RU2480278C2 - Не подверженный спеканию катализатор гидрирования и дегидрирования и способ его получения - Google Patents

Не подверженный спеканию катализатор гидрирования и дегидрирования и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2480278C2
RU2480278C2 RU2010116815/04A RU2010116815A RU2480278C2 RU 2480278 C2 RU2480278 C2 RU 2480278C2 RU 2010116815/04 A RU2010116815/04 A RU 2010116815/04A RU 2010116815 A RU2010116815 A RU 2010116815A RU 2480278 C2 RU2480278 C2 RU 2480278C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sio
palladium
nanoparticles
chain
hydrogenation
Prior art date
Application number
RU2010116815/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010116815A (ru
Inventor
Аурел ВОЛЬФ
Леслав Млечко
Йенс АССМАНН
Франк РАУШЕР
Original Assignee
Байер Текнолоджи Сервисиз Гмбх
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 Байер Текнолоджи Сервисиз Гмбх filed Critical Байер Текнолоджи Сервисиз Гмбх
Publication of RU2010116815A publication Critical patent/RU2010116815A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2480278C2 publication Critical patent/RU2480278C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/30Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds
    • C07C209/32Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups
    • C07C209/36Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups by reduction of nitro groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings in presence of hydrogen-containing gases and a catalyst
    • 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
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/066Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides 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
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44Palladium
    • 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
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • 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
    • B01J35/391Physical properties of the active metal ingredient
    • B01J35/393Metal or metal oxide crystallite size
    • 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
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215Coating
    • B01J37/0221Coating of particles
    • 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
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054Nanosized particles
    • B22F1/056Submicron particles having a size above 100 nm up to 300 nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16Metallic particles coated with a non-metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333Catalytic processes
    • C07C5/3335Catalytic processes with metals
    • C07C5/3337Catalytic processes with metals of the platinum group
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • C07C2521/08Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals
    • C07C2523/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals of the platinum group metals
    • C07C2523/44Palladium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

Изобретение относится к катализаторам гидрирования и дегидрирования. Описан катализатор гидрирования и дегидрирования, включающий, по меньшей мере, один наночастичный палладиевый кластер со средним показателем распределения частиц по размерам (d50) в интервале от 0,1 до 100 нм и проницаемую для газов и жидкостей, содержащую оксид циркония оболочку с внутренним диаметром от 10 до 1000 нм. Описан способ получения указанного выше катализатора гидрирования и дегидрирования, который включает следующие стадии: а. получение наночастиц палладия со средним показателем распределения частиц по размерам (d50) в интервале от 0,1 до 100 нм, b. покрытие полученных наночастиц палладия слоем SiO2, с. нанесение слоя оксида циркония на шарики Pd/SiO2, d. вымывание слоя SiO2 основанием. Технический результат - увеличение каталитической активности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к термостабильному палладиевому катализатору нового типа, способу его получения и его применению для гидрирования, в частности, для гидрирования нитросоединений.
Наносимые на подложку гетерогенные катализаторы на основе благородных металлов играют решающую роль во многих сферах производства химической продукции, прежде всего в сфере гидрирования и дегидрирования. С целью обеспечения высокой активности указанных катализаторов их каталитически активные компоненты наносят на подложку в виде тонкой дисперсии чрезвычайно мелких металлических кластеров, размер которых не превышает нескольких нанометров. Использование подобной технологии позволяет получать катализаторы с чрезвычайно большой удельной поверхностью металла, что обусловливает их высокую каталитическую активность. Неблагоприятным обстоятельством при этом является весьма часто наблюдаемое спекание (сращивание) частиц металла, обусловленное их повышенной подвижностью при высоких температурах реализации процессов катализа (смотри, например, Ertl и другие, Handbook of Heterogenous Catalysis, 1997, том 3, 1276-1278). Вследствие этого происходит уменьшение каталитически активной поверхности металла, которое сопровождается снижением каталитической активности.
Оптимизация взаимодействия между подложкой и металлическими кластерами или добавление промоторов в некоторых случаях позволяет замедлить процесс спекания частиц катализатора.
Однако поскольку с помощью известных технических решений предотвратить спекание можно лишь до определенной степени, существует постоянная потребность в новых термостабильных катализаторах, спекание которых может быть предотвращено благодаря изменению их структуры.
С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать термостабильные палладиевые катализаторы, спекание которых может быть полностью предотвращено благодаря их специфической структуре. Подобные катализаторы должны сохранять первоначальную активность в течение длительных периодов эксплуатации.
Указанная задача согласно изобретению неожиданно решается с помощью рассматриваемого ниже катализатора, состоящего из палладия в виде наночастиц и содержащей оксид циркония пористой оболочки.
