Микроволокнистый носитель для катализаторов и способ его приготовления

Изобретение относится к новым способам синтеза катализаторов, которые могут использоваться, в частности, для глубокого окисления оксида углерода, органических и галогенорганических соединений, окисления сероводорода и диоксида серы, восстановления оксидов азота и для многих других каталитических реакций. Описан микроволокнистый носитель для катализаторов на основе стеклянных или минеральных микроволокон диаметром от 1 до 30 мкм, при этом носитель содержит на поверхности микроволокон слой пористого диоксида кремния, на наружной поверхности которого находится дополнительный слой активированного углерода. Изобретение относится также к способу его приготовления. Технический результат – увеличение его удельной поверхности до 100 м2/г и более. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к новым способам синтеза носителей для катализаторов, которые могут использоваться, в частности, для катализаторов глубокого окисления (дожигания) оксида углерода, органических и галогенорганических соединений, окисления сероводорода и диоксида серы, восстановления оксидов азота и для многих других каталитических реакций. Изобретение может найти применение в процессах производства ценных химических продуктов и полупродуктов, а также при переработке и утилизации разнообразных газообразных и жидких отходов.

Эффективным средством интенсификации каталитических процессов являются катализаторы на основе микроволокнистых носителей, в частности носителей, выполненных из стеклянных или минеральных микроволокон. В качестве активных компонентов в таких катализаторах используются благородные металлы (Pt, Pd) либо оксиды переходных металлов (Cu, Cr, Ni, Fe, V и др.). На основе таких носителей могут создаваться структурированные каталитические системы, отличающиеся высокой интенсивностью массообмена между поверхностью катализатора и реакционным потоком, в сочетании с весьма низким гидравлическим сопротивлением (РФ №145037, B01J 32/00,10.09.2014).

Недостатком таких носителей, а также катализаторов на их основе является малая удельная поверхность стеклянных и минеральных микроволокон (не более 1-3 м2/г), которая, в свою очередь, ограничивает предельное содержание активных компонентов величиной, как правило, не более 1-2 мас. %. В случае использования оксидов переходных металлов в качестве активных компонентов такое содержание является недостаточным для многих практических применений. Кроме того, в таких катализаторах может оказываться недостаточной и прочность крепления активных компонентов к поверхности носителя, что может существенно снижать их надежность и срок службы.

Наиболее близким является способ (РФ №2549906, B01J 37/02, 10.05.2015) получения микроволокнистых катализаторов, который, в частности, предусматривает модификацию микроволокон носителя за счет нанесения на них внешнего слоя вторичного носителя (SiO2 или Al2O3) с развитой внутренней поверхностью до 30-60 м2/г.

В научной практике (П.Е. Микенин, П.Г. Цырульников, Ю.С. Котолевич, А.Н. Загоруйко. Ванадий-оксидные катализаторы на основе структурированных микроволокнистых носителей для селективного окисления сероводорода. Катализ в промышленности, 2015, №1, с. 65-70) показано, что на основе таких модифицированных микроволокнистых носителей со вторичным слоем SiO2 и с удельной поверхностью 20-30 м2/г возможно создание высокоактивных катализаторов с высоким (от 1-2 до 10 мас. %) содержанием активных оксидов, с обеспечением высокой прочности крепления активного компонента к носителю.

Тем не менее, актуальной является задача создания более эффективных микроволокнистых носителей катализаторов.

Задача решается тем, что предложен микроволокнистый носитель для катализаторов на основе стеклянных или минеральных микроволокон диаметром от 1 до 30 мкм, на поверхности микроволокон находится слой пористого диоксида кремния, на наружной поверхности которого находится дополнительный слой активированного углерода. При этом удельная масса слоя пористого диоксида кремния составляет от 1 до 30 мас. % от массы исходных стеклянных или минеральных микроволокон, а удельная масса дополнительного слоя активированного углерода составляет от 1 до 200 мас. % от массы исходных стеклянных или минеральных микроволокон.

