实施例1
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn-Si)的制备方法包括以下步骤:
第一步,首先将20克RuCl3xH2O(Ru含量大于或等于37%)溶于500毫升水中,同时配置500毫升5%NaOH溶液,采用并流法使两份溶液同时流入带有搅拌的反应槽内,沉淀完成后在80℃下继续搅拌3小时;然后将沉淀连同母液在150℃、4兆帕H2下还原6小时;最后再将所得固体用蒸馏水洗涤至滤液中不含Cl-,即得纳米金属Ru;
第二步,首先将第一步中得到的纳米金属Ru和500毫升5%NaOH溶液混合,另外将2.8克硅酸乙酯和0.80克醋酸锌混合,然后将硅酸乙酯和醋酸锌的混合溶液滴加到纳米金属Ru和NaOH的混合溶液中,在80℃下搅拌30分钟,将抽滤得到的固体在80℃干燥3小时,备用;
第三步,通过层层自组装法,将第二步中所得固体在500毫升0.5摩尔/升的硫酸锌溶液中还原5小时,还原温度为150℃,氢气压力为4兆帕,使Zn的碱式硫酸盐单层分散或接近单层分散在Ru活性组分表面上;然后将所得固体用蒸馏水洗涤至没有Zn2 ,即得所述的单层分散型Ru-Zn-Si催化剂。
Ru-Zn-Si催化剂XRD图见图2。用X-射线荧光光谱测得催化剂中Zn/Ru原子比为4%,Si/Ru的原子比为11.3%。
实施例2~5
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn-Si)的制备方法,与实施例1的步骤和加入的物质的量保持不变,其不同点在于,在实施例2~5的第二步,其醋酸锌的用量分别是2.68克、3.10克、4.32克、4.74克。
所得催化剂的XRD见图2。X-射线荧光光谱测得实施例2~5所制备的中Zn/Ru原子比分别为16%、18%、25%和28%,Si/Ru原子比分别为13.7%、12.9.7%和11.9%。从图2中可以看出当醋酸锌用量为Zn/Ru原子比为18%时,碱式硫酸锌盐在金属Ru表面单层分散。
实施例6
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn-Si)的制备方法,将实施例1中第二步中的0.80克醋酸锌换为4.05克硫酸锌,其它条件同实施例1。X-射线荧光光谱测得催化剂中Zn/Ru的原子比为17%,Si/Ru的原子比为17.5%,碱式硫酸锌盐在金属Ru催化剂上单层分散。
实施例7:
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Fe-Si)的制备方法:采用实施例1的制备方法,将第二步中的0.80克醋酸锌换为9.17克醋酸亚铁,第三步中500毫升0.5摩尔/升的硫酸锌溶液换为500毫升0.3摩尔/升硫酸亚铁溶液,其它条件同实施例1。Ru-Fe-SiXRD图见图3,X-射线荧光光谱测得催化剂中Fe/Ru原子比为20%,Si/Ru的原子比为15.7%,在金属Ru上单层分散物种为碱式硫酸铁盐。
实施例8
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Mn-Si)的制备方法:采用实施例1的方法,将第二步中0.80克醋酸锌换为3.34克醋酸锰,第三步中500毫升0.5摩尔/升的硫酸锌溶液换为500毫升0.01摩尔/升硫酸锰溶液。其它条件同实施例1。Ru-Mn-Si的XRD图见图4。X-射线荧光光谱测得催化剂中Mn/Ru的原子比15%,Si/Ru的原子比16.4%,在金属Ru上单层分散物种为碱式硫酸锰。
实施例9
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Ce-Si)的制备方法:采用实施例1的方法,将第二步中0.80克醋酸锌换为5.56克醋酸铈,第三步中500毫升0.5摩尔/升的硫酸锌溶液换为500毫升0.2摩尔/升硫酸高铈溶液。其它条件同实施例1。Ru-Ce-Si的XRD图见图5。X-射线荧光光谱测得催化剂中Ce/Ru的原子比为20%,Si/Ru的原子比13.9%,在金属Ru上单层分散物种为碱式硫酸铈。
实施例10
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-La-Si)的制备方法:采用实施例1的方法,将第二步中0.80克醋酸锌换为10.13克硫酸镧,第三步中500毫升0.5摩尔/升的硫酸锌溶液换为500毫升0.2摩尔/升硫酸镧溶液。其它条件同实施例1。Ru-La-Si的XRD图见图6。X-射线荧光光谱测得催化剂中La/Ru的原子比为15%,Si/Ru的原子比为14.1%,在金属Ru上单层分散物种为碱式硫酸镧。
所制备的催化剂的活性测定
《单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂及其制备方法》催化剂评价方法是中国国内外文献所公认的方法,数据具有可比性。苯选择加氢反应在GS-1型哈氏合金釜中进行。加入2克单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-M-Si),49.2克ZnSO4·7H2O,280毫升H2O。在H2压力为5.0兆帕和搅拌速率为800r/分钟的条件下,升温至150℃后加入140毫升苯,调节转速至1400r/分钟(以消除外扩散),每隔5分钟取样。采用气相色谱仪分析产物组成,FID检测器,面积校正归一法计算产物浓度,进而计算苯转化率和环己烯选择性。
1、实施例1~5所制备的催化剂的活性测定
测定实施例1~5所制备的催化剂15分钟时候苯转化率、环己烯选择性和收率及25分钟内环己烯最高收率,具体见表1。
/ |
Zn/Ru |
苯转化率% |
环己烯选择性% |
环己烯收率% |
环己烯最高收率% |
实施例1 |
4% |
92.0 |
59.7 |
54.9 |
54.9 |
实施例2 |
16% |
S1.6 |
67.7 |
55.2 |
56.3 |
实施例3 |
18% |
74.7 |
79.7 |
59.5 |
64.7 |
实施例4 |
25% |
54.0 |
82.3 |
44.4 |
54.0 |
实施例5 |
2S% |
19.5 |
90.9 |
17.7 |
33.2 |
由表1可以看出,由于Zn/Ru原子比为16~25%时所制备的催化剂属于单层分散型,在15分钟苯转化74.7%时,环己烯选择性和收率分别为79.7%和59.5%,环己烯最高收率为64.7%,不但高于其他催化剂,而且高于文献报道的水平。