Указанной структурой обладают, например, используемые для окисления монооксида углерода известные катализаторы на основе золота (Arnal и другие, Angew. Chem., 2006, 118, 8404-8407). Однако в настоящее время отсутствуют сообщения о катализаторах на основе палладия, обладающих аналогичной или подобной структурой. Причина этого обстоятельства, вероятно, состоит в том, что золото в отличие от других металлов обладает высокой склонностью к образованию наночастиц, что значительно упрощает получение катализаторов на его основе.
Объектом настоящего изобретения является катализатор на основе, по меньшей мере, одной наночастицы палладия с непроницаемой для газов и жидкостей, содержащей оксид циркония оболочкой, который предназначен для осуществления процессов гидрирования и дегидрирования.
Средний показатель распределения наночастиц палладия по размерам (d50) предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 100 нм, особенно предпочтительно от 0,3 до 70 нм и еще более предпочтительно от 0,5 до 30 нм.
Внутренний диаметр содержащей оксид циркония оболочки предпочтительно составляет от 10 до 1000 нм, особенно предпочтительно от 15 до 500 нм и еще более предпочтительно от 20 до 300 нм.
Толщина содержащей оксид циркония оболочки обычно находится в интервале от 10 до 100 нм, предпочтительно от 15 до 80 нм и особенно предпочтительно от 15 до 40 нм.
В типичном варианте исполнения предлагаемый в изобретении катализатор содержит большое количество наночастиц палладия с содержащей оксид циркония, непроницаемой для газов и жидкостей оболочкой.
Другим объектом настоящего изобретения является способ получения катализатора, который включает следующие стадии:
а.) получение наночастиц палладия,
b.) покрытие полученных наночастиц палладия слоем SiO2,
с.) нанесение пористого слоя оксида циркония на сферические частицы Pd/SiO2,
d.) вымывание слоя SiO2 основанием.
Для получения указанного катализатора используют наночастицы палладия, которые получают путем жидкофазного восстановления содержащего палладий исходного вещества.
На стадии а) для получения наночастиц палладия в качестве содержащего палладий исходного вещества особенно предпочтительно используют растворимые в спиртах соли палладия, например, такие как PdCl2, H2PdCl4, Pd(NO3)2, трифторацетат палладия(II), хлорид бис(ацетонитрил)-палладия(II) и гексафторацетилацетонат палладия(II).
Восстановление содержащего палладий исходного вещества можно осуществлять химическим и/или электрохимическим методом. Предпочтительным является использование обладающих восстанавливающей способностью соединений с активными атомами водорода, например, таких как водород, метанол, этанол, пропанол и спирты с более длинными цепями, этандиол, гликоль, 1,3-пропандиол, глицерин и многоатомные спирты. Для восстановления содержащего палладий исходного вещества особенно предпочтительно используют метанол, этанол, пропанол и многоатомные спирты.
Размер частиц и их распределение по размерам можно варьировать путем изменения соотношения между содержащим палладий исходным веществом и восстанавливающим средством.
Восстановление содержащего палладий исходного вещества обычно осуществляют при температуре от 0 до 250°C, предпочтительно от 10 до 200°C и особенно предпочтительно от 15 до 150°C.
Восстановление содержащего палладий исходного вещества можно осуществлять как в отсутствие, так и в присутствии поверхностно-активного стабилизатора (ПАВ). Синтез наночастиц палладия предпочтительно осуществляют с использованием стабилизаторов, что позволяет предотвратить агломерирование наночастиц палладия и управлять их размером и морфологией. При этом предпочтительно используют стабилизаторы коллоидов, например, такие как поливинилпирролидон, продукты на основе спирта и полиэтиленгликолевых эфиров (например, продукт Marlipal®), полиакрилаты, многоатомные спирты, длинноцепные н-алкиловые кислоты, сложные эфиры длинноцепных н-алкиловых кислот, длинноцепные н-алкиловые спирты и ионогенные ПАВ (например, АОТ, СТАВ). Смешивание содержащих палладий исходных веществ и стабилизатора с соединением, которое обладает восстанавливающим действием, можно осуществлять как в полунепрерывном, так и в непрерывном режиме в жидкой фазе, используя соответствующие термостатируемые реакторы (например, реакторы с мешалкой, проточные реакторы с неподвижными перемешивающими внутренними устройствами или микрореакторы). Кроме того, эдукты, используемые для получения наночастиц палладия, можно растворить в эмульгированных каплях эмульсий типа «жидкость-жидкость» (например, миниэмульсий или микроэмульсий), а затем реализовать взаимодействие растворенных эдуктов путем перемешивания обеих эмульсий.
Полученный одним из указанных выше методов коллоидный палладий предпочтительно обладает чрезвычайно узким распределением частиц по размерам, среднее значение которого (d50) предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 100 нм, особенно предпочтительно от 0,3 до 70 нм и еще более предпочтительно от 0,5 до 30 нм. Благодаря использованию указанных выше стабилизаторов наночастицы палладия после выделения из реакционного раствора, выполненного, например, путем ультрафильтрования или центрифугирования, могут быть редиспергированы в соответствующем растворителе. При этом предпочтительно используют растворитель, который пригоден для нанесения слоя SiO2, например, такой как вода, метанол, этанол и другие спирты.
