DE3200483A1 - Kieselsaeurehaltige formkoerper, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents
Kieselsaeurehaltige formkoerper, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendungInfo
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Description
BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Zentralbereich
Patente, Marken und Lizenzen Gai/bo/c
r ft Jan. 19
Kieselsäurehaltige Formkörper, Verfahren zu ihrer
Herstellung und ihre Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft neue kieselsäurehaltige Formkörper, Verfahren zu ihrer Herstellung und
ihre Verwendung als Katalysatoren und Trägermaterialien für Katalysatoren.
Kiesel säurehaltige Formkörper werden in großem Ausmaß als Katalysatoren und Trägermaterialien für Katalysatoren
verwendet. Eine große Gruppe derartiger Formkörper sind homogene Kieselsäuremassen, z.B. Kugeln
mit Durchmessern im Bereich 2 bis 5 mm oder Strangpreßlinge und werden z.B. durch Eingießen von
Kieselsäurehydrosol in nicht mit Wasser mischbare, organische Flüssigkeiten oder durch mechanische
Verformung hergestellt (s. z.B. DE-AS 1 197 851 und Firmenmerkblätter: Kali-Chemie Katalysatoren, 1980;
Süd-Chemie K-Katalysatoren, 1973; BASF Katalysatoren-Verkaufsprogramm,
1967).
Derartige Formkörper zeigen bei direktem Einsatz als Katalysatoren oder nach dem Belegen mit katalytisch
aktiven Stoffen, z.B. durch Aufsprühen oder Tränken, den Nachteil, daß die katalytisch aktiven
Zentren mehr oder weniger gleichmäßig im gesamten
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Formkörper verteilt sind (s. z.B. US-PS 3 743 607). Dadurch
können Reaktanden und Reaktionsprodukte im Formkörper festgehalten werden und Anlaß zur Bildung unerwünschter
Neben- und Folgereaktionen geben (s. z.B.
Suter, Phthalsäureanhydrid und seine Verwendung, Steinkopf Verlag Darmstadt, S. 20 (1972)). Weiterhin
können sich Nebenprodukte und Katalysatorgifte im Inneren der Formkörper anreichern und damit mit üblichen
Regenerationsverfahren nur sehr schwer oder überhaupt nicht mehr entfernt werden. Diese negativen
Effekte treten besonders stark dann auf, wenn die Formkörper durchgehend porös sind.
Es wurde deshalb schon versucht, Katalysatoren herzustellen, die im Inneren nahezu frei von Poren und/
oder katalytisch aktiven Zentren sind. Ein Beispiel hierfür ist der in ÜS-PS 1 987 506 beschriebene Katalysator,
bei dem 4 bis 6 mm große Körner eines porenarmen oder porenlosen Trägers, wie Korund oder Siliciumcarbid,
mit Vanadiumpentoxid überzogen sind. Zu einer Verbesserung dieses Katalysatortyps wird ein
Gemisch aus Vanadiumpentoxid und Titandioxid auf inerte, glatte Kugeln aus Porzellan, Steatit oder
Quarz aufgebracht (s. Chemie-Ingenieur-Technik 4, 967 bis 970 (1969)). Bei diesen Katalysatoren ist
der katalytisch aktive Bestandteil durch einen niedrigen Schmelzpunkt und die Neigung zur Glasbildung
besonders geeignet, um als überzug aufgebracht zu werden. Es sind auch auf dem gleichen Herstellungsprinzip beruhende Katalysatoren bekannt, bei denen
andere katalytisch aktive Bestandteile als Vanadium-
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pentoxid in reiner Form oder im Gemisch mit Titandioxid auf einen Träger aufgebracht werden. Alle derartigen Titandioxid
enthaltenden Katalysatoren haben den Nachteil,
daß sie zusammen mit sonstigen sauren Katalysatorbestand-5 teilen, sauren Reaktanden oder saure Verbindungen enthaltenden
Reaktanden eine unzulängliche mechanische Stabilität aufweisen.
Beispielsweise wird in der DE-OS 2 909 670 ein Verfahren beschrieben, bei dem katalytisch aktive Substanzen,
z.B. Molybdän, Vanadium, Wolfram und/oder Kupfer als
Oxidgemische in Form einer wäßrigen Suspension auf inerte Träger, beispielsweise Siliciumdioxid oder Silikate,
gespritzt werden. Dabei muß die Temperatur der Träger unterhalb 1000C liegen, der Träger vor dem Aufsprüh-
Vorgang angefeuchtet, ein erhitztes inertes Gas zugeführt und beachtet werden, daß der Wassergehalt des
Trägers stets größer ist, als derjenige der entstehenden Schale. In allen Fällen entsteht ein Katalysator,
dessen äußere Teile nicht porös sind.
In der DE-OS 2 716 154 ist die Herstellung eines Katalysators beschrieben, bei dem ein poröser Siliciumdioxid-Träger
durch ein spezielles Aufbringungsverfahren so mit Palladium und Gold belegt wird, daß
sich diese katalytisch aktiven Bestandteile in einer Oberflächenschicht abscheiden, die sich um weniger
als 0,5 mm von der Oberfläche erstreckt. Dieses Aufbringung sver fahren ist jedoch sehr aufwendig, nicht
allgemein anwendbar und ergibt Katalysatoren, die nach einer Behandlung mit Alkalimetallacetat auch im Inneren
aus aktivem Kieselsäurematerial und katalytisch aktiven Substanzen bestehen.
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Es wurden nun kieselsäurehaltige Formkörper gefunden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus einer
stückigen anorganischen Grundmasse bestehen, die mit einer poröse Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen
ist.
Die anorganische Grundmasse kann aus den verschiedensten Materialien bestehen, die nicht, wenig oder sehr
porös sein können und ausreichend fest und inert sind. Als Beispiele seien genannt: Siliciumdioxid und SiIikate,
wie Natriumaluminiumsilikate, Magnesiumsilikate (z.B. Steatite), Zirkoniumsilikate, Silikatgläser,
Quarz, Calciumzirkoniumsilikate und Aluminiumsilikate; Aluminiumoxid und Aluminiumoxid enthaltende Produkte,
wie Korund, ^C -Aluminiumoxid, ^"""^-Aluminiumoxid, CaI-ciumaluminat
und Spinelle, wie Lithium-Spinelle; sonstige oxidische Materialien, wie Titandioxid, Zirkondioxid,
Thoriumdioxid, Magnesiumoxid und Zinkoxid; metallische Materialien, wie Stähle, Eisen und Kupfer;
Gesteine, wie Granit, Basalt, natürliche Eisenoxide und Bimsstein; Materialien, die üblicherweise als Füllkörper
für Kolonnen Anwendung finden, wie Raschigringe, Berlsättel und Scherben aus beispielsweise Glas, Porzellan
oder Ton; sonstige Materialien wie Carbide, z.B. Siliciumcarbid, Carbonate, z.B. Calciumcarbonat, sowie
Schlacken, Aschen, Kohlen und Blähton.
Vorzugsweise besteht die anorganische Grundmasse aus Materialien mit niedriger Saugfähigkeit und niedriger
BET-Oberfläche. Vorzugsweise beträgt die Saugfähigkeit weniger als 10, besonders bevorzugt weniger als 5 g
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Wasser pro 100 g, und die BET-Oberflache liegt vorzugsweise unter 5 m2/g. Wenn anorganische Grundmassen mit
höherer Saugfähigkeit und/oder höherer BET-Oberfläche vorliegen, so ist es vorteilhaft zwischen die anorganische
Grundmasse und der poröse Kieselsäure enthaltenden Schicht eine weitere Schicht anzuordnen, welche die
Porosität der anorganischen Grundmasse an deren Oberfläche soweit herabsetzt, daß dort die bevorzugten
Bereiche für die Saugfähigkeit und die BET-Oberfläche vorliegen. Einzelheiten hierzu werden später beschrieben.
Weiterhin besteht die anorganische Grundmasse vorzugsweise aus Silikaten, insbesondere aus Magnesiumsilikaten
in Form von Steatiten, Siliciumdioxid, Aluminiumoxiden, Stählen, Eisen, erschmolzenen Aschen, erschmolzenen
Schlacken oder Füllkörpern.
Die Kristallstruktur der anorganischen Grundmasse hat keine besondere Bedeutung. Es kann sich um kristalline
oder amorphe anorganische Grundmassen handeln.
Die Form und Teilchengröße der stückigen anorganischen 20 Grundmasse ist ebenfalls nicht von besonderer Bedeutung.
