钯-金催化剂的制备方法

文档序号:4940126
钯-金催化剂的制备方法
【专利摘要】公开了负载的钯-金催化剂的新制备方法。该方法包括使二氧化钛载体硫酸化,煅烧该硫酸化的载体,用钯盐、金盐和碱金属或铵化合物浸渍该经煅烧的载体,煅烧该经浸渍的载体,和将该经煅烧的载体还原。所得负载的钯-金催化剂在乙酰氧基化中具有增加的活性和稳定性。
【专利说明】钯-金催化剂的制备
[0001]本申请是基于申请日为2007年I月10日、申请号为200780004330.6、发明名称为“钯-金催化剂的制备”的中国专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及负载的钯-金催化剂。更具体地说,本发明涉及在乙酰氧基化中具有增加的催化活性和活性稳定性的负载的钯-金催化剂。
【背景技术】
[0003]钯-金催化剂是已知的。它们用于乙酰氧基化。例如,乙烯在钯-金催化剂和乙酸存在下的氧化产生乙酸乙烯酯,后者是对聚合物工业有用的单体。
[0004]乙酰氧基化通常通过气相反应使用负载的钯-金催化剂来进行。钯-金催化剂的负载方法是已知的。一般而言,该方法包括将钯盐和金盐的混合物沉积到载体上然后将该IE和金还原成金属。
[0005]钯和金都是贵金属。因此,已经作出了许多努力来提高催化活性和减少所需要的催化剂的量。例如,美国专利号6,022,823揭示了在还原金属之前煅烧浸溃有钯盐和金盐的载体。该催化剂显示改进的活性。
[0006]工业仍面对的一个挑战是负载的钯-金催化剂通常在乙酰氧基化中被钝化。因此,增加负载的钯-金催化剂的活性稳定性对工业是重要的。理想地,催化剂将具有增加的活性或生产能力但是不会造成增加的成本。

【发明内容】

[0007]本发明是负载的钯-金催化剂的制备方法。该方法包括使二氧化钛载体硫酸化。煅烧该硫酸化的载体。然后用含钯盐、金盐和碱金属或铵化合物的溶液处理该经煅烧的载体。该碱金属或铵化合物在该载体的浸溃期间与钯和金盐反应。煅烧该经浸溃的载体以使该钯和金盐部分分解。该煅烧产物经历还原而将钯和金还原成金属。
[0008]本发明包括根据本发明方法制备的钯-金催化剂。本发明还包括该催化剂在用于制备乙酸乙烯酯和乙酸烯丙酯的乙酰氧基化中的用途。与本领域中已知的钯-金催化剂相t匕,根据本发明方法制备的催化剂在乙酰氧基化中显示改进的催化活性稳定性。
【具体实施方式】
[0009]本发明的方法包括使二氧化钛载体硫酸化。所谓的〃硫酸化〃是指将硫酸盐引入二氧化钛载体。硫酸化可以在二氧化钛生产过程中或在制备二氧化钛之后通过后处理来进行。在使二氧化钛硫酸化的过程中,可以控制硫酸盐残基的量。或者,可以通过用硫酸化剂处理二氧化钛来进行该硫酸化步骤。得自硫酸化二氧化钛过程或任何其它来源的含硫酸盐的二氧化钛可以,或可以不进一步硫酸化。
[0010]适合的硫酸化剂包括硫酸、过硫酸和它们的盐等,和它们的混合物。优选地,硫酸化剂是硫酸或过硫酸的盐。盐比酸更便于处理,因为它们的危险性更小。
[0011]优选地,上述硫酸化的二氧化钛包含大于或等于0.01重量%的硫(S)。更优选地,硫酸化的二氧化钛包含0.01重量%-大约5重量%的S。最优选地,硫酸化的二氧化钛包含
0.1重量%-大约1.0重量%的S。
[0012]优选地,通过使氯氧化钛或硫酸氧钛水解制备用于后处理的二氧化钛,该二氧化钛是纳米结构化的并且是结晶锐钛矿。
[0013]然后煅烧该硫酸化的二氧化钛。通过在优选500°C -900°C,更优选600°C -800°C,最优选650°C -750°C的温度下加热二氧化钛来进行煅烧。
