP 30K SM 56T 400 FCA 3IR, cu o putere de alimentare de 3 x 400 V ± 10%, la o frecvență de lucru de 27 2,45 GHz, răcit cu apă.
Măsurarea temperaturii s-a realizat cu o fibră optică model OTG-Q-10-62ST-1,5PFA- 29 XN-XN-H, Opsense, Canada.
Sintezele s-au realizat într-un reactor de sticlă cu volum util de reacție de 250 ml, sub31 agitare magnetică continuă și monitorizare on-line a puterii reflectate, a puterii incidente, a timpului și temperaturii de reacție.33
Obținerea catalizatorului Co+2-HZSM-5 se realizează în mai multe etape, după cum urmează.35
S-au adăugat 1,48 g Co+2(NO3)2@6(H2O) în 6,68 ml apă deionizată și se amestecă prin agitare mecanică pe sistemul Vortex pentru a asigura solubilitatea completă.37
S-au dispersat 20 g zeolit HZSM-5 în 66,8 ml apă deionizată folosind agitarea magnetică.39
Dispersia apoasă de zeolit HZSM-5 preparată se introduce în câmpul de microunde și se încălzește până la temperatura de 40°C, la o putere incidentă de microunde de 50 W. 41 Soluția apoasă de precursor metalic Co+2(NO3)2@6(H2O) se adaugă peste dispersia apoasă de zeolit HZSM-5 încălzită cu microunde și se menține amestecul de reacție la 43 temperatura de 40°C prin încălzire în câmp de microunde, timp de 15 min.
Apoi, o cantitate ce 20 ml de metanol a fost adăugată direct în amestecul de reacție obținut anterior.
Amestecul astfel obținut se menține la o temperatură constantă de 40°C, la o putere incidentă de microunde de 50 W, timp de 15 min.
Întregul amestec astfel obținut este izolat, se răcește la temperatura camerei, se transvazează într-un vas Erlenmayer și este ultrasonat timp de 30 min, la o amplitudine de 80% și o frecvență de 50 KHz.
Amestecul de reacție ultrasonat se centrifughează timp de 10 min la 6000 rot/min și se separă solidul obținut de lichid. Pentru obținerea unei structuri zeolitice de puritate ridicată, solidul obținut recuperat a fost spălat cu apă distilată și s-a centrifugat în aceleași condiții. Operațiunea de spălare și centrifugare a fost realizată de 2 ori.
Solidul obținut a fost apoi calcinat la 500°C, timp de 4 h având o viteza de încălzire de 57min.
Catalizatorul astfel sintetizat a fost caracterizat prin spectrofotometrie FT IR, analiză microscopică SEM și TEM, așa cum sunt prezentate în fig. 1,2A, 2B, 3A,3B.
Exemplul 2
Exemplul ilustrează obținerea catalizatorului zeolitic HSZM-5 cu conținut de Fe (Fe HZSM-5).
Pentru prepararea catalizatorului Fe-HZSM 5 s-au utilizat zeolit tip HZSM-5 (Acros Organics®) și precursor metalic sare de Fe, FeCl2 (Honeywell®). Materialele utilizate sunt de puritate analitică și au caracteristicile fizico-chimice indicate în tabelul 2.
Caracteristici fizico-chimice ale reactantilor pentru sinteza catalizatorului Fe-HZSM5
Tabelul 2
Reactant Aspect Stare fizică p H Densitate (g/cm3) Solubilitate în apă Punct de topire (°C)
Zeolit H ZSM 5 alb Pulbere, solid - - insolubil -
FeCl2 roșie Pulbere, solid - 3,16 solubil -
Pentru cântărirea reactanților s-a utilizat o balanță tehnică. Solubilizarea și omogenizarea reactanților s-a realizat cu ajutorul unui agitator Vortex și un agitator magnetic cu funcție de menținere constantă a temperaturii. Sinteza în câmp de microunde s-a realizat într-o cavitate multimod unde au reflexii multiple pe pereții metalici, dotată cu un generator de microunde solid cu o putere de alimentare de 2 kW, la o frecvență de lucru de 2,45 GHz, răcit cu apă. Măsurarea temperaturii s-a realizat cu o fibră optică.