Beispielsweise kann es sich um tablettierte, körnige oder sonstige stückige anorganische Grundmassen handeln,
sowie um Extrudate, Kugeln, Bundkugeln, Granulate, Röhrchen, Stäbchen, Zylinder, Mahlgut und andere beliebig geform-25
te Partikel, beispielsweise um Ringe. Insbesondere metallische Materialien können auch in Form von Drähten,
Drahtnetzen, Schrauben, Muttern und sonstigen geform-
Le A 21 277
-A-
A.
ten Kleinteilen vorliegen. Vorzugsweise haben die Partikel der anorganischen Grundmassen Abmessungen im
Bereich von 0,5 bis 15 mm. Besonders bevorzugt sind Kugeln, Granulate und Mahlgut mit einem mittleren
Durchmesser im Bereich von 0r5 bis 15 mm, ganz besonders
bevorzugt sind Kugeln, Granulate und Mahlgut mit einem mittleren Durchmesser von 2 bis 10 mm. Die anorganische
Grundmasse kann auch aus Partikeln verschiedener Art, z.B. Steatit und Schlacke, und verschiedener
Form, z.B. Kugeln und Mahlgut, bestehen.
Erfindungsgemäß ist die anorganische Grundmasse mit einer poröse Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen.
Die Dicke dieser Schicht kann in weiten Grenzen variieren, beispielsweise von 10 bis 3000 μπι. Vorzugsweise
beträgt die mittlere Dicke dieser Schicht 20 bis 2000 μΐη. Die Schichtdicke kann von Partikel zu
Partikel und auch innerhalb eines Partikels variieren. Letzteres insbesondere bei unregelmäßig geformten
Grundmassen, wie z.B. Asche oder Mahlgut.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält
die poröse Kieselsäure enthaltende Schicht zusätzlich katalytisch aktive Substanzen oder Vorläufer
davon. Derartige katalytisch aktive Substanzen oder Vorläufer davon können von der verschiedensten Art
sein. Es kann sich hierbei beispielsweise um Metalle, Metallverbindungen, Nichtmetalle, Nichtmetallverbindungen,
Komplexverbindungen, Ionenaustauscher, Kohlen und/oder Zeolithe handeln. Beispielsweise kommen hier-
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für Elemente und/oder Verbindungen von Elementen der 1. bis 6. Hauptgruppe und/oder der 1. bis 8. Nebengruppe
des Periodensystems, sowie der Seltenen Erden und/oder Aktiniden in Frage. Im einzelnen seien beispielsweise
5 folgende Elemente genannt: Lithium, Natrium, Kalium,
Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium,
Barium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Rhenium, Eisen,
Ruthenium, Osmium, Kobalt, Iridium, Rhodium, Nickel,
10 Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Cadmium,
Quecksilber, Bor, Aluminium, Kohlenstoff, Silicium, Zinn, Blei, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut, Cer, Scandium,
Yttrium, Gallium, Thallium, Germanium, Samarium, Thorium und/oder Uran. Diese Elemente können als sol-
15 ehe, oder in Form von Verbindungen vorliegen, wobei
selbstverständlich solche Elemente und Verbindungen ausgeschlossen sind, die nicht ausreichend stabil
sind. Die poröse, Kieselsäure enthaltende Schicht kann auch Metalle des Raney-Typs, z.B. Raney-Nickel, Raney-20
Eisen und/oder Raney-Kobalt enthalten oder die Vorläufer
davon, z.B. fein verteilte Raney-Legierungen. ;
Als Verbindungen und Komplexverbindungen kommen beispielsweise Salze und/oder Komplexverbindungen der vorgenannten
Elemente in Frage, vorzugsweise Sauerstoff enthaltende Verbindungen, wie Oxide, Hydroxide, Sulfate,
Carbonate, Carboxylate (z.B. Acetate), Nitrate, Phosphate, Silikate, Borate und Aluminate, aber auch Cyanide,
Fluoride, Chloride, Bromide, Phthalocyanide, Acetylace-
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tonate und sonstige Komplexverbindungen. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise in A.F. Wells, Structrual
Inorganic Chemistry, 3. Auflage, Oxford at the Clarendon Press (1967) und in D. Brown, J.H. Canterford und R. CoI-tan,
Halides of the Transition Elements, Band 1 bis 3, John Wiley & Sons, London (1968) aufgeführt.
Vorzugsweise kommen folgende Verbindungen in Frage: Lithiumsulfat, Natriumsulfat, Natriumacetat, Kaliumsulfat,
Kaliumacetat, Rubidiumsulfat, Cäsiumsulfat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat,
Rubidiumcarbonat, Cäsiumcarbonat, Lithiumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Cäsiumoxid, Rubidiumoxid,
Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat,
Vanadiumpentoxid, Vanadylsulfat, Vanadyloxalat,
Chromtrioxid, Molybdäntrioxid, Wolframtrioxid,
Manganoxid, Mangandioxid, Rheniumoxid, Eisen-(II)-oxid, Eisen-(III)-oxid, Eisen-(II/III)-oxid,
Rutheniumdioxid, Kobalt-(II)-oxid, Kobalt-(II/III)-oxid, Nickeloxid, Kupferoxid, Zinkoxid, Boroxid,
Aluminiumoxid, Zinndioxid, Bleimonoxid, Bleidioxid, Blei-(II/IV)-oxid, Phosphorpentoxid, Cerdioxid,
Antimontrioxid, Antimonpentoxid, Arsensäure, Arsentrioxid,
Berylliumnitrat, Bleinitrat, Bleiacetat, Cadmiumnitrat, Cadmiumsulfat, Cer-(III)-nitrat,
Cer-(IV)-sulfat, Chrom-(III)-nitrat, Eisen-(III)-nitrat, Eisen-(II)-sulfat, Eisen-(III)-sulfat, Ka-
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. M-
liumdichromat, Kaliumchromat, Kaliumhexacyanoferrat-(II),
Kaliumhexacyanoferrat-(III), Kaliumtetrahydroxyantimonat,
Dikaliumhydrogenphosphat, Kobaltnitrat, Kupfernitrat, Kupfersulfat, Lanthannitrat,
Mangan-(II)-nitrat, Natriumarsenat, Natriummolybdat, Natriumvanadat, Natriumwolframat, Nickelnitrat,
Nickelsulfat, Quecksilber-(II)-nitrat, Silbernitrat, Thalliumnitrat, Thorium-(IV)-nitrat, Uranylnitrat,
Bismutnitrat, Zinknitrat, Zirkonylchlorid, Hexachloroplatinsäure, Kaliumhexachloroplatinat, Na-*
triumtetrachloropalladat, Palladiumchlorid, Palladiumbromid, Palladiumjodid, Kaliumhexachloropalladinat,
Palladiumacetat, Palladiumnitrat, Palladiumsulfat, Palladiumdiamindichlorid, Rhodiumtrichlorid, Rhodiumtrinitrat,
Hexachloroiridiumsäure, Iridiumtrichlorid,
Rutheniumtrichlorid, Bismuttrichlorid, Chromtrichlorid,
Samariumtrichlorid und/ oder Nioboxychlorid.
Von besonderem Interesse sind Kohlen, Zeolithe, Ionenaustauscher und Aluminiumoxide.
Bei den Kohlen handelt es sich vorzugsweise um pulverförmige,
kohlenstoffhaltige Systeme, z.B. Aktiv-Kohlen,
wie sie in "Lurgi Schnellinformation (T 1091/8.75), Pulverförmige Aktivkohlen" beschrieben sind. Geeignete
Aktivkohlen haben z.B. die Zusammensetzung: Kohlenstoff 83 bis 93 Gew.-%, Wasserstoff 1 bis 3 Gew.-%,
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Sauerstoff 0,2 bis 10 Gew.-%, Stickstoffspuren,
Schwefelspuren, und enthalten ergänzend zu 100 Gew.~%
2 Asche und weisen Oberflächen von bis zu 1500 m/g und größer auf. Sie weisen z.B. eine Korngröße von
unter 1 mm, vorzugsweise eine Mahlfeinheit von ca. 20 Gew.-% über 75μπι auf.
Bei den Zeolithen kann es sich um natürlich vorkommende oder synthetisch hergestellte handeln,
z.B. um Systeme, die aus Kieselsäure und Tonerde in Verbindung mit Alkali- oder Erdalkalioxiden bestehen.