Задача решается также способом приготовления описанного выше микроволокнистого носителя для катализаторов на основе стеклянных или минеральных микроволокон. На исходный носитель на основе стеклянных или минеральных микроволокон диаметром от 1 до 30 мкм наносят слой пористого диоксида кремния, затем на этот слой наносят катализатор разложения углеводородов, после чего формируют дополнительный слой активированного углерода за счет разложения углеводородов при повышенной температуре в присутствии такого катализатора. При этом нанесение слоя пористого диоксида кремния проводят за счет пропитки водным раствором силиказоля исходного носителя на основе стеклянных или минеральных микроволокон, его сушкой и термообработкой при повышенной температуре. В качестве катализатора разложения углеводородов используют оксиды переходных металлов, например, оксида никеля. Формирование дополнительного слоя активированного углерода проводят за счет разложения углеводородов при температурах от 300 до 800°С и давлении от 1 до 20 атм, используя при этом газообразные углеводороды, например метан, пропан-бутановую смесь, ацетилен и др.

Технический результат заключается в увеличении удельной поверхности или микроволокнистого носителя для катализаторов до 100 м2/г и более. При этом обеспечивается высокая прочность крепления углеродного пористого слоя к носителю за счет связующего действия промежуточного пористого слоя SiO2. Кроме того, слой SiO2 обеспечивает возможность нанесения на исходный носитель катализатора разложения углеводородов в количествах, необходимых для отложения на поверхности слоя SiO2 требуемого количества углерода.

Важным достоинством предлагаемого носителя для катализаторов является его высокая гидрофобность, повышающая привлекательность его применения в ряде специфических практических задач, связанных с переработкой влажных газов.

Указанный материал может найти практическое применение как катализатор (для каталитических процессов, использующих активированный углерод в качестве катализатора), а также как носитель для синтеза катализаторов на основе оксидных и иных активных компонентов.

Пример 1.

Исходный микроволокнистый носитель (термостойкая силикатная стеклоткань, удельная поверхность ~1 м2/г, удельный объем пор - менее 0.001 см3/г, диаметр от 1 до 30 мкм) пропитывают водным раствором силиказоля, затем сушат при 120°С в течение 1 ч, затем прокаливают на воздухе при 550°С в течение 6 ч. Количество нанесенного SiO2 составляет 15 мас. %, удельная поверхность повысилась до ~30 м2/г, удельный объем пор - до 0.06 см3/г. Полученный материал затем пропитывают водным раствором, содержащим водорастворимую соль никеля, повторно высушивают и прокаливают. Содержание оксида никеля в полученном материале составляет ~2.4 мас. %. После этого полученный материал обрабатывают в среде пропан-бутана при температуре 450°С и давлении в течение 4-8 ч. Прирост углеродного наноматериала составляет 1,023 г (131% от массы исходного микроволокнистого носителя).

За счет образования углеродных наноструктур происходит увеличение удельной поверхности материала до 100 м2/г, удельный объем пор составляет 0.18 см2/г. При этом удельная поверхность и удельный объем микропор (менее 10 нм) составляют 28 м2/г и 0.016 см3/г соответственно.

Образовавшийся слой углеродного материала не отделялся от носителя механическим путем. Кроме того, была обнаружена высокая гидрофобность полученного материала.

1. Микроволокнистый носитель для катализаторов на основе стеклянных или минеральных микроволокон диаметром от 1 до 30 мкм, отличающийся тем, что носитель содержит на поверхности микроволокон слой пористого диоксида кремния, на наружной поверхности которого находится дополнительный слой активированного углерода.

2. Микроволокнистый носитель по п. 1, отличающийся тем, что удельная масса слоя пористого диоксида кремния составляет от 1 до 30 мас. % от массы исходных стеклянных или минеральных микроволокон.

