Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия



Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия

 


Владельцы патента RU 2452570:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия. Способ включает получение наночастиц серебра из обратномицеллярного раствора с последующим нанесением на носитель Al2O3. Восстановление ионов серебра проводят химическим путем. В качестве восстановителя используют кверцетин. Наночастицы серебра получают путем приготовления обратномицеллярного раствора серебра из 0,02-0,5 М раствора бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия в неполярном растворителе, 0,003-2,0 М водного раствора AgNO3 и 0,000075÷0,0002 М раствора кверцетина. Полученный раствор обрабатывают ультразвуком до получения обратномицеллярной дисперсии. Изобретение позволяет получить катализатор, предназначенный для работы при температурах максимально приближенных к температурам сжижения протия и дейтерия. 1 ил., 5 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия.

Известен способ получения катализатора путем ионного обмена, при котором носитель из огнеупорного оксида, содержащего катион водорода, обрабатывают раствором, содержащим катионы металлов. Непосредственно после обработки оксид промывают водой для отделения химически несвязанных металлических катионов. Далее оксид сушат, при этом часть металлических катионов восстанавливается при нагревании огнеупорного оксида до элементарного металла путем отделения от связанной воды, которая ассоциирована с металлическими катионами (Пат. Германии №1542012, кл. B01Y 37/30 от 21.10.1976 г.). Этот катализатор используется только для ионного обмена.

Известен способ получения катализатора для изотопного обмена между водой и водородом, где катализатор включает гидрофобную пористую матрицу с диспергированной в ней платиной и по крайней мере другой металл, выбранный из группы хрома или титана (пат. EP №1486457, кл. B01D 59/00, B01Y 37/00-37/02 от 06.06.2003 г). Однако этот катализатор используется только для изотопного обмена между водой и водородом.

Известен способ получения катализатора, используемого для эпоксидирования этилена в паровой фазе, включающий пропитку предварительно сформованного носителя из альфа оксида алюминия, который подвергали прокаливанию и необязательно другим видам обработки при предварительном формовании в качестве части процесса предварительного формования, по меньшей мере, одним модификатором из гидрооксида щелочного металла, необязательную сушку упомянутого пропитанного носителя, прокаливание упомянутого пропитанного носителя, промывку упомянутого прокаленного носителя, нанесение серебряного каталитического материала на упомянутый прокаленный носитель. Далее на носитель наносят серебряный каталитический материал с одним или несколькими промоторами. Для этого проводят пропитку пористого модифицированного носителя из оксида алюминия раствором, содержащим растворитель или растворяющий агент, комплекс серебра и один или более промоторов и после этого проводят обработку пропитанного носителя с превращением соли серебра в металлическое серебро (Российский патент №2340607, кл. С07 301/10 от 29.12.2008).

Известен способ получения серебряного катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия [М.А.Авдеенко, Г.К.Боресков, М.Г.Слинько «Каталитическая активность металлов в отношении гомомолекулярного изотопного обмена водорода». Сборник «Проблемы кинетики и катализа» - М.: АН СССР, 1957, с.61], представляющего собой массивное серебро. Авторы не измеряли адсорбцию водорода. В работе измерена удельная каталитическая активность серебра при комнатной и более высоких температурах. Авторами измерена каталитическая активность массивного серебра при температуре -196°С. В промежутке между комнатной температурой и азотной температурой измерений удельной каталитической активности серебра (Куд) сделано не было. Значение активности очень мало и составляет при Т=-196°С всего ~1011 молекул/с·см2.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения катализатора Ptмиц/Al2O3 для изотопного обмена протия и дейтерия и о-п конверсии протия. Наночастицы Pt образуются при радиационно-химическом восстановлении ионов платины в обратномицеллярных системах Н2[PtCl6]/H2O/ацетон/бис(2 этилгексил)сульфосукцинат натрия (АОТ)/изооктан. Наночастицы получены из трех различных исходных обратномицеллярных растворов, отличающихся значениями коэффициента солюбилизации ω=1, 5, 3 и 5 («Перспективные материалы» стр.288-293 2010 г.).

