[发明专利]一种改性超细炭黑催化剂及其应用

说明书

本发明属于贵金属催化剂技术领域，具体涉及一种高活性和高稳定性的一种改性超细炭黑及其制备和作为钯炭催化剂载体的应用，进一步的说催化剂在硝基苯及其衍生物的加氢还原反应中的应用。改性超细炭黑颗粒尺寸为5‑100nm，大于4nm的介孔比表面占总比表面积的85％以上，孔道尺寸在5‑15nm。本发明对超细炭黑改性处理，制备催化剂的活性金属与载体以“相互镶嵌”的方式分散开，阻止反应过程中金属颗粒的团聚，发达的介孔孔道结构有利于反应分子的扩散，避免反应中间态等有机大分子聚集覆盖化剂活性位、堵塞孔道，制备的催化剂活性高、寿命长。

技术领域

本发明属于贵金属催化剂技术领域，具体涉及一种高活性和高稳定性的一种改性超细炭黑及其制备和作为钯炭催化剂载体的应用，进一步的说催化剂在硝基苯及其衍生物的加氢还原反应中的应用。

背景技术

传统的钯炭催化剂在硝基化合物加氢应用中存在活性组分易团聚、反应过程中的中间态大分子聚集堵塞载体孔道和活性位等问题，造成催化剂套用次数少，易失活，而含硫的芳香族硝基化合物在催化加氢过程中更容易因烧结和积炭导致催化剂失活，这些问题归根结底与载体的结构特征及活性金属在载体上的分布状态有着密切联系。

活性炭具有发达的孔隙结构常被用于钯炭催化剂载体，通过对活性炭进行预处理，调节活性炭表面官能团及其孔结构性质，提高活性金属的分散性和催化剂活性。中国专利(钯炭催化剂及其制备方法与应用)CN 106693961 B，通过磷酸活化改性活性炭，调变载体的中微孔含量及其比表面积，载体表面产生较多的含氧基团有利于钯的锚定，钯炭催化剂活性得到了有效提高。徐铁勇等考察了活性炭表面含氧基团对钯金属颗粒大小的影响(徐铁勇.活性炭表面性质与金属的化学形态及其催化加氢性能研究[D].浙江工业大学,2015)，通过酸处理和低温水热处理，调节活性炭表面酚羟基比例，提高了催化剂活性。

上述专利和文章提到的预处理方法，目的在于提高活性金属的分散活性，以获得高活性的钯炭催化剂，并未解决活性金属团聚导致催化剂活性降低的问题；此外，使用的活性炭其固有的微孔结构及部分介孔结构由于孔道尺寸较小，占比大，降低了反应物及产物分子的扩散性能，导致反应物很难接触到活性中心，在催化反应中并未发挥积极作用，反而很容易被反应过程中大分子化合物堵塞，导致催化剂活性降低。

发明内容

针对以上催化剂存在活性组分易团聚、孔道和活性位堵塞导致活性降低等问题，本发明提供了一种有效的钯炭催化剂及其制备方法，尤其在硝基苯及其衍生物的加氢还原反应中表现出很高催化活性及稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种改性超细炭黑，选用超细炭黑进行改性，改性超细炭黑颗粒尺寸为5-100nm，由改性炭黑颗粒聚集产生的大于4nm孔体积在0.6-1.2cm³/g，大于4nm的介孔比表面占总比表面积的85％以上，孔道尺寸在5-15nm,羟基在含氧基团(羧基、内酯基、羟基)中占比大于75％。

改性超细炭黑的制备，将超细炭黑在高温水热处理炉中进行高温水蒸汽处理。

所述超细炭黑颗粒尺寸为5-100nm，总孔体积在0.5-1.8cm³/g，由改性炭黑颗粒聚集产生的大于4nm孔体积在0.6-1.2cm³/g，大于4nm的介孔比表面占总比表面积的65-75％，介孔孔径在5-15nm，羟基在含氧基团(羧基、内酯基、羟基)中占比为20-50％。

改性超细炭黑的应用，所述改性超细炭黑在作为催化剂载体中的应用。

一种钯炭催化剂，催化剂为以改性超细炭黑作为载体，活性成分为钯贵金属；其中，活性成分与载体质量比为1-10:100。

所述改性超细炭黑为将超细炭黑在高温水热处理炉中进行高温水蒸汽处理。