Способ получения катализатора для орто-пара конверсии протия

Авторы патента:

Боева Ольга Анатольевна (RU)

Ревина Александра Анатольевна (RU)

Сергеев Михаил Олегович (RU)

Кузнецов Михаил Андреевич (RU)

Антонов Алексей Юрьевич (RU)

B82B3 - Изготовление или обработка наноструктур

B01J37/34 - облучение или применение электрической, магнитной или волновой энергии или применение этих видов энергии, например ультразвуковых колебаний

Владельцы патента RU 2461425:

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 орто-пара конверсии протия. Предложен способ получения катализатора для орто-пара конверсии протия. Способ включает получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла под воздействием γ-излучения ⁶⁰Со в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя - изооктана, с последующим нанесением на носитель Al₂O₃. В качестве соли металла используют RhCl₃ или RuOHCl₃ и готовят обратномицеллярный раствор родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовой раствор в количестве 5-50 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.% с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со с дозой от 1 до 40 кГр. Изобретение позволяет получить катализатор, предназначенный для работы в интервале температур 77÷110 К. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области гетерогенного катализа,

в частности к способу получения катализатора для 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 21.10.76 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. ЕР №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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения катализатора Pt^миц/Al₂O₃ для изотопного обмена протия и дейтерия и о-п конверсии протия. Наночастицы Pt образуются при радиационно-химическом восстановлении ионов платины в обратномицеллярных системах H₂[PtCl₆]/H₂O/ацетон/бис(2 этилгексил)сульфосукцинат натрия/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 катализатор обладает невысокой каталитической активностью.

Техническим результатом изобретения является получение катализатора для орто-пара конверсии протия, обладающего высокой каталитической активностью и предназначенного для работы в интервале температур 77÷110 К.

Этот технический результат достигается получением катализатора для орто-пара конверсии протия, включающего получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла под воздействием γ-излучения ⁶⁰Со в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель Al₂O₃, причем в качестве соли металла используют RhCl₃ или RuOHCl₃ и готовят обратномицеллярные растворы родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 5-50 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.% с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со с дозой от 1 до 40 кГр.

В качестве спирта в водно-спиртовом растворе используют изопропанол.

Пример 1

Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCl₃ при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 1:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10^-3 г (5 мас.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10^-2 г (30 мас.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со до достижения дозы 1 кГр.

Взвешен 1 г носителя Al₂O₃ и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем Al₂O₃, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора 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 родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Rh/Al₂O₃ по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 6,48·10¹⁴ молекул/(см²·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Pt^миц/Al₂O₃, выбранного в качестве прототипа. Данные по активности данного образца катализатора Rh/Al₂O₃, приготовленного по примеру 1, в интервале температур 77÷110 К представлены в таблице 1.

Пример 2

Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCl₃ при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10^-2 г (50 мас.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10^-3 г (10 мас.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со до достижения дозы 40 кГр.

Взвешен 1 г носителя Al₂O₃ и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем Al₂O₃, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора 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 родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Rh/Al₂O₃ по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 6,12·10¹⁴ молекул/(см²·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Pt^миц/Al₂O₃, выбранного в качестве прототипа.

Данные по активности данного образца катализатора Rh/Al₂O₃, приготовленного по примеру 2, в интервале температур 77÷110 К представлены в таблице 2.

Пример 3

Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuOHCl₃ при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 1:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10^-3 г (5 мас.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10^-2 г (30 мас.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со до достижения дозы 1 кГр.

Взвешен 1 г носителя Al₂O₃ и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем Al₂O₃, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с нанесенными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора 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 родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Ru/Al₂O₃ по отношению к орто-пара конверсии протия составила 6,14·10¹⁴ молекул/(см²·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Pt^миц/Al₂O₃, выбранного в качестве прототипа.

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

Пример 4

Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuOHCl₃ при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10^-2 г (50 мас.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10^-3 г (10 мас.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со до достижения дозы 40 кГр.

Взвешен 1 г носителя Al₂O₃ и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем Al₂O₃, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с нанесенными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора 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 родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Ru/Al₂O₃ по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 6,51·10¹⁴ молекул/(см²·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Pt^миц/Al₂O₃, выбранного в качестве прототипа.

Результаты измерений удельной каталитической активности образца катализатора Ru/Al₂O₃, приготовленного по примеру 4, в интервале температур 77-110 К представлены в таблице 4.