Однако этот способ требует затрат платины, что экономически не целесообразно, а также использования источника ионизирующего излучения, который не всегда доступен. Кроме того, при приготовлении по методике прототипа требуется деаэрация и герметизация обратномицеллярных растворов, что усложняет методику синтеза.

Техническим результатом изобретения является получение катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия, предназначенного для работы при температурах максимально приближенных к температурам сжижения протия и дейтерия.

Этот технический результат достигается способом получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия, включающий получение наночастиц металла из обратномицеллярного раствора с последующим нанесением на носитель Al2O3, восстановление ионов серебра проводят химическим путем, при этом в качестве восстановителя используют кверцетин, наночастицы серебра получают путем приготовления обратномицеллярного раствора серебра из 0,02-0,5 М раствора бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия в неполярном растворителе, 0,003-2,0 М водного раствора AgNO3 и 0,000075÷0,0002 М раствора кверцетина, причем полученный раствор обрабатывают ультразвуком для получения обратномицеллярной дисперсии.

Описание способа приготовления

Синтез катализаторов Ag/Al2O3 проводился в соответствии со следующими принципами.

Синтез исходных обратномицеллярных растворов с металлическими наноструктурными частицами серебра на основе использования обратных мицелл в качестве микрореакторов для химического восстановления ионов серебра при воздействии с кверцетином и формирования наноструктурных частиц серебра. Последующая адсорбция полученных обратных мицелл с наноструктурными частицами серебра на поверхность носителя Al2O3. Отмывка от растворителя и поверхностно-активного вещества.

Приготовление обратномицеллярной диспепсии включает в себя следующие стадии.

1. Приготовление в стеклянном или металлическом реакторе обратномицеллярного раствора на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе (бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия (АОТ) в изооктане в диапазоне концентраций 0,02÷0,5 М).

2. Введение 0,000075-0,0002 М раствора кверцетина.

3. Введение водного или водно-спиртового раствора соли (0,003-2,0 М водного либо водно-спиртового раствора AgNO3).

4. Проведение перед началом процесса восстановления перемешивания или ультразвуковой обработки.

В результате процесса химического восстановления в обратномицеллярных растворах получены наночастицы различных размеров от 1 до 40 нм, определенных методом атомно-силовой микроскопии.

Пример №1

Готовился обратномицеллярный раствор на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе. Для этого использовался 0,02 М раствор бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ) в изооктане, в который вводился 0,003 М водный раствор нитрата серебра, 0,000075 М раствор кверцетина и обрабатывался ультразвуком. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 5 мл обратномицеллярной дисперсии.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам серебра в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, судили о факте адсорбции наночастиц серебра. Факт образования наноструктурированных частиц серебра фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами серебра извлекались из обратномицеллярной дисперсии и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами серебра подвергались прогреву в вакууме до 550К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77К каталитическая активность катализатора Ag/Al2O3 по отношению к реакции изотопного обмена водорода составила 1,7·1014 молекул/(см2·с), что сопоставимо с активностью катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа, и более чем на 3 порядка превышает активность массивного серебра, данные об активности которого представлены в таблице 1 и на фиг.1 (линия 3). Данные по активности данного образца катализатора Ag/Al2O3, приготовленного по примеру 1, в интервале температур 77-293К представлены в таблице 2 и на фиг.1 (линия 1). Фиг.1 представляет собой графическое отображение температурной зависимости логарифма каталитической активности катализаторов от обратной температуры. По оси ординат отложены значения десятичного логарифма удельной каталитической активности, выраженной в размерности молекул/(см2·с), по оси абсцисс - значения обратной температуры, помноженной на тысячу: 103/Т. Температура выражена в кельвинах.

