DE4319648C2 - Platin auf Aktivkohle enthaltender sulfidierter Katalysator - Google Patents
Platin auf Aktivkohle enthaltender sulfidierter KatalysatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Platin auf Aktivkohle
enthaltenden sulfidierten Katalysator und ein Verfahren
zu seiner Herstellung.
Sulfidierte edelmetallhaltige Katalysatoren werden seit
Jahrzehnten großtechnisch hergestellt und angewandt. In
der DE-PS 21 50 220 wird zum Beispiel ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Katalysators beschrieben.
Durch Sulfidierung des edelmetallhaltigen Katalysators
mit einer schwefelhaltigen chemischen Verbindung wird
durch partielle Vergiftung des Katalysators eine höhere
Selektivität in der gewünschten chemischen Reaktion bei
in der Regel verminderter Katalysatoraktivität erzielt.
Über den Mechanismus der Sulfidierung selbst, die Natur
des gebundenen Schwefels an der Katalysatoroberfläche
sowie die Interaktion zwischen Schwefel, Edelmetall und
Träger ist wenig bekannt.
Besonders bei der selektiven Hydrierung von Halogen
nitroaromaten (siehe zum Beispiel die nicht vorveröffentlichte
DE 42 18 866 C9) und der reduktiven Alkylierung
(DE-OS 27 36 228) werden Platin als Edelmetall und
Aktivkohle als Träger enthaltende Katalysatoren vor
anderen Katalysatorsystemen bevorzugt.
Die Selektivität dieser Katalysatoren in diesen
Reaktionen wird durch teilweise Vergiftung durch
Sulfidierung verbessert.
Als Sulfidierungsmittel werden Schwefel selbst oder weitere
schwefelhaltige Verbindungen, wie H₂S, Dimethylsulfoxid,
(NH₄)₂S, Na₂S oder Na₂SO₄ verwendet, wobei z. B. durch Einwirken einer
starken Säure, wie H₂SO₄, der Schwefel der schwefelhaltigen
Verbindung freigesetzt wird. Hierbei werden
Konzentrationen von 0,1-10 Mol Schwefel pro Mol Platin,
vorzugsweise aber 0,1-2 Mol Schwefel pro Mol Platin
angewendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungs
gemäßen Katalysator sowie ein Verfahren zu seiner
Herstellung anzugeben, der nach partieller Vergiftung durch
Sulfidierung mit konventionellen Sulfidierungsmitteln eine
deutlich verbesserte Katalysatorleistung als herkömmliche
Katalysatoren aufweist.
Die Aufgabe wird durch einen Platin auf Aktivkohle
enthaltenden sulfidierten Katalysator mit einem Platin
gehalt von 0,1 bis 5,0 Gew.-% und einem Schwefelgehalt von
0,1 bis 2 Mol/Mol Platin gelöst, erhältlich durch Mischen
einer wäßrigen Lösung einer Platinverbindung mit einer
wäßrigen Suspension von Aktivkohle, Erwärmen der Mischung
auf eine Temperatur zwischen 70 und 100°C, Ausfällen der
Platinverbindung mit einer Base und Reduzieren der schwer
löslichen Platinverbindung mit einem Reduktionsmittel unter
Beibehaltung der Temperatur, Abfiltrieren und Waschen des
so erhaltenen Produkts mit destilliertem Wasser, Behandeln
mit einem Sulfidierungsmittel und erneutes Waschen. Der
Katalysator ist dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige
Lösung der Platinverbindung ein Oxidationsmittel enthält
und daß die Aktivkohle einen mittleren Teilchendurchmesser
von 15 bis 30 µm, eine spezifische Oberfläche von mehr als
500 m²/g, ein Gesamtporenvolumen von mehr als 0,5 ml/g,
einen Restaschegehalt unter 2 Gew.-% und einen pH-Wert von
mehr als 7 aufweist.
Der Zusatz eines Oxidationsmittels zu der wäßrigen Lösung
der Platinverbindung vor dem Imprägnieren des pulvrigen
Trägers aus Aktivkohle führt überraschenderweise zu einer
platinhaltigen Phase, die die Katalysatorleistungen nach
Sulfidierung mit konventionellen Sulfidierungsmitteln
deutlich verbessert.
Erstaunlich dabei ist die Tatsache, daß der durch
Oxidationsmittelzugabe hergestellte Katalysator vor
Sulfidierung nicht unbedingt eine verbesserte Leistung in
den katalytischen Reaktionen zeigt.
Als geeignete Aktivkohlenträger können säureaktivierte
Kohlen und dampfaktivierte Kohlen mit oder ohne
anschließender Säurewäsche eingesetzt werden.
