一种负载贵金属催化剂的活性炭载体的预处理方法

摘要

一种负载贵金属催化剂的活性炭载体的预处理方法，属催化技术领域。将颗粒活性炭先用盐酸处理，降低载体的灰分含量，将处理后的活性炭用氧化剂进行氧化处理，防止活性炭表面的还原基团对吸附液中的离子钯直接还原。然后对其进行洗涤，烘干，得到一种适合制备碳负载型贵金属催化剂的载体。酸处理后的活性炭采用添加氨水的方式对载体洗涤，除去Cl－，再用加热、水洗的方式除去多余的NH4+。

说明书

技术领域：本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种负载贵金属催化剂的活性炭载体的预处理方法，该方法涉及一种用于石油化工、制药等行业的各类有机化合物的加氢、脱氢过程的负载贵金属催化剂的活性炭载体的预处理。

背景技术：目前，负载型贵金属催化剂，被广泛用于有机化合物的加氢、脱氢反应，如炔烃加氢成烯烃、烯烃烷基化、芳烃加氢、醛加氢生成醇，硝基苯生成苯羟氨、芳香酮生成芳香醇等。而以活性炭做载体负载贵金属催化剂更显示了其独特的性能。

活性炭由于其本身的高比表面积和高吸附性能，在化工生产中有着广泛的用途，特别是以活性炭做载体制备负载型贵金属催化剂。由于活性炭具有许多细微褶皱和孔隙，易于藏载微小贵金属粒子，便于贵金属在活性炭表面上的分散与紧密固定，使催化剂具有良好的活性与稳定性，并有效地减少了固体表面物料冲刷等造成的贵金属流失，受到人们的普遍重视。制备负载型贵金属催化剂的过程表明，影响其催化活性的因素比较复杂，载体活性炭的预处理就是其中重要的一环。通过对载体进行预处理，可以改变载体的表面特性，进而影响贵金属在载体上的分布，从而影响催化剂的活性、选择性和稳定性。

当今，对活性炭的预处理，主要在以下几个方面：(1)酸处理，采用氢氟酸、硝酸、盐酸等对活性炭进行预处理，降低活性炭的灰分含量，在这里氢氟酸几乎能溶解活性炭中的所有杂质，使其灰分明显降低，但其腐蚀性较强，一般不用，因而主要集中在硝酸及盐酸的处理上，硝酸虽然可以降低灰分，但对比表面影响较大，而盐酸对表面影响不大。(2)氧化处理，采用硝酸、次氯酸钠、双氧水等氧化剂对活性炭进行氧化处理，一是对活性炭中的一些杂质进行选择性氧化，使其变成可溶性盐而除去，二是增加活性炭表面的-COO-(羧基)基团，破坏活性炭表面上的还原性基团，使贵金属更易于在载体表面的均匀分布，而且可以防止贵金属吸附时的直接还原，可有效地抑制贵金属晶粒度的增大。

一般在负载贵金属催化剂的活性炭载体预处理研究中，主要集中在酸处理中的硝酸和盐酸处理，但这样处理后的活性炭制备催化剂性能不稳定，而且吸附时，由于活性炭表面的还原基团的存在，会对其吸附的贵金属离子进行直接还原，造成金属晶粒度的增大，活性比较差。P·艾伯斯等在CN1097150A中提出，在活性炭负载贵金属活性组分前，先用硝酸洗涤，再用氧化剂进行氧化预处理，虽然可以有效地提高贵金属在载体上的均匀分布，但由于硝酸处理，使活性炭的比表面积明显降低，而且也不利于贵金属的吸附。

发明内容：本发明的目的，就是提供一种制备工艺简单、贵金属在载体表面均匀分布并具有适宜晶粒度的高性能的催化剂载体的预处理方法。

本发明的另一个目的，就是提供一种洗涤活性炭及催化剂的方式，在碳负载型贵金属催化剂中，由于Cl^-离子存在，对贵金属有明显的负效应，一般应洗涤除去，采用普通的水洗方式，要耗费大量的水，也很难除去。在本发明中提出采用氨洗的方式，使其中的Cl^-与NH₄⁺结合成NH₄Cl，通过加热煮沸而除去，这样可以明显的节约水的用量，可以有效地除去活性炭及催化剂中的Cl^-离子。

本发明的方法是通过以下技术方案实现的：

一种负载贵金属催化剂的活性炭载体预处理方法，包括先用酸洗的方式，降低活性炭中的灰分含量，再用氧化剂进行氧化处理，防止贵金属吸附时的直接还原。其特征在于：A、酸洗，活性炭首先用盐酸处理，其工艺条件可以为：盐酸浓度为1％～20％，温度30℃～100℃，时间30min～300min；B、洗涤，水洗除去Cl^-离子；  C、氧化，洗涤后的活性炭再进行氧化处理，氧化剂一般选用双氧水、次氯酸钠等，其工艺条件可以为：室温处理，双氧水和次氯酸钠的浓度为0.1％～30％，配比为1∶1～30∶1，反应时间10～300min；D、催化剂制备，按上述方法处理过的活性炭浸渍于贵金属活性组分溶液中，吸附贵金属，再采用羟胺、甲醛、水合肼、氢气等一种或几种的还原剂进行还原。

由于酸处理后，活性炭中含有大量的Cl^-离子，其对贵金属催化剂有明显的副作用，一般要水洗除去，采用普通的方法，耗时耗力，而且消耗大量的水，本发明采用氨水溶液高温洗涤，其工艺条件可以为：氨水浓度0.1％～2％，加热温度为煮沸，时间为3～10min，使其中的Cl^-与NH₄⁺结合成NH₄Cl，而除去，洗涤次数3～10次，然后再用水洗涤除去多余的NH₄⁺离子，加热煮沸3～10min，洗涤次数为3～10次。采用此工艺可以明显地降低洗涤水的用量；

