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【研究】邻硝基氯苯在活性炭负载铂催化剂上的加氢反应

发布日期:2018-11-16 10:50 来源:活性炭网 作者:活性炭网 浏览数:

铂/碳催化剂是邻硝基氯苯加氢成2,2-二氯肼苯的最重要的催化剂之一。 本文研究了催化剂的制备方法和载体。 活性炭的原料和制备方法对铂/碳催化剂的组成和表面结构有很大影响。 负

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介绍

2,2'-二氯肼基苯(DHB)是商业上重要的中间体,并且通常通过邻硝基氯苯的锌还原制备(Xu,1996)。该方法的主要缺点是还原时产生大量污泥。在氢氧化钠水溶液存在下使用负载的贵金属催化剂将邻硝基氯苯单步催化氢化成DHB变得更加重要,因为它是环境可接受的并且副产物苯胺也是有价值的产物。

Brenner是第一个披露使用铂/碳催化剂和氢氧化钠的方法的人(Brenner and Pricheet,1964)。还报道了硫化铂/碳催化剂用于氢化反应(Baessler和Fuchs,1980)。许多其他专利描述了提高氢化速率和DHB选择性的条件(Joachim,1980)。使用铂/碳催化剂的方法包括将邻硝基氯苯初始还原为邻 - 亚硝基氯苯,进一步还原为邻羟胺 - 氯苯,最后在氢氧化钠存在下形成DHB。邻氯苯胺的形成是如在图1所示主竞争性的副反应。图11(Peter et al。,1997)。

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图。1

邻硝基氯苯加氢成2,2'-二氯肼苯

铂/碳催化剂是该过程中最重要的因素。在这项工作中研究了催化剂的载体和制备方法。

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实验细节

材料和设备

活性炭(C1:SH767,C2:SH660,C3:SH602,C4:SH772)购自Shanghai Activated Carbon Co.Ltd。(中国),(pH约5.3)。纯度> 99.9%的氢气由上海浦江氢气有限公司(中国)供应,邻硝基氯苯由Changshan Chemical Co.Ltd。(中国)供应。甲苯,氢氧化钠和甲醛购自Shanghai Chemical Reagent Co.Ltd。(中国)。所有氢化实验均在1000cm 3哈氏合金反应器中进行。由新昌德利化学仪器有限公司(中国)提供的反应器系统包括配备有进气和出气系统,冷却盘管,自动温度控制器,可变搅拌速度控制器和安全爆破盘的搅拌容器。

催化剂制备

通过用H 2 PtCl 6溶液湿法浸渍商业活性炭,然后在80℃下用甲醛还原来制备铂/碳催化剂(1重量%)过滤液体,将催化剂储存在包装好的瓶子中。

活动测量

在典型的氢化实验中,将250g邻硝基氯苯,0.1g催化剂(通过铂计算),20g氢氧化钠,60g水和80ml甲苯放入干净,干燥的反应器中。用氢气冲洗反应器三次,然后加热至所需温度。通过液相色谱(SHIMADZU型SPD-10A,紫外检测器和125mm×4mm C18柱)分析中间体和产物。流动相为乙腈和水,体积比为55:45,流速为1.05ml / min,检测波长为220nm。

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结果和讨论

支持

载体对催化剂的制备非常重要。载体的主要作用是均匀地分散和稳定小金属颗粒,从而提供比相应的块状金属更多数量的催化活性原子,即使当后者接地到细粉末时也是如此。催化剂制造的最重要参数是活性炭的孔隙率,孔径分布和表面积。粉末或颗粒的粒度分布,耐磨性和灰分含量也是重要的参数(Auer等,1998)。

本研究比较了四种活性炭对催化剂的影响。通过电子显微镜观察的活性炭粉末的形态很大程度上由原料决定。椰子壳,木材和螺母基于活性炭容易识别的,因为起始材料的性质直接反映在最终产物中(图(图22)。

 
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图2

活化碳的SEM图像,放大倍数为500:1(a)C1; (b)C2; (c)C3; (d)C4

直径约50μm的典型颗粒显示松散结构,部分原因是所用原料的性质。以更高放大率拍摄的C1,C2和C4显示出良好的大孔性。通过大孔,试剂分子到达小孔和位于碳颗粒内部的活性中心。C3显示致密结构。

Peter等人(1997)选择V,Fe,Co,Cu,Re,Mo的盐作为还原促进剂,并研究了硝基芳烃氢化中的羟胺积累。他们发现添加钒作为催化促进剂可以提高反应速率并产生相对较纯的产物。

在这项工作中,如通过IRIS的Intrepid II XSP ICP确定的碳的金属含量列于表表11

表格1

活性炭的金属含量(μg/ g)

