[發明專利]一種在金屬填料上直接負載活性金屬的催化劑

有效

• 申請號: 201710803234.3
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107570146B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 王淑芳;關聰聰;任小亮;王延吉;張東升
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/44;B01J23/46;B01J23/52;B01J23/755;B01J23/89;C07C209/36;C07C211/46
• 代理公司: 12210 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 趙鳳英

一種在金屬填料上直接負載活性金屬的催化劑，該催化劑為以下方法制得，所述的方法包括以下步驟：第一步，將金屬填料裝入反應器中，填料的裝填體積為反應器體積的80%～90%；然后用氮氣置換處理裝置及管路系統；第二步，用泵將溶液儲罐中的處理液打入預熱器，然后進入到第一步的反應器中；由反應器排出來的氣體冷凝后放空，排出的液體收集到所述的溶液儲罐中，作為處理液繼續參與處理；反應器連續處理1～2 h后，得到活性金屬/金屬填料催化劑。本發明得到的催化劑的活性金屬利用率高，傳熱傳質表面積大，阻力小，反應過程無內擴散影響。

技術領域

本發明屬于催化反應領域，具體為一種在金屬填料上直接負載活性金屬的催化劑。

背景技術

負載金屬催化劑是一類重要的工業催化劑，廣泛應用于化學工業中的很多重要反應過程。它通常以高比表面積的多孔氧化物為載體。多孔氧化物載體由于存在的內擴散過程，會使多相催化反應速率降低、選擇性變差。通常采用減小催化劑顆粒尺寸、增大催化劑的孔容和孔徑來提高內擴散有效因子，降低內擴散的影響，但會帶來催化劑床層壓降增大、機械強度降低、比表面減小等其它影響催化效率的問題。另一方面，多孔氧化物載體由于導熱性能差，使反應體系的溫度較難控制，有時會產生飛溫現象，造成催化劑燒結失活，甚至發生安全事故。相比而言，金屬載體具有導熱性能好、機械強度高、擴散和傳質阻力小等特點，在金屬載體上制備出性能優異的催化劑一直是人們關注的一個焦點。由于金屬表面光滑，活性組分不易負載，目前文獻報道的金屬載體上負載金屬催化劑大都需要對金屬進行表面粗糙化處理，使之形成可負載活性組分的多孔氧化物膜層。如有報道采用陽極氧化技術在不銹鋼絲網上自生長了一層結構致密的陽極氧化物薄膜(厚度約為2.5-10μm)，然后采用浸漬法制備出了負載型催化劑(陳敏，馬瑩，宋萃等.催化學報，2009,30(7)：649-653)；任衍倫等采用預涂敷和二次涂敷兩步法制備了Al₂O₃/316L整體式催化劑載體(任衍倫，劉京雷，張莉等.化學工程，2014,42(4)：54-58)；單志平等將分子篩催化劑覆蓋在不銹鋼表面，制備了用于催化精餾的ZSM-5/不銹鋼θ環催化精餾元件，制備過程除了要求分子篩具有一定的機械強度外，還要求晶粒要細小，同時晶粒間有較大空隙，以減小傳質阻力(單志平.分子篩/不銹鋼催化精餾元件制備的研究:[學位論文],北京:石油化工科學研究院,1994.)。上述文獻報道的，原則上仍屬于氧化物載體范疇。盡管較純氧化物載體導熱性能和機械強度提高了，但是由于膜層的存在會使不銹鋼導熱性能下降。并且還產生了制備工藝復雜、內表面積減小、膜層剝落等新問題。

本發明人公開了一種借助于常規負載型催化劑，利用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(CN201410526689.1)，所述方法包括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，在攪拌和氫氣氣氛中于一定溫度下處理1～10小時，然后過濾回收負載催化劑。重復上述過程3～4次，反應器構件表面形成高活性反應中心。上述方法雖然可實現在金屬材料表面上直接負載活性金屬，但需借助負載型催化劑來完成這一過程，處理過程需要過濾分離催化劑，不僅操作復雜，且對所處理的金屬構件結構有很大限制，只適用于反應器金屬器壁、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、金屬絲網少量的構件型式，而且還需解決處理后所使用負載型催化劑活性金屬的回收以及利用問題。

發明內容

本發明針對當前技術的不足，提供一種在金屬填料上直接負載活性金屬的催化劑，該催化劑通過以下方法制得：在金屬鹽的極稀水溶液中進行，將金屬粒子的形成控制在極稀的金屬鹽溶液中，此時其濃度處于有利于金屬單原子存在的狀態，借助攪拌和處理溫度提供的動能將金屬原子嵌入材料表面形成穩定的活性中心。處理過程不存在CN201410526689.1中固體催化劑與處理材料的分離問題，對任何形式的金屬材料都可以完成負載，制備方法簡單。與傳統負載金屬催化劑相比，本發明得到的催化劑的活性金屬利用率高，傳熱傳質表面積大，阻力小，反應過程無內擴散影響，應用在基本有機合成反應中，具有工藝簡單，反應速度快，不存在催化劑的損失和失活問題的優點。