Geeignete Zeolithe sind ausführlich in R.M. Barrer, Molecular Sieves, Society of Chemical
Industry, London, S. 39 (1968) und in der Merkschrift der Bayer AG "Bayer-Zeolith", Ausgabe
1.1.1978 beschrieben. Geeignete Zeolithe haben z.B. folgende Merkmale: Porenweite 3 bis 9 S, Körnung
1 bis 6 mm und Schüttgewicht 600 bis 750 g/l und sind bevorzugt feine Pulver mit einer Korngröße
von wesentlich weniger als 1 mm.
Bei den Ionenaustauschern kann es sich um Kunstharze handeln, die aufgrund ihres chemischen Aufbaus und
einer porösen, wasserdurchlässigen Struktur äußerst reaktionsfähig im Sinne einer Bindung von Fremdionen
über Kationen- oder Anionenaustausch wirksam sind.
Geeignete Ionenaustauscher sind z.B. beschrieben in
der Merkschrift der Bayer AG "Lewatit*R)/Lewasorb(R'",
Produktinformationen, Ausgabe Januar 1981. Sowohl Kationen- als auch Anionenaustauscher, beispielsweise
die Typen starksauer-gelförmig Na- oder H-
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·::3230483
- yi -
Form, starksauer-makroporös Na-Form, schwachsauermakroporös Η-Form, starkbasisch-gelförmig Cl- oder
OH-Form, starkbasisch-makroporös Cl-Form, schwachbasisch-makroporös
Cl-Form und schwachbasisch-makroporös OH- oder OH-/Cl-Form sind geeignet. Die Korngröße
der Ionenaustauscher soll möglichst weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm betragen.
Bei den Aluminiumoxiden kann es sich um alle Zwischenstufen handeln, von den Aluminiumoxid-Hydraten bis
zu reinem Aluminiumoxid, wie sie z.B. in den Firmenschriften
von Rhone-Poulenc "Activated Alumina"
(R)
und "Alumina Catalyst Carriers Spheralite '" beschrieben
sind. Beispielsweise kommen Aluminiumoxide mit über 95 Gew.-% Al3O3-GeIIaIt in Frage. Es kann sich
aber auch um Aluminiumoxide mit geringeren Al„0-,-Gehalten
handeln. Vorzugsweise kommt Aluminiumoxid als pulverförmiges Material mit einer Korngröße unter
1 mm, vorzugsweise unter 0,5 mm, in Frage.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung kieselsäurehaltiger Formkörper
der vorbeschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Gemisch enthaltend Wasser, Kieselsol
und/oder Wasserglas und, gegebenenfalls, feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure und/oder Porosierungsmittel
auf die anorganische Grundmasse aufbringt, wobei die Temperatur der anorganischen Grundmasse stets
höher ist als die Siedetemperatur des Wassers und
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„ - - ϊ)
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das Gemisch so zugegeben wird, daß das Wasser schnell verdampft.
Als anorganische Grundmasse sind Materialien von der zuvor beschriebenen Art und Größe geeignet, wobei man beachtet,
daß deren durchschnittliche Restfeuchte zu Beginn und während der Aufbringung des Gemisches möglichst niedrig
gehalten wird, d.h. stets unter 5 Gew.-%, vorzugsweise wesentlich niedriger.
Das auf die anorganische Grundmasse aufzubringende Ge-TO
misch kann neben Wasser beispielsweise folgende Bestandteile enthalten:
a) Kieselsol,
b) Wasserglas,
c) Kieselsol und .Wasserglas in beliebigen Mischungs-Verhältnissen,
d) 10 bis 90 Gew.-% Kieselsol und ergänzend auf 100 Gew.-%
feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure, jeweils berechnet und bezogen auf wasserfreies SiCL·,
e) 10 bis 60 Gew.-% Wasserglas und ergänzend auf 100
Gew.-% feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure, jeweils berechnet und bezogen auf wasserfreies SiO-,
f) 10 bis 90 Gew.-% Kieselsol und Wasserglas, wobei der
Wasserglasanteil maximal 60 Gew.-% der Mischung beträgt, und ergänzend zu 100 Gew.-% feinpulvrige, wasserunlösliehe
Kieselsäure, jeweils berechnet und bezogen auf wasserfreies SiO«.
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- ys -
Gemische, die als silikatische Komponente nur Wasserglas enthalten, werden im allgemeinen nur dann verwendet, wenn
man, beispielsweise beim Einsatz von stark porösen anorganischen Grundmassen oder solchen mit sehr glatten
Oberflächen, eine erste Schicht zur Herabsetzung der Porosität und/oder Verbesserung der Haftfestigkeit erzeugen
will und danach eine oder mehrere Schichten aus Gemischen aufbringt, die weitere oder andere silikatische
Komponenten enthalten. Bei allen anderen Gemischen ist es ohne besondere Bedeutung, auf welcher Art von anoranischer
Grundmasse sie aufgetragen werden, ob sie zur Erzeugung von Einfach- oder Mehrfachbeschichtungen verwendet werden und, ob einer erzeugten Schicht noch eine
oder mehrere weitere folgen. Bevorzugt werden Gemische einge-
15 setzt, wie sie unter d), e) und f) beschrieben sind, gegebenenfalls
mit Porosierungsmitteln.
Bei der Herstellung der aufzubringenden Mischung können
dem Wasser als Hilfsmedium gegebenenfalls die verschiedensten organischen Lösungsmittel zugesetzt werden, wobei
es nicht erforderlich ist, immer eine homogene flüssige Phase einzustellen. Es kommen z.B. folgende organische
Lösungsmittel in Betracht: Aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische sowie heterocyclische Verbindungen, die
auch substituiert sein können. Als aliphatische Kohlen-
25 Wasserstoffe sind geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffe
mit 1 - 12, bevorzugt mit 5-8 Kohlenwasser-
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stoffatomen geeignet. Als cyclische Kohlenwasserstoffe
kommen solche mit 5-7, vorzugsweise mit 6 Kohlenstoffatomen, im Ringsystem in Betracht. Als heterocyclische
Verbindungen kommen solche mit 5-7, vorzugsweise 6 Atomen im Ringsystem in Betracht. Als heterocyclische Verbindungen
sind bevorzugt 5- und 6-gliedrige Systeme, die als Heteroatom Sauerstoff und/oder Stickstoff enthalten
können, geeignet.
Die zugesetzten Lösungsmittel können Substituenten aufweisen wie Halogenatome, z.B. Fluor, Chlor, Brom; Hydroxyl-,
Amino-, Sulfonsäure-, Carboxyl-Gruppen sowie deren Ester; C.-C.-Alkoxy-Gruppen und C.-C^-Alkylreste.
Besonders bevorzugt als organische Lösungsmittel kommen in Betracht Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Cyclohexan,
Benzol, Toluol, Xylol; Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Amylalkohol, Ethylenglykol,
Glycerin, Cyclohexanol; Ether wie Ethylenglykolmono- und Ethylenglykoldiethylether, Ethylenglykolmonotolylether,
Triethylglykolmethylether; Ketone wie Aceton; Amine wie
Ethylamin, Cyclohexylamin, Ethylendiamin; Phenole wie Phenol, 3-Acetoxyphenol, Resorcin, Brenzcatechin, sowie
Gemische und Mischungen dieser Verbindungen in den verschiedensten Zusammensetzungen.
In besonderen Fällen können auch Mischungen, bei denen das flüssige Medium nur ganz geringe Teile Wasser enthält
eingesetzt werden.
Le A 21 277
Alle auf die anorganische Grundmasse aufzubringenden Ge*
mische können wahlweise zusätzlich ein oder mehrere Porosierungsmittel enthalten, beispielsweise 0 bis
Gew.-%, bezogen auf alle vorliegenden, als wasserfreies SiO- berechneten, Kieselsäurebestandteile.
Als Kieselsol können wäßrige, kolloidale Kieselsäurelösungen in den verschiedensten Beschaffenheiten eingesetzt
werden, wie sie beispielsweise in dem Merkblatt Bayer-Anorganika, Silica-Sol, Order Nr. AC 10006 e
vom 1.2.1973 beschrieben sind. Vorzugsweise enthält das Kieselsol 15 bis 45 Gew.-% SiO2 und unter 0,5
Gew.-% Na2O und weist einen pH-Wert im Bereich von
3,4 bis 10, eine Dichte im Bereich von 1,09 bis 1,33 g/cir
auf.
g/cm und eine Teilchengröße im Bereich von 7 bis 30μΐη
Als Wasserglas kommen wäßrige Lösungen von Alkalisilikaten in Frage, insbesondere handelsübliche
Alkalisilikat-Lösungen, die unter den Bezeichnungen Kaliwasserglas und Natronwasserglas erhältlich sind
und SiO2~Gehalte bis zu 30 Gew.-% aufweisen. Geeignet
sind auch Wasserglasarten, wie sie in Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der anorganischen Chemie, .71. bis
80. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin, S. 497 (1971) beschrieben sind. Als Wasserglas können
jedoch auch feste Alkali-metasilikate, z.B. Kaliummetasilikat, eingesetzt werden, die SiO2~Gehalte bis
zu 75 Gew.-% aufweisen. Es können sowohl nur Kieselsol als auch nur Wasserglas, aber auch Kieselsol und
Wasserglas gemeinsam eingesetzt werden.
