催化剂载体制造技术

一种由相对大的α氧化铝颗粒扩散在基质材料中形成的催化剂载体，该基质材料包含由西图(insitu)法用熔胶-凝胶工艺制得的α氧化铝，该催化剂载体在保持良好的孔隙率和催化性能的同时，具有优秀的抗碎性。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
催化剂载体本专利技术涉及催化剂载体，特别涉及作为支承体用于支承金属和金属氧化物催化剂组分、使之适用于不同化学反应的氧化铝载体。本专利技术的背景在以前的一系列专利中描述了氧化铝基催化剂载体的应用，这些专利包括USSP5,100,859、5,055,442、5,037,794和4,874,739。这种载体在催化剂领域里有很大的应用潜力，特别是当氧化铝基体是α氧化铝时，其非常有用。总体来说，一种催化剂支承体需具有：催化组分可沉积的表面具有最小的表面积、高的吸水性和抗碎强度。但问题是常常改善了一种性能就意味着降低了另一种性能。因此，增加抗碎强度就意味减小孔隙率。通常通过比别的化学处理工艺更难以预料的催化剂载体制造工艺的试验和修正来兼顾各种性能。现在，本专利技术发现一种设计载体的方法，其更有把握兼顾最终载体的性能。本专利技术载体良好地兼顾了抗碎强度、抗磨损性、孔隙率和催化性能，使其能完美地应用于一系列的催化反应。这种载体基于α氧化铝和新的制备工艺，因此确保其具有高的孔隙率和优秀的抗碎强度。本专利技术的描述本专利技术提供一种新型α氧化铝基催化剂载体，该载体的抗碎强度(在一个50-OP型康氏拉力测试仪上测试)至少为5磅，沉积填-->充密度(根据ASTM D-4699-87测量，所作的修改是用一个内径33/4吋、长度为18吋的圆柱体)至少为38磅/呎3，该载体含有第一和第二α氧化铝组分，其中第一α氧化铝组分是颗粒状的、平均晶体尺寸在约0.4-4微米之间、占载体中α氧化铝总含量的40-95％，第二α氧化铝是用溶胶—凝胶工艺、西图(in situ)法制得并与第一氧化铝构成载体中氧化铝的总含量。用西图(in situ)法生产的α氧化铝可以很容易与本专利技术载体中预成形的α氧化铝颗粒相区分。在载体的显微照相中，预成形的α氧化铝呈很容易识别的无内部孔隙的单个粒子。而用西图(in situ)法生产的溶胶—凝胶α氧化铝具有一种弯曲的结构，即其没有明显的颗粒结构和大范围的孔隙。本专利技术同时还包括一种生产催化剂载体的工艺，该工艺包括：i)制备一种混合物，其包括：a)至少一种α氧化铝组分，该α氧化铝的平均颗粒尺寸约在3-8  微米；b)一种α氧化铝的水合母体，其用量约占催化剂载体产品中α氧  化铝总重量的5％-60％；c)约占α氧化铝重量5-40％的一种燃烧尽的材料(a burnout ma-  terial)，和d)足量的水以挤压上述混合物；ii)把上述混合物挤压成所要求的形状；和iii)焙烧使α氧化铝晶种母体转化成α氧化铝以得到一种催化剂载体，其中平均颗粒尺寸约为3-8微米的α氧化铝颗粒扩散在由晶种母体材料得到的α氧化铝基质中。本专利技术催化剂载体可以包含一系列α氧化铝组分，改变组分可以得到所要求的物理性能，包括孔隙率、孔容积和抗碎强度等。常使用二种不同α氧化铝的组合，在一种具有大颗粒的组分中混入第二-->种具有小颗粒的组分，其重量比在约10∶90至90∶10。这样做的目的是为了使最终产品的表面积，(在本文中“表面积”是指在使用氮气或氪作为吸收气体测定的BEF表面积)，在约0.4-5m2/g。最终载体的表面积略小于自由α氧化铝颗粒的表面积。因此，一种合适的混合物可包含，例如二种α氧化铝颗粒，第一种的表面积约1m2/g，第二种的表面积约3-5m2/g。