2、实施例6~10所制备的催化剂的催化性能
按照实施例1~5测定催化剂活性的方法,测定实施例6~10的催化剂15分钟、20分钟时候苯转化率、环己烯选择性和环己烯收率,具体结果见表2。
表2:实施例6~10所制备的单层分散型催化剂15分钟时的催化性能
/ |
催化剂组成 |
时间分钟 |
苯转化率% |
环己烯选择性% |
环己烯收率% |
实施例6 |
Ru-Zn-Si |
20 |
71.6 |
79.9 |
57.2 |
25 |
77.8 |
77.5 |
60.3 |
||
实施例7 |
Ru-Fe-Si |
20 |
65.2 |
79.4 |
51.8 |
25 |
75.0 |
76.8 |
57.6 |
||
实施例S |
Ru-Mn-Si |
20 |
70.3 |
76.2 |
53.6 |
25 |
78.9 |
72.8 |
57.4 |
||
实施例9 |
Ru-Ce-Si |
20 |
57.6 |
82.1 |
47.3 |
25 |
61.8 |
80.9 |
50.0 |
||
实施例10 |
Ru-La-Si |
20 |
71.6 |
74.9 |
53.6 |
25 |
S1.4 |
71.7 |
58.4 |
由表2的结果可以看出:
实施例6所制备的单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn-Si),20分钟苯转化率71.6%时,环己烯选择性79.9%,收率为57.2%,25分钟苯转化77.8%时,环己烯选择性和环己烯收率为77.5%和60.3%。
实施例7所制备的单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Fe-Si),20分钟转化率65.2%时,环己烯选择性和收率分别为79.4%和51.8%,25分钟苯转化75.0%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为76.8%和57.6%。
实施例8所制备的单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Mn-Si),20分钟苯转化率70.3%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为76.2%和53.6%,25分钟苯转化78.9%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为72.8%和57.4%。
实施例9所制备的单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Ce-Si),20分钟苯转化率57.6%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为82.1%和47.3%,25分钟苯转化率61.8%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为80.9%和51.0%。
实施例10所制备的单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-La-Si),20分钟苯转化率71.6%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为74.9%和53.6%,25分钟苯转化率81.4%时,环己烯选择性和环己烯收率分别为71.7%和58.4%。
单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-M-Si)催化活性、环己烯选择性普遍较高,均高于文献报道的水平。
3、无硫酸锌存在时,《单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂及其制备方法》的催化剂的性能
催化剂评价方法除了不加硫酸锌外,其余操作完全同上面所述。评价结果见表3。
时间/分钟 |
苯转化率% |
环己烯选择性% |
环己烯收率% |
5 |
18.5 |
86.0 |
15.9 |
10 |
31.5 |
86.6 |
273 |
15 |
43.1 |
83.8 |
36.1 |
20 |
51.6 |
81.1 |
41.8 |
由表3可以看出,在没有硫酸锌存在下,在单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn-Si),20分钟苯转化51.6%时,环己烯选择性和收率分别为81.1%和41.8%。
4、单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-M-Si)性能
《单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂及其制备方法》将中国科学家提出的单层分散理论和方法应用于苯选择加氢制环己烯非负载型催化剂的制备。通过层层自组装的方法制备了单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-M-Si),(其中M为Zn、Mn、Fe、Ce和La等)系列催化剂。与其它苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn)相同评价条件(0.6摩尔/升硫酸锌)下,该发明的单层分散型苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-M-Si)的苯转化70%时,环己烯选择高于75%,环己烯收率高于53%,远远超过2012年3月前苯选择加氢制环己烯催化剂(Ru-Zn)工业运行指标:苯转化40%时,环己烯选择性80%左右,环己烯收率32%左右。
该发明催化剂在没有硫酸锌存在下,20分钟,苯转化51.6%时,环己烯选择性达到了81.1%,环己烯收率达到了41.8%,同样超过了2012年3月前工业催化剂的运行指标。这解决了在硫酸锌酸性条件下运行,该工艺对工业设备材质的抗腐蚀性要求高的难题。
该发明采用了原硅酸聚合物作为催化剂保护层,能极大的抑制催化剂聚结长大,延长催化剂的使用寿命。