Le A 21 277
. Λ.
Als feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure kommen
beispielsweise die verschiedensten amorphen oder kristallinen Kieselsäuren in Frage, wobei die Primär-Teilchengröße
beispielsweise 1 bis 200 nm, und die Agglomeratgröße beispielsweise 0,5 bis 100 μπι sind.
Solche Kieselsäuren sind handelsüblich und beispielsweise in H. Ferch, Chemie-Ingenieur-Technik, 48, S.
ff (1976) beschrieben. Im allgemeinen handelt es sich dabei um synthetische Kieselsäuren, die auf verschiedene
Weise hergestellt sein können, beispielsweise nach der Flammhydrolyse-Methode aus Siliciumtetrachlorid,
Wasserstoff und Sauerstoff oder nach dem Lichtbogenverfahren aus Quarz und Koks. Von besonderer Bedeutung
sind die nach dem sogenannten "Naß-Verfahren" hergestellten Kieselsäuren, bei denen aus Wasserglas
und Säure durch Fällung und anschließende Trocknung oder nach dem Hydrothermalverfahren aus
Sand und Kalk Kieselsäure erhalten wird. Alle nach diesem Verfahren erhältlichen Kieselsäureprodukte
sind im Handel erhältlich.
Vorzugsweise weist die feinpulvrige, wasserunlösliche
Kieselsäure folgende Charakteristika auf: Spezifische
2
Oberfläche 30 bis 2000 m /g, Primärteilchengröße 3 bis 100 nm, Agglomeratgröße 1 bis 40μΐη, Dichte ca.
Oberfläche 30 bis 2000 m /g, Primärteilchengröße 3 bis 100 nm, Agglomeratgröße 1 bis 40μΐη, Dichte ca.
2,0 g/cm3, Stampfvolumen (nach DIN 53 194) 100 bis
2000 ml/100 g, Trocknungsverlust (nach DIN 53 198) 3 bis 7 %, Glühverlust (nach DIN 55 921) 3 bis 15 %,
pH-Wert (nach DIN 53 200) 2 bis 9, vorherrschender Porendurchmesser über 200 A und Gehalt an SiO« (bezogen
auf Trockensubstanz) über 93 %.
Le A 21 277
J ZUUkÖJ
-Vf-
. «30·
Die einzusetzenden feinpulvrigen, wasserunlöslichen Kieselsäuren können geringe Mengen an Verunreinigungen
enthalten, beispielsweise bis zu 1 Gew.-% Aluminium (berechnet als Al3O3), bis zu 0,5 Gew.-%
Eisen (berechnet als Fe2O3) und bis zu 2 Gew.-%
Schwefel (berechnet als SO3),'jeweils bezogen auf
das Trockengewicht der Kieselsäure.
Vorzugsweise sind weniger als 0,5 Gew.-% Aluminium, weniger als 0,1 Gew.-% Eisen und weniger als 1 Gew.-%
Schwefel enthalten, jeweils berechnet und bezogen wie vorstehend angegeben.
Als feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure kann auch Kieselgur eingesetzt werden.
Als Kieselgur kommt das unter dieser Bezeichnung han-15 delsübliche Naturprodukt in Frage, wie es beispielsweise
in Römpp's Chemielexikon, Band H bis L, 7. Auflage,
Franckh'sche Verlagshandlung W. Keller & Co., Stuttgart, S. 1770 (1973) beschrieben ist. Vorzugsweise
handelt es sich dabei um ein feinkörniges, leichtes PuI-20
ver, das 70 bis 90 Gew.-% amorphe Kieselsäure, 3 bis 12 Gew.-% Wasser und geringe Beimengungen von Oxiden anderer
Elemente, z.B. von Aluminium und Eisen, enthält.
Das Gemisch aus Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen von
Lösungsmitteln, Kieselsol und/oder Wasserglas und, gegebenenfalls,
feinpulvriger, wasserunlöslicher Kieselsäure bedarf nicht zwingend des Zusatzes von Porosierungsmitteln.
Insbesondere wenn größere Anteile Kieselgur in ihm enthalten sind, kann auf Porosierungsmittel
verzichtet werden, da Kieselgur eine auflockernde
Le A 21 277
rs -
Wirkung auf die Kieselsäure enthaltende Schicht ausübt Vorzugsweise wird jedoch unabhängig von der Gegenwart
von Kieselgur eines oder mehrere Porosierungsmxttel zugesetzt.
Als Porosierungsmittel sind solche geeignet, die sich
thermisch leicht und weitgehend rückstandsfrei zersetzen lassen. Solche Porosierungsmittel sind an
sich bekannt. Es kommen beispielsweise organische und/oder anorganische Stoffe in Frage, wie Ammoniumsalze,
aliphatische Alkohole der Summenformel C H2+2 0'
aliphatische Di-, Tri- und Polyhydroxyverbindungen, aliphatische Carbonsäuren der Summenformel CnH2nOo
(auch in Form ihrer Salze, Ester und sonstiger Derivate) , aliphatische Dicarbonsäuren der Summenformel
CH _2°4/ höhere aliphatische Carbonsäuren und Zukker
(auch in Form von Derivaten und Polysacchariden).
Als Einzelverbindungen seien beispielsweise genannt: Ammoniumcarbonat, -hydrogencarbonat, -nitrat, -acetat,
-formiat, -oxalat, Ethylenglykol, Glycerin, Zuckeralkohole, Essigsäure, Propionsäure, Oxalsäure, Natriumacetat,
Malonsäure, Ascorbinsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Glukose, Saccharose, Stärke und Zellulose.
Vorzugsweise kommen als Porosierungsmittel Ammoniumsalze und Oxalsäure zum Einsatz.
Die Anteile von Wasser, Kieselsol und/oder Wasserglas und, gegebenenfalls, feinpulvriger wasserunlöslicher
Le A 21 277
• «23-
Kieselsäure und/oder Porosierungsmittel in dem auf die anorganische Grundmasse aufzubringenden Gemisch können
in weiten Grenzen schwanken. Wenn man alle vorliegenden Kieselsäurebestandteile als wasserfreies SiO2 berech-
net, so beträgt hierauf bezogen der Anteil an Kieselsol und/oder Wasserglas daran vorzugsweise 20 bis 80 GeW.-%,
wobei der Wasserglasanteil daran vorzugsweise 55 Gew.-%
nicht übersteigt, und der Anteil an Porosierungsmittel· vorzugsweise von 0 bis 20 Gew.-%. Das Gemisch soll soviel
Wasser, gegebenenfalls mit Lösungsmittelzusätzen, enthalten, daß es dünnflüssig ist. Beispielsweise kann es, bezogen
auf alle vorliegenden als wasserfreies SiO- berechneten Kieselsäurebestandteile, 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise
40 bis 85 Gew.-%, Wasser enthalten.
Durch Variation der Zusammensetzung der auf die anorganische Grundmasse aufzubringenden Gemische im Rahmen
der angegebenen Grenzen lassen sich die physikalischen Parameter der sich bildenden kieselsäurehaltigen Schicht
beeinflussen, z.B. das Porenvolumen, der (mittlere) Porendurchmesser, die Porenradienverteilung, die Porosität,
die scheinbare Dichte, die wahre Dichte, der Grobporenanteil, der Feinporenanteil, die Saugfähigkeit,
die Abriebfestigkeit, die mechanische Festigkeit, die spezifische (BET-)Oberfläche, die spezifische aktive
25 Oberfläche und die Oberflächenacidität.
Das Aufbringen dieses Gemisches auf die anorganische Grundmasse kann nach an sich bekannten Methoden er-
Le A 21 277
folgen, beispielsweise mittels Gieß-, Sprüh- oder Granulierverfahren, wobei sich die Partikel der
anorganischen Grundmasse vorzugsweise in ständiger Eigenbewegung befinden und wobei eine gleichmäßige und
konstante Durchmischung angestrebt wird. Wesentlich hierbei ist, daß die Temperatur der anorganischen
Grundmasse stets höher ist als die Siedetemperatur des Wassers, d.h. beim Arbeiten bei Normaldruck über
1000C. Vorzugsweise beträgt diese Temperatur 105
bis 8000C, besonders bevorzugt 110 bis 4000C, ganz
besonders bevorzugt 110 bis 3000C. Wenn das aufzubringende
Gemisch neben Wasser wesentliche Anteile höher als Wasser siedender Lösungsmittel enthält, so
wählt man die Temperatur der anorganischen Grundmasse vorzugsweise höher als den Siedepunkt des am höchsten
siedenden Lösungsmittels. Weiterhin ist zu beachten, daß die Partikel der anorganischen Grundmasse vor Beginn
des Auftragens des Gemisches eine Restfeuchte von unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 1 Gew.-% aufweisen."