Zur Bestimmung des pH-Wertes von Aktivkohle wird 1 g Aktiv
kohle in 100 ml Wasser suspendiert. Nach 5 Minuten Rühren
wird der pH-Wert bei 25°C gemessen.
Als geeignete Oxidationsmittel können anorganische
Perverbindungen, wie Persulfate und Perchlorate, Natrium
hypochlorit und Alkylhydroperoxide eingesetzt werden,
insbesondere aber H₂O₂ in Konzentrationen von 0,1-10,0
Mol/Mol Platin, vorzugsweise aber 0,5-5,0 Mol/Mol Platin.
Als geeignete Sulfidierungsmittel können alle aus dem Stand
der Technik bekannten schwefelhaltigen Verbindungen
eingesetzt werden.
Beim Mischen der wäßrigen Lösung der Platinverbindung mit
der wäßrigen Suspension von Aktivkohle kann es schon zu
einer teilweisen Ausfällung einer schwer löslichen Platin
verbindung kommen, die sich auf der Aktivkohle
niederschlägt. Zum vollständigen Ausfällen des Platins als
schwer lösliche Verbindung wird dem Gemisch aus platin
haltiger Lösung und Aktivkohle-Suspension eine Base
zugegeben. Geeignete Basen sind Natriumkarbonat, Natrium
hydroxid oder Kaliumhydroxid.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines
Verfahrens zur Herstellung eines Platin auf Aktivkohle
enthaltenden sulfidierten Katalysators nach Anspruch 1
durch Mischen einer wäßrigen Lösung einer Platinverbindung
mit einer wäßrigen Suspension von Aktivkohle, Erwärmen
dieser Mischung auf eine Temperatur zwischen 70 und 100°C,
Ausfällen der Platinverbindung mit einer Base und
Reduzieren der schwer löslichen Platinverbindung unter
Beibehaltung der Temperatur mit einem Reduktionsmittel,
Abfiltrieren und Waschen des so erhaltenen Produkts mit
destilliertem Wasser, Behandeln mit einem Sulfidierungs
mittel und erneutes Waschen. Das Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung der Platinverbindung
ein Oxidationsmittel enthält und daß die Aktivkohle einen
mittleren Teilchendurchmesser von 15 bis 30 µm, eine
spezifische Oberfläche von mehr als 500 m²/g, ein Gesamt
porenvolumen von mehr als 0,5 ml/g, einen Restaschegehalt
unter 2 Gew.-% und einen pH-Wert von mehr als 7 aufweist.
Die wäßrige Suspension von Aktivkohle weist vorzugsweise
eine Konzentration von 5 bis 30 Gew.-% auf. Es können
verschiedene wasserlösliche Platinverbindungen eingesetzt
werden, besonders bewährt hat sich Hexachloroplatinsäure-
Hexahydrat.
Das Oxidationsmittel, bevorzugt Wasserstoffperoxid, wird
in einer Menge von 0,1-10,0 Mol, vorzugsweise 0,5-5,0
Mol pro Mol Platin der Platinlösung zugegeben.
Aktivkohle-Suspension und Platinlösung werden
miteinander vermischt und unter Rühren auf 70 bis 100°C
erwärmt, bevor Platin durch Zugabe einer Base wie z. B.
Natriumcarbonat oder Natronlauge in Form ihrer schwer
löslichen Verbindungen auf der Aktivkohle
niedergeschlagen und anschließend bei unveränderter
Temperatur eventuell durch Zugabe eines Reduktions
mittels wie Hydrazin, Natriumformiat, Natriumboranat
oder Formaldehyd, vorzugsweise Formaldehyd, reduziert
wird.
Die Reihenfolge der Zugabe von Platinlösung und Base zur
Aktivkohle-Suspension ist nicht zwingend. So kann die
Base auch schon vor dem Einbringen der Platinlösung der
Aktivkohle-Suspension zugemischt werden.
Nach Abfiltrieren und Waschen des so erhaltenen Pt/C-
Katalysators wird das Sulfidierungsmittel, wie z. B.
Dimethylsulfoxid oder Ammoniumsulfid, in Kombination mit
einer starken Säure wie Schwefelsäure bei Normal
temperatur der wäßrigen Katalysator-Suspension
zugesetzt.
Der sulfidierte Katalysator sollte einen Platingehalt
von vorzugsweise 0,5-3,5 Gew.-% aufweisen.
Als Alternative zur oben dargestellten Verfahrensweise,
bei der die oxidationsmittel- und platinhaltige Lösung
zu einer Aktivkohle-Suspension zugegeben wird, kann die
Aktivkohle zu der oxidationsmittel- und platinhaltigen
Lösung zugegeben werden oder die oxidationsmittel- und
platinhaltige Lösung auf die Aktivkohle versprüht
werden.
