Способ получения катализатора для орто-пара конверсии протия
Владельцы патента RU 2481891:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)
Изобретение относится к области гетерогенного катализа. Способ включает получение наночастиц родия или рутения при восстановлении ионов соответствующего металла под воздействием γ-излучения 60Со в обратномицеллярном растворе. Раствор содержит соль металла: RhCl3 или RuOHCl3, бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия (ПАВ) и изооктан. Обратномицеллярные растворы солей родия или рутения готовят при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют раствор изопропанола в количестве 5-50 масс.%, аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.% и раствор подвергают ультразвуковой обработке и деаэрации. Полученные наночастицы металла наносят на носитель - SiO2. Изобретение позволяет получить катализатор, предназначенный для работы в интервале температур 77-110 К. 4 табл., 4 пр.
Изобретение относится к области гетерогенного катализа,
в частности к способу получения катализатора для орто-пара конверсии протия.
Известен способ получения катализатора путем ионного обмена, при котором носитель из огнеупорного оксида, содержащего катион водорода, обрабатывают раствором, содержащим катионы металлов. Непосредственно после обработки оксид промывают водой для отделения химически не связанных металлических катионов. Далее оксид сушат, при этом часть металлических катионов восстанавливается при нагревании огнеупорного оксида до элементарного металла путем отделения от связанной воды, которая ассоциирована с металлическими катионами (Пат. Германии №1542012, кл. B01J 37/30 от 21.10.76 г.). Этот катализатор используется только для ионного обмена.
Известен способ получения катализатора для изотопного обмена между водой и водородом, где катализатор включает гидрофобную пористую матрицу с диспергированной в ней платиной и, по крайней мере, другой металл, выбранный из группы хрома или титана (пат. ЕР №1486457, кл. B01D 59/00, B01J 37/00-37/02 от 06.06.2003 г). Однако этот катализатор используется только для изотопного обмена между водой и водородом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения катализатора Ptмиц/Al2O3 для изотопного обмена протия и дейтерия и о-п конверсии протия. Наночастицы Pt образуются при радиационно-химическом восстановлении ионов платины в обратномицеллярных системах Н2[PtCl6]/H2O/ацетон/бис(2 этилгексил)сульфосукцинат натрия/изооктан. Наночастицы получены из трех различных исходных обратномицеллярных растворов, отличающихся значениями коэффициента солюбилизации ω=1,5, 3 и 5 («Перспективные материалы», №8, стр.288-293, 2010 г.).
Однако катализатор обладает невысокой каталитической активностью.
Техническим результатом изобретения является получение катализатора для орто-пара конверсии протия, обладающего высокой каталитической активностью и предназначенного для работы в интервале температур 77÷110 К.
Этот технический результат достигается получением катализатора для орто-пара конверсии протия, включающего получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла под воздействием γ-излучения 60Со и контактирования полученных наночастиц в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексид)судьфосукцинат натрия, и неполярного растворителя изооктана, с носителем, причем в качестве носителя используют SiO2, а в качестве соли металла используют RhCl3 или RuOHCl3 и готовят обратномицеллярные растворы родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовой раствор изопропанола в количестве 5-50 масс.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.%, перед воздействием γ-издучения 60Со раствор подвергают ультразвуковой обработке и деаэрации, при этом доза облучения составляет от 1 до 40 кГр, полученные катализаторы сушат, промывают изооктаном, изопропанолом и дистиллированной водой с последующей прокалкой.
Пример №1
Готовился обратномицеллярный раствор, состоящий из раствора соли родия RhCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ - бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 1:1 и дисперсионной среды - изооктана. Затем добавляют водно-спиртовой раствор изопропанола в количестве 3,4·10-3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10-2 г (30 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения 60Со до достижения дозы 1 кГр.
Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.
По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Rh/SiO2 по отношению к реакции орто-пара конверсии протия 6,21·1014 молекул/(см2·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Рtмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа. Данные по активности данного образца катализатора Rh/SiO2, приготовленного по примеру 1, в интервале температур 77÷110 К представлены в таблице 1.
Пример №2
Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1, среда - изооктан. Затем добавляют водно-спиртовой раствор изопропанола в количестве 3,4·10-2 г (50 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10-3 г (10 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения 60Со до достижения дозы 40 кГр.
Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.
По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Rh/SiO2 по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 6,63·1014 молекул/(см2·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.
Данные по активности данного образца катализатора Rh/SiO2, приготовленного по примеру 2, в интервале температур 77÷110 К представлены в таблице 2.
Пример №3
Готовился обратномицеллярный раствор из водного раствора соли рутения RuOHCl3, при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 1:1, в качестве дисперсионной среды взят изооктан. Затем добавляют водно-спиртовой раствор в количестве 3,4·10-3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10-2 г (30 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения 60Со до достижения дозы 1 кГр.
Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.
По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с нанесенными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Ru/SiO2 по отношению к орто-пара конверсии протия составила 6,31·1014 молекул/(см2·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.
Данные по активности данного образца катализатора Ru/SiO2, приготовленного по примеру 3, в интервале температур 77-110 К представлены в таблице 3.
Пример №4
Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuOHCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовой раствор в количестве 3,4·10-2 г (50 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10-3 г (10 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием γ-излучения 60Co до достижения дозы 40 кГр.
Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.
По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с нанесенными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Ru/SiO2 по отношению к реакции орто-пара конверсии протия составила 6,28·1014 молекул/(см2·с), что в ~3 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.
Результаты измерений удельной каталитической активности образца катализатора Ru/SiO2, приготовленного по примеру 4, в интервале температур 77-110 К представлены в таблице 4.
| Таблица 1 | |
| Значения удельной каталитической активности Rh/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 1, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водного раствора RhCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1) | |
| Kуд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К | |
| 77 | 110 |
| 6,21 | 6,38 |
| Таблица 2 | |
| Значения удельной каталитической активности Rh/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 2, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водного раствора RhCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1) | |
| Kуд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К | |
| 77 | 110 |
| 6,63 | 6,59 |
| Таблица 3 | |
| Значения удельной каталитической активности Ru/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 3, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1) | |
| Kуд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К | |
| 77 | 110 |
| 6,31 | 6,74 |
| Таблица 4 | |
| Значения удельной каталитической активности Ru/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 4, в отношении реакции орто-пара конверсии протия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1) | |
| Kуд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К | |
| 77 | 110 |
| 6,28 | 6,53 |
Представленные данные показывают отсутствие значимых различий в величинах каталитической активности при отношении мольного количества водно-спиртового раствора соли родия или рутения с добавлением аммиака к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1 и поглощенной дозе облучения 1÷40 кГр.
Способ получения катализатора для орто-пара конверсии протия, включающий получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла под воздействием γ-излучения 60Co и контактирования наночастиц, полученных в обратномицеллярном растворе, состоящем из водного раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя изооктана, с носителем, отличающийся тем, что в качестве носителя используют SiO2, а в качестве соли металла используют RhCl3 или RuOHCl3, и готовят обратномицеллярные растворы родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют раствор изопропанола в количестве 5-50 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.%, перед воздействием гамма-излучения 60Со раствор подвергают ультразвуковой обработке и деаэрации, причем доза облучения составляет от 1 до 40 кГр, полученные катализаторы сушат, промывают изооктаном, изопропанолом и дистиллированной водой, с последующей прокалкой.