Пример №2

Готовился обратномицеллярный раствор на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе. Для этого использовался 0,5 М раствор бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ) в изооктане, в который вводился 2,0 М водный раствор нитрата серебра, 0,0002 М раствор кверцетина и обрабатывался ультразвуком. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 5 мл обратномицеллярной дисперсии.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам серебра в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, судили о факте адсорбции наночастиц серебра. Факт образования наноструктурированных частиц серебра фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии.

Образцы носителя с высаженными наночастицами серебра извлекались из обратномицеллярной дисперсии и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами серебра подвергались прогреву в вакууме до 550К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77К каталитическая активность катализатора Ag/Al2O3 по отношению к реакции изотопного обмена водорода составила 1,8·1014 молекул/(см2·c), что сопоставимо с активностью катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа, и более чем на 3 порядка превышает активность массивного серебра, данные об активности которого представлены в таблице 1 и на фигуре 1 (линия 3). Данные по активности данного образца катализатора Ag/Al2O3, приготовленного по примеру 2, в интервале температур 77-293К представлены в таблице 3 и на фиг.1 (линия 2). Фиг.1 представляет собой графическое отображение температурной зависимости логарифма каталитической активности катализаторов от обратной температуры. По оси ординат отложены значения десятичного логарифма удельной каталитической активности, выраженной в размерности молекул/(см2·с), по оси абсцисс - значения обратной температуры, помноженной на тысячу: 103/Т. Температура выражена в кельвинах.

Пример №3

Готовился обратномицеллярный раствор на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе. Для этого использовался 0,02 М раствор бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ) в изооктане, в который вводился 0,003 М водный раствор нитрата серебра, 0,000075 М раствор кверцетина и обрабатывался ультразвуком. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 5 мл обратномицеллярной дисперсии.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам серебра в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, судили о факте адсорбции наночастиц серебра. Факт образования наноструктурированных частиц серебра фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами серебра извлекались из обратномицеллярной дисперсии и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами серебра подвергались прогреву в вакууме до 550К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77К каталитическая активность катализатора Ag/Al2O3 по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 2,9-10 молекул/(см2·с), что сопоставимо с активностью катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.

Данные по активности данного образца катализатора Ag/Al2O3, приготовленного по примеру 3, в интервале температур 77-110К представлены в таблице 4.

Пример №4

Готовился обратномицеллярный раствор на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе. Для этого использовался 0,5 М раствор бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ) в изооктане, в который вводился 2,0 М водный раствор нитрата серебра, 0,0002 М раствор кверцетина и обрабатывался ультразвуком. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 5 мл обратномицеллярной дисперсии.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам серебра в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, судили о факте адсорбции наночастиц серебра. Факт образования наноструктурированных частиц серебра фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами серебра извлекались из обратномицеллярной дисперсии и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами серебра подвергались прогреву в вакууме до 550К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77К каталитическая активность катализатора Ag/Al2O3 по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 2,4·1014 молекул/(см2·с), что сопоставимо с активностью катализатора Ptмиц/Al2O3.

Данные по активности данного образца катализатора Ag/Al2O3, приготовленного по примеру 4, в интервале температур 77-110К представлены в таблице 5.

Таблица 1
Значения удельной каталитической активности массивного серебра в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия в молекулярном водороде
Куд·10-11 молекул/(см2·с) при Т, К
77 293 393 453 530
2,7 11 13 21 30
Таблица 2
Значения удельной каталитической активности Ag/Al2O3, приготовление которого рассмотрено в примере 1, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия в молекулярном водороде
Куд·10-11 молекул/(см2·с) при Т, К
77 110 163 173 183 193 213 223 293
1,7 1,9 2,1 6,2 6,4 11,1 25,0 37,0 290,1
Таблица 3
Значения удельной каталитической активности Ag/Al2O3, приготовление которого рассмотрено в примере 2, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия в молекулярном водороде
Куд·10-11 молекул/(см2·с) при Т, К
77 110 138 153 158 193 223 293
1,8 1,5 2,3 1,9 1,2 6,0 7,9 30,8
Таблица 4
Значения удельной каталитической активности Ag/Al2O3, приготовление которого рассмотрено в примере 3, в отношении реакции орто-пара конверсии протия
Куд·10-11 молекул/(см2·с) при Т, К
77 110
2,9 3,4
Таблица 5
Значения удельной каталитической активности Ag/Al2O3, приготовление которого рассмотрено в примере 4, в отношении реакции орто-пара конверсии протия
Куд·10-11 молекул/(см2·с) при Т, К
77 110
2,4 2,1