Sintezele s-au realizat într-un reactor de sticlă cu volum util de reacție de 250 ml, sub agitare magnetică continuă și monitorizare on-line a puterii reflectate, a puterii incidente, a timpului și temperaturii de reacție.
Obținerea catalizatorului Fe+2-HZSM-5 se realizează în mai multe etape, după cum urmează.
S-au adăugat 1,48 g FeCl2 în 6,68 ml apă deionizată și se amestecă prin agitare mecanică pe sistemul Vortex pentru a asigura solubilitatea completă.
S-au dispersat 20 g zeolit HZSM-5 în 66,8 ml apă deionizată folosind agitarea magnetică.
Dispersia apoasă de zeolit preparată se introduce în câmpul de microunde și se 1 încălzește până la temperatura de 40°C, la o putere incidență de microunde de 50 W. Soluția apoasă de precursor metalic FeCl2 se adaugă peste dispersia apoasă de zeolit HZSM-5 3 încălzită cu microunde și se menține amestecul de reacție la temperatura de 40°C, prin încălzire în câmp de microunde, timp de 15 min. 5
Apoi o cantitate de 20 ml de metanol a fost adăugată apoi direct în amestecul de reacție obținut anterior.7
Amestecul astfel obținut se menține la o temperatură constantă de 40°C, la o putere incidentă de microunde de 50 W, timp de 15 min.9
Întregul amestec astfel obținut este izolat, se răcește la temperatura camerei, se transvazeaza într-un vas Erienmayer și este ultrasonat timp de 30 min la o amplitudine de 11 80% și o frecvență de 50 KHz.
Amestecul de reacție ultrasonat se centrifughează timp de 10 min la 6000 rot/min și13 se separă solidul obținut de lichid. Pentru obținerea unei structuri zeolitice de puritate ridicată, solidul obținut recuperat a fost spălat cu apă distilată și s-a centrifugat în aceleași15 condiții. Operațiunea de spălare și centrifugare a fost realizată de 2 ori.
Solidul obținut a fost apoi calcinat la 500°C timp de 4 h având o viteză de încălzire17 de 57min.
Catalizatorul astfel sintetizat a fost caracterizat prin spectrofotometrie XRD și FT IR,19 așa cum sunt prezentate în fig. 4A, 4B, 5.
Exemplul 321
Exemplul ilustrează obținerea catalizatorului zeolitic HZSM-5 cu conținut de Ni (Ni HZSM-5).23
Pentru prepararea catalizatorului Ni-HZSM 5 s-au utilizat zeolit tip HZSM-5 și precursor metalic sare de Ni, Ni+2(NH4)2 · 4(H2O).25
Materialele utilizate sunt de puritate analitică și au caracteristicile fizico-chimice indicate în tabelul 3.27
Caracteristici fizico chimice ale reactanților pentru sinteza catalizatorului Ni-HZSM5
Tabelul 3 31
Reactant Aspect Stare fizică p H Densitate (g/cm3) Solubilitate în apă Punct de topire (’C)
Zeolit HZSM 5 alb Pulbere, solid - - insolubil -
Ni+2(NH4)2@4(H2O) alb Pulbere, solid - 2,498 solubil -
Pentru cântărirea reactanților s-a utilizat o balanță tehnică. 39
Solubilizarea și omogenizarea reactanților s-a realizat cu ajutorul unui agitator Vortex și un agitator magnetic cu funcție de menținere constantă a temperaturii. Sinteza în câmp 41 de microunde s-a realizat într-o cavitate multimod dotată cu un generator de microunde solid state cu o putere de alimentare de 2 kW, la o frecvență de lucru de 915 MHz, răcit cu apă. 43
Măsurarea temperaturii s-a realizat cu un pirometru IR.
Sintezele s-au realizat într-un reactor de sticlă cu volum util de reacție de 500 ml, sub 45 agitare magnetică continuă și monitorizare on-line a puterii reflectate, a puterii incidente, a timpului și temperaturii de reacție. 47
Obținerea catalizatorului Ni+2-HZSM-5 se realizează în mai multe etape, după cum urmează: s-au adăugat 1,48 g Ni+2(NH4)2 · 4(H2O) în 6,68 ml apă deionizată și se amestecă prin agitare mecanică pe sistemul Vortex pentru a asigura solubilitatea completă, s-au dispersat 20 g zeolit HZSM-5 în 66,8 ml apă deionizată folosind 0,1% în greutate clorură de benzildimetilhexa decil amoniu, ca agent tensioactiv cationic, sub agitare magnetică.
