[发明专利]氧化铝载体表面的纳米级再构和用于环氧烷生产的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于烯烃环氧化的催化剂的载体。更具体而言，本发明涉及载体、以及用于使用所述载体将乙烯氧化成环氧乙烷的催化剂。所述载体包含惰性、耐熔性固体支持物例如α-氧化铝并且具有显示出多个从表面向外伸出的纳米级突出并在其上具有催化有效量的银的表面。

背景技术

众所周知氧化铝被用作烯烃环氧化的催化剂支持物。特别有用的支持物用于含有在乙烯氧化成环氧乙烷中使用的银的催化剂。通过熔融高纯度的氧化铝和二氧化硅或者不加二氧化硅来制备支持物材料。为此目的，所述支持物材料通常包含90％或以上以重量计算的α-氧化铝和1％至6％以重量计算的二氧化硅。取决于由它们确定的用途，它们可以是非常多孔的或非多孔的以及具有高的或低的表面积。支持物可包含当使用时不会不利地影响催化反应的任何多孔、惰性材料。

在制备支持物的过程中，高纯度的氧化铝(优选α-氧化铝)与临时性和永久性粘合剂充分混合。临时性粘合剂是当分解时产生理想的支持物孔结构的中分子量至高分子量的热分解性有机化合物。永久性粘合剂是熔融温度低于所述氧化铝的无机粘土型材料并且将机械强度赋予最终支持物。彻底干燥-混合后，向所述物质添加足量水或其它溶剂以使所述物质形成浆糊状物质。然后通过常规方法比如，高压挤出、制粒或其它陶瓷形成法由所述浆糊形成催化剂支持物颗粒。然后干燥颗粒并随后在升高的温度下烧制。

在烧制过程中，临时性粘合剂热分解成二氧化碳和水并挥发，在支持物物质中留下空隙。这些空隙是最终支持物的孔结构的来源。然后冷却催化剂支持物，在冷却过程中，永久性粘合剂定型，起到结合支持物颗粒的作用，因此将机械强度赋予支持物并保证维持孔结构。

通过前述的方法可容易地制备理想特征的催化剂支持物。通过适当调整混合物中初始氧化铝颗粒的大小、临时性和永久性粘合剂的颗粒大小和浓度，从而容易地控制孔大小、孔分布和孔隙率。初始氧化铝颗粒尺寸越大，最终催化剂的孔隙率将越大。氧化铝颗粒的大小越均匀，孔结构将越一致。相似地，增加临时性粘合剂的浓度也将增加最终催化剂支持物的总孔隙率。

描述氧化铝支持物制备的美国专利包括美国专利2,499,675、2,950,169和3,172,866。其它专利例如美国专利3,222,129、3,223,483和3,226,191示出活性氧化铝的制备。制备高度多孔氧化铝的方法公开在美国专利3,804,781、3,856,708、3,907,512和3,907,982中。具有高度热稳定性的氧化铝载体公开在美国专利3,928,236中。美国专利3,987,155、3,997,476、4,001,144、4,022,715、4,039,481、4,098,874和4,242,233中讨论了制备催化剂载体中的其它更新近的进展。

碱金属和过渡金属用作在气相中通过部分氧化乙烯生产环氧乙烷中使用的银催化剂的促进剂是熟知的。这些公开在美国专利4,010,155、4,012,425、4,123,385、4,066,575、4,039,561和4,350,616中。这些促进剂与银一起用于涂敷在支持物表面上。

有关上述类型催化剂的一个问题是在使用条件下它们具有不足的活性和稳定性。因此，改进催化剂的催化活性和稳定性将是所希望的。已经出乎意料地发现通过改变催化剂载体的表面形貌、为载体表面提供纳米级表面突出而实现催化剂性能的显著改进。与采用不具有这种突出的支持物而制备的相似催化剂相比，所述催化剂的活性和稳定性更好。

发明内容

本发明提供了用于烯烃环氧化的催化剂载体，所述载体包含惰性、耐熔性固体支持物，所述支持物具有表面以及多个从所述支持物的所述表面向外伸出的突出，其中突出以约250个循环/微米或以上的范围内的频率存在。

本发明还提供了用于烯烃环氧化的催化剂载体的制备方法，其包括提供具有表面的惰性、耐熔性固体支持物，和处理支持物的表面由此提供多个从支持物表面向外伸出的突出，其中突出以约250个循环/微米或以上的范围内的频率存在。

本发明进一步提供用于烯烃环氧化的催化剂，其包含含有惰性、耐熔性固体支持物的载体，所述支持物具有表面以及多个从表面向外伸出的突出，其中突出以约250个循环/微米或以上的范围内的频率存在；所述载体在其上包含催化有效量的银。

本发明还进一步提供将乙烯氧化成环氧乙烷的方法，其包括在固定床、管式反应器中，在上述催化剂存在下，用分子氧来气相氧化乙烯。

附图说明

图1是载体A表面的原子力显微镜俯视图。

图2是载体B表面的原子力显微镜俯视图。