金属含量 C1 C2 C3 C4
0.113 0.084 0.102 0.086
1.54 1.55 2.22 1.84
0.103 0.234 0.109 0.009
18.01 7.27 6.03 2.53
607.5 1101 687.4 1055
ķ 63.2 15.1 60.7 92.0
135.3 389.5 243.4 294.0

78.3
12.0
198.9
48.8
灰分含量 1.10% 1.15% 1.57% 0.80%
选择性 88.7% 83.4% 80.5% 77.4%

结果显示数据不规则。原因可能是金属盐含量低,所有活性部位都被铂覆盖,金属盐含量对氢化过程影响不大或影响小于其他因素。

通过在Quanta Chrome装置中在77K下氮吸附进行载体的多孔结构的表征,并且通过使用BET方程获得总表面积。图中所示的支撑件的氮(77 K)吸附等温线(吸附量,以ml / g与相对压力)图33表示C1具有大的表面积和发达的孔隙率超过孔径的范围内。在低相对压力下的吸附量足够大并且表明窄微孔的重要贡献。此外,在较高的相对压力下,等温线显示出偏差,表明存在较宽的微孔,并且线性部分具有相当大的斜率,这是由于中孔的贡献(2 nm < d)总孔隙率<50nm)。C2,C4显示非常相似的微孔体积。C3具有不良的孔隙率和最低的体积。支撑件的孔隙率之差,也可以更好地随后通过绘制在杜比宁-Radush-kevich(DR)的坐标(图中的氮吸附数据(图4)。4)。情节的形状是相似的。由于微孔的填充,在低相对压力下(直到P / 0 = 0.1)的线性部分和在较高相对压力下的向上偏差归因于较宽孔的表面的覆盖。此外,C3上的吸附量甚至更低。

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图3

2吸附等温线(77 K)的不同活性炭

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图4

Dubinin-radush-kevich(DR)绘制了在活性炭上77K下2吸附的

结果见表表22具有高纯度,大的表面积和孔体积和适当的孔结构显示C3通常表现为邻硝基氯苯氢化为2,2'-二氯氢化活性高。

表2

载体对催化剂的影响

催化剂 A(m 2 / g) DHB(%) R(L / min) 重复使用次数
PT / C1 1917.35 88.7 0.89 10
PT / C2 1476.58 83.4 10.99 3
PT / C3 980.57 80.5 0.30 0
PT / C4 1418.27 77.4 0.59 2

注:A:表面积; DHB:2,2'-二氯氢苯; R:H 2消耗率

准备过程

铂/ C制备过程中最重要的步骤是金属前体。浸渍中金属前体之间的载体表面的相互作用极大地影响催化剂的金属吸附和分散。Fuente等(2001)研究了制备对使用H 2 PtCl 6和Pt(NH 34 Cl 2前体分散活性炭负载铂催化剂的影响,发现由H 2 PtCl 制备的催化剂与由Pt(NH 34 Cl 制备的催化剂相比,图6中所示的催化剂均匀分散并显示出更高的催化活性2但是当使用H 2 PtCl 6的前体时,不必考虑pH。讨论了五种不同pH值对催化剂的影响。

表33示出的金属前体溶液pH值有重要影响。在金属前体溶液中,前体分子扩散到载体中并与它们相互作用。如果溶液的pH高于载体的含水浆液的pH,则有利于阳离子吸附。因此,PtCl 2-的吸附应在较低的pH下进行。但是当pH太低会对活性炭的吸附平衡产生不利影响。

表3

pH对催化剂的影响

PH(左右) DHB(%) R(L / min) 重复使用次数
7 75.6 0.36 0
80.0 0.47 1
3 88.7 0.89 10
2 87.8 0.94 7
1 86.4 0.77 6

注意:R:H 2消耗率

催化剂表征

图55示出了催化剂的SEM图像。看起来Pt粒径分布窄,这似乎与催化活性的增加有关。颗粒的直径约为10nm,但无法检测到惰性碳表面上的Pt微晶。催化中心集中在观察表面的侧面,角度和缺陷上。

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图5

活性炭上的Pt颗粒来自木材

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结论

活性炭的原料和制备方法对铂/碳催化剂的组成和表面结构有很大影响。负载在活性炭上的铂催化剂具有高纯度,大表面积,孔体积和适当的孔结构,通常对邻硝基氯苯氢化成2,2'-二氯肼苯表现出高活性。使用pH = 3的金属前体(在我们的情况下由H 2 PtCl 6和具有低pH的载体制备)显示出高活性,选择性和长寿命。该研究的结果表明,特定载体的表面积对最终催化剂的性能有很大影响。


(责任编辑:活性炭网)
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