Dispersia apoasă de zeolit HZSM-5 preparată se introduce în câmpul de microunde și se încălzește până la temperatura de 40°C, la o putere incidentă de microunde de 50 W.
Soluția apoasă de precursor metalic Ni+2(NH4)2@4(H2O) se adaugă peste dispersia apoasă de zeolit HZSM-5 încălzită cu microunde și se menține amestecul de reacție la temperatura de 40°C, prin încălzire în câmp de microunde, timp de 15 min.
Apoi o cantitate de 20 ml de metanol a fost adăugată direct în amestecul de reacție obținut anterior. Amestecul astfel obținut se menține la o temperatură constantă de 40°C, la o putere incidentă de microunde de 50 W, timp de 15 min.
Întregul amestec astfel obținut este izolat, se răcește la temperatura camerei, se transvazează într-un vas Erlenmayer și este ultrasonat timp de 30 min la o amplitudine de 80% și o frecvență de 50 KHz.
Amestecul de reacție ultrasonat se centrifughează timp de 10 min la 6000 rot/min și se separă solidul obținut de lichid. Pentru obținerea unei structuri zeolitice de puritate ridicată, solidul obținut recuperat a fost spălat cu apă distilată și s-a centrifugat în aceleași condiții. Operațiunea de spălare și centrifugare a fost realizată de 2 ori.
Solidul obținut a fost apoi calcinat la 500°C timp de 4 h având o viteză de încălzire de 57min.
Catalizatorul astfel sintetizat a fost caracterizat prin spectrofotometrie FT IR, analiză microscopică SEM, TEM, așa cum sunt prezentate în fig. 6, 7A, 7B, 8A, 8B.

Claims (5)

  1. Revendicări1
    1. Procedeu de obținere a catalizatorilor zeolitici conținând metal, prin sinteză3 hidrotermală asistată de microunde și ultrasunete, caracterizat prin aceea că, cuprinde următoarele etape:5
    - aplicarea de microunde unui amestec de reacție realizat prin dispersarea unui zeolit în mediu apos la care se adaugă într-o primă fază un precursor metalic și într-o fază7 ulterioară un agent de reducere, la o temperatură în domeniul de la 30°C la 75°C, pentru un timp de maximum 30 min urmată de răcirea amestecului de reacție rezultat la temperatura 9 camerei și apoi de aplicarea de ultrasunete amestecului de reacție, pentru un timp de maximum 30 min, după care se realizează separarea produsului de reacție obținut sub formă 11 solidă, de faza lichidă, opțional spălarea și apoi calcinarea acestuia.
  2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, proporția masică 13 a reactanților din amestecul de reacție, zeolit/precursor metalic/agent de reducere, este întrun raport x:y:z, unde x se referă la zeolit și este 1, y se referă la precursorul metalic și este 15 de la 5 la 15, z se referă la agentul de reducere și este de la 6 la 17.
  3. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, zeolitul este ales 17 dintre zeoliții de tipul HZSM-5, HZSM-10 sau HZSM-20.
  4. 4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, precursorul metalic 19 este ales dintre metalele tranziționale Co, Ni, Fe, Ag, Au, Pt, Ti sub formă de săruri.
