[發明專利]一種具有高活性催化性能的反應構件

有效

• 申請號: 201410526689.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104399537A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 王延吉;孫蕾;王淑芳;張東升;趙新強
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B01J37/18
• 分類號: B01J37/18;B01J23/44;B01J23/42;B01J23/89;B01J29/68;B01J29/67;B01J23/755;C07C209/36;C07C211/46;C07C213/00;C07C215/76
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明屬于催化反應領域，具體地涉及在構件表面，特別涉及在反應器構件表面進行金屬原位還原反應，制備高活性催化反應構件的方法。?

背景技術

金屬催化劑是一類重要的工業催化劑。目前，在非均相催化反應中所采用的金屬催化劑大多為負載型催化劑。通過選擇高比表面的載體，可以使活性組分均勻分散在載體表面，從而降低活性組分用量，提高反應活性。活性組分在載體表面分散的越好，活性組分的利用率就越高，催化劑活性也就越高。如果活性組分在載體表面能夠形成單原子分布，則催化劑的活性也會達到最高。大多數負載型金屬催化劑的制備通常都采用浸漬法，即將金屬鹽類溶液浸漬在載體上，經沉淀轉化或熱分解后還原制得。由于在催化劑焙燒及還原過程中，活性金屬非常容易發生團聚，導致負載型金屬催化劑很難達到原子的單層分布，活性金屬的利用率不高。而在進行催化過程反應中，負載型催化劑也會存在以下兩方面的問題，一是催化劑的活性組分大多存在于載體孔道的內表面，載體的孔道結構對反應組分在催化劑表面的擴散影響顯著，并最終影響催化劑的催化反應性能。二是，由于受載體結構、性質、強度等方面的影響，催化劑在長時間使用、運轉過程中，普遍會在一定程度上出現粉化或結構的坍塌，導致催化劑在運轉或分離過程中損失嚴重。基于負載型催化劑存在的上述問題，本發明提供一種簡單的以反應器構件為載體，通過活性金屬原位還原制備高活性催化反應構件的方法。由于該活性催化反應構件在制備過程中,金屬的還原反應在溶液中進行，還原后的金屬原子能夠及時與反應器構件表面原子鍵合并固載在其表面，從而有效避免了活性金屬原子的團聚，活性金屬的原子利用率提高,構件表面能夠形成高活性反應中心,具有良好的催化反應效果。將帶有活性催化反應構件的反應器用于硝基苯加氫反應過程，在不外加其它任何形式的催化劑條件下反應效果良好。由于催化反應直接在反應器構件表面進行，反應組分的擴散影響較小，反應速度快，且反應后無需進行催化劑的分離，簡化了生產工藝，也有效避免了催化劑的損失問題。?

發明內容

本發明針對當前技術的不足，提供一種通過金屬原位還原在反應器構件表面產生反應活性中心，形成高活性的催化反應構件的方法。該活性催化反應構件上能夠直接進行催化反應，無需外加催化劑。與常規的負載型催化劑相比，活性構件上活性組分的原子利用率高，催化反應直接在構件表面進行，反應過程無內擴散影響，反應速度快，反應后無需對反應液進行催化劑的分離，設備與生產工藝簡單，也可以有效避免催化劑的損失問題。?

本發明的技術方案是：?

一種具有高活性催化性能的反應構件，該構件包括以金屬構件為基體，以及通過金屬原位還原的方法在構件表面形成的高活性反應中心，所述的金屬原位還原的方法包括以下步驟：?

第一步，將負載金屬活性組分的負載型金屬催化劑、溶劑水和促進劑放入帶有金屬構件的反應器中，其質量配比為負載型催化劑∶促進劑∶水＝0.1～5∶0.0～10∶100，金屬構件與反應液接觸的表面積與反應器裝料體積比為0.1～5cm²/cm³；?

第二步，在上述反應器中，以N₂置換空氣8～12分鐘后，在溫度80～200oC下通入H₂，至H₂分壓為0.1～0.5MPa，處理時間1～10小時；?

第三步，上步處理結束后，將反應器降至室溫；將反應器內物質過濾，過濾出的催化劑干燥后可用于相關的催化反應，濾液作為處理液可重新用于下一次處理過程；?

第四步，將第三步過濾得到的濾液作為處理液重新倒入反應器中，并按照第一步的量重新加入同樣的負載型催化劑；?

第五步，重復上述第二步～第四步4～10次，最后一次的第三步完成之后，得到具有高活性催化性能的反應構件。?

上面所述的負載型金屬催化劑為將活性組分的金屬鹽負載于常用各種載體上制備而成，活性組分的金屬鹽為氯鉑酸、氯化鈀、氯化釕、氯化銠或硝酸鎳，其中金屬負載量為0.01％～5％，催化劑的焙燒溫度為100～600℃。?

所述的載體具體為活性炭、氧化硅、氧化鋁或硅鋁復合氧化物。?

所述的促進劑為乙酸、乙二胺四乙酸和檸檬酸中的一種或多種。?

所述的促進劑與水的比例優選為0或0.1～5：100。?

所述的反應器的材質為玻璃、不銹鋼、碳鋼、鈦、鋯或合金。?

所述的金屬構件為金屬器壁、攪拌槳、熱電偶套管、冷卻盤管以及可以附加的金屬檔板、金屬管、金屬絲網中的一種或多種。?