炭黑基成型多孔产物制造技术

本发明专利技术涉及炭黑基成型多孔产物。提供了成型多孔碳产物和用于制备这些产物的方法。所述成型多孔碳产物例如可用作催化剂载体和吸附剂。还提供了包含这些成型多孔碳产物的催化剂组合物、制备所述催化剂组合物的方法、以及利用所述成型多孔碳产物和催化剂组合物的各种方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
炭黑基成型多孔产物
[0001]本申请是申请号为201910582892.3、申请日为2015年4月29日、专利技术名称为“炭黑基成型多孔产物”的中国专利申请的分案申请。申请号为201910582892.3的中国专利申请是申请号为201580026202.6(PCT/US2015/028358)的中国专利申请的分案申请。
专利

[0002]本专利技术大体上涉及成型多孔碳产物和用于制备这些产物的方法。例如，所述成型多孔碳产物可用作催化剂载体、色谱载体材料、过滤介质以及吸附剂。本专利技术还涉及包含这些成型多孔碳产物的催化剂组合物、制备所述催化剂组合物的方法、以及利用所述成型多孔碳产物和催化剂组合物的各种方法。
[0003]专利技术背景
[0004]碳为一种可用作催化剂载体或吸附剂的材料。用于化学催化反应的最常用碳基载体为具有高比表面积(例如超过500m2/g)的活性碳。制备活性碳需要通过化学活化(诸如在高温下与酸接触)或蒸汽活化使碳质材料(例如木炭、木材、椰子壳或来自石油的炭黑)活化。二种活化方法均产生大量的微孔并因此产生较高的表面积。根据碳质材料的来源，所得活性碳可具有高残留含量的无机灰分和硫，并且在表面可能有含氧或氮官能基。由于活性碳使催化活性成分能在催化剂表面良好地分散并且使化学试剂能在催化剂表面有效地吸附和反应，所以对催化剂应用而言，活性碳被认为具有最佳载体结构。
[0005]近年来，已愈来愈关注于将生物可再生性材料用作原料以替代或补充原油。参见，例如，Klass,Biomass for Renewable Energy,Fuels,and Chemicals,Academic Press,1998。此出版物和所有引用的其他出版物均以引用的方式并入本文。用于将生物可再生性资源诸如碳水化合物(例如由淀粉、纤维素或蔗糖衍生的葡萄糖)转化成目前的商品和特用化学品的主要挑战之一是碳水化合物中选择性除去氧原子。已知用于将碳
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氧单键转变成碳
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氢键的方法。参见，例如，美国专利第8,669,397号，其描述了一种用于将葡萄糖经由葡萄糖二酸中间物转化成己二酸的方法。一个与高官能性生物可再生性衍生的分子和中间物的催化转化反应有关的挑战性问题是达到商业应用上所需要的高水平催化活性、选择性和稳定性。对催化活性和选择性而言，由碳水化合物(例如葡萄糖和葡萄糖二酸)衍生的高官能性生物可再生性衍生的分子和中间物是非挥发性，因此必须以呈液相的溶液进行处理。当与气相催化法比较时，已知液相催化法由于液
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固(和气
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液
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固)扩散速率比气
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固扩散速率慢而受困于较低的产量。
[0006]另一个与高官能性生物可再生性衍生的分子和中间物的催化转化反应有关的挑战性问题是利用化学侵蚀性反应条件。例如，美国专利第8,669,397号描述了在极性溶剂(例如水和乙酸)存在下于高温下进行的催化转化步骤。通常，非挥发性高官能性分子(例如葡萄糖和葡萄糖二酸)的解离需要极性溶剂，并且用于商品应用的生产性且费用低的催化转化步骤需要高温。因此，一个与高官能性生物可再生性衍生的分子和中间物的催化转化反应有关的重要挑战是催化剂稳定性。长期催化剂稳定性对商品生产是必须的，这意味着催化剂在反应条件下必须是长期稳定的、有生产能力的、以及选择性的。
[0007]与工业工业用成型催化剂，尤其是在生物可再生性衍生的分子和中间物的转化反应中的催化剂开发有关的挑战是a)在工业规模下与经济上可行的催化剂一致的高生产率和选择性、b)成型催化剂载体的机械和化学稳定性和c)通过载体保留催化活性成分并避免催化活性成分渗入极性溶剂反应介质中。仍然需要可满足这些挑战的在工业上可扩充缩放的、高活性的、选择性和稳定的催化剂载体和催化剂组合物。