Wenn man für das Aufbringen des Gemisches auf die anorganische Grundmasse ein Sprühverfahren anwendet,
so kann man beispielsweise die anorganische Grundmasse in einer heizbaren Dragiertromme1 vorlegen
und mittels Düsen, z.B. Kegeldüsen, Hohldüsen, Schlickdüsen, Einstoffdüsen oder Mehrstoffdüsen, das Gemisch
aufbringen. Wenn man ein Gießverfahren anwendet, so kann man das aufzubringende Gemisch beispielsweise
auf die bewegte anorganische Grundmasse auftropfen. Bei Granulierverfahren wird beispielsweise die anorganische
Grundmasse und eine fein verteilte, feste
Le A 21 277
katalytisch aktive Substanz oder ein Vorläufer davon mit Hilfe eines der beschriebenen Gemische granuliert. Vorzugsweise
wendet man Sprühverfahren an.
Die Temperatur des aufzubringenden Gemisches ist im
allgemeinen nicht kritisch. Sie sollte jedoch nicht so hoch liegen, daß schon vor dem Aufbringen auf die
anorganische Grundmasse wesentliche Mengen Wasser verdampfen. Geeignete Temperaturen sind deshalb beispielsweise
solche im Bereich von 10 bis 5O0C.
Es ist wesentlich, das aufzubringende Gemisch so auf
die anorganische Grundmasse aufzubringen, daß das im
Gemisch enthaltene Wasser schnell verdampft. Der Wassergehalt der anorganischen Grundmasse und gegebenenfalls
bereits darauf aufgebrachter Kieselsäure hat stets unter
15 5 Gew.-% zu betragen. Vorzugsweise sollte er stets unter
1 Gew.-% betragen. Auf diese Weise erreicht man eine gute Haftung der aufgebrachten Schicht.
Beispielsweise kann man beim Aufbringen des Gemisches auf die anorganische Grundmasse so verfahren, daß man
die Grundmasse in einer heizbaren Dragiertrommel auf etwa 200 bis 2500C aufheizt, dann mit dem kieselsäurehaltigen
Gemisch besprüht, bis die Temperatur der Schüttung auf etwa 105 bis 15O0C gefallen ist, dann
die Schüttung wieder auf etwa 200 bis 25O0C aufheizt und erneut besprüht. Beim Einsatz stark poröser anorganischer
Grundmassen ist es vorteilhaft, die Be-
Le A 21 277
32Q0483
- 2ΚΓ -
sprühung bei Temperaturen im Bereich 250 bis 3000C
durchzuführen. Hierdurch kann das Eindringen des kieselsäurehaltigen Gemisches in die anorganische
Grundmasse auf ein Mindestmaß zurückgedrängt werden. Beim Einsatz stark poröser anorganischer Grundmassen
kann die Anwendung höherer Temperaturen auch dadurch erforderlich werden, weil die oben angegebenen Grenzen
für den Wasseranteil sonst nicht eingehalten werden können.
Das Aufbringen der kieselsäurehaltigen Schicht kann so erfolgen, daß bei einem Arbeitsgang eine Schicht beliebiger
mittlerer Dicke, beispielsweise im Bereich von 10 bis 3000 um, auf der anorganischen Grundmasse entsteht.
Man kann jedoch auch so verfahren, daß bei einem Arbeits· gang nur eine dünne Schicht, beispielsweise im Bereich
einer mittleren Dicke von 1 bis 100 \im entsteht und gegebenenfalls
mehrere derartige Schichten nacheinander aufgebracht werden. Man kann auch mehrere dickere
Schichten, beispielsweise solche mit einer mittleren Dicke im Bereich von 100 bis 1000 μΐη, nacheinander
aufbringen. Wenn man eine dickere Schicht auf die anorganische Grundmasse aufbringen will, beispielsweise
eine Schicht mit einer mittleren Schichtdicke über 100 μΐη, so ist es im allgemeinen vorteilhaft,
diese Schicht in mehreren Arbeitsgängen durch übereinander lagern mehrerer dünnerer Schichten zu erzeugen,
beispielsweise so, daß man eine Schicht mit einer mittleren Dicke von 3000 μπι entweder in drei Arbeitsgängen herstellt, wobei je Arbeitsgang eine Schicht
Le A 21 277
mit einer mittleren Dicke von etwa 1000 μπι aufgebracht
wird oder in 30 Arbeitsgängen, wobei je Arbeitsgang eine Schicht mit einer mittleren Dicke von ca.
100 μπι aufgebracht wird.
5 Wenn die kieselsäurehaltige Schicht auf die anorganische Grundmasse in mehreren Arbeitsgängen aufgebracht
wird, so können zwischen den einzelnen Arbeitsgängen beliebig lange Pausen eingelegt werden. Es ist
auch möglich für die einzelnen Arbeitsgänge unterschied-
10 lieh zusammengesetzte Gemische zu verwenden, d.h. mehrere
Schichten mit voneinander abweichender Zusammensetzung nacheinander aufzubringen. So ist es in manchen
Fällen vorteilhaft, beispielsweise beim Einsatz von stark porösen anorganischen Grundmassen oder solchen
mit sehr glatten Oberflächen (z.B. Stahlkugeln), zuerst
eine Schicht aus einem Gemisch, das nur Wasser und Kieselsol und/oder Wasserglas enthält zu erzeugen,
wodurch die Porosität der anorganischen Grundmasse herabgesetzt und/oder deren Haftfähigkeit für weitere
Schichten verbessert wird, und danach eine oder mehrere Schichten aus Gemischen aufzubringen, die auch feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure, Porosierungsmittel
und gegebenenfalls katalytische aktive Substanzen oder Vorläufer davon enthalten.
25 Die Dicke der in einem Arbeitsgang aufgebrachten Schicht hängt im wesentlichen vom Wassergehalt des aufzubringenden
Gemisches und der Zeit ab, während der die, gegebenenfalls schon mit einer oder mehreren kieselsäurehaltigen
Schichten überzogene, anorganische Grundmasse mit auf-
zubringendem Gemisch in Kontakt gebracht wird. Dem Fach-
Le A 21 277
mann bereitet es keine Schwierigkeiten durch Variation dieser beiden Parameter Schichten von der gewünschten
Dicke aufzubringen.
Die mittlere Dicke einer einzelnen Schicht beträgt vorzugsweise mindestens 10 μΐη, besonders bevorzugt
mindestens 20 um.
Die Dicke einer Schicht kann, im wesentlichen bedingt durch die Aufbringverfahren, sowohl von Partikel zu
Partikel, als auch innerhalb eines Partikels, variieren, Dies ist jedoch im allgemeinen ohne nachteiligen Einfluß
auf die Verwendbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Formkörper als Katalysatoren oder Katalysatorträger.
Beim Einsatz von unregelmäßig geformten anorganischen Grundmassen, z.B. Mahlgut, Aschen oder
Schlacken, tritt im allgemeinen beim Aufbringen einer oder mehrerer Schichten eine Annäherung an die Kugelform
auf, weil an Kanten und stark konvex gekrümmten Bereichen der Partikel die aufgebrachte Schicht relativ
dünn, dagegen bei stark konkav gekrümmten Bereichen der Partikel relativ dick ist. Dies ist ebenfalls im
allgemeinen ohne negativen Einfluß auf die Verwendbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Formkörper als
Katalysatoren oder Katalysatorträger.