3. Микроволокнистый носитель по п. 1, отличающийся тем, что удельная масса дополнительного слоя активированного углерода составляет 1-200 мас. % от массы исходных стеклянных или минеральных микроволокон.

4. Способ приготовления микроволокнистого носителя для катализаторов на основе стеклянных или минеральных микроволокон, отличающийся тем, что на исходный носитель на основе стеклянных или минеральных микроволокон диаметром от 1 до 30 мкм наносят слой пористого диоксида кремния, затем на этот слой наносят катализатор разложения углеводородов, после чего формируют дополнительный слой активированного углерода за счет разложения углеводородов при повышенной температуре в присутствии такого катализатора.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нанесение слоя пористого диоксида кремния проводят за счет пропитки водным раствором силиказоля исходного носителя на основе стеклянных или минеральных микроволокон, его сушкой и термообработкой при повышенной температуре.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве катализатора разложения углеводородов используют оксиды переходных металлов, например оксида никеля.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что формирование дополнительного слоя активированного углерода производят за счет разложения углеводородов при температуре 300-800°С и давлении от 1-20 атм.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для формирования дополнительного слоя активированного углерода используют газообразные углеводороды, например метан, пропан-бутановую смесь, ацетилен.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам получения носителей катализаторов различной геометрической формы на основе оксида алюминия со структурой корунда и может быть использовано в производстве катализаторов.

Изобретение относится к катализатору гидроконверсии, содержащему цеолит, к способу его получения и к способу гидроконверсии углеводородных смесей, при котором применяют этот катализатор.

Изобретение относится к катализатору гидрооблагораживания вакуумного газойля и способу его приготовления. Катализатор содержит, мас.%: оксид кобальта 5,0-9,0, оксид вольфрама 7,0-14,0, оксид молибдена 7,0-14,0, оксид алюминия в виде смеси, состоящей из 30-50 мас.% оксида алюминия в виде бемита и 50-70 мас.% оксида алюминия, полученного предварительной обработкой гидроксида алюминия 4-7%-ным раствором азотной кислоты при температуре раствора 5-10°C и просушенного распылением в токе горячего воздуха при температуре 150-210°C - остальное.

Изобретение относится к каталитической химии, в частности к приготовлению катализаторов гидроочистки нефтяного сырья. Катализатор включает носитель из композиции оксидов алюминия и молибдена и содержит мас.

Изобретение относится к способу приготовления никелевого катализатора, включающему пропитку инертного носителя водным раствором или водной суспензией солей никеля концентрацией 8-12 вес.% из расчета достижения содержания никеля на носителе равном 2.5-7 вес.%, высушивание полученной смеси в течение 5-6 часов при температуре 20-25°С и прокаливание в печи при температуре 230-260°С в течение 40-45 минут при давлении менее 5 Па.

Изобретение относится к катализатору гидрооблагораживания вакуумного газойля. Катализатор содержит, мас.%: оксид никеля 5,0-9,0, оксид молибдена 18,0-24,0, оксид фосфора 1,0-3,0 и носитель, состоящий из оксида алюминия 62,2-70,5, вносимого из мезопористого алюмосиликата и гидроксида алюминия, и оксида кремния 1,8-5,5.

Настоящее изобретение относится к способу получения устойчивого к сере легированного оксида алюминия, подходящего для применения в качестве подложки катализатора для обработки продуктов сгорания из двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности в производстве капролактама. Изобретение относится к способу приготовления медьсодержащего катализатора для дегидрирования циклогексанола в циклогексанон, включающему нанесение предшественника активного компонента из суспензии, состоящей из водного раствора аммиачно-карбонатного комплекса меди с распределенным в нем порошком твердого оксидного носителя - смеси белой сажи и бемита, термическую обработку и гранулирование катализаторной шихты.