Zur Stabilisierung der platinhaltigen Lösung kann es
manchmal von Vorteil sein, der Lösung eine Mineralsäure,
wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure,
zuzusetzen.
Das nachfolgende Beispiel 1 beschreibt die Herstellung von
erfindungsgemäßen Katalysatoren und Vergleichs
katalysatoren aus dem Stand der Technik. Die
unsulfidierte Vorstufe der Katalysatoren wurden im Vergleichsbeispiel
in einem Niederdrucktest auf Aktivität hin
untersucht und miteinander verglichen. In Beispiel 2
wurden die erfindungsgemäßen sulfidierten Katalysatoren
in einem Hochdrucktest auf Aktivität und Selektivität
hin untersucht und mit den Vergleichskatalysatoren
verglichen.
Für alle Katalysatoren wurde als Träger Aktivkohle mit
folgenden Materialdaten eingesetzt:
Zur Herstellung eines Katalysators mit 3% Platin-
Beladung wurden 97 g Aktivkohle (Trockengewicht) In
destilliertes Wasser bei einer Rührgeschwindigkeit
von 300 U/min eingerührt. Dieser Suspension wurden
12 g einer 25%igen wäßrigen Lösung von Hexachloro
platinsäure-Hexahydrat (entspricht 3 g Pt) mit 3 ml
einer 30%igen wäßrigen H₂O₂-Lösung zugegeben,
entsprechend 2 Mol H₂O₂ pro Mol Platin.
Anschließend wurde die Suspension auf 80°C erwärmt
und zur Ausfällung schwer löslicher Hydroxide
Natriumcarbonat unter ständigem Rühren zugefügt.
Zur Reduktion des Niederschlags wurden schließlich
1,8 ml 37%ige Formaldehydlösung zugegeben. Auch
während der Reduktion wurde die Temperatur der
Suspension auf 80°C konstant gehalten. Nach der
Reduktion wurde der Katalysator über eine Nutsche
abfiltriert und mit destilliertem Wasser gewaschen.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators
mit 3%iger Platinbeladung wurde zunächst ein
Katalysator gemäß Teil A präpariert und danach mit
Dimethylsulfoxid gemäß dem Beispiel 1 aus der
DE-PS 21 50 220 sulfidiert. Der Gesamtschwefelgehalt
des sulfidierten Katalysators betrug etwa 0,4 Mol S/
Mol Pt.
Katalysatoren mit gleicher Platinbeladung jedoch mit
doppeltem bzw. vierfachem Schwefelgehalt wurden
durch entsprechende Vervielfachung des
Sulfidierungsmittels hergestellt.
Katalysatoren mit abweichenden Platinbeladungen
wurde analog zum obigen Vorgehen durch gleichzeitige
Vervielfachung der Mengen an Hexachloroplatinsäure,
Natronlauge und Sulfidierungsmittel angefertigt.
Zum Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Katalysator
wurden platinhaltige Katalysatoren auf Aktivkohle,
wie in Beispiel 1, Teil A bzw. B hergestellt, jedoch
ohne Zugabe von H₂O₂.
Die Aktivität der Katalysator-Vorstufen wurde in der
Hydrierung von Zimtsäure zu Dihydrozimtsäure unter
folgenden Reaktionsbedingungen untersucht:
Zu 10 g Zimtsäure in 120 ml Ethanol wurden 200 mg Katalysator gegeben und in einem 250 ml Rührreaktor mit Begasungsrührer, Thermometer und Wasserstoffzufuhr überführt.
Zu 10 g Zimtsäure in 120 ml Ethanol wurden 200 mg Katalysator gegeben und in einem 250 ml Rührreaktor mit Begasungsrührer, Thermometer und Wasserstoffzufuhr überführt.
Der Reaktor wurde zunächst mit Stickstoff bei Normal
druck sorgfältig gespült. Dann wurde ein konstanter
Wasserstoffdruck von 10 mbar über Normal bei einer
Reaktionstemperatur von 25°C im Reaktor eingestellt,
und der Wasserstoff über den Begasungsrührer
(2000 U/min) gleichmäßig in der Lösung verteilt.
Zur Messung der Katalysatorleistung wurde die Katalysator
aktivität in der Hydrierreaktion von Zimtsäure zu Dihydro
zimtsäure untersucht und in ml Wasserstoff/g
Katalysator/min angegeben. Als Reaktionszeitraum für die
Berechnung dieser Katalysatoraktivität diente die
Reaktionszeit zwischen der 3. und 8. Minute nach Wasser
stoffzufuhr.
Tabelle 1 gibt die Testergebnisse von Katalysatoren, die
nach Beispiel 1, Teil A) bzw. Teil C) (ohne Sulfidierung)
hergestellt wurden, wieder.