  5. 5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, agentul de reducere 21 este ales dintre alcool metilic, alcool etilic, alcool propilic, alcool izopropilic, alcool butilic, alcool izobutilic. 23
RO201900788A 2019-11-26 2019-11-26 Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete RO134950B1 (ro)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201900788A RO134950B1 (ro) 2019-11-26 2019-11-26 Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete
EP20746320.9A EP4065276A1 (en) 2019-11-26 2020-05-06 Process of obtaining zeolite catalysts containing metal by microwave- and ultrasonic-assisted hydrothermal synthesis
PCT/RO2020/050005 WO2021107801A1 (en) 2019-11-26 2020-05-06 Process of obtaining zeolite catalysts containing metal by microwave- and ultrasonic-assisted hydrothermal synthesis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201900788A RO134950B1 (ro) 2019-11-26 2019-11-26 Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO134950A1 RO134950A1 (ro) 2021-05-28
RO134950B1 true RO134950B1 (ro) 2021-11-29

Family

ID=71787020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201900788A RO134950B1 (ro) 2019-11-26 2019-11-26 Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4065276A1 (ro)
RO (1) RO134950B1 (ro)
WO (1) WO2021107801A1 (ro)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3328119A (en) 1963-09-18 1967-06-27 Exxon Research Engineering Co Synthetic crystalline alumino-borosilicate zeolites and preparation thereof
US3329480A (en) 1963-10-18 1967-07-04 Union Oil Co Crystalline zircono-silicate zeolites
US3329481A (en) 1963-10-18 1967-07-04 Union Oil Co Crystalline titano-silicate zeolites
US4414423A (en) 1981-09-25 1983-11-08 Chevron Research Company Multistep oligomerization process
US4417088A (en) 1981-09-25 1983-11-22 Chevron Research Company Oligomerization of liquid olefins
US4778666A (en) 1986-12-04 1988-10-18 Mobil Oil Corporation Crystallization method employing microwave radiation
US9186659B2 (en) 2014-01-09 2015-11-17 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Controlled growth of MTT zeolite by microwave-assisted hydrothermal synthesis
CN109225312B (zh) * 2018-09-19 2021-06-29 南通沃兰化工有限公司 一种对甲苯磺酸甲酯的合成方法
CN110605142A (zh) * 2019-09-20 2019-12-24 正大能源材料(大连)有限公司 一种高活性脱硝分子筛的金属负载方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
EP4065276A1 (en) 2022-10-05
RO134950A1 (ro) 2021-05-28
WO2021107801A1 (en) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI353882B (en) In-situ zsm-5 synthesis
CN104843731B (zh) 一种纳米梯级孔丝光沸石分子筛的制备方法
CN105728019A (zh) 一种具有介微孔的zsm-5分子筛的制备方法及应用
CN109368657B (zh) 骨架金属高分散型多级孔h-zsm-5分子筛制备方法
CN104591214B (zh) 一种小晶粒y型分子筛及其制备方法
CN105293522B (zh) 一种窄分布小晶粒zsm‑5分子筛制备方法
CN107954443B (zh) 多级孔zsm-5分子筛合成方法
US11897779B2 (en) Microporous aluminotitanosilicate crystalline zeolite, method of preparation and applications thereof
CN101723398A (zh) 用蒙脱土合成小颗粒β分子筛的方法
CN108975349A (zh) 一种大孔-微孔复合zsm-5分子筛及其合成和应用
CN109437232A (zh) 一种多级结构的zsm-5分子筛的制备方法
JP5693724B2 (ja) 改変された混合水酸化物を使用するゼオライトあるいはゼオライト様物質の水熱合成
CN100575258C (zh) 采用固相转化制备NaY分子筛的方法
JP4106510B2 (ja) 水熱安定性金属含有mcm−41型中間細孔モレキュラーシーブ
CN101941713A (zh) 一种小晶粒高硅y型分子筛及其制备方法
JP4541156B2 (ja) 有機テンプレートなしで可変温度を用いてzsm−5を製造する方法
KR20090124384A (ko) 금속산화물이 담지된 엠에프아이 결정구조의 메조세공제올라이트
US11434140B2 (en) Hierarchical zeolites and preparation method therefor
CN103771452B (zh) 一种方形β分子筛及其制备方法
RO134950B1 (ro) Procedeu de obţinere a catalizatorilor zeolitici con- ţinând metal, prin sinteza hidrotermală asistată de microunde şi ultrasunete
JP3547791B2 (ja) 高耐熱水性高シリカゼオライト及びその製造方法
CN104163437A (zh) 一种整体式纳米y型分子筛的制备方法
CN101830479B (zh) 一种含氟t型沸石分子筛及其制备方法
CN107297220B (zh) 一种蠕虫状介孔Al2O3/分子筛复合材料及其制备方法
CN102441414A (zh) 一种用于烷基化反应催化剂及其制备方法和应用