[0014]优选地,经煅烧的二氧化钛具有0.1立方厘米/克-0.75立方厘米/克的孔隙体积和0.5平方米/克-500平方米/克的表面积。更优选地,该孔隙体积为0.10立方厘米/克-0.65立方厘米/克;表面积为I平方米/克-200平方米/克。最优选地,表面积为2平方米/克-50平方米/克。
[0015]令人惊奇地发现煅烧硫酸化的载体显著地提高由其制备的钯-金催化剂的乙酰氧基化活性。煅烧硫酸化二氧化钛载体的一种可能的作用是烧结和改性载体表面并因此使得负载于其上的钯和金金属更好配合。
[0016]将经煅烧的载体浸溃。可以使用任何适合的浸溃方法。例如,美国专利号6,022,823教导了如何浸溃载体。
[0017]可以同时地或依次地用钯盐、金盐和碱金属或铵化合物处理载体。优选地,浸溃在水溶液中进行。溶液的浓度和所使用的每种溶液的量取决于最终催化剂产物中所需的钯和金浓度。
[0018]适合的钯盐包括氯化钯、氯亚钯酸钠、硝酸钯、硫酸钯等,和它们的混合物。适合的金盐包括氯化金、四氯金酸、四氯金酸钠等,和它们的混合物。四氯金酸钠和氯化钯或氯亚钯酸钠是最常用的。
[0019]适合的碱金属或铵化合物包括碱金属或铵的氢氧化物、碱金属或铵的碳酸盐、碱金属或铵的碳酸氢盐、碱金属或铵的硅酸盐等、和它们的混合物。
[0020]浸溃载体的一种方法包括首先用碱金属或铵化合物的水溶液处理该载体。然后使已经被含碱金属或铵化合物的水溶液处理的载体与含钯盐和金盐的水溶液接触。
[0021]在另一种方法中,在用碱金属或铵化合物的水溶液处理之前用钯和金溶液进行浸溃。在该工序中,载体的吸收容量基本完全地被钯盐和金盐的水溶液填充。通常,这是如下实现的:将该溶液滴到载体上直至达到初步润湿。然后使浸溃有钯盐和金盐的载体与碱金属或铵化合物接触。
[0022]第三种方法包括在与载体接触之前将碱金属或铵化合物和贵金属化合物混合。与载体的接触可以如下进行:将该混合物滴落或喷雾到载体上直至初步润湿或制备粉末载体在该溶液中的浆料。
[0023]优选用水洗涤经浸溃的催化剂以除去在浸溃期间形成的碱金属盐例如氯化物并在煅烧之前加以干燥。
[0024]煅烧经浸溃的载体,即在非还原性气氛中在高温下进行加热。优选地,在使得一部分钯和金盐分解的条件下进行煅烧。更优选,在煅烧期间使钯和金盐的至少10%分解。
[0025]优选地,在大约100°C -大约600°C的温度下进行浸溃载体的煅烧。更优选,该温度在100°C -300°c的范围之内。最优选,该温度在150°c _250°C的范围之内。
[0026]用于煅烧的适合的非还原性气体包括惰性或氧化气体例如氦气、氮气、氩气、氖气、氮氧化物、氧气、空气、二氧化碳等,和它们的混合物。优选地,在氮气、氧气或空气或它们的混合物的气氛中进行煅烧。
[0027]钯盐和金盐的分解程度取决于所使用的温度、所沉积的盐和煅烧该沉积的含硫酸盐的二氧化钛的持续时间并且可随后进行挥发性分解产物的监测。例如,当用钯和金的碳酸盐浸溃载体时,可以测量放出的二氧化碳(CO2)的量。
[0028]煅烧步骤之后,还原所得的产物以将钯盐和金盐转化成相应的金属。通过在还原剂存在下加热来进行还原。适合的还原剂包括氨、一氧化碳、氢气、烃、烯烃、醛、醇、肼、伯胺、羧酸、羧酸盐、羧酸酯等,和它们的混合物。氢气、乙烯、丙烯、碱性肼和碱性甲醛是优选的还原剂,乙烯和氢气是尤其优选的。
[0029]用于还原的温度范围可以为环境至大约600°C。更优选地,还原温度在300°C _600°C的范围之内。最优选,还原温度在450°C _550°C的范围之内。该还原而获得负载的IE -金催化剂。