Каталитическая активность катализатора в отношении реакций изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия, приготовленного по примерам 1-4, имеет тот же порядок величин, что и у катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа. Как видно из таблицы 1, значение активности массивного серебра, взятого в качестве аналога, очень мало и составляет при Т=77К всего ~1011 молекул/с·см2, что на три порядка уступает активности катализатора, приготовленного по примерам 1 и 2. Данные об активности катализатора, приготовленного по примерам 1-4, указаны в таблицах 2-5 соответственно.

Представленные данные показывают отсутствие значимых различий в величинах каталитической активности при концентрациях реагентов, лежащих в заданных интервалах: C(ПАВ)=0,02÷0,5 М, С(Кверцетин)=0,000075÷0,0002 М.

Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия, включающий получение наночастиц металла из обратномицеллярного раствора с последующим нанесением на носитель Al2O3, отличающийся тем, что восстановление ионов серебра проводят химическим путем, при этом в качестве восстановителя используют кверцетин, наночастицы серебра получают путем приготовления обратномицеллярного раствора серебра из 0,02-0,5 М раствора бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия в неполярном растворителе, 0,003-2,0 М водного раствора AgNO3 и 0,000075÷0,0002 М раствора кверцетина, причем полученный раствор обрабатывают ультразвуком до получения обратномицеллярной дисперсии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия.

Изобретение относится к медицине, в частности к лекарственным противотуберкулезным средствам, и может быть использовано при получении препаратов на основе изониазида для лечения лекарственно-устойчивых форм туберкулеза.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических наноустройствах обработки информации для выбора (селекции) минимального сигнала из совокупности оптических сигналов, подаваемых на его вход.

Изобретение относится к технологии обработки алмаза, в частности к его термохимической обработке. .
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее, к способам обработки высокопрочных аустенитных сталей и может быть использовано, например, для изготовления высоконагруженных деталей в машиностроении.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения наноразмерного порошка оксида цинка. .
Изобретение относится к области создания наноматериалов, которые могут быть использованы для создания противовирусных и фунгицидных тканевых и нетканых текстильных материалов одно- и многоразового использования для применения в медицинских учреждениях.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу получения нанотрубок оксида вольфрама, и может быть использовано при производстве твердых сплавов.
Изобретение относится к нанесению покрытий на металлические изделия, в частности к получению композиционного покрытия на металлических изделиях методом химического осаждения.

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения наноразмерного порошка оксида цинка. .
Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра и может быть использовано в технологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра.

Изобретение относится к способу получения концентратов нанодисперсий нульвалентных металлов, таких как серебро, золото, медь, палладий, платина и ртуть, которые обладают антисептическими свойствами.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к производству изделий из металлических порошков. .

Изобретение относится к области получения наноразмерных порошков металлов группы железа, которые применяются в системах записи и хранения информации, в изготовлении магнитных сенсоров, используемых в медицине и биологии и др.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению вентильных металлов, в частности порошков вентильных металлов. .

Изобретение относится к способу производства наночастиц металлического серебра диаметром от 1 до 100 нм и средним диаметром от 20 до 40 нм, характеризующихся монодисперсностью, стабильностью в течение более 12 месяцев, в широком диапазоне концентраций.
Изобретение относится к получению наноструктурных металлических частиц, используемых в различных областях техники и медицины. .

Изобретение относится к получению нанопорошков металлического кобальта, в частности его структурированных фрактальных агломератов, имеющих широкий спектр областей применения в виде добавок, существенно влияющих на свойства материалов, в которых они применяются.

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия.
Наверх