Полученные на стадии а) наночастицы палладия после выделения, выполненного путем центрифугирования, седиментации или иного метода, снабжают на стадии b) силикатной оболочкой. SiO2-покрытие можно создавать путем гидролиза, соответственно осаждения гидролизующегося кремнийсодержащего исходного вещества. В качестве гидролизующегося кремнийсодержащего исходного вещества предпочтительно используют тетраметилортосиликат, тетраэтилортосиликат, тетрапропилортосиликат или подобные гидролизующиеся кремнийсодержащие соединения.
Гидролиз предпочтительно можно осуществлять посредством содержащего гидролизующую жидкость раствора аммиака, метанола, этанола, пропанола, изопропанола, бутанола, 1,3-пропандиола, глицерина и так далее, или посредством их смесей.
Гидролиз прежде всего можно осуществлять в интервале от комнатной температуры (20°C) до точки кипения гидролизующей жидкости. В особенно предпочтительном варианте гидролиз осуществляют при комнатной температуре.
Диаметр полученных на стадии b) частиц Pd-SiO2 предпочтительно составляет от 10 до 1000 нм, особенно предпочтительно от 15 до 500 нм и еще более предпочтительно от 20 до 300 нм. Перед дальнейшей переработкой частицы Pd-SiO2 предпочтительно выделяют, например, путем седиментации, центрифугирования или упаривания, и подвергают очистке посредством промывочных жидкостей.
Полученные на стадии b) наночастицы Pd-SiO2, предпочтительно обладающие сферической формой, на стадии с) снабжают проницаемой для газов и жидкостей сплошной оболочкой, содержащей оксид циркония. Подобная содержащая оксид циркония оболочка может быть создана путем гидролиза, соответственно осаждения содержащего цирконий гидролизующегося исходного вещества. Предпочтительными содержащими цирконий гидролизующимися исходными веществами являются алкоксиды циркония, такие как метоксид циркония, этоксид циркония, н-пропоксид циркония или н-бутоксид циркония, а также галогениды циркония, такие как ZrCl4, ZrBr4, ZrI4 или подобные гидролизующиеся соединения циркония.
Гидролиз предпочтительно можно осуществлять содержащими активные атомы водорода соединениями, такими как вода, метанол, этанол, пропанол, глицерин и так далее. Гидролиз особенно предпочтительно осуществляют в присутствии стабилизаторов коллоидов, таких как продукты на основе спирта и полиэтиленгликолевых эфиров (например, продукт Marlipal®), поливинилпирролидон, полиакрилаты, многоатомные спирты, длинноцепные н-алкиловые кислоты, сложные эфиры длинноцепных н-алкиловых кислот и длинноцепные н-алкиловые спирты. Гидролиз можно осуществлять в температурном интервале от 0 до 200°C. Особенно предпочтительно гидролиз осуществляют в температурном интервале от 10 до 100°C. Толщину содержащей оксид циркония оболочки можно регулировать путем варьирования количества содержащего цирконий гидролизующегося исходного вещества.
После гидролиза содержащего цирконий исходного вещества предпочтительно осуществляют старение, длительность которого может составлять от одного часа до пяти дней. Затем частицы отделяют от жидкой фазы обычными методами, такими как центрифугирование, седиментация, фильтрование и так далее, сушат в печи и кальцинируют. Сушку частиц можно осуществлять на двух независимых от кальцинирования отдельных стадиях или путем плавного повышения температуры от комнатной до температуры кальцинирования. Сушку частиц предпочтительно осуществляют в температурном интервале от 100 до 250°C, тогда как их кальцинирование можно осуществлять предпочтительно при температурах от 250 до 900°C.
На стадии d) осуществляют удаление SiO2-слоя из полученных на стадии с) частиц Pd-SiO2-ZrO2, которые преимущественно обладают сферической формой. Удаление SiO2 предпочтительно осуществляют путем растворения посредством щелочного раствора. В качестве щелочного компонента подобного раствора можно использовать гидроксиды любых щелочных или щелочноземельных металлов, например, такие как NaOH, КОН, LiOH, Mg(ОН)2, Са(ОН)2 и так далее. Щелочной раствор может быть водным или спиртовым (в качестве спирта можно использовать метанол, этанол, пропанол, изопропанол или другие спирты). Растворение внутреннего слоя SiO2 обычно осуществляют при температуре от 0 до 250°C, предпочтительно от 10 до 100°C. Воздействие щелочного раствора реализуют до полного растворения внутреннего слоя SiO2. Необходимое для этого время обычно составляет от 2 до 24 часов. Предпочтительной является также многократная реализация стадии d) при соответствующем освежении щелочного раствора.