技术实现思路

[0008]简言之，在不同方面中本专利技术涉及成型多孔碳产物。根据各种实施方案，成型多孔碳产物包含炭黑和碳化粘合剂，所述碳化粘合剂包含水溶性有机粘合剂的碳化产物，其中所述成型多孔碳产物的BET比表面积为约20m2/g至约500m2/g，平均孔隙直径大于约5nm，比孔容积大于约0.1cm3/g，径向部件抗碎强度大于约4.4N/mm(1磅/mm)，并且炭黑含量为至少约35重量％。根据其他实施方案，成型多孔碳产物包含碳聚结物，其中所述成型多孔碳产物的平均直径为至少约50μm，BET比表面积为约20m2/g至约500m2/g或约25m2/g至约250m2/g，平均孔隙直径大于约5nm，比孔容积大于约0.1cm3/g，并且径向部件抗碎强度大于约4.4N/mm(1磅/mm)。
[0009]在其他方面中，本专利技术涉及用于制备成型多孔碳产物的方法。根据各种实施方案，一种制备成型多孔碳产物的方法包括将水、炭黑和水溶性有机粘合剂混合以产生炭黑混合物；使所述炭黑混合物成形以产生成型炭黑复合物；以及加热所述成型炭黑复合物以使所述粘合剂碳化成水不溶性状态以产生成型多孔碳产物。
[0010]本专利技术的方面还涉及各种催化剂组合物以及用于制备所述催化剂组合物的方法。例如，根据各种实施方案的催化剂组合物包含作为催化剂载体的成型多孔碳产物和在所述载体表面的催化活性成分或其前体。另一种催化剂组合物包含成型多孔碳载体和在所述载体表面的催化活性成分或其前体(包含铂和金)。另一种催化剂组合物包含成型多孔碳载体和在所述载体表面的催化活性成分或其前体(包含铂和铑)。制备根据本专利技术的催化剂组合物的方法包括使催化活性成分或其前体沉积于成型多孔碳产物上。
[0011]在其他方面中，本专利技术还涉及各种使用成型多孔碳产物和催化剂组合物的方法。一种根据本专利技术的方法为用于反应物的催化转化反应的方法，所述方法包含使含有所述反应物的液体介质与本专利技术的催化剂组合物接触。其他方法包括使醛糖选择性氧化成醛糖二酸以及使醛糖二酸或其盐、酯、或内酯选择性加氢脱氧成二羧酸。此外，本专利技术涉及制备用于液相催化反应的反应容器的方法。所述方法包括用本专利技术的催化剂组合物填充所述反应容器。
[0012]其他目的和特征有部分是显而易见的，并且有部分会在下文中指出。
[0013]附图简单说明
[0014]图1提供用Monarch 700炭黑制得的催化剂挤出物样品横剖面的扫瞄电子显微镜图像。
[0015]图2提供图1的一个催化剂挤出物横剖面的放大图。
[0016]图3显示粗Monarch 700炭黑材料的累积孔隙容积(％)作为平均孔隙直径的函数的图。
[0017]图4显示包含Monarch 700炭黑材料的新鲜催化剂挤出物的累积孔隙容积(％)作
为平均孔隙直径的函数的图。
[0018]图5显示在使用350小时后，包含Monarch 700炭黑材料的催化剂挤出物的累积孔隙容积(％)作为平均孔隙直径的函数的图。
[0019]图6显示利用Monarch 700炭黑和葡萄糖/羟乙基纤维素粘合剂的挤出物的累积孔隙容积(％)作为平均孔隙直径的函数的图。
[0020]图7显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂组合物，其包含作为催化剂载体的成型多孔碳产物和催化活性成分或其前体，其中所述成型多孔碳产物包含：(a)炭黑以及(b)碳化粘合剂，其包含水溶性有机粘合剂的碳化产物，并且其中所述成型多孔碳产物的BET比表面积为约20m2/g至约500m2/g，平均孔隙直径大于约5nm，比孔容积大于约0.1cm3/g，炭黑含量为至少约35重量％，并且碳化粘合剂含量为约20重量％至约50重量％。2.根据权利要求1所述的催化剂组合物，其中所述成型多孔碳产物通过BJH法所测得的直径为1.7nm至100nm的孔隙的比孔容积为约0.1cm3/g至约1.5cm3/g。3.根据权利要求1或2所述的催化剂组合物，其中所述成型多孔碳产物的炭黑含量为约35重量％至约80重量％。4.根据权利要求1至3任一项所述的催化剂组合物，其中所述粘合剂包含(i)选自由以下组成的组的糖类：单糖、双糖、寡糖以及其组合；和(ii)聚合的碳水化合物、聚合的碳水化合物的衍生物、或非碳水化合物合成聚合物、或其任何组合。5.根据权利要求1至4任一项所述的催化剂组合物，其中所述成型多孔碳产物的径向部件抗碎强度大于约4.4N/mm(1磅/mm)。6.根据权利要求1至5任一项所述的催化剂组合物，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：阿彻丹尼尔斯米德兰公司，
类型：发明
国别省市：