Nach dem Aufbringen von Kieselsäure auf die anorganisehe
Grundmasse kann das so erhaltene Produkt gegebenenfalls thermisch nachbehandelt werden. Dabei können die verschiedensten Temperaturen angewendet werden,
Le A 21 277
OZUUHOO
beispielsweise solche im Bereich 200 bis 11000C. Bevorzugt
sind dabei Temperaturen im Bereich 200 bis 7000C, besonders bevorzugt solche im Bereich 200 bis 5000C,
ganz besonders bevorzugt solche im Bereich 200 bis 3000C,
Eine thermische Nachbehandlung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Porosierungsmittel eingesetzt worden sind.
Wenn man auf diese Weise kieselsäurehaltige Formkörper herstellen will, die aus einer anorganischen Grundmasse
bestehen, die mit einer porösen Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen ist, welche katalytisch
aktive Substanzen oder Vorläufer davon enthält, so kann man katalytisch aktive Substanzen oder Vorläufer
davon, z.B. der vorbeschriebenen Art, zusammen mit dem Kieselsäure enthaltenden Gemisch auf die anor-
15 ganische Grundmasse aufbringen. Dabei sind gegebenenfalls die Temperaturen während und nach dem Aufbringen
der Kieselsäure enthaltenden Schicht(en) so zu kontrollieren, daß keine unerwünschten Veränderungen
der katalytisch wirksamen Substanzen oder der Vor-
läufer davon eintreten. Man kann jedoch auch so verfahren,
ciaß man zunächst auf die anorganische Grundmasse ein Gemisch aufbringt, das eine von katalytisch
aktiven Substanzen oder Vorläufern davon freie kieselsäurehalt.ige
Schicht ergibt und anschließend, beispielsweise durch übliche Tränk- oder Sprühverfahren, Lösungen
oder Suspensionen von katalytisch aktiven Substanzen oder Vorläufern davon in die kieselsäurehaltige Schicht
einbringt.
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• Ά-
Unabhängig davon, wie die katalytisch aktiven Substanzen oder deren Vorläufer eingebracht worden sind, können
gegebenenfalls die verschiedensten Nachbehandlungen vorgenommen werden, um aktive oder besser aktive
Katalysatoren zu erhalten. Diese Nachbehardlung kann beispielsweise aus einer Wärmebehandlung, einer Reduktion
oder einer Oxidation bestehen.
Die erfindungsgemäßen Produkte zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine poröse Kieselsäure enthaltende
Schicht beliebiger Dicke auf einer beliebigen anorganischen Grundmasse enthalten. Werden diese Produkte
wie vorstehend beschrieben hergestellt, so erhält man festhaftende kieselsäurehaltig^ Schichten,
Die erfindungsgemäßen Produkte können, soi'ern sie keine
katalytisch aktiven Zentren enthalten, al:; Katalysatorträgermaterial verwendet werden. Man kann daraus die
verschiedensten Katalysatoren herstellen, die dann alle den Vorteil haben, daß die katalytisch aktiven Bestandteile
nur in der kieselsäurehaltigen Schicht vorliegen, was sehr aktive und selektive Katalysatoren er-,
gibt und, wobei katalytisch aktives Material eingespart werden kann, da das Innere dieser Katalysatoren frei davon
ist. Werden zusammen oder nach dem Aufbringen der Kieselsäure enthaltenden Schicht(en) katalytisch aktive
Substanzen eingebracht oder erzeugt, werden diese Vorteile ebenfalls erhalten. Im Gegensatz zu den bekannten Katalysatoren,
die eine TiO2~haltige Schicht aufweisen,
weisen die erfindungsgemäßen Produkte die Vorteile auf, daß sie sowohl an der Oberfläche als auch innerhalb der
Le A 21 277
J I U U 4 Ö J
aufgebrachten Schicht(en) porös und hinsichtlich der katalytisch
aktiven Bestandteile nicht auf solche beschränkt sind, die niedrige Schmelzpunkte haben. Besonders vorteilhaft
hat sich die Beständigkeit der kieselsäurehaltigen Schicht gegenüber eingearbeiteten katalytisch aktiven Komponenten
mit saurem Charakter und gegenüber sauren Reaktanten erwiesen, wogenen TiO_-haltige Schichten unter
diesen Bedingungen aufgrund einer chemischen Veränderung des TiO2 instabil bis zum Zerfall sind.
Die erfindungsgemäßen kieselsäurehaltigen Formkörper,
die aus einer anorganischen Grundmasse bestehen, die mit einer poröse Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen
sind, welche katalytisch aktive Substanzen enthält, können als Katalysatoren verwendet werden.
Beispielsweise kann man aus einem erfindungsgemäßen Produkt, das keine katalytisch aktiven Bestandteile
enthält, einen hervorragenden Hydrierkatalysator erhalten, Lndem man eine Palladiumsalzlösung durch
Tränkung aufbringt, z.B. eine wäßrige Palladiumchloridlösung, danach trocknet und das Palladiumsalz reduziert.
Ein so hergestellter Katalysator ist beispielsweise für die Hydrierung von Nitroverbindungen besonders
geeignet.
Wenn man Metallsalz- und/oder Edelmetallsalzlösungen auf erfindangsgemäße, von katalytisch aktiven Bestandteilen
freie Produkte auftränken will, so können beispielsweise eines oder mehrere Metalle, beispielsweise
Le A 21 277
gelöst in Form ihrer Salze, aufgetränkt werden. Physikalische
Parameter, wie z.B. Saugfähigkeit des Trägers und Löslichkeit der Metall- und/oder Edelmetallsalze,
können zur Erreichung der geforderten Wirk-Stoffkonzentration im fertigen Katalysator Mehrfachtränkungen
erforderlich machen. Beispielsweise wird die Konzentration der Metallsalz- und/oder Edelmetallsalzlösungen
so eingestellt, daß der fertige Katalysator 0,5 bis 200 g, bevorzugt 1 bis 100 g
TO einer oder mehrerer katalytisch wirksamer Komponenten
pro Liter Träger enthält. Sofern die katalytisch wirksame Komponente ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung
darstellt oder sofern mehrere katalytisch aktive Komponenten in dem Trägerkatalysator
vorliegen, von denen mindestens eine ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung darstellt,
kann der Gehalt dieser Komponenten beispielsweise jeweils 0,5 bis 100 g, bevorzugt 1 bis 50 g, besonders
bevorzugt 2 bis 20 g betragen, berechnet als Edelmetall in elementarer Form pro Liter Träger.
Beispielsweise kann ein solcher Katalysator 1 bis 20 g, bevorzugt 2 bis 10 g Palladium oder 1 bis 100
g, bevorzugt 2 bis 50 g, eines Nicht-Edelmetalles
oder, im Falle eines Mehrkomponenten-Trägerkatälysators, 1 bis 20 g Palladium, 1 bis 50 g eines
ersten Übergangselementes und 1 bis 50 g eines zweiten Übergangselementes, jeweils berechnet
als Metall in elementarer Form, pro Liter Träger
Le A 21 277
JZUU4OO
- 29 -
enthalten.
Eine technische Durchführungsform dieser Tränkung sei
anhand der Herstellung eines palladiumhaltigen SiO--Steatit-Katalysators
veranschaulicht:
Erfindungsgemäß wird aus Steatit als anorganischer Grundmasse ein eine Kieselsäureschicht enthaltender
Träger hergestellt, der entsprechend seiner Saugfähigkeit mit einer Metallsalzlösung, z.B. Natriumpalladiumchlorid,
getränkt und getrocknet wird. Falls erforderlich, wird das aufgebrachte Metallsalz
nach bekannten Methoden, beispielsweise Behandlung mit Hydrazinhydrat-Lösung, zuerst zu Metall
reduziert, bevor sich ein Waschprozeß und eine Trocknung anschließen.
In dem so hergestellten Katalysator befindet sich das Palladium ausschließlich in der kieselsäurehaltigen
Schicht. Die so hergestellten Trägerkatalysatoren können für die verschiedensten katalytischen Verfahren,
z. B. Hydrierung, Dehydrierung, Hydrogenolyse, Oxidation, Acetoxidation, Polymerisation, Isomerisierung
oder Cyclisierung verwendet werden. Bei diesen katalytischen Reaktionen können so hergestellte Trägerkatalysatoren
sowohl in der Sumpfphase als auch in der Rieselphase oder der Gasphase eingesetzt werden.
Bevorzugt sind die Rieselphase und die Gasphase. Dabei kann sowohl unter Normaldruck, überdruck als
auch unter vermindertem Druck gearbeitet werden.