По завершении стадии d) полученные наночастицы Pd-ZrO2 обычно выделяют и сушат. Выделение наночастиц предпочтительно осуществляют путем центрифугирования, фильтрования или седиментации. Сушку частиц предпочтительно осуществляют в токе воздуха при температуре от 100 до 250°C. В другом варианте сушку можно осуществлять также в атмосфере инертного газа или водорода.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа первоначально находящийся в порошкообразной форме катализатор перерабатывают в формованные изделия. Формованные изделия предпочтительно обладают формой шариков, колец, звездочек (трехлучевых или пятилучевых), таблеток, цилиндров или колесиков. Размерам подобных формованных изделий предпочтительно соответствует интервал от 0,2 до 10 мм, особенно предпочтительно от 0,5 до 7 мм. Переработку в указанные формованные изделия осуществляют известными методами, такими как прессование, распылительная сушка и экструзия, прежде всего в присутствии связующего. В другом предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении катализатор наносят в виде протравной грунтовки на структурированные монолитные катализаторы.
Предлагаемые в изобретении наночастицы Pd-SiO2 пригодны для использования в качестве термостабильных катализаторов. Барьер из диоксида циркония препятствует агломерации наночастиц палладия, благодаря чему возможно значительное увеличение срока службы, соответственно длительности реализуемых в производственных условиях циклов эксплуатации подобных катализаторов по сравнению с обычными катализаторами. Увеличение длительности периода эксплуатации катализатора (исключение циклов его регенерации) позволяет значительно сократить производственные издержки при осуществлении процессов гидрирования, соответственно дегидрирования.
Объектом настоящего изобретения является также применение предлагаемого в изобретении катализатора для гидрирования нитросоединений, таких как нитробензол, алкенов, например, таких как этилен, пропилен и бутилены, бутадиена, стирола или α-метилстирола, для гидрирования ядра, например, гидрирования бензола в циклогексан или нафталина в декалин, гидрирования нитрильных соединений в амины и так далее. Процесс гидрирования можно осуществлять в газовой фазе при температуре от 100 до 800°C, особенно предпочтительно от 150 до 700°C. В качестве гидрирующего агента предпочтительно используют водород. Лимитирующим фактором в данном случае является стабильность подлежащего гидрированию соединения или целевых продуктов, а также давление паров реакционных компонентов, соответственно стойкость технологического оборудования к воздействию повышенного давления. Процесс гидрирования обычно реализуют под давлением, составляющим от 1 до 200 бар.
Объектом настоящего изобретения является также применение предлагаемого в изобретении катализатора для переносного гидрирования нитросоединений, таких как нитробензол, динитробензол, динитротолуол, нитротолуол, нитрохлорбензолы, нитронафталин, динитронафталин и так далее. В зависимости от того, осуществляют гидрирование в жидкой или газовой фазе, температура соответствующего процесса может составлять от 100 до 600°C.
Кроме того, объектом настоящего изобретения является применение предлагаемого в изобретении катализатора для дегидрирования, например, для дегидрирования пропана в пропилен, этана в этилен, бутана в бутилен или бутадиен, а также этилбензола в стирол.
Другим объектом настоящего изобретения является способ гидрирования нитробензола в анилин посредством водорода, реализуемый в газовой фазе в присутствии катализатора и отличающийся тем, что используют предлагаемый в изобретении катализатор.
Процессы каталитического гидрирования или дегидрирования предпочтительно можно осуществлять в адиабатическом, изотермическом или почти изотермическом периодическом режиме, однако указанные процессы предпочтительно осуществляют в непрерывном режиме в кипящем или стационарном слое предпочтительно гетерогенного катализатора при температуре в реакторе, составляющей от 100 до 800°C, предпочтительно от 150 до 700°C, особенно предпочтительно от 200 до 650°C и давлении от 1 до 250 бар (10000 до 250000 гПа), предпочтительно от 1 до 200 бар. В качестве аппаратов для осуществления процессов каталитического гидрирования, соответственно дегидрирования, используют обычные реакторы со стационарным или псевдоожиженным слоем катализатора. Процессы каталитического гидрирования или дегидрирования предпочтительно можно осуществлять также многостадийно.
Для реализации указанных процессов в адиабатическом, изотермическом или почти изотермическом режиме можно использовать также несколько, например, от 2 до 10, предпочтительно от 2 до 6, особенно предпочтительно от 2 до 5, прежде всего 2 или 3 последовательно соединенных реакторов с промежуточным охлаждением или нагреванием реакционной смеси. В случае гидрирования весь водород можно направлять вместе с прочими реагентами в первый реактор или распределять его подачу по разным реакторам. Указанное последовательное соединение отдельных реакторов может быть реализовано также в едином аппарате.
