[發明專利]用于由載有金屬的碳納米管制備負載型催化劑的方法

無效

• 申請號: 200580046303.6
• 申請日: 2005-11-16
• 公開（公告）號: CN101098991A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: J·馬;D·莫伊;A·奇什蒂;J·楊
• 申請（專利權）人: 海珀里昂催化國際有限公司
• 主分類號: D01C5/00
• 分類號: D01C5/00;D01F9/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉冬;韋欣華

交叉參考信息

該申請要求2004年11月16日提交的美國臨時申請No. 60/628,469的權利和優先權，通過引用將其整體結合到本文。

發明領域

本發明涉及用于制備負載型催化劑的新方法，所述方法通 過將催化劑或催化劑前體預沉積在碳納米管上，接著由預沉積或載 有金屬的碳納米管形成碳納米管結構。結果得到包括金屬催化劑更 均勻和徹底地分散在碳納米管結構中的碳納米管結構的負載型催化 劑。因此，本發明的負載型催化劑包含濃度更高和分布更好的金屬 催化劑，從而導致效率更高和所需最終產物的產率更高。

發明背景

負載型催化劑

負載型催化劑(即載在某種表面、結構或載體等上的催化 劑)通常包括惰性載體材料和催化活性材料。因為均相反應通常在升 高的溫度(有時還在提高的壓力)和反應性氣氛進行，因此可能難以確 定反應區內活性催化劑組分的確切化學性質。因此，術語“催化劑” 或“負載型催化劑”通常在工業中互換用于指包括惰性載體以及載入 反應區的催化活性材料的組合物，雖然認識到反應區內活性材料的 確切性質通常不可測定。

負載型催化劑可通過例如以下方法制備：首先將真正的催 化活性材料的前體沉積在惰性載體上，然后在將其加入反應區前進 行相應處理(例如煅燒)。加入反應區前穩定負載型催化劑的更進一步 預處理和鈍化步驟也是公知的。在一個通常的例子中，將金屬鹽沉 積在惰性載體上，通過在升高的溫度煅燒轉化為金屬氧化物，然后 進一步原位還原為活性純金屬催化劑。

負載型催化劑在石油、石化和化學工業中廣泛用于化學工 藝的均相催化反應。該反應通常在以下條件進行：反應物和產物為 液態，催化劑為固態。在均相催化反應中，反應發生在相與相之間 的界面，即反應物和產物的液相與負載型催化劑的固相之間的界面。 因此，均相負載型催化劑的表面性質是有效利用催化劑的重要因素。

例如，負載型活性催化劑的表面積以及該表面積對反應物 吸附和產物脫附的可達性就較重要。這些因素影響催化劑活性，即 反應物向產物的轉化速率。

一般而言，催化活性與催化劑的表面積成比例。因此，理 想的是高比表面積。然而，反應物和產物以及熱流應可到達所述表 面。

活性催化劑材料可載在載體的外部和/或內部結構上。因 為內部多孔性，載體內部結構通常可包括比外表面更大的表面積。 催化劑表面對反應物的化學吸附先于該反應物通過載體內部結構的 擴散。

因此，當大量活性催化劑位于或載在載體的內部結構時， 載體內部結構對反應物、產物和熱流的可達性就較重要。通過多孔 性和孔徑分布測定可達性。用作催化劑載體的活性碳和炭的表面積 可為約1000平方米/克，多孔性大于1ml/克。然而，大部分該表面 積和多孔性(例如多達50％，且通常更大)通常與微孔(即孔直徑為2nm 或更小的孔)相關。因為擴散限制，這些孔可能不可接近，其容易堵 塞，從而失活。因此，最理想的是孔主要分布在中孔區(即2-50nm) 或大孔區(即大于50nm)的高多孔性材料。

重要的還有負載型催化劑在使用過程中不會破碎或耗損， 因為這些碎片可懸浮在反應料流中，必須從反應混合物中分離出來。 替換耗損的催化劑的成本、將其從反應混合物分離的成本以及污染 產物的風險均會阻礙該工藝的應用。在漿料狀態，例如當從工藝料 流過濾負載型固體催化劑并將其再循環至反應區時，耗損的細粉末 可堵塞過濾器并中斷所述工藝流程。

催化劑和催化劑載體的化學純度也對催化劑的選擇性(即 催化劑生成幾種產物中的一種的能力)和催化劑的壽命有重要影響。 因此，重要的還有催化劑應盡可能降低其對反應物和產物的化學污 染。在催化劑載體的情況下，這尤其重要，因為載體是污染其負載 的催化劑和化學工藝流程的潛在來源。此外，某些催化劑對可促進 不需要的競爭反應(即影響其選擇性)或使催化劑失效(即使其“中毒”) 的污染物特別敏感。例如，木炭和由石油殘渣制備的市售石墨或碳 通常包含痕量硫或氮。天然來源的碳可包含這些物質以及生物系統 普遍存在的金屬，因為該理由，其可能不理想。