способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия

Классы МПК:B01J37/02 пропитывание, покрытие или осаждение
B01J37/16 восстановление
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
B01J23/46 рутений, родий, осмий или иридий
B01J21/18 углерод
B01D59/00 Разделение различных изотопов одного и того же химического элемента
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-07-14
публикация патента:

Изобретение относится к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия. Описан способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающий получение наночастиц металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель, причем восстановление соли металла происходит при взаимодействии с кверцетином, в качестве носителя используют Сибунит, а в качестве соли металла используют RhСl3 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 в количестве 5-50 масс.%, раствор кверцетина в количестве 0,5-5 масс.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.%. Технический результат - получен катализатор для изотопного обмена протия-дейтерия, обладающий высокой каталитической активностью. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.

Формула изобретения

1. Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающий получение наночастиц металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель, отличающийся тем, что восстановление соли металла происходит при взаимодействии с кверцетином, в качестве носителя используют Сибунит, 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-спиртовый раствор в количестве 5-50 мас.%, раствор кверцетина в количестве 0,5-5 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.%.

2. Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия по п.1, отличающийся тем, что в качестве спирта в водно-спиртовом растворе используется изопропанол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия.

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 несвязанных 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. B01Y 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, B01Y 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 обратномицелярных системах

Н 2[РtСl6]/Н2O/ацетон/бис(2 этилгексил)сульфосукцинат натрия/изооктан. Наночастицы получены из трех различных исходных обратномицелярных растворов, отличающихся значениями коэффициента солюбилизации способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2464093 =1,5, 3 и 5 («Перспективные материалы», стр.288-293, 2010 г.).

Однако катализатор обладает невысокой каталитической активностью.

Техническим результатом изобретения является получение катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, обладающего высокой каталитической активностью и предназначенного для работы в интервале температур 77-400 К.

Этот технический результат достигается получением катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающего получение наночастиц металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель, причем восстановление соли металла происходит при взаимодействии с кверцетином, в качестве носителя используют Сибунит, 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 в количестве 5-50 масс.%, раствор кверцетина в количестве 0,5-5 масс.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.%.

В качестве спирта в водно-спиртовом растворе используют изопропанол.

Пример № 1

Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 1:1. Затем добавляют водно-спиртовой раствор в количестве 3,4·10-3 г (5 масс.%), раствор кверцетина 3,4·10 -4 г (0,5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10 -2 г (30 масс.%).

Взвешен 1 г носителя Сибунит и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем Сибунит, 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/Сибунит по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия 4,66·10 14 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O 3, выбранного в качестве прототипа. Данные по активности данного образца катализатора Rh/Сибунит, приготовленного по примеру 1, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 1.

Пример № 2

Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCb 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.%), раствор кверцетина 3,4·10 -3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10 -3 г (10 масс.%).

Взвешен 1 г носителя Сибунит и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем Сибунит, 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/Сибунит по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия составила 4,90·10 14 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O 3, выбранного в качестве прототипа.

Данные по активности данного образца катализатора Rh/Сибунит, приготовленного по примеру 2, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 2.

Пример № 3

Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuOHCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 1:1. Затем добавляют водно-спиртовой раствор в количестве 3,4·10-3 г (5 масс.%), раствор кверцетина 3,4·10 -4 г (0,5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10 -2 г (30 масс.%).

Взвешен 1 г носителя Сибунит и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем Сибунит, 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/Сибунит по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия составила 4,98·10 14 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O 3, выбранного в качестве прототипа.

Данные по активности данного образца катализатора Ru/Сибунит, приготовленного по примеру 3, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 3.

Пример № 4

Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuОНСl3 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.%), раствор кверцетина 3,4·10 -3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10 -3 г (10 масс.%).

Взвешен 1 г носителя Сибунит и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем Сибунит, 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/Сибунит по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия составила 4,94·10 14 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O 3, выбранного в качестве прототипа.

Результаты измерений удельной каталитической активности образца катализатора Ru/Сибунит, приготовленного по примеру 4, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 4.

Таблица 1
Значения удельной каталитической активности Rh/Сибунит, приготовление которого рассмотрено в примере 1, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водного раствора RhCl 3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1)
Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К
77110 133153 163173 193227 243295 320370 400
4,66 4,52 4,356,63 8,1615,22 15,1816,54 34,75 62,9873,11 90,33 100,06

Таблица 2
Значения удельной каталитической активности Rh/Сибунит, приготовление которого рассмотрено, в примере 2, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водного раствора RhCl 3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1)
Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К
77110 133153 163173 193227 243295 320370 400
4,90 4,34 4,236,86 8,1214,75 15,9716,25 36,75 66,2272,86 96,22 103,74

Таблица 3
Значения удельной каталитической активности Ru/Сибунит, приготовление которого рассмотрено в примере 3, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1)
Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К
77110 133153 163173 193227 243295 320370 400
4,98 4,34 4,756,36 9,1515,52 15,2616,32 33,27 63,2763,65 100,59 112,36

Таблица 4
Значения удельной каталитической активности Ru/Сибунит, приготовление которого рассмотрено в примере 4, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1)
Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К
77110 133153 163173 193227 243295 320370 400
4,94 4,64 4,235,45 8,8515,23 17,5219,16 40,02 62,5568,89 84,35 102,03

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.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2464093

patent-2464093.pdf

Класс B01J37/02 пропитывание, покрытие или осаждение

способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
вольфрамкарбидные катализаторы на мезопористом углеродном носителе, их получение и применения -  патент 2528389 (20.09.2014)
катализатор для переработки тяжелого нефтяного сырья и способ его приготовления -  патент 2527573 (10.09.2014)
катализатор для процесса гидродепарафинизации и способ его получения -  патент 2527283 (27.08.2014)
способ приготовления катализатора и способ получения пероксида водорода -  патент 2526460 (20.08.2014)
катализатор для получения синтетических базовых масел и способ его приготовления -  патент 2525119 (10.08.2014)
конструктивный элемент с антимикробной поверхностью и его применение -  патент 2523161 (20.07.2014)
катализатор для получения синтетических базовых масел в процессе соолигомеризации этилена с альфа-олефинами с6-с10 и способ его приготовления -  патент 2523015 (20.07.2014)
способ получения каталитического покрытия для очистки газов -  патент 2522561 (20.07.2014)
способ изготовления металл-углерод содержащих тел -  патент 2520874 (27.06.2014)

Класс B01J37/16 восстановление

катализатор для получения синтетических базовых масел и способ его приготовления -  патент 2525119 (10.08.2014)
способ конверсии оксидов углерода -  патент 2524951 (10.08.2014)
способ изготовления металл-углерод содержащих тел -  патент 2520874 (27.06.2014)
катализаторы -  патент 2517700 (27.05.2014)
способ получения нитрата металла на подложке -  патент 2516467 (20.05.2014)
катализатор для избирательного окисления монооксида углерода в смеси с аммиаком и способ его получения (варианты) -  патент 2515529 (10.05.2014)
катализатор для избирательного окисления монооксида углерода в смеси с аммиаком и способ его получения -  патент 2515514 (10.05.2014)
способ получения scr-активного цеолитного катализатора и scr-активный цеолитный катализатор -  патент 2506999 (20.02.2014)
способ приготовления катализатора для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и катализатор, полученный этим способом -  патент 2502561 (27.12.2013)
способ получения кобальтового катализатора -  патент 2493914 (27.09.2013)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Класс B01J23/46 рутений, родий, осмий или иридий

способ получения этилена -  патент 2528830 (20.09.2014)
катализатор для избирательного окисления монооксида углерода в смеси с аммиаком и способ его получения -  патент 2515514 (10.05.2014)
способ получения изделий из полидициклопентадиена центробежным формованием -  патент 2515248 (10.05.2014)
каталитический электрод для спиртовых топливных элементов -  патент 2507640 (20.02.2014)
способы получения уксусной кислоты -  патент 2505523 (27.01.2014)
удерживающие nox материалы и ловушки, устойчивые к термическому старению -  патент 2504431 (20.01.2014)
носитель электрокатализатора для низкотемпературных спиртовых топливных элементов -  патент 2504051 (10.01.2014)
способ каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы -  патент 2497800 (10.11.2013)
катализатор для окислительного разложения хлорорганических соединений в газах и способ его получения -  патент 2488441 (27.07.2013)
способ регенерации содержащего рутений или соединения рутения катализатора, отравленного серой в виде сернистых соединений -  патент 2486008 (27.06.2013)

Класс B01J21/18 углерод

способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале -  патент 2525543 (20.08.2014)
способ изготовления металл-углерод содержащих тел -  патент 2520874 (27.06.2014)
катализатор на основе меди, нанесенный на мезопористый уголь, способ его получения и применения -  патент 2517108 (27.05.2014)
фотокатализатор на основе оксида титана и способ его получения -  патент 2508938 (10.03.2014)
способ селективного гидрирования фенилацетилена в присутствии стирола -  патент 2505519 (27.01.2014)
способ получения катализатора -  патент 2498852 (20.11.2013)
способ получения мембранного катализатора и способ дегидрирования углеводородов с использованием полученного катализатора -  патент 2497587 (10.11.2013)
способ модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе -  патент 2495158 (10.10.2013)
состав и способ синтеза катализатора гидродеоксигенации кислородсодержащего углеводородного сырья -  патент 2492922 (20.09.2013)
способ электрохимического получения катализатора pt-nio/c -  патент 2486958 (10.07.2013)

Класс B01D59/00 Разделение различных изотопов одного и того же химического элемента

Наверх