Примеры
Пример 1
Стадия а) - получение наночастиц палладия
106,4 мг (2,0 ммоль) PdCl2 смешивают в колбе, снабженной магнитной мешалкой, обратным холодильником и нагревательным устройством, с 6 мл 0,2 М раствора HCl и 294 мл дистиллированной воды. При этом получают около 300 мл раствора H2PdCl4 (2,0 мМ). 15 мл указанного раствора H2PdCl4 (30 мкмоль палладия) смешивают в колбе объемом 100 мл с 31,5 мл воды и 3,5 мл метанола. Дополнительно добавляют 300 мкмоль (33,25 мг) поливинилпирролидона 40 (фирма Sigma-Aldrich), и полученную смесь в течение 3 часов нагревают в атмосфере воздуха с обратным холодильником (температура 80°C). Реакционный раствор непосредственно при нагревании приобретает коричневую окраску. Охлажденный раствор с выпавшими в осадок наночастицами палладия центрифугируют при 10000 об/мин. Затем декантируют надосадочную жидкость. Влажные наночастицы палладия можно использовать для дальнейшего синтеза. На фиг.1 приведен снимок полученных наночастиц палладия (просвечивающая электронная микроскопия, прибор Tecnai 20 с LaB6-катодом, фотоаппарат Tietz F114T 1×1K фирмы FEI/Philips; методика согласно инструкции изготовителя). Средний диаметр наночастиц составляет 8 нм.
Стадия b) - получение наночастиц Pd-SiO2
Полученные на стадии а) наночастицы палладия в течение 10 минут редиспергируют в 3 мл воды посредством ультразвуковой ванны. Перед реализацией стадии b) должны быть приготовлены следующие растворы:
а. 10,5 мл этанольного раствора аммиака (0,5 мл концентрированного раствора аммиака с содержанием NH3 от 28 до 30% смешивают с 10 мл этанола),
b. 7,6 мл этанольного раствора тетраэтилортосиликата (0,6 мл тетраэтилортосиликата смешивают с 7 мл этанола).
В течение 5 минут осуществляют интенсивное перемешивание 3 мл водной дисперсии наночастиц палладия. Добавляют этанольный раствор аммиака. Непосредственно после этого очень быстро добавляют этанольный раствор тетраэтилортосиликата. Реакционную смесь в течение ночи перемешивают при комнатной температуре (20°C). Наночастицы Pd-SiO2 в течение 25 минут центрифугируют при 10000 об/мин, а затем дважды промывают на центрифуге водой и один раз абсолютным этанолом, после каждого центрифугирования декантируя надосадочную жидкость и, прежде чем перейти к следующей промывке на центрифуге, в течение 5 минут редиспегируя остающееся твердое вещество (коллоиды) в соответствующей промывочной жидкости посредством ультразвуковой ванны. Затем наночастицы Pd-SiO2 вводят в абсолютный этанол (40 г) и подвергают осуществляемому в течение 5 минут повторному диспергированию посредством ультразвуковой ванны. Полученные описанным методом наночастицы Pd-SiO2 можно хранить или непосредственно использовать для переработки на следующей стадии. На фиг.2 приведен снимок полученных указанным методом наночастиц Pd-SiO2 (просвечивающая электронная микроскопия, прибор Tecnai 20 с LaB6-катодом, фотоаппарат Tietz F114T 1×1К фирмы FEI/Philips; методика согласно инструкции изготовителя). Средний диаметр наночастиц Pd-SiO2 составляет 120 нм.
Стадия с) - получение наночастиц Pd-SiO2-ZrO2
Перед реализацией стадии с) приготавливают раствор 0,43 г этоксилированного изотридеканола Marlipal® O13/40 (фирма Sasol) в 11 г воды. Полученные на стадии b) наночастицы Pd-SiO2 (30 мкмоль в пересчете на металл) диспергируют в 40 г этанола, полученную дисперсию посредством 25 г абсолютного этанола переводят в закрытую резиновой пробкой колбу объемом 100 мл и нагревают до 30°C. К нагретой до 30°C и перемешанной дисперсии наночастиц Pd-SiO2 добавляют 0,125 мл (125 мкл) приготовленного выше водного раствора Marlipal®. Спустя 30 минут добавляют 0,45 мл н-бутоксида циркония (80 мас.% в бутаноле). После четырехчасового перемешивания жидкую фазу дисперсии заменяют на воду. С этой целью дисперсию в течение 15 минут центрифугируют при 10000 об/мин, надосадочный раствор декантируют, и твердое вещество редиспергируют в 25 мл воды (ультразвуковая ванна, 5 минут). Последовательность указанных операций центрифугирования и редиспергирования повторяют трижды. Затем частицы в течение двух дней подвергают старению при комнатной температуре. После этого образец подвергают сушке, соответственно кальцинированию, в печи в атмосфере воздуха. С этой целью температуру плавно повышают от 100 до 900°C в течение промежутка времени, составляющего 7,5 часов.