具体实施方式：下面通过实施例对本发明进行阐述：

例1、称取4～8目椰壳活性炭30g，用10％的盐酸溶液120ml，加热50℃处理2h，过滤。用0.25％的氨水溶液100ml加热煮沸3～10min，过滤，重复3～10次，直到硝酸银检测不出Cl^-离子，然后用100ml/次水加热煮沸3～10min，3～10次，除去多余的NH₄⁺离子，过滤，烘干，称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-1。

例2、称取4～8目椰壳活性炭30g，用10％的硝酸溶液120ml，加热50℃处理2h，过滤，洗涤，直到二苯胺-硫酸溶液检测不出NO₃^-离子，烘干，称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-2。

例3、称取4～8目椰壳活性炭30g，用10％的盐酸溶液120ml，加热50℃处理2h，过滤。用0.25％的氨水溶液100ml加热煮沸3～10min，过滤，重复3～10次，直到硝酸银检测不出Cl^-离子，然后用100ml/次水加热煮沸3～10min，3～10次，除去多余的NH₄⁺离子，过滤，添加100ml水、10ml双氧水，室温处理4h，洗涤，烘干。称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-3。

例4、称取4～8目椰壳活性炭30g，用10％的硝酸溶液120ml，加热50℃处理2h，过滤。洗涤，直到二苯胺-硫酸溶液检测不出NO₃^-离子，添加100ml水、10ml双氧水，室温处理4h，洗涤，烘干。称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-4。

例5、称取4～8目椰壳活性炭30g，用10％的盐酸溶液120ml，加热50℃处理2h，过滤。用0.25％的氨水溶液100ml加热煮沸3～10min，过滤，重复3～10次，直到硝酸银检测不出Cl^-离子，然后用100ml/次水加热煮沸3～10min，3～10次，除去多余的NH₄⁺离子，过滤，添加100ml水、10ml双氧水，1.5ml次氯酸钠，室温处理4h，洗涤，烘干。称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-5。

例6、称取4～8目椰壳活性炭30g，用20％的盐酸溶液120ml，加热50℃处理2h，过滤。用0.1％的氨水溶液100ml加热煮沸3～10min，过滤，重复3～10次，直到硝酸银检测不出Cl^-离子，然后用100ml/次水加热煮沸3～10min，3～10次，除去多余的NH₄⁺离子，过滤，添加100ml水、15ml双氧水，0.5ml次氯酸钠，室温处理4h，洗涤，烘干。称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-6。

例7、称取4～8目椰壳活性炭30g，用1％的盐酸溶液120ml，加热80℃处理2h，过滤。用2％的氨水溶液100ml加热煮沸3～10min，过滤，重复3～10次，直到硝酸银检测不出Cl^-离子，然后用100ml/次水加热煮沸3～10min，3～10次，除去多余的NH₄⁺离子，过滤，添加100ml水、5ml双氧水，5ml次氯酸钠，室温处理4h，洗涤，烘干。称取5g处理过的活性炭，直接吸附按计算量钯含量为0.5％的钯盐溶液，在碱性条件下用甲醛还原，过滤，洗涤，直到硝酸银检测不出Cl^-离子存在，干燥。标记为V-7。

催化剂活性评价：

为了检测催化剂的性能，需要对其活性进行评价，在本发明中是通过在粗对苯二甲酸加氢精制反应中检测催化剂的活性。

催化剂活性是以对苯二甲酸中有害杂质对羧基苯甲醛的转化率来表示的。

在0.5升高压反应釜中，加入0.5g催化剂，然后加入不锈钢筛网隔离催化剂与搅拌浆的接触，加入含有8000ppm对羧基苯甲醛的粗对苯二甲酸30g，水270ml，氢气压力0.3Mpa，反应温度280℃，时间1h，搅拌速度1000n/min。实验检测结果列于表1：

                 表1  载体的预处理对催化剂性能的影响

              表面元素含量/％  比表面积   表面Pd    催化剂Pd    转化率催化剂  灰分/％

                C        O       /m²/g   含量/％    含量/％     /％ V-1    0.043     98.93     0.93      900      13.34      0.42      83.3 V-2    0.111     96.35     1.94      456      7.68       0.35      95 V-3    0.024     98.13     1.10      933      15.44      0.45      95.6 V-4    0.099     96.32     2.46      537      21.90      0.38      96.2 V-5    0.022     97.00     2.90      940      23.34      0.48      98.8 V-6    0.019     97.23     3.02      952      22.56      0.48      97.4 V-7    0.028     97.45     3.23      938      22.14      0.48      98.0

从表中可知，由于氧化剂的添加，有助于载体活性炭表面O含量的增加，有助于催化剂中Pd的吸附及Pd在载体表面的均匀分布，因而有助于催化剂活性的提高。双氧水的氧化性虽然比较弱，但其有助于Pd的均匀分布，提高Pd的分散度，而次氯酸钠由于强氧化性，可以有效防止吸附时Pd²⁺直接还原为金属Pd。两者配合使用，可以明显地降低活性炭性能的差异、提高Pd的均匀分布，使催化剂的活性明显提高，而且，其稳定性也得到明显的改善。采用硝酸-双氧水处理，虽然也有助于活性的提高，但由于硝酸处理使载体的比表面积明显降低，催化剂Pd含量降低，这样不利于催化剂的长时间使用，催化剂寿命短。因此，本发明具有其明显的优越性，可以明显改善其不足，使催化剂活性及其稳定性都得到很大程度的提高。