[0030]本发明包括根据本发明方法制造的负载的钯-金催化剂。优选地,该负载的钯-金催化剂包含0.1重量%-3重量%的钯和0.1重量%-3重量%的金,并且钯与金的重量比在5/1-1/3的范围内。更优选地,该负载的钯-金催化剂包含0.5重量%-1.5重量%的钯和
0.25重量%-0.75重量%的金;钯与金的重量比在2.5/1-1/1.5的范围内。
[0031]根据本发明制造的负载的钯-金催化剂具有许多用途。例如,它可以用于部分氧化、氢化、羰基化、氨合成、选择加氢、乙酰氧基化、催化燃烧或完全氧化、三向催化、NOx脱除、甲醇合成、过氧化氢合成、加氢甲酰化、烷基化和烷基转移、氧化羰基化、烯烃与芳族化合物的偶合和由丙酮制备甲基异丁基酮。
[0032]根据本发明制造的负载的钯-金催化剂尤其可用于制备乙酸乙烯酯和乙酸烯丙酯。乙酸乙烯酯和乙酸烯丙酯的各种制备方法是已知的。例如,美国专利号3,743,607和3,775,342教导了如何使用钯-金催化剂制备乙酸乙烯酯。
[0033]为了用于制备乙酸乙烯酯和乙酸烯丙酯,优选用钾化合物例如乙酸钾处理负载的钯-金催化剂。钾处理可以如下进行:将催化剂与乙酸钾溶液混合,过滤并干燥经处理的催化剂。
[0034]一般而言,乙酸乙烯酯可以通过在乙酸和负载的钯-金催化剂存在下将乙烯氧化来制备。乙酸烯丙酯可以通过类似的方式但是使用丙烯而不是乙烯来制备。
[0035]令人惊奇地发现根据本发明制造的催化剂不但显示高的催化活性而且显示高的活性稳定性。现有的钯-金催化剂中的一个问题是催化剂随时间损失活性。本发明提供解决该问题的方案。
[0036]以下实施例仅仅是说明本发明。本领域技术人员应该理解在本发明的精神和权利要求书的范围内的许多变化。
[0037]实施例1
[0038]使二氧化钛硫酸化
[0039]在室温下将二氧化钛(20克,得自Millennium Chemicals公司的GP350,由氯氧化钛的水溶液经水解制备)与50毫升过硫酸铵的0.05摩尔/升水溶液混合,并搅拌至少两小时。过滤该浆料,并在烘箱中在105°C的温度下将固体干燥至少16小时而产生硫酸化的二氧化钛。
[0040]煅烧硫酸化的二氧化钛
[0041]在700°C下煅烧该硫酸化的二氧化钛6小时。它具有32.5平方米/克的最终表面积,0.20毫升/克的孔隙体积和0.23重量%的硫含量。根据以下方法测量硫含量。
[0042]在可密封的可微波加热的容器中将二氧化钛样品(0.5克)与氢氟酸(5毫升)混合。在压力下在微波中加热该混合物直至溶解。在冷却后,用去离子水稀释到50毫升。使用IRIS Intrepid II电感偶合等离子体发射光谱仪进行测量并报道为硫%。
[0043]Mt
[0044]将NaAuCl4 (0.194 克)、Na2PdCl4 (0.496 克)和 NaHCO3 (0.510 克)溶于水(20 毫升)。将该溶液与上述煅烧的二氧化钛(10克)混合以形成浆料。保持该浆料过夜以允许金属化合物沉积到二氧化钛的表面上。过滤该混合物。通过与水(20毫升)混合并再次过滤洗涤该固体。然后在烘箱中在105°C下干燥至少16小时。
[0045]煅烧经浸渍的载体
[0046]在反应器中在200°C下在流动空气中煅烧上述浸溃的二氧化钛三小时以有效影响所沉积的贵金属盐的超过10%的部分分解。
[0047]还原
[0048]在上述煅烧之后,用氮气吹扫反应器,然后将5%氢气在氮气中的混合物引入该容器。以10°c /分钟的速度使温度等变到500°C。在这一读数下保持温度三小时。用氮气吹扫该反应器,然后在流动氮气中将所得催化剂冷却到室温。在冷却后,洗涤样品以除去任何残存的氯化物(通过用硝酸银溶液试验测定),然后在105°C下在烘箱中干燥。