Стадия d) - получение наночастиц Pd-ZrO2
Полученные на стадии с) наночастицы Pd-SiO2-ZrO2 (30 мкмоль в пересчете на металл) примерно в течение 3 часов при комнатной температуре перемешивают в 50 мл одномолярного раствора едкого натра. Затем коллоидные частицы промывают путем центрифугирования (10000 об/мин, 30 минут), последующего декантирования надосадочной жидкости и переведения остатка в 50 мл одномолярного раствора NaOH. Дисперсию в течение двух часов перемешивают при 50°C, а затем в течение ночи при комнатной температуре. После этого частицы пять раз промывают водой, последовательно осуществляя операции центрифугирования и редиспергирования. Полученные описанным методом частицы Pd-ZrO2 больше не содержат внутреннего слоя SiO2, и обладают пористой оболочкой, препятствующей их спеканию. На фиг.3а приведен снимок полученных наночастиц (просвечивающая электронная микроскопия, прибор Tecnai 20 с LaB6-катодом, фотоаппарат Tietz F114T 1×1К фирмы FEI/Philips; методика согласно инструкции изготовителя), в то время как на фиг.3b показан результат анализа наночастиц методом фотоэлектронной рентгеновской спектроскопии (прибор Phoenix фирмы EDAX/Ametek; методика согласно инструкции изготовителя). Средний диаметр частиц Pd-ZrO2 составляет 130 нм. Согласно приведенным на фиг.3b данным в полученных наночастицах отсутствует SiO2.

Claims (5)

1. Катализатор гидрирования и дегидрирования, включающий, по меньшей мере, один наночастичный палладиевый кластер со средним показателем распределения частиц по размерам (d50) в интервале от 0,1 до 100 нм и проницаемую для газов и жидкостей, содержащую оксид циркония оболочку с внутренним диаметром от 10 до 1000 нм.
2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что толщина содержащей оксид циркония оболочки составляет от 10 до 100 нм.
3. Способ получения катализатора гидрирования и дегидрирования по одному из пп.1-2, который включает следующие стадии:
а. получение наночастиц палладия со средним показателем распределения частиц по размерам (d50) в интервале от 0,1 до 100 нм,
b. покрытие полученных наночастиц палладия слоем SiO2,
с. нанесение слоя оксида циркония на шарики Pd/SiO2,
d. вымывание слоя SiO2 основанием.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что получение наночастиц палладия на стадии а) осуществляют путем жидкофазного восстановления содержащего палладий исходного вещества в присутствии, по меньшей мере, одного стабилизатора коллоидов, выбранного из группы, состоящей из поливинилпирролидона, продуктов на основе спирта и полиэтиленгликолевых эфиров, полиакрилатов, многоатомных спиртов, длинноцепных н-алкиловых кислот, сложных эфиров длинноцепных н-алкиловых кислот, длинноцепных н-алкиловых спиртов и ионогенных поверхностно-активных веществ.
5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что нанесение слоя оксида циркония на стадии с) осуществляют путем гидролиза, соответственно осаждения содержащего цирконий гидролизующегося исходного вещества в присутствии, по меньшей мере, одного стабилизатора коллоидов, выбранного из группы, состоящей из продуктов на основе спирта и полиэтиленгликолевых эфиров, поливинилпирролидона, полиакрилатов, многоатомных спиртов, длинноцепных н-алкиловых кислот, сложных эфиров длинноцепных н-алкиловых кислот и длинноцепных н-алкиловых спиртов.
