Способ получения углеродного носителя катализатора

Изобретение относится к области пористых углеродных материалов, а конкретно к углеродным носителям для катализаторов и сорбентам. Описан способ получения углеродного носителя катализатора перемешиванием углеродного материала с газообразными углеводородами при температуре 750÷1200°С до увеличения его массы в 2÷2,5 раза с последующим окислением образовавшегося уплотненного материала, причем в качестве исходного углеродного материала используют предварительно деметаллизированные углеродные нановолокна. Техническим результатом изобретения является увеличение сорбционной способности углеродного материала. 1 табл.

 

Изобретение относится к области пористых углеродных материалов, которые используются в процессах гидроочистки, гидрирования углеводородов и синтеза углеводородов по Фишеру-Тропшу.

Интенсивное развитие исследований по созданию новых высокоэффективных процессов катализа и адсорбции требует расширения номенклатуры пористых носителей, в том числе углеродных носителей, обладающих высокой сорбирующей способностью.

Известны углеродные носители [Авторское свидетельство СССР 1352707 A1 B01J 37/10, 35/10, 21/18. Опубл. 10.07.1996], получаемые уплотнением сажи пироуглеродом, образующимся при разложении углеводородов, и последующей обработкой сформировавшегося материала паровоздушной смесью.

Недостатком этих методов является невысокая стабильность по отношению к физико-механическому воздействию.

Наиболее близким техническим решением по достигаемому эффекту является Авторское свидетельство СССР 1453682 A1 B01J 37/08, 21/18, 32/00. Опубл. 10.09.1996. Согласно ему углеродный материал получают путем обработки сажи газообразными углеводородами при перемешивании и температуре 750-1200°С до образования уплотненного углеродного материала с последующей его обработкой паровоздушной смесью.

Недостатком этого метода является невысокая сорбционная способность. Способность такого материала сорбировать из водного раствора метиловый оранжевый составила ˜100 мг/г.

Техническим результатом изобретения является увеличение сорбционной способности углеродного материала.

Данный технический результат достигается перемешиванием углеродного материала, в качестве которого используют предварительно деметаллизированные углеродные нановолокна, с газообразными углеводородами при температуре 750-1200°С до увеличения массы в 1,8÷2,5 раза с последующим окислением образовавшегося уплотненного материала диоксидом углерода до степени окисления 40-65%.

Диоксид углерода селективно окисляет только деметаллизированные углеродные нановолокна. При окислении уплотненного углеродного материала до степени окисления 40-65% происходит практически полное окисление углеродных нановолокон. Использование в качестве исходного материала предварительно деметаллизированных углеродных нановолокон и диоксида углерода - в качестве окисляющего агента - позволяет получить пористый углеродный носитель с большим объемом пористого пространства и большей сорбирующей способностью.

Деметаллизированные углеродные нановолокна описаны в работе Французова В.К., Пешнева Б.В., Николаева А.И. и Асиловой Н.Ю. «Влияние содержания железа в волокнистом углероде на скорость его образования». Химическая промышленность, 1997, №11, с.737-739.

Примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1.

В кварцевый реактор загружают ˜0,5 г предварительно деметаллизированных углеродных нановолокон с удельной адсорбционной поверхностью 170 м²/г. Реактор продувают инертным газом (азотом) и нагревают до температуры 750°С. По достижении указанной температуры, при непрерывном перемешивании, в реактор подают пропан-бутановую газовую смесь с расходом 50 мл/мин. Термическое разложение пропан-бутановой газовой смеси продолжают до достижения массы образца ˜1 г (100% увеличения массы). После уплотнения деметаллизированных углеродных нановолокон пропан-бутановую газовую смесь заменяют диоксидом углерода. Окисление материала продолжается до тех пор, пока убыль массы (степень окисления) не составит 50% (˜0,5 г).

Сорбционная способность полученного углеродного материала (по метиловому оранжевому, из водного раствора) составила 197 мг/г.