α氧化铝母体最好是一种勃姆石，但当母体是一种铝的三水合物和勃姆石混合物(如水铝矿或拜尔石)时也可以得到良好的结果。当使用这种混合物时，常使单水合物(勃姆石)与三水合物的重量比在约1∶10至1∶3之间，最常用的是约1∶8至1∶4。常常当向母体中加入水形成溶胶时，同时也向其中加入亚微米级颗粒的晶种材料。这具有降低转化成α氧化铝的温度的功能并减小转化而来的α氧化铝的晶体尺寸。使用的晶种可以是任何能在母体中产生晶核的材料，以降低使氧化铝转化成α氧化铝的转化温度。用于这种目的的晶种一般具有与α氧化铝相同的晶格形状并且其晶格尺寸与α氧化铝相差不大。显然最方便的晶种就是α氧化铝本身，亚微米级颗粒的α氧化铝是较好的晶种。但也可以用别的晶种如α氧化铁、氧化铬和某种钛的络合氧化物。由较好的晶种母体经混合物挤压成型、焙烧而成的α氧化铝一般比混合有晶种母体的α氧化铝颗粒具有更好的晶体尺寸，除非其在焙烧时在高温下放置更长的时间。当制作时，加有晶种的溶胶—凝胶材料具有亚微米级晶体结构，但如果在超过1400℃下放置更长的时间，晶体开始生长，尺寸的差异就变得不明显。较好的本专利技术载体的孔隙率至少为50％，最好约为60％-75％。与孔隙率相关的表面积较好约为0.4-5m2/g，最好约为0.6-1.2m2/g。-->常发现把一定量的氧化钛挤压入混合物中会产生良好的效果，代表性的用量约占焙烧后的载体重量的0.05-1％，最好在约0.08-0.6％之间，某些氧化铝和粘合材料中也会有作为杂质或组分的氧化钛存在，这种氧化钛不包括在上述量中。加入的氧化钛形态可以是二氧化合物、钛酸盐或氧化钛母体。在下面叙述中，这些形态都以“氧化钛”表示，可以认为氧化钛在晶种母体转化形成α氧化铝的过程中起晶体生长抑止剂的作用。因此可以预料别的有同样能力的材料，如氧化锆和氧化镁，能用来代替氧化钛。使用的氧化钛最好是具有相对高的表面积的粉末，其表面积约在8-300m2/g。由于金红石结构通常具有很小的表面积，所以在实践中氧化钛最好具有无定形或锐钛矿结构。通常市售的染料级氧化钛能得到良好的结果。当载体中含有氧化钛组分时，发现其表面积常落在上面讨论范围的低限。这种载体除了低的表面积外，支承在其上的催化剂能产生良好的催化结果。尽管由晶种母体得到的α氧化铝在某种意义上扮演基质粘合剂的角色，把其余的α氧化铝颗粒粘合在一起，但常常还是向混合物中加入陶瓷粘合材料以增加焙烧后载体的强度。可以用常规的陶瓷粘合材料，焙烧后其典型的组分(以氧化物表示)包括如：氧化硅、氧化铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、氧化铁和氧化钛。其中，第一、二种是主要成分。较好的具体实例的描述结合下述实例将对本专利技术作进一步的描述，其目的仅仅在于说明，并不意味着对本专利技术的范围有某些限制。实施例一-->本实施例将详细描述载体的制备，该载体的配方描述在后面的实施例中。把陶瓷组分、一种燃烧尽的材料(胡桃壳粉)和硼酸混成混合物。加入水和晶种组分，水的量足以使混合物能被挤压成形，一般是30％(重量)。混合物混合2-4分钟后，加入5％(基于陶瓷组分的重量)的凡士林作为挤压成形的助剂。然后使混合物再混合2-4分钟后，挤压成中空圆柱形并干燥至未结合水的含量小于2％，在温度约为1500℃的隧道窑中焙烧约4小时。实施例二在本实施例中将描述三种本专利技术载体的配方(表1)、其物理性质、以及当与一种标准市售催化剂相结合用在制备环氧乙烷时的催化性能(表2)。催化性能的对照组是使用相同催化剂的一种标准市售催化剂/载体组合。