Способ металлизации кремнезема

 

Использование: сорбенты, наполнители катализаторов. Сущность изобретения: способ включает обработку кремнезема парами хлорида металла с последующим восстановлением, которое осуществляют в замкнутом объеме магнием в присутствии хлористого водорода в количестве 0,1 - 0,2 мас.%, причем магний и кремнезем с металлохлоридными группами на поверхности пространственно разделены. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к получению сорбентов и может быть использовано в химической промышленности в процессах с сорбции, очистки газов и катализе.

Известен способ металлизации кремнезема, наиболее близкий по решению технической задачи к предлагаемому изобретению. В этом способе с целью увеличения дисперсности металла, а также предотвращения окисления металла, предлагают силикагель обрабатывать при 600^оС парами CuCl в течение 2 ч. Затем с целью удаления физически сорбированного хлорида продувают сухим азотом в течение 1 ч с последующим восстановлением образца при 450^оС током сухого водорода в течение 2 ч. Далее реактор остужают и при комнатной температуре обрабатывают парами сухого аммиака в течение 1 ч. Такая обработка позволяет избежать окисления дисперсного металла.

Недостатком этого способа является то, что образующийся комплекс Me-NH₃ легко разрушается при обычной температуре хранения с заменой групп NH₃ молекулами О₂ или Н₂О, что ведет к постепенному окислению дисперсного металла.

Целью изобретения является получение металла высокой дисперсности, стабильного к окислению воздухом при комнатной температуре и длительном хранении.

Поставленная цель достигается тем, что в способе металлизации кремнезема, включающем обработку его парами хлорида металла при температуре не ниже температуры конденсации соответствующего хлорида, продувку сухим инертным газом до полного удаления физически сорбированого хлорида и последующее восстановление образца по предлагаемому способу осуществляют в замкнутом объеме магнием в присутствии хлористого водорода в количестве 0,1-0,2 мас.%, причем магний и кремнезем с металлхлоридными группами на поверхности пространственно разделены.

Известно, что окисление кислородом воздуха дисперсного металла на подложке даже при комнатной температуре сильно зависит от наличия растворенного в металле водорода. Как известно, при восстановлении из хлоридов многие металлы растворяют в себе водород и адсорбируют его. Избежать этого при восстановлении традиционным способом в токе водорода невозможно. Присутствии такого водорода в металле усиливает способность металла к окислению и проявляется в виде "пирофорности" металла. В предлагаемом способе процесс восстановления протекает по следующей схеме: Mg + 2HCl → MgCL₂ + H₂Mg+2HCl __→ MgCl₂+H (1) 2FeCl₃ + 3H₂ → 2Fe + 6HCl2FeCl₃+3H₂ __→ 2Fe+6HCl (2) Как видно из схемы реакции (1), в результате взаимодействия магния с заданным количеством газообразной HCl получается строго определенное колилчество водорода, который взаимодействует с нанесенными на поверхность кремнезема металлхлоридными группами по реакции (2) с образованием металла на носителе, причем при этом образуется новая порция HCl, которая снова реагирует с магнием и процесс протекает до полного восстановления металлхлоридными группами до металла. При этом избыточного водорода (который всегда есть при восстановлении по известному способу, когда подают ток газообразного водорода) при проведении металлизации предлагаемым способом не возникает, поскольку реакции (1) и (2) взаимосвязаны, а это позволяет избежать поглощения водорода кремнеземом.

Раздельное размещение магния и кремнезема с нанесенными металлхлоридными группами необходимо в связи с тем, что при совместном присутствии магния и металлсодержащего кремнезема восстановление будет происходить также и за счет магния как восстановителя, причем продукт восстановления будет содержать примесь непрореагировавшего магния, что загрязняет продукт. Количество магния должно быть взято с некоторым избытком по сравнению с количеством магния, рассчитанного по реакциям (1) и (2), исходя из имеющихся на поверхности железохлоридных групп, чтобы магния хватило на полное их восстановление.

Количество хлористого водорода (0,1-0,2 мас.%) определяется необходимостью минимального его введения для осуществления реакции. Пространственное разделение магния и кремнезема с нанесенными металлхлоридными группами осуществляется в стеклянной ампуле, как показано на чертеже, где 1 - стеклянная (пирексовая ампула), 2 - сеточка из стеклоткани, на которую помещают магний 3 - силикагель с нанесенными металлхлоридными группами.

П р и м е р 1. В одну часть стеклянной ампулы помещают 1 г силикагеля ШСК, содержащего медьхлоридные группы, нанесенные на поверхность ШСК путем обработки парами CuCl при 400^оС в течение 2 ч с дальнейшим удалением физически сорбированного хлорида, а в другую часть ампулы 1 г порошкообразного магния и микроколичества хлористого водорода в количестве 3 мл. После откачки воздуха из ампулы, который может мешать полному восстановлению, и запаивания ампулы ее помещают в печь, нагревают при 300^оС в течение 1 ч. В результате получается продукт, содержащий кремнезем с металлической медью на поверхности.

Состав продукта 72 мг Cu^o на 1 г силикагеля. Удельная поверхность металла 300 м²/г.

П р и м е р 2. В одну часть стеклянной ампулы помещают 1 г аэросила (А-300), содержащего железо хлоридных групп, нанесенные на поверхность аэросила путем обработки парами FeCl₃ при 280^оС в течение 2 ч с дальнейшим удалением физически сорбированного хлорида, а в левую часть ампулы - 1 г магния в виде стружки и микроколичества хлористого водорода в количестве 1 мл. После откачки объема ампулы и запаивания ампулы ее помещают в печь, нагревают при 600^оС в течение 1 ч. В результате получается продукт, содержащий кремнезем с металлическим железом на поверхности. Состав продукта 56 мг Fe^o на 1 г аэросила. Удельная поверхность металла 290 м²/г.

Сравнительная характеристика способов предлагаемого и известного дана в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет сохранять длительное время металлизированный кремнезем без уменьшения активной поверхности металла.

Формула изобретения

СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ КРЕМНЕЗЕМА, включающий обработку его парами хлорида металла при повышенной температуре, продувку инертным газом до полного удаления физически сорбированного хлорида металла и последующее восстановление при нагревании, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения высокодисперсного продукта, более стабильного к окислению воздухом при комнатной температуре в процессе длительного хранения, восстановление осуществляют в замкнутом объеме в присутствии порошкообразного магния с добавлением к нему хлористого водорода, взятого в количестве 0,1 - 0,2 мас.% от количества кремнезема, причем магний и кремнезем размещены в общем реакционном объеме раздельно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2