一種高活性鈀碳催化劑的製備方法與流程
2024-04-07 16:37:05
本發明屬於化工醫藥領域，涉及一種高活性鈀碳催化劑的製備方法。
背景技術：
自從1872年發現鈀炭可催化還原加氫苯環上的硝基後，鈀炭催化加氫因其流程簡單、轉化率高、產率高和無汙染等優點，引起了國內外極大的關注。鈀碳催化劑是將貴金屬鈀負載在活性炭上製備得到的一種高活性催化劑。鈀炭催化劑催化活性高、選擇性好，主要用於加氫和裂解反應，因而被廣泛用於石油化工、醫藥工業、電子工業、香料工業、染料工業和其他精細化工的加氫還原精製過程。
鈀碳催化劑的優劣主要由催化劑活性、選擇性、催化劑處理能力、催化劑壽命、穩定性和再生能力等指標來評判，其中鈀碳催化劑活性和穩定性最受關注。影響催化劑活性的因素有很多，如載體的性能(比表面積、孔結構、表面化學性質等)、催化劑中活性金屬的含量和顆粒大小、活性金屬在載體上的宏觀和微觀分布等。目前，載體通常採用硝酸或者雙氧水進行處理，再用於催化劑的製備。而且，不同的鈀碳催化劑製備方法所製備的催化劑，依據活性金屬顆粒大小和在載體上的分布不同導致催化劑活性差異很大，產品活性不穩定且不高。同時現有技術還需要對活性炭進行預處理，工藝較複雜，成本較高。
技術實現要素：
技術問題：為了解決現有技術的缺陷，本發明提供了一種高活性鈀碳催化劑的製備方法。
技術方案：本發明提供的一種高活性鈀碳催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鈀鹽與高分子化合物溶於水中超聲分散，得混合溶液；
(2)將活性炭和還原劑溶於步驟(1)的混合溶液中，加熱攪拌浸漬，得懸濁液；
(3)步驟(2)的懸濁液採用微波-原位還原法反應，即得鈀碳催化劑。
優選地，所述高活性鈀碳催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)鈀鹽與高分子化合物溶於水中超聲分散10-60min，得混合溶液；
(2)將活性炭和還原劑溶於步驟(1)的混合溶液中，30～50℃下加熱攪拌浸漬12-24h；
(3)採用微波-原位還原法，使步驟(2)的懸濁液在200-400W功率下反應1～3min，過濾、洗滌、乾燥，即得鈀碳催化劑。
步驟(1)中，鈀鹽與高分子化合物的質量比為10:1～20:1；鈀鹽選自四氯鈀酸銨、四氯鈀酸鈉中的一種或幾種；高分子化合物選自聚乙烯吡咯烷酮、聚二烯丙基二甲基氯化銨、CTAB中的一種或幾種；超聲功率為30-90W。
步驟(2)中，活性炭、還原劑和鈀鹽的質量比為10:2:1～50:2:1；所述還原劑選自葡萄糖、檸檬酸、乙二醇中的一種或幾種。
有益效果：本發明提供的鈀碳催化劑工藝簡單、成本低廉、效率高，活性炭無需預處理，製得的鈀碳催化劑金屬顆粒較小、分布均勻、活性高。
附圖說明
圖1為實施例1製得的鈀碳催化劑的TEM圖。
圖2為對比例1製得的鈀碳催化劑的TEM圖。
具體實施方式
下面對本發明鈀碳催化劑的製備方法作出進一步說明。
實施例1
高活性10％鈀碳催化劑的製備方法，其步驟如下：
分別稱取四氯鈀酸銨240mg、聚乙烯吡咯烷酮24mg，加入30mL蒸餾水溶解，將其置於超聲中超聲30min，備用。分別稱取活性炭1.0g、葡萄糖50mg加入上述溶液中，混合均勻後，升溫至40℃攪拌12h，在微波功率為350W下反應2min，經過濾、洗滌、乾燥後得到高活性鈀碳催化劑。
將此催化劑用於脫苄基實驗，其脫苄基可達98.0％，選擇性為99.5％。
實施例2
高活性5％鈀碳催化劑的製備方法，其步驟如下：