-->                          表1载体组合物载体A载体B载体CALPHA #1*46.6％45.2％46.6％ALPHA #2*18.7％18.7％28.0％ALPHA #3*(晶种)0.9％0.9％0.9％水铝矿*28.0％28.0％18.7％勃姆石*4.5％4.5％4.5％陶瓷粘合剂*1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由第一和第二α氧化铝组分组成的α氧化铝基催化剂载体，其抗碎强度至少是5磅、沉积填充密度至少是38磅/呎3，其中第一α氧化铝的形状是颗粒状的、平均晶体尺寸在约0.4-4微米，其含量约占载体中α氧化铝总重量的95-40％，第二氧化铝是用西图(in situ)法通过溶胶—凝胶工艺得到的，第一和第二α氧化铝构成了载体中α氧化铝的所有含量。

【技术特征摘要】
1.一种由第一和第二α氧化铝组分组成的α氧化铝基催化剂载体，其抗碎强度至少是5磅、沉积填充密度至少是38磅/呎3，其中第一α氧化铝的形状是颗粒状的、平均晶体尺寸在约0.4-4微米，其含量约占载体中α氧化铝总重量的95-40％，第二氧化铝是用西图(in situ)法通过溶胶—凝胶工艺得到的，第一和第二α氧化铝构成了载体中α氧化铝的所有含量。2.如权利要求1中的催化剂载体，其中第一α氧化铝组分包含一种大尺寸颗粒成分和一种小尺寸颗粒成分，该大尺寸成分是颗粒状的、含量约占第一α氧化铝组分总重量的10-90％，并且其平均颗粒尺寸小于4微米、大于2.5微米、平均晶体尺寸在约1.5-2.5微米，该小尺寸成分是颗粒状的、其含量约占第一α氧化铝组分总重量的10-90％，并且其平均颗粒尺寸大于4微米、约小于10微米、平均晶体尺寸在约0.4-0.8微米间。3.如权利要求1中的催化剂载体，其中第二α氧化铝组分是通过加晶种的溶胶—凝胶工艺得到。4.如权利要求3中的催化剂载体，其中溶胶—凝胶氧化铝中加有足量的亚微米级α氧化铝晶种。5.如权利要求1中的催化剂载体，其中还含有约0.08-1.0％(基于载体中氧化铝的重量)的氧化钛。6.如权利要求5中的催化剂载体，其中氧化钛的表面积至少是8m2/g。7.如权利要求1中的催化剂载体，其中包含的孔容积在约0.3-0.6cc.Hg/g。8.如权利要求1中的催化剂载体，其中还含有约1-3％(基于用α氧化铝表示的氧化铝组分的重量)的陶瓷粘合材料。9.一种抗碎强度至少是5磅、沉积填充密度至少是35磅/呎3的催化剂载体，其含有第一和第二α氧化铝组分，其特征在于：第一α氧化铝组分有二个成份，包括：i)第一成份约占第一α氧化铝组分的40-80％(重量)，其平均颗粒尺寸在约3-4微米；ii)第二成份约占第一α氧化铝组分的20-60％(重量)，其平均颗粒尺寸在约4-8微米；该α氧化铝组分占载体中α氧化铝总重量的95％-65％；以及第二氧化铝是用西图(in situ)法通过溶胶—凝胶工艺得到，第一和第二α氧化铝构成了载体中α氧化铝的所有含量。10.如权利要求9中的催化剂载体，其中还含有约0.05-1.0％(重量)的氧化钛。11.一种制备催化剂载体的工艺，其包括：i)制成一种混合物，该混合物中包括：a)至少一种平均颗粒尺寸约为3-8微米的α氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·H·格迪斯，D·J·里马斯，T·舒马斯基，J·A·沃尔福德，
申请(专利权)人：诺顿化学工艺产品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US