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

Изобретение относится к вариантам носителей катализатора гидрооблагораживания вакуумного газойля. Согласно первому варианту носитель катализатора содержит 30-80 мас.% оксида алюминия в виде бемита или псевдобемита и 20-70 мас.% оксида алюминия, полученного предварительной обработкой гидроксида алюминия 1-7%-ным раствором азотной кислоты при температуре раствора 5-10°C и просушенного распылением в токе горячего воздуха при температуре 190-210°C с получением частиц, 80% которых имеют размер менее 45 мкм, при этом носитель имеет объем пор 0,54-0,70 см3/г и коэффициент механической прочности 2,6-3,5 кг/мм.
Изобретение относится к области химии и экологии, а именно глубокому окислению органических соединений, которое может быть применено к процессам очистки и обезвреживания газообразных и жидких выбросов, для дожига вредных органических соединений, в том числе летучих, галогенсодержащих и т.п., в отходящих газах.

Изобретение относится к каталитическим материалам, обладающим высокой активностью в различных химических реакциях, а также длительным сроком службы. Каталитические материалы состоят из особых гибридных сочетаний неорганических/полимерных соединений, содержащих наночастицы металлов, и могут легко использоваться повторно с пренебрежимо малым выщелачиванием катализаторов.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способу гидрообработки потоков исходного сырья. Катализатор содержит волокнистую подложку с кремнийсодержащими волокнами и цеолитом.

Изобретение относится к области каталитической химии и может быть использовано при очистке промышленных газовых выбросов и выбросов автотранспорта от углеводородов.

Изобретение относится к производству катализаторов для жидкофазного окисления серосодержащих соединений. Заявлен способ приготовления гетерогенного фталоцианинового катализатора для окисления серосодержащих соединений путем активации нетканого лавсана микроволновым излучением с частотой 2450 МГц мощностью 500-2000 Вт в течение 3-15 минут, обработки активированного материала в растворе тетра-4-[(4'-карбокси)фенилсульфанил]фталоцианина кобальта при концентрации 0,2-0,6 г/л в течение 2-4 часов и последующей выдержки материала в растворе гидроксида натрия при pH 8,0-8,5 в течение 40-80 минут.

Изобретение относится к способам изготовления катализаторов на подложке из стекловолокон и базальтовых волокон, может быть использовано для изготовления катализаторов очистки газовых выбросов различных производств, содержащих углеводороды, оксид углерода, оксиды азота.
Изобретение относится к области приготовления сорбентов и носителей для нанесенных катализаторов и может быть использовано для приготовления катализаторов для различных каталитических процессов.
Изобретение относится к области химии, а именно к технологии производства ценного полупродукта - метилхлорида, который является перспективным сырьем для производства этилена и других легких олефинов.
Изобретение относится к области химической промышленности, к каталитическим системам, которые могут использоваться, в частности, в реакциях окисления хлористого водорода в молекулярный хлор, оксихлорирования метана, для парциального окисления низших парафинов (C1-C4) до спиртов и альдегидов (оксигенатов).

Изобретение относится к подложке носителя катализатора, покрытой композицией грунтовки, увеличивающей площадь поверхности, и способу получения такой подложки. .
Изобретение относится к области химии и экологии, а именно глубокому окислению органических соединений, которое может быть применено к процессам очистки и обезвреживания газообразных и жидких выбросов, для дожига вредных органических соединений, в том числе летучих, галогенсодержащих и т.п., в отходящих газах.

Изобретение относится к новым способам синтеза катализаторов, которые могут использоваться, в частности, для глубокого окисления оксида углерода, органических и галогенорганических соединений, окисления сероводорода и диоксида серы, восстановления оксидов азота и для многих других каталитических реакций. Описан микроволокнистый носитель для катализаторов на основе стеклянных или минеральных микроволокон диаметром от 1 до 30 мкм, при этом носитель содержит на поверхности микроволокон слой пористого диоксида кремния, на наружной поверхности которого находится дополнительный слой активированного углерода. Изобретение относится также к способу его приготовления. Технический результат – увеличение его удельной поверхности до 100 м2г и более. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

Наверх