分別稱取四氯鈀酸銨120mg、聚乙烯吡咯烷酮6mg，加入30mL蒸餾水溶解，將其置於超聲中超聲30min，備用。分別稱取活性炭1.0g、葡萄糖30mg加入上述溶液中，混合均勻後，升溫至40℃攪拌12h，在微波功率為200W下反應1.5min，經過濾、洗滌、乾燥後得到高活性鈀碳催化劑。
將此催化劑用於脫苄基實驗，其脫苄基可達98.1％，選擇性為99.6％。
實施例3
高活性15％鈀碳催化劑的製備方法，其步驟如下：
分別稱取四氯鈀酸銨360mg、聚乙烯吡咯烷酮24mg，加入30mL蒸餾水溶解，將其置於超聲中超聲30min，備用。分別稱取活性炭1.0g、葡萄糖100mg加入上述溶液中，混合均勻後，升溫至40℃攪拌24h，在微波功率為400W下反應3min，經過濾、洗滌、乾燥後得到高活性鈀碳催化劑。
將此催化劑用於脫苄基實驗，其脫苄基可達98.2％，選擇性為99.6％。
實施例4
高活性鈀碳催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)鈀鹽與高分子化合物溶於水中超聲分散10min，得混合溶液；鈀鹽與高分子化合物的質量比為10:1；鈀鹽為四氯鈀酸銨；高分子化合物為CTAB；超聲功率為30W；
(2)將活性炭和還原劑溶於步驟(1)的混合溶液中，30℃下加熱攪拌浸漬12h；活性炭、還原劑和鈀鹽的質量比為10:2:1；所述還原劑為檸檬酸；
(3)採用微波-原位還原法，使步驟(2)的懸濁液在200W功率下反應3min，過濾、洗滌、乾燥，即得鈀碳催化劑。
將此催化劑用於脫苄基實驗，其脫苄基可達98.1％，選擇性為99.5％。
實施例5
高活性鈀碳催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)鈀鹽與高分子化合物溶於水中超聲分散60min，得混合溶液；鈀鹽與高分子化合物的質量比為20:1；鈀鹽為四氯鈀酸鈉；高分子化合物為聚二烯丙基二甲基氯化銨；超聲功率為90W；
(2)將活性炭和還原劑溶於步驟(1)的混合溶液中，50℃下加熱攪拌浸漬24h；活性炭、還原劑和鈀鹽的質量比為50:2:1；所述還原劑為乙二醇；
(3)採用微波-原位還原法，使步驟(2)的懸濁液在400W功率下反應1min，過濾、洗滌、乾燥，即得鈀碳催化劑。
將此催化劑用於脫苄基實驗，其脫苄基可達98.3％，選擇性為99.5％。
實施例6
高活性鈀碳催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)鈀鹽與高分子化合物溶於水中超聲分散30min，得混合溶液；鈀鹽與高分子化合物的質量比為15:1；鈀鹽為四氯鈀酸銨；高分子化合物為聚乙烯吡咯烷酮；超聲功率為60W；
(2)將活性炭和還原劑溶於步驟(1)的混合溶液中，40℃下加熱攪拌浸漬18h；活性炭、還原劑和鈀鹽的質量比為30:2:1；所述還原劑為葡萄糖；
(3)採用微波-原位還原法，使步驟(2)的懸濁液在300W功率下反應2min，過濾、洗滌、乾燥，即得鈀碳催化劑。
將此催化劑用於脫苄基實驗，其脫苄基可達98.4％，選擇性為99.7％。
對比例1
傳統10％鈀碳催化劑的製備方法，其步驟如下：
分別稱取氯化鈀150mg、活性炭1.0g於燒杯中，加入10mL稀鹽酸溶解，浸漬2h後，加入氫氧化鈉進行陳化，陳化2h後，加入甲醛還原。經過濾、洗滌、乾燥後，製備得到10％鈀碳催化劑。
將其同於脫苄基實驗，其脫苄基活性為35％，選擇性為95％。
圖1為實施例1製得的鈀碳催化劑的TEM圖，圖2為對比例1製得的鈀碳催化劑的TEM圖。從圖中可以看出，對比例1催化劑與實施例1催化劑相比，顆粒較大，且分散不均勻。經測試後，其催化效果較實施例1催化效果差。