Tabelle 1 zeigt, daß alle Katalysatorvorstufen eine
vergleichbare Aktivität haben.
Aktivität und Selektivität der erfindungsgemäßen
Katalysatoren nach Beispiel 1B) wurden mit Aktivität und
Selektivität von Vergleichskatalysatoren aus dem Stand der
Technik gemäß Beispiel 1C) bei der reduktiven Hydrierung
von p-Aminodiphenylamin (PADPA) mit Methyl
isobutylketon (MIBK) verglichen.
Zu diesem Zweck wurden 3,77 Mol PADPA zusammen mit 4,63
Mol MIBK und 1,38 g eines 3%igen Pt/C Katalysators
(entsprechend 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Menge PADPA)
in einen 2-l-Autoklaven gegeben. Der Autoklav wurde
verschlossen, erst mit Stickstoff und dann mit Wasser
stoff gespült und auf einen Wasserstoffdruck von 50 bar
gebracht. Das Reaktionsgemisch wurde unter Rühren auf
eine Temperatur von 190°C erwärmt. Nach 60, 90 und 120
min. Reaktionszeit wurden Proben entnommen und
analysiert.
Tabelle 2 enthält die Restgehalte der analysierten
Proben an noch nicht umgesetztem PADPA sowie die
benötigte Hydrierzeit, um den Restgehalt an PADPA unter
2 Gew.-% zu drücken.
Tabelle 2 zeigt, daß durch Verwendung der
erfindungsgemäßen Katalysatoren gemäß Beispiel 1B eine
Aktivitätsverbesserung bis 35% über dem Stand der
Technik (Beispiel 1C) erreicht wurde. Die Selektivität
wurde durch die H₂O₂-Behandlung nicht beeinflußt.
Claims (3)
1. Platin auf Aktivkohle enthaltender sulfidierter
Katalysator mit einem Platingehalt von 0,1 bis 5,0
Gew.-% und einem Schwefelgehalt von 0,1 bis 2 Mol/Mol
Platin, erhältlich durch Mischen einer wäßrigen Lösung
einer Platinverbindung mit einer wäßrigen Suspension
von Aktivkohle, Erwärmen der Mischung auf eine
Temperatur zwischen 70 und 100°C, Ausfällen der Platin
verbindung mit einer Base und Reduzieren der schwer
löslichen Platinverbindung mit einem Reduktionsmittel
unter Beibehaltung der Temperatur, Abfiltrieren und
Waschen des so erhaltenen Produkts mit destilliertem
Wasser, Behandeln mit einem Sulfidierungsmittel und
erneutes Waschen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wäßrige Lösung der Platinverbindung ein
Oxidationsmittel enthält und daß die Aktivkohle einen
mittleren Teilchendurchmesser von 15 bis 30 µm, eine
spezifische Oberfläche von mehr als 500 m²/g, ein
Gesamtporenvolumen von mehr als 0,5 ml/g, einen Rest
aschegehalt unter 2 Gew.-% und einen pH-Wert von mehr
als 7 aufweist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Platin auf Aktivkohle
enthaltenden sulfidierten Katalysators nach Anspruch 1
durch Mischen einer wäßrigen Lösung einer Platin
verbindung mit einer wäßrigen Suspension von
Aktivkohle, Erwärmen dieser Mischung auf eine
Temperatur zwischen 70 und 100°C, Ausfällen der
Platinverbindung mit einer Base und Reduzieren der
schwer löslichen Platinverbindung unter Beibehaltung
der Temperatur mit einem Reduktionsmittel, Abfiltrieren
und Waschen des so erhaltenen Produkts mit
destilliertem Wasser, Behandeln mit einem
Sulfidierungsmittel und erneutes Waschen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wäßrige Lösung der Platinverbindung ein
Oxidationsmittel enthält und daß die Aktivkohle einen
mittleren Teilchendurchmesser von 15 bis 30 µm, eine
spezifische Oberfläche von mehr als 500 m²/g, ein
Gesamtporenvolumen von mehr als 0,5 ml/g, einen Rest
aschegehalt unter 2 Gew.-% und einen pH-Wert von mehr
als 7 aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid in einer
Menge von 0,1 bis 10,0 Mol, vorzugsweise 0,5 bis 5,0
Mol pro Mol Platin eingesetzt wird.
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DE19934319648 DE4319648C2 (de) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Platin auf Aktivkohle enthaltender sulfidierter Katalysator |
TW083104711A TW322432B (de) | 1993-06-14 | 1994-05-24 | |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4319648A1 DE4319648A1 (de) | 1994-12-15 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1993-06-14 DE DE19934319648 patent/DE4319648C2/de not_active Expired - Fee Related
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