[0049]钟处理
[0050]在室温下使上面所得的催化剂(5克)与过量的(>10毫升)的乙酸钾5重量%水溶液接触10分钟。过滤该混合物;在105°c下在烘箱中干燥该钾处理的催化剂至少4小时。
[0051]乙酸乙烯酯制备
[0052]将该钾处理的催化剂按1:9的比例与惰性氧化铝载体混合以使热梯度的影响最小化。将该混合物(0.5克)放入石英玻璃反应器中。将温度升到110°C,然后在常压和13,200的气时空速下让该材料暴露于77%乙烯、11%氦气、9%氧气和3%乙酸的气体进料组成下。使用质谱仪分析反应器流出物。然后重复地以2V /分钟的速度将温度从110°C等变到160°C并再次冷却到110°C。
[0053]通过计算在流程(stream)中的给定时间处在135°C下内插的速率比较催化剂的性能并由在110°C和160°C之间取得的数据计算。通过注射已知量的乙酸乙烯酯进行校准。结果列于表I中,该结果表明催化剂显示高活性。表I还列出了在流程中的第I小时和第6小时测量的催化剂活性。结果表明催化剂活性随在反应条件下暴露增加而提高。
[0054]表I
[0055]乙酸乙烯酯生产中的催化剂活性和活性稳定性
[0056]
【权利要求】
1.负载的钯-金催化剂的制备方法,所述方法包括 (a)利用选自过硫酸、它们的盐及其混合物的硫酸化剂使二氧化钛载体硫酸化; (b)煅烧该硫酸化的载体; (C)用钯盐、金盐和碱金属或铵化合物浸溃该经煅烧的载体; (d)煅烧该经浸溃的载体;和 (e)将步骤(d)的经煅烧的载体还原而形成负载的钯-金催化剂。
2.权利要求1的方法,其中该硫酸化剂是过硫酸铵。
3.权利要求1的方法,其中步骤(b)中的煅烧在600°C_900°C的温度下进行。
4.权利要求3的方法,其中该温度在650°C_750°C的范围之内。
5.权利要求1的方法,其中该碱金属或铵化合物选自氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、娃酸盐和它们的混合物。
6.权利要求1的方法,其中该碱金属或铵化合物是碳酸盐或碳酸氢盐。
7.权利要求1的方法,其中该钯盐和金盐选自氯化钯、氯亚钯酸钠、硝酸钯、硫酸钯、氯化金、四氯金酸、四氯金酸钠和它们的混合物。
8.权利要求1的方法,其中在非还原性气氛中在100°C-600°C的温度下进行步骤(d)的煅烧。
9.权利要求8的方法,该非还原性气氛选自氦气、氮气、氩气、氖气、氮氧化物、氧气、空气、二氧化碳和它们的混合物。
10.权利要求8的方法,其中该煅烧温度在100°C_300°C的范围之内。
11.权利要求1的方法,其中在氢气或氢气与惰性气体的混合物中进行还原。
12.权利要求11的方法,其中在300°C_600°C的温度下进行还原。
13.权利要求11的方法,其中在450°C_550°C的温度下进行还原。
14.权利要求1的方法,该方法还包括用钾盐处理步骤(e)的负载的钯-金催化剂。
15.通过权利要求1的方法制备的负载的钯-金催化剂。
16.乙酸乙烯酯的制备方法,包括在乙酸和权利要求15的负载的钯-金催化剂存在下将乙烯氧化。
【文档编号】B01J23/52GK103801291SQ201410098192
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2007年1月10日 优先权日:2006年2月2日
【发明者】S·M·奥古斯丁 申请人:利安德化学技术有限公司
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