Le A 21 277
. 33-
Katalytische Hydrierungen sind ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für so hergestellte Katalysatoren, Je nach
WirkstoffZusammensetzung eignen sie sich besonders zur Hydrierung aliphatischer Mehrfachbindungen, z.B.
für Selektivhydrierungen, zur Kernhydrierung aromatischer Systeme oder zur Hydrierung bestimmter Substituenten,
beispielsweise von in aromatischen Systemen enthaltenen Nitro- oder Carbonylgruppen. Bestimmte
Wirkstoffzusammensetzungen der so hergestellten Trägerkatalysatoren haben eine bevorzugte Anwendung
bei katalytischen Hydrierungen, z.B. von substituierten Aromaten, wobei, abhängig von der Kombination
der katalytisch wirksamen Substanzen sowie anderer Verfahrensparameter, wie Temperatur oder Druck, entweder
das aromatische System und/oder der Substituent hydriert werden können.
Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Acetoxidation von Olefinen, z.B. die Bildung von Vinylacetat
aus Ethylen, Essigsäure und Sauerstoff unter Einsatz von erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren,
die Palladium, Gold und Alkaliacetat als katalytisch aktive Substanzen enthalten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Katalysatoren mit der Wirksubstanz Palladium auf
SiO2-Steatit finden eine bevorzugte Anwendung zur
katalytischen Hydrierung von Nitroaromaten, z.B. von Nitrobenzol, Nitrotoluol, Dinitrobenzolen, Dinitrotoluolen,
Trinitrotoluolen und Nitrophenolen zu den
Le A 21 277
32U048-3
- at -
entsprechenden aromatischen Aminen. Für Mononitroverbindungen
wird dabei die Gasphasenreaktion bevorzugt, während für die Dinitro- oder Trinitroverbindungen
die Flüssigphase und speziell die Rieselphase bevorzugt wird. Sowohl in der Gasphase als auch in
der Rieselphase wird im allgemeinen die zu reduzierende Verbindung über einen fest angeordneten Kontakt
geleitet. Es wird vorteilhaft mit einem Überschuß an Wasserstoff gearbeitet. Beim Arbeiten in der Rieselphase
wird die zu reduzierende Nitroverbindung gewöhnlich mit der bei der Reduktion entstehenden
Aminoverbindung oder einem anderen Verdünnungsmittel soweit verdünnt, daß eine Durchführung der Reduktion
ungefährlich ist. Die bevorzugte Reaktionstemperatür in der Rieselphase liegt im Bereich von 50 bis
1500C und der bevorzugte Druckbereich zwischen 1 und 100 bar.
Bei der Hydrierung in der Gasphase wird bevorzugt im Temperaturbereich von 150 bis 3500C und bei 1
bis 10 bar gearbeitet.
Ganz allgemein ist festzustellen, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Produkte als Katalysatoren und
Katalysatorträger praktisch nicht beschränkt ist. Man kann in die kieselsäurehaltige Schicht der erfindungsgemäßen
Produkte praktisch jede für eine heterogene und/oder homogene Katalyse geeignete katalytisch aktive
Substanz einbringen oder darin erzeugen und die so erhaltenen Katalysatoren dann in Verfahren einsetzen, in
Le A 21 277
. 35.
denen die Wirksamkeit der jeweiligen katalytisch aktiven
Substanzen bekannt ist. Die Verfahrensbedinjungen derartiger
katalytischer Verfahren (Einsatzmengen, Druck, Temperatur, Verweilzeit etc.) ändern sich beim Einsatz der
erfindungsgemäßen Katalysatoren im allgemeinen nur in dem
Ausmaß, wie es aufgrund der verbesserten Aktivität und/ oder Selektivität der erfindungsgemäßen Katalysatoren, möglich
ist. Man kann auch in vielen Fällen einfach erfindungsgemäße Katalysatoren mit geringerer Wirkstoffmenge
als bisher einsetzen und bei unveränderten Verfahrensbedingungen gleiche Ergebnisse wie bisher erhalten.
Als Beispiele für die Anwendung erfindungsgemäß zugänglicher Katalysatoren seien folgende angeführt:
a) Katalysatoren für Hydrierungen, die Edelmetalle und/oder sonstige Metalle enthalten, im einzelnen
z.B. folgende:
Für die Hydrierung von Dreifach- zu Doppelbindungen Katalysatoren, die Palladium oder Palladium mit Zusätzen
von Blei, Zink, Kupfer, Chrom oder Aminen und Schwefelverbindungen enthalten. Für die Hydrierung
von Diolefinen zu Monoolefinen Katalysatoren die Palladium enthalten. Für die Hydrierung von
Monoolefinen, z.B. bei der Fetthärtung, Katalysatoren, die Raney-Nickel enthalten. Für die Hydrierung
ungesättigter Aldehyde zu gesättigten Aldehyden Katalysatoren, die Platinmetalle enthalten. Für
die Hydrierung von ungesättigten Nitrilen zu gesättigten Nitrilen Katalysatoren, die Palladium
Le A 21 277
JZUU4ÖJ
enthalten. Für die Kernhydrierung von Aromaten Katalysatoren, die Raney-Nickel oder Rhodium
enthalten. Für die Kernhydrierung von Phenolen zu Cyclohexanolen Katalysatoren, die Palladium
enthalten. Für die Hydrierung von Phenol zu Cyclohexanon Katalysatoren, die Platin enthalten.
Für die Hydrierung von Aldehyden zu Alkoholen Katalysatoren, die Nickel enthalten. Für die
Hydrierung von ungesättigten Aldehyden zu ungesättigten Alkoholen Katalysatoren, die Platin,
gegebenenfalls mit Zusätzen von Zink und/oder Eisen, enthalten. Für die Hydrierung von Carbonsäuren
zu Alkoholen Katalysatoren, die Raney-Kobalt enthalten. Für die Hydrierung von Carbon-
1 5 säureanhydriden zu 'Lactonen oder Diolen Katalysatoren,
die Nickel enthalten. Für die Hydrierung von Säurechloriden zu Aldehyden Katalysatoren,
die Palladium und schwefelhaltige Verbindungen enthalten. Für die Hydrierung von Nitrilen zu Aminen
20 Katalysatoren, die entweder Raney-Kobalt oder Eisen mit Mangan und phosphorhaltigen Zusätzen
enthalten. Für die Hydrierung von ungesättigten Nitrilen zu ungesättigten Aminen Katalysatoren, die
Kupfer-Chromit und Zusätze von Bariumverbindungen
25 enthalten. Für die Hydrierung von Aldoximen zu Hydroxylaminen
Katalysatoren, die Palladium oder Platin enthalten. Für die Hydrierung von Aldoximen zu
Aminen Katalysatoren, die Rhodium oder Platin enthalten. Für die Umsetzung von Ketonen mit Wasserstoff
30 und Ammoniak zu Aminen Katalysatoren, die Kobalt und
Le A 21 277
Nickel enthalten. Für die Umsetzung von Alkoholen mit
Ammoniak und/oder Aminen und Wasserstoff zu Aminen Katalysatoren, die Nickel enthalten. Für die Hydrierung
von Nitroverbindungen zu Aminen Katalysatoren, die Kupfer-Chromit und Bariumverbindungen oder Palladium
enthalten. Für die Ammoniak-Synthese Katalysatoren, die Eisen mit Zusätzen von Aluminium-, Kalium-,
Magnesium- und Siliciumverbindungen enthalten.
b) Katalysatoren für Dehydrierungen und oxidative Dehydrierung, die Metallverbindungen enthalten, im einzelnen
z.B. folgende:
Für die oxidative Dehydrierung von Olefinen zu Diolefinen,
insbesondere die Umwandlung von Butenen zu Butadien, Katalysatoren, die Magnesium-Fe;rrit mit Phosphor
und Nickel enthaltenden Zusätzen oder Calcium-Nickel-Phosphat und gegebenenfalls Strontium und/oder
Chrom enthaltende Zusätze oder gemischte Molybdate (z.B. Nickel-Kobalt-Eisen-Bismut-Molybdat und gegebenenfalls
Phosphor und Kalium enthaltende Zusätze) oder Nickel-Calcium-Phosphat oder gemischte Antimon-Zinn-Oxide
enthalten. Für die Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Ethylbenzol zu
Styrol, Katalysatoren, die Eisenoxid und Zusätze von Chromoxid und Kaliumverbindungen enthalten. Für
die Dehydrierung von linearen Kohlenwasserstoffen zu Aromaten, insbesondere von η-Hexan zu Benzol,
Katalysatoren, die Chromoxid und Aluminiumoxid mit Zusätzen von Alkaliverbindungen enthalten. Für die
Umwandlung von Cyclohexanol zu Cyclohexanon, Katalysatoren, die Zinkoxid und Zusätze von Alkali- und
Erdalkaliverbindungen enthalten.