Физико-механическому воздействию носитель подвергали по примеру прототипа. Сорбционная способность углеродного материала после физико-механического воздействия составила 180 мг/г, т.е. снизилась на 8,6% по сравнению с первоначальной величиной.

Пример 2.

В кварцевый реактор загружают ˜0,5 г предварительно деметаллизированных углеродных нановолокон с удельной адсорбционной поверхностью 170 м²/г. Реактор продувают инертным газом (аргоном) и нагревают до температуры 1200°С. По достижении указанной температуры в реактор, при постоянном перемешивании, подают пропан-бутановую газовую смесь с расходом 50 мл/мин. Термическое разложение пропан-бутановой газовой смеси продолжают до достижения массы образца ˜1,25 г (150% увеличения массы). После уплотнения деметаллизированных углеродных нановолокон пропан-бутановую смесь заменяют диоксидом углерода. Окисление материала продолжается до тех пор, пока степень окисления не составит 40%.

Результаты определения сорбционной емкости полученного углеродного материала до и после физико-механического воздействия представлены в таблице.

Пример 3.

В кварцевый реактор загружают ˜0,5 г предварительно деметаллизированных углеродных нановолокон с удельной адсорбционной поверхностью 170 м²/г. Реактор продувают инертным газом (азотом или аргоном) и нагревают до температуры 900°С. По достижении указанной температуры в реактор, при постоянном перемешивании, подают пропан-бутановую газовую смесь с расходом 50 мл/мин. Термическое разложение пропан-бутановой газовой смеси продолжают до достижения массы образца ˜0,9 г (80% увеличения массы). После уплотнения углеродных нановолокон пропан-бутановую газовую смесь заменяют диоксидом углерода. Окисление материала продолжается до тех пор, пока убыль массы не составит 65% (˜0,6 г).

Результаты определения сорбционной емкости полученного углеродного материала до и после физико-механического воздействия представлены в таблице.

Пример 4.

Эксперимент проводили по методике примера 1. Отличие заключалось в том, что углеродные нановолокна не подвергались предварительной деметаллизации.

Результаты определения сорбционной емкости полученного углеродного материала до и после физико-механического воздействия представлены в таблице.

Пример 5.

Эксперимент проводили по методике примера 1. Отличие заключалось в том, что степень окисления составляла 10%.

Результаты определения сорбционной емкости полученного углеродного материала до и после физико-механического воздействия представлены в таблице.

Пример 6.

Эксперимент проводили по методике примера 1. Отличие заключалось в том, что термическое разложение пропан-бутановой смеси продолжали до увеличения массы образца на 20%.

Результаты определения сорбционной емкости полученного углеродного материала до и после физико-механического воздействия представлены в таблице.

Таблица Способность углеродных материалов сорбировать метиловый оранжевый из водного раствора
Углеродный материал	Сорбционная способность, мг/г	Потеря сорбционной способности, %
Исходная	После физико-механической обработки
Прототип	˜100	Не определялась	-
По примеру 1	197	180	8,6
По примеру 2	181	164	9,5
По примеру 3	170	157	7,9
По примеру 4	101	81	19,3
По примеру 5	18	16	11,3
По примеру 6	140	120	14,2

Из сопоставительного анализа прототипа и предлагаемого нами технического решения видно, что сорбционная емкость материала повысилась в 1,7÷2 раза при сохранении стабильности образца к физико-механическому воздействию по сравнению с прототипом.

Способ получения углеродного носителя катализатора перемешиванием углеродного материала с газообразными углеводородами при температуре 750÷1200°С с последующим окислением образовавшегося уплотненного материала, отличающийся тем, что в качестве исходного углеродного материала используют предварительно деметаллизированные углеродные нановолокна, перемешивание ведут до увеличения массы материала в 1,8-2,5 раза, а окисление проводят диоксидом углерода до степени окисления 40-65%.