RU2010116815/04A 2007-10-04 2008-09-20 Не подверженный спеканию катализатор гидрирования и дегидрирования и способ его получения RU2480278C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007047434.4 2007-10-04
DE102007047434A DE102007047434A1 (de) 2007-10-04 2007-10-04 Sinterstabiler Katalysator für die Hydrierung und Dehydrierungen und Verfahren zu dessen Herstellung
PCT/EP2008/007954 WO2009043496A2 (de) 2007-10-04 2008-09-20 Sinterstabiler katalysator für die hydrierung und dehydrierungen und verfahren zu dessen herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010116815A RU2010116815A (ru) 2011-11-10
RU2480278C2 true RU2480278C2 (ru) 2013-04-27

Family

ID=40386027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010116815/04A RU2480278C2 (ru) 2007-10-04 2008-09-20 Не подверженный спеканию катализатор гидрирования и дегидрирования и способ его получения

Country Status (8)

Country Link
US (2) US20100204518A1 (ru)
EP (1) EP2200739A2 (ru)
JP (1) JP5415425B2 (ru)
CN (1) CN101815575A (ru)
BR (1) BRPI0817590A2 (ru)
DE (1) DE102007047434A1 (ru)
RU (1) RU2480278C2 (ru)
WO (1) WO2009043496A2 (ru)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008060259A1 (de) 2008-12-03 2010-06-10 Bayer Technology Services Gmbh Katalysator für Oxidationsreaktionen in Gegenwart von Chlorwasserstoff und/oder Chlor und Verfahren zu dessen Herstellung, sowie dessen Verwendung
DE102009056700A1 (de) 2009-12-02 2011-06-16 Bayer Technology Services Gmbh Katalysator bestehend aus Silikathüllen und darin befindlichen, räumlich orientierten Nanopartikeln einer Rutheniumverbindung
CN101972651B (zh) * 2010-10-20 2012-06-13 中南民族大学 一种金属钯纳米材料催化剂及其制备和应用
JP6158166B2 (ja) * 2011-04-11 2017-07-05 カウンシル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ 金属クラスターおよびナノ粒子が封入された安定酸化物
CN103480369B (zh) * 2012-06-13 2015-05-20 中国石油天然气股份有限公司 一种铂纳米复合催化剂及其制备和应用
CN103990453A (zh) * 2014-05-30 2014-08-20 南京工业大学 一种催化加氢用催化剂制备方法
US9433932B2 (en) 2014-08-29 2016-09-06 National Cheng Kung University Hydrogenation catalyst and method of manufacturing the same
US9827562B2 (en) 2015-10-05 2017-11-28 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US10046310B2 (en) 2015-10-05 2018-08-14 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US9855547B2 (en) 2015-10-05 2018-01-02 GM Global Technology Operations LLC Low-temperature oxidation catalysts
US10422036B2 (en) 2015-10-23 2019-09-24 GM Global Technology Operations LLC Suppressing aging of platinum group metal particles in a catalytic converter
US9901907B1 (en) 2016-08-31 2018-02-27 GM Global Technology Operations LLC Catalytic converters with age-suppressing catalysts
US10035133B2 (en) 2016-10-25 2018-07-31 GM Global Technology Operations LLC Catalysts with atomically dispersed platinum group metal complexes and a barrier disposed between the complexes
US10159960B2 (en) 2016-10-25 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC Catalysts with atomically dispersed platinum group metal complexes
CN109833879B (zh) * 2017-11-24 2021-08-06 中国石油化工股份有限公司 一种渣油加氢催化剂及其制备方法
CN110252272B (zh) * 2019-06-17 2022-04-22 万华化学集团股份有限公司 一种连续大规模制备烯烃环氧化催化剂的方法及装置
CN112934220B (zh) * 2021-02-05 2022-10-04 浙江工业大学上虞研究院有限公司 一种中空型钯催化剂微球的制备方法
CN112958080B (zh) * 2021-02-05 2022-10-11 浙江工业大学上虞研究院有限公司 一种介孔型钯催化剂的制备方法
CN112958081B (zh) * 2021-02-05 2022-10-14 浙江工业大学上虞研究院有限公司 一种中空型复合钯催化剂的制备方法
CN116351441B (zh) * 2023-03-21 2024-07-02 北京化工大学 具有协同位点负载型选择性加氢催化剂及其制备方法和应用
CN116060137B (zh) * 2022-11-23 2023-10-27 中国农业大学 用于液体有机储氢材料加氢与脱氢的纳米金属催化剂及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4111719A1 (de) * 1991-04-10 1992-10-15 Studiengesellschaft Kohle Mbh Verfahren zur herstellung hochaktiver, dotierter metall-traegerkatalysatoren
EP0920912B1 (de) * 1997-12-02 2002-03-06 Basf Aktiengesellschaft Palladium-Cluster und ihre Verwendung als Katalysatoren
RU2289565C1 (ru) * 2005-11-09 2006-12-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Способ селективного гидрирования ацетиленовых углеводородов в газовых смесях, богатых олефинами
RU2299190C1 (ru) * 2005-11-09 2007-05-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Способ окислительного дегидрирования легких парафинов
WO2007063615A1 (ja) * 2005-11-30 2007-06-07 Juridical Foundation Osaka Industrial Promotion Organization 中空層多孔質カプセルに包接された触媒及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4319909C2 (de) * 1993-06-16 1996-11-07 Solvay Deutschland Palladium, Platin, Nickel, Kobalt und/oder Kupfer umfassender Aerogel-Trägerkatalysator, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung eines Palladium-Aerogel-Trägerkatalysators