Таблица 1
Значения удельной каталитической активности Rh/Al₂O₃, приготовление которого рассмотрено в примере 1, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водного раствора RhCl₃ к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1)
K_уд·10^-14 молекул/(см²·с) при Т, К
77	110
6,48	6,33

Таблица 2
Значения удельной каталитической активности Rh/Al₂O₃, приготовление которого рассмотрено в примере 2, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водного раствора RhCl₃ к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1)
K_уд·10^-14 молекул/(см²·с) при Т, К
77	110
6,12	6,23

Таблица 3
Значения удельной каталитической активности Ru/Al₂O₃, приготовление которого рассмотрено в примере 3, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl₃ к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1)
K_уд·10^-14 молекул/(см²·с) при Т, К
77	110
6,14	6,18

Таблица 4
Значения удельной каталитической активности Ru/Al₂O₃, приготовление которого рассмотрено в примере 4, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl₃ к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1)
K_уд·10^-14 молекул/(см²·с) при Т, К
77	110
6,51	6,48

Представленные данные показывают отсутствие значимых различий в величинах каталитической активности при отношении мольного количества водно-спиртового раствора соли родия или рутения с добавлением аммиака к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1 и поглощенной дозе облучения 1-40 кГр.

1. Способ получения катализатора для орто-пара конверсии протия, включающий получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла под воздействием γ-излучения ⁶⁰Со в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя - изооктана, с последующим нанесением на носитель Al₂O₃, отличающийся тем, что в качестве соли металла используют RhCl₃ или RuOHCl₃ и готовят обратномицеллярный раствор родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовой раствор в количестве 5-50 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.% с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения ⁶⁰Со с дозой от 1 до 40 кГр.

2. Способ получения катализатора для орто-пара конверсии протия по п.1, отличающийся тем, что в качестве спирта в водно-спиртовом растворе используется изопропанол.

Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие магнитного поля резким изменением их реологических свойств, и может найти применение в машиностроении, приборостроении, в частности, для финишной обработки оптических поверхностей в магнитном поле.

Способ оценки влияния наночастиц на жизнедеятельность клеточных культур // 2460997

Изобретение относится к области микробиологии. .

Способ получения композиционного порошкового магнитного материала системы "ферромагнетик-диамагнетик" // 2460817

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению ферритовых магнитных порошков. .

Способ получения бор-кремнийсодержащих наночастиц // 2460689

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения бор-кремнийсодержащих наночастиц, и может быть использовано в медицине. .

Аминофуллерены и способ их получения // 2460688

Изобретение относится к химической и фармацевтической отраслям промышленности и может быть использовано в биомедицинских исследованиях и фармакологии, а также при получении наномодификаторов пластических масс.

Способ изготовления абразивного инструмента на органической термореактивной связке // 2460631

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента на органической термореактивной связке, предназначенного для шлифования заготовок из различных металлов и сплавов.

Способ наноструктурирующего упрочнения поверхностного слоя прецизионных деталей выглаживанием // 2460628

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к финишной обработке деталей с созданием на них наноструктурированного поверхностного слоя. .

Способ получения полупроводниковой наноструктуры // 2460166

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для синтеза массивов пространственно-упорядоченных наночастиц полупроводников. .

Металлокерамический сплав на основе карбида титана и металлического связующего с модифицированной структурой поверхностного слоя // 2459887

Изобретение относится к металлокерамическим сплавам с металлическим связующим инструментального назначения и может быть использовано для изготовления высокоресурсного режущего инструмента и пар трения для экстремальных условий эксплуатации.

Сорбент для удаления нефтехимических загрязнений из жидких сред и способ его получения // 2459660

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и касается производства сорбентов из растительного сырья. .

Способ получения катализатора окисления метанола до формальдегида // 2458738

Изобретение относится к способу получения катализатора окисления метанола до формальдегида и может быть использовано в производстве формальдегида и карбамидо-формальдегидных смол.

Способ активации цеолитного катализатора и способ конверсии прямогонной бензиновой фракции в высокооктановый компонент бензина // 2457031

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к катализаторам. .

Способ получения наноигольчатых катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз // 2456079

Изобретение относится к способам получения катализаторов. .

Способ получения катализатора с наноразмерными частицами сплавов платины // 2455070

Изобретение относится к области каталитической химии, а именно к приготовлению катализатора с наноразмерными частицами сплавов платины на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока.

Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия // 2452570

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу 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 // 2452569

Катализатор гидроочистки нефтяных фракций и способ его получения // 2445163

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к созданию катализатора для получения малосернистой нефтяной фракции, и способу его получения и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности.

Способ активации металлоксидных катализаторов синтеза углеродных наноматериалов // 2443470

Изобретение относится к способам активации металлоксидных катализаторов. .

Способ модифицирования катализаторов крекинга // 2442652

Изобретение относится к области производства модифицированных катализаторов крекинга углеводородов, в частности нефтяных фракций, обладающих повышенной активностью и селективностью, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности.

Способ активации металлоксидных катализаторов синтеза углеродных наноматериалов // 2430779

Изобретение относится к области катализаторов. .

Способ получения катализатора для изотопного обмена протия - дейтерия // 2464094

Изобретение относится к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия