Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия

Классы МПК:B01J21/04 оксид алюминия
B01J23/50 серебро
B01J37/00 Способы получения катализаторов вообще; способы активирования катализаторов вообще
B22F9/24 из жидких металлических соединений, например растворов
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
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 области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия. Способ включает получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, представляющей собой RhCl 3 или RuOHCl3, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель Al2O3, причем наночастицы серебра получают путем приготовления обратномицеллярных растворов 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 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.%, после чего суспензию подвергают ультразвуковой обработке, деаэрации и воздействию способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co с дозой от 1 до 40 кГр. Изобретение позволяет получить катализатор, обладающий высокой каталитической активностью и предназначенный для работы в интервале температур 77÷400 К. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.

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. EP № 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 H2[PtCl 6]/H2O/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 № 2490061 =1, 5, 3 и 5 («Перспективные материалы», специальный выпуск № 8, февраль 2010 г., стр.288-293, ISSN 1028-978Х).

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 при восстановлении ионов металла под воздействием y-излучения 60Co в обратномицеллярном растворе, состоящим из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель Al2O3, отличающийся тем, что 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 масс.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.% с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co с дозой от 1 до 40 кГр.

В качестве спирта в водно-спиртовом растворе используют изопропанол.

Выбранное отношение мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1 соответствует возможности получения обратных мицелл, в которых производится восстановление ионов соли до нейтральных атомов с последующим образованием наночастиц, которые в свою очередь являются активным компонентом катализаторов для осуществления каталитической реакции. Уменьшение мольного соотношения не приводит к формированию наночастиц в обратномицеллярных растворах, а увеличение мольного соотношения может приводить к выпадению осадка из раствора (при этом образование наночастиц не происходит) или приводить к формированию агломератов мелких частиц в крупной обратной мицелле, что приводит к падению удельной каталитической активности катализаторов.

Добавка водно-спиртового раствора приводит к увеличению выхода образующихся наночастиц, т.к. подавляет образование под действием гамма-излучения кобальтового источника окислительных частиц и увеличивает количество восстановительных частиц, помимо гидратированного электрона, а также атомов и радикалов водорода. Без добавки водно-спиртового раствора количество наночастиц уменьшается, что приводит к уменьшению скорости протекания каталитической реакции дейтеро-водородного обмена и, таким образом, сказывается на величине каталитической активности предлагаемых наноструктурированных каталитических систем. При превышении указанного количества водно-спиртового раствора более 50 масс.% обратные мицеллы не образуются и следовательно, не получается синтез катализаторов для изотопного обмена водорода.

Добавка аммиачного раствора стабилизирует обратномицеллярные системы с наночастицами металлов, т.к. образуется пул из молекул аммиака, который окружает мелкие частицы металлов. Важно отметить, что добавление гидроксида аммония в указанных концентрациях приводит к более плотному распределению частиц по размерам на поверхности носителя, что приводит к высокому значению активности каталитических систем. При превышении указанного количеств аммиачного раствора более 30 масс.% обратные мицеллы не образуются и следовательно, не получается синтез катализаторов для изотопного обмена водорода.

Таким образом, выбранные диапазоны значений различных варьируемых параметров синтеза наночастиц приводят к достижению высоких значений удельной каталитической активности заявленного катализатора. Катализатор, синтез которого проведен за пределами указанных параметров, либо вообще невозможно синтезировать, либо катализатор заявленным результатом по каталитической активности не обладает.

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-спиртовый раствор в количестве 3,4·10-3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10-2 г (30 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co до достижения дозы 1 кГр. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, 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/Al2 O3 по отношению к реакции изотопного обмена водорода составила 4,20·1014 молекул/см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц /Al2O3, выбранного в качестве прототипа. Данные по активности данного образца катализатора Rh/Al2 O3, приготовленного по примеру 1, в интервале температур 77÷400 К представлены в таблице 1.

Пример № 2

Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10-2 г (50 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10-3 г (10 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co до достижения дозы 40 кГр. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора. По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, 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/Al2O3 по отношению к реакции изотопного обмена водорода составила 4,24·10 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/Al2O3, 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-спиртовый раствор в количестве 3,4÷10-3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 2,0·10-2 г (30 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co до достижения дозы 1 кГр. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, 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/Al2 O3 по отношению к реакции изотопного обмена водорода составила 4,69·1014 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Рtмиц /Al2O3, выбранного в качестве прототипа. Данные по активности данного образца катализатора Ru/Al2 O3, приготовленного по примеру 3, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 3.

Пример № 4

Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuOHCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10-2 г (50 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10-3 г (10 масс.%) с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co до достижения дозы 40 кГр. Взвешен 1 г носителя Al2O3 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора. По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем Al2O3, 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/Al2O3 по отношению к реакции изотопного обмена водорода составила 4,31·10 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/Al 2O3, приготовленного по примеру 4, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 4.

Таблица 1
Значения удельной каталитической активности Rh/Al2 O3, приготовление которого рассмотрено в примере 1, в отношении реакции изотопного дейтероводородного обмена в молекулярном водороде (соотношение водного раствора RhCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1)
Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К
77 110133153 163173 193227243 295320 370400
4,204,356,50 6,488,51 13,2014,1016,50 32,4060,14 68,6087,5499,40

Таблица 2
Значения удельной каталитической активности Rh/Al2 O3, приготовление которого рассмотрено в примере 2, в отношении реакции изотопного дейтероводородного обмена в молекулярном водороде (соотношение водного раствора RhCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1)
Куд·10-14 молекул/(см2·c) при Т, К
77 110133153 163173 193227243 295320 370400
4,244,986,41 5,687,87 12,2014,3018,70 29,0076,90 79,0989,40120,48

способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061

Таблица 4
Значения удельной каталитической активности Ru/Al2 O3, приготовление которого рассмотрено в примере 4, в отношении реакции изотопного дейтероводородного обмена в молекулярном водороде (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1)
Куд·10 -14 молекул/(см2·с) при Т, К
77110 118128133 143153 173183198 218225 273293320 370400
4,314,20 5,404,803,20 3,503,40 3,403,2011,90 13,9013,40 51,60127,001496 29084002

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, и поглощенной дозе облучения 1÷40 кГр.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающего получение наночастиц металла при восстановлении ионов металла под воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co в обратномицеллярном растворе, состоящим из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель Al2 O3, отличающийся тем, что 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.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.% с последующей ультразвуковой обработкой, деаэрацией и воздействием способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, патент № 2490061 -излучения 60Co с дозой от 1 до 40 кГр.

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


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2490061

patent-2490061.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J21/04 оксид алюминия

Патенты РФ в классе B01J21/04:
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ получения ультранизкосернистых дизельных фракций -  патент 2528986 (20.09.2014)
катализатор получения элементной серы по процессу клауса, способ его приготовления и способ проведения процесса клауса -  патент 2527259 (27.08.2014)
способ конверсии оксидов углерода -  патент 2524951 (10.08.2014)
катализатор на подложке из оксида алюминия, с оболочкой из диоксида кремния -  патент 2520223 (20.06.2014)
катализатор и способ синтеза олефинов из диметилового эфира в его присутствии -  патент 2518091 (10.06.2014)
шариковый катализатор крекинга "адамант" и способ его приготовления -  патент 2517171 (27.05.2014)
способ производства метанола, диметилового эфира и низкоуглеродистых олефинов из синтез-газа -  патент 2516702 (20.05.2014)
способ получения наноструктурных каталитических покрытий на керамических носителях для нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания -  патент 2515727 (20.05.2014)
катализатор для избирательного окисления монооксида углерода в смеси с аммиаком и способ его получения (варианты) -  патент 2515529 (10.05.2014)

Класс B01J23/50 серебро

Патенты РФ в классе B01J23/50:
серебряный катализатор для получения формальдегида -  патент 2503497 (10.01.2014)
носитель, содержащий муллит, для катализаторов для получения этиленоксида -  патент 2495715 (20.10.2013)
геометрически классифицированный, имеющий определенную форму твердый носитель для катализатора эпоксидирования олефина -  патент 2492925 (20.09.2013)
каталитический блок на основе пеноникеля и его сплавов для очистки газов от органических соединений, включая бензпирены, диоксины, оксиды азота, аммиака, углерода и озона -  патент 2491993 (10.09.2013)
катализатор для очистки отходящих газов, содержащих летучие органические соединения, способ его получения и способ очистки отходящих газов, содержащих летучие органические соединения -  патент 2490062 (20.08.2013)
способ засыпки продольного участка контактной трубы -  патент 2486009 (27.06.2013)
способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия -  патент 2482914 (27.05.2013)
способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия -  патент 2481155 (10.05.2013)
способ получения катализатора для очистки воды от загрязнения углеводородами -  патент 2479349 (20.04.2013)
способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия -  патент 2477175 (10.03.2013)

Класс B01J37/00 Способы получения катализаторов вообще; способы активирования катализаторов вообще

Патенты РФ в классе B01J37/00:
катализатор циклизации нормальных углеводородов и способ его получения (варианты) -  патент 2529680 (27.09.2014)
способ получения тонкодисперсной жидкой формы фталоцианинового катализатора демеркаптанизации нефти и газоконденсата -  патент 2529492 (27.09.2014)
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)
катализатор получения элементной серы по процессу клауса, способ его приготовления и способ проведения процесса клауса -  патент 2527259 (27.08.2014)
способ получения сольвата хлорида неодима с изопропиловым спиртом для неодимового катализатора полимеризации изопрена -  патент 2526981 (27.08.2014)
способ приготовления катализатора и способ получения пероксида водорода -  патент 2526460 (20.08.2014)
способ карбонилирования с использованием связанных содержащих серебро и/или медь морденитных катализаторов -  патент 2525916 (20.08.2014)

Класс B22F9/24 из жидких металлических соединений, например растворов

Патенты РФ в классе B22F9/24:
способ получения модифицированных наночастиц железа -  патент 2513332 (20.04.2014)
способ получения наночастиц металлов -  патент 2511202 (10.04.2014)
способ получения наночастиц серебра в полимерных матрицах при лазерном облучении -  патент 2510310 (27.03.2014)
способ получения мезопористого наноразмерного порошка диоксида церия (варианты) -  патент 2506228 (10.02.2014)
способ получения нанопорошков оксида цинка с поверхностным модифицированием для использования в строительных герметиках -  патент 2505379 (27.01.2014)
выделяемые и передиспергируемые наночастицы переходных металлов, их получение и применение в качестве ик-излучателей -  патент 2494838 (10.10.2013)
способ получения порошкового препарата наночастиц благородных металлов -  патент 2489231 (10.08.2013)
способ получения наноразмерных порошков твердого раствора железо-никель -  патент 2486033 (27.06.2013)
катод электролизера для получения металлических порошков -  патент 2483143 (27.05.2013)
способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия и орто-пара конверсии протия -  патент 2482914 (27.05.2013)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)

Наверх