JPH09225305A (ja) * 1996-02-27 1997-09-02 Chunkuo Suuyuu Kofun Yugenkoshi 卵殻状金属触媒の製造方法
JP3867232B2 (ja) * 2004-03-25 2007-01-10 株式会社 東北テクノアーチ 触媒ナノ粒子
US8211486B2 (en) * 2005-05-09 2012-07-03 Basf Corporation Process for the hydrogenation of unsaturated triglycerides
JP2007029778A (ja) * 2005-07-22 2007-02-08 Nissan Motor Co Ltd 排ガス浄化触媒及びその製造方法
KR100745744B1 (ko) * 2005-11-11 2007-08-02 삼성전기주식회사 나노 입자 코팅 방법
DE102006007619A1 (de) * 2006-02-18 2007-08-23 Bayer Materialscience Ag Verfahren zur Herstellung von Anilin
FR2898519B1 (fr) * 2006-03-20 2009-01-09 Commissariat Energie Atomique Nanoparticules notamment a structure coeur coquilles, enrobees

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4111719A1 (de) * 1991-04-10 1992-10-15 Studiengesellschaft Kohle Mbh Verfahren zur herstellung hochaktiver, dotierter metall-traegerkatalysatoren
EP0920912B1 (de) * 1997-12-02 2002-03-06 Basf Aktiengesellschaft Palladium-Cluster und ihre Verwendung als Katalysatoren
RU2289565C1 (ru) * 2005-11-09 2006-12-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Способ селективного гидрирования ацетиленовых углеводородов в газовых смесях, богатых олефинами
RU2299190C1 (ru) * 2005-11-09 2007-05-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Способ окислительного дегидрирования легких парафинов
WO2007063615A1 (ja) * 2005-11-30 2007-06-07 Juridical Foundation Osaka Industrial Promotion Organization 中空層多孔質カプセルに包接された触媒及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SONG J R et al. Preparation and characterization of novel Pd/SiO2 and Ca-Pd/SiO2 egg-shell catalysts with porous hollow silica. Applied surface science, p.2678-2684, 30.12.2006. ARNAL P M et al. «High-Temperature-Stable Catalysts by Hollow Sphere Encapsulation. ANGEWANDTE CHEMIE. INTERNATIONAL EDITTION, WILEY VCH VERLAG, 8404-8407, 16.11.2006. *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2200739A2 (de) 2010-06-30
RU2010116815A (ru) 2011-11-10
WO2009043496A2 (de) 2009-04-09
CN101815575A (zh) 2010-08-25
US20100204518A1 (en) 2010-08-12
JP5415425B2 (ja) 2014-02-12
BRPI0817590A2 (pt) 2015-03-31
DE102007047434A1 (de) 2009-04-09
US20130035511A1 (en) 2013-02-07
WO2009043496A3 (de) 2009-06-18
JP2010540232A (ja) 2010-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2480278C2 (ru) Не подверженный спеканию катализатор гидрирования и дегидрирования и способ его получения
US9737878B2 (en) Method and system for forming plug and play metal catalysts
He et al. An exceptionally active and selective Pt–Au/TiO 2 catalyst for hydrogenation of the nitro group in chloronitrobenzene
US7947191B2 (en) Composite material composed of nanoparticles of transition metal and magnetic ferric oxide, a methode of preparing the same, and uses of the same
US9433932B2 (en) Hydrogenation catalyst and method of manufacturing the same
US20120296124A1 (en) Efficient and Recyclable Heterogeneous Nanocatalysts
Wang et al. Enhanced catalytic hydrogenation activity and selectivity of Pt-M x O y/Al2O3 (M= Ni, Fe, Co) heteroaggregate catalysts by in situ transformation of PtM alloy nanoparticles
CN1970143A (zh) 一种高活性加氢催化剂纳米Ru/C的制备方法
EP2859943B1 (en) A method for producing a gold catalyst
CN108495836A (zh) 正丁醛单步骤转化成2-乙基己醛
Xu et al. Plant-mediated synthesis of Pd catalysts toward selective hydrogenation of 1, 3-butadiene: the effect of halide ions
JP6570032B2 (ja) 金−セリウム酸化物複合体触媒および該触媒を用いた選択的水素化方法
Han et al. Catalytic hydrogenation of benzaldehydes over platinum nanoparticles immobilized on magnesium aluminate spinel under mild conditions
CN114585439B (zh) 适用于烃类转化反应的催化剂、其制备方法和应用
EP2214816A2 (en) Single-step catalytic preparation of para-aminophenol
CN111389398B (zh) 分级中空二氧化硅限域氧化亚铜可见光催化剂的制备方法
JP6304043B2 (ja) 選択的水素化触媒、選択的水素化触媒の製造方法及び選択的水素化方法
JP6821151B2 (ja) アルカリ性担体に担持された金−セリウム酸化物担持複合体触媒およびその製造方法
JP4734544B2 (ja) キャピラリー及びそれを用いたマイクロリアクター並びに該マイクロリアクターによる固相−液相−気相反応方法
Xiaoli et al. Stabilization mechanism of supported metal catalyst
CN105879860A (zh) 一种铂/树脂碳催化剂的制备方法及其应用
CN113664215B (zh) 一种Bi-Pd双金属纳米晶及其制备方法
Vono Design of nanocatalysts supported on magnetic anocomposites containing silica, ceria and titania

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 12-2013 FOR TAG: (73)

TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -TK4A- IN JOURNAL: 12-2013 FOR TAG: (73)

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140921