Le A 21 277
32ÜÜ483
c) Katalysatoren für die Hydratisierung oder Dehydratiesierung, die Phosphorverbindungen und/oder Zeolithe
enthalten, im einzelnen z.B. folgende:
Für die Hydratisierung von Olefinen zu Alkoholen, z.B. von Ethylen zu Ethylalkohol, Katalysatoren,
die Phosphorsäure und Siliciumdioxid enthalten. Für die Dehydratisierung von sekundären Alkoholen
zu Olefinen, insbesondere von ß-Hydroxyethylbenzol zu Styrol, Katalysatoren, die Natriummetaphosphat
und Siliciumdioxid oder Zeolithe oder Aluminiumoxid enthalten. Für die Umsetzung
von Carbonsäuren mit Ammoniak unter Wasserabspaltung zu Nitrilen, insbesondere von Adipinsäure zu
Adipinsäuredinitril, Katalysatoren, die Phosphorsäure und Siliciumdioxid enthalten. Für die Dehydratisierung
von 1,4-Butandiol zu Tetrahydrofuran, Katalysatoren, die saure Zeolithe enthalten.
d) Katalysatoren für Umsetzungen in Gegenwart von Kohlenmonoxid, die Übergangsmetalle oder übergangsmetallverbindungen
enthalten, im einzelnen z.B. folgende:
Für die Synthese von Alkoholen, insbesondere Methanol, aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff,
Katalysatoren, die entweder Zinkoxid oder Chromoxid oder Kupfer und Zusätze von Zinkoxid, Aluminiumoxid,
Chromoxid und/oder Alkaliverbindungen enthalten. Für die Fischer-Tropsch-Synthese Katalysatoren,
die Eisen und Zusätze von Alkaliverbindungen, Thoriumoxid und Magnesiumoxid enthalten
Le A 21 277
oder Katalysatoren, die Eisen und Aluminiumoxid enthalten. Für die Methanisierung Katalysatoren,
die Nickel und/oder Aluminiumoxid oder Spinelle enthalten oder Katalysatoren, die Ruthenium.
enthalten. Für die Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf (Konvertierung) Katalysatoren, die
Eisen- und Chromoxid, oder Kupfer, Zinkoxid und Aluminiumoxid oder Kobalt-Molybdän-Sulfid und
Aluminiumoxid enthalten. Für das Steam-Reforming Katalysatoren, die Nickel und Alkaliverbindungen
enthalten.
e) Katalysatoren für die Ammonoxidation, die Übergangsmetalloxide enthalten, im einzelnen z.B.
folgende:
Für die Umsetzung von Propylen zu Acrylnitril Katalysatoren, die Vanadium-Antimon-Oxide oder
Molybdän-Bismut-Eisen-Kobalt-(Nickel-)-Oxide und Zusätze von Kalium- und Phosphorverbindungen
oder Antimon-Eisen-Oxide enthalten. Für die Umsetzung von o-Xylol zu Phthalodinitril Katalysatoren,
die Vanadium-Antimon-Oxide enthalten.
f) Katalysatoren für Oxidationsreaktionen, die übergangsmetallG oder Übergangsmetalloxide enthalten,
im einzelnen z.B. folgende:
Für die Umsetzung von Olefinen zu ungesättigten
Aldehyden, insbesondere von Propylen zu Acrolein und i-Buten zu Methacrolein, Katalysatoren, die
Kupferoxid oder Molybdän-Bismut-Eisen-Kobalt-
Le A 21 277
32UU483
(Nickel-)-Phosphor-Oxide oder Molybdän-Niob-(Tantal-)-Bismut-Oxide,
jeweils gegebenenfalls mit Promotoren, enthalten. Für die Umsetzung von ungesättigten Aldehyden zu ungesättigten Säuren,
insbesondere von Acrolein zu Acrylsäure und Methacrolein zu Methacrylsäure, Katalysatoren, die
Molybdän-Vanadium-Wolfram-Oxide oder Molybdän-Phosphor-Niob-(Tantal-)-Oxide, jeweils gegebenenfalls
mit Promotoren, enthalten. Für die Umsetzung von C.-Kohlenwasserstoffen zu Maleinsäureanhydrid
Katalysatoren, die Vanadium- und Phosphoroxid oder Molybdän-Antimon-Vanadium-Oxide,
jeweils gegebenenfalls mit Promotoren enthalten. Für Oxiacetylierungen von Olefinen unter Bildung
■ von Estern ungesättigter Alkohole (z.B. Vinylacetat und Allylacetat) Katalysatoren, die Palladium
und Alkaliacetate und gegebenenfalls weitere Metalle oder Metallverbindungen (z.B. Gold, Bismut,
Cadmium, Mangan) enthalten. Für die Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid Katalysatoren,
die Silber und gegebenenfalls Zusätze von Alkaliverbindungen enthalten. Für die Oxidation
von Alkoholen zu Aldehyden, insbesondere Methanol zu Formaldehyd, Katalysatoren, die Silber oder
Molybdän-Eisen-Oxide enthalten. Für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Carbonsäuren oder
Aldehyden, insbesondere von η-Buten zu Essigsäure, Katalysatoren, die Titan-Vanadat enthalten. Für
die Oxidation von Aromaten zu Säureanhydriden oder Chinonen, z.B. von Benzol, Naphthalin oder o-Xylol
Le A 21 277
- 38 -
zu Phthalsäureanhydrid und gegebenenfalls Naphthochinon Katalysatoren, die Vanadiumpentoxid mit
Zusätzen von Molybdän-/Phosphoroxidenr Titandioxid oder Siliciumdioxid/Kaliumpyrosulfat enthalten und
für die Oxidation von Anthracen zu Anthrachinon Katalysatoren, die Vanadiumpentoxid enthalten.
g) Katalysatoren für die Gasreinigung, die Metalle
oder Metalloxide enthalten, im einzelnen z.B. folgende:
Für die Entgiftung von Gasen aus Verbrennungsmaschinen Katalysatoren, die Platin und Ruthenium oder Platin
und Palladium oder Platin und Rhodium, jeweils gegebenenfalls mit Promotoren, enthalten. Für die
Entfernung von Schwefelwasserstoff nach dem Claus-
15 Verfahren Katalysatoren, die aktives Aluminiumoxid enthalten. Für die Entfernung kleiner Mengen
Chlor oder Schwefel Katalysatoren, die Kupfer oder Zinkoxid enthalten. Für die Entfernung kleiner
Kohlenmonoxid- oder Kohlendioxid-Mengen Katalysatoren,
die Nickel und Magnesium-Aluminium-Spinell oder Ruthenium enthalten.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung ohne sie in irgendeiner Weise zu beschränken.
Le A 21 277
IU U k 8 j
Beispiele Übersicht; Teil A
Beschreibung der Einsatzmaterialien Teil B
Beschreibung von Herstellungsmethoden für erfindungsgemäße
Produkte Beispiel 1 Sprühverfahren - Einmalbeschichtung
2 Sprühverfahren - Mehrfachbeschichtung 3 Thermische Nachbehandlung
Teil C
Vergleiche erfindungsgemäßer Katalysatoren mit dem Stand
der Technik Beispiel 1 Acetoxidation, Vinylacetatherstellung 5 2 Oxidation von Naphthalin
3 Hydrierung von o-Nitrotoluol
Teil D Herstellungsbeispiele für erfindungsgemäße Produkte
Beispiele 1 -
Bei Prozentangaben handelt es sich, soweit nichts anderes angegeben ist, um Gewichtsprozente.
Le A 21
Bei den Materialien 1 bis 8 handelt es sich um verschiedene anorganische Grundmassen, bei den Materialien
9 bis 17 um sonstige Einsatzmaterialien für die in den Teilen B,. C und D beschriebenen Versuche.
Material-Nr.
12 3 4 5 6 7 8 Steatit Steatit Asche SiO9 Stahl Edelstahl Silicium- Al9O-.
carbid * Λ
Form
Kugeln Zylinder Mahlgut Kugeln Kugeln 3,0-3,5mm 7mm Außen- 2,8-3,5mm 4,7-5,8mm 3,5mm
durchmesser
Raschig- Kugeln Kugeln
ringe 5 mm 5 mm
χ 5 mm
ringe 5 mm 5 mm
χ 5 mm
| Chem.Zus^ setzung/%7 SiO2 |
62,15 | 41,30 | 91,79 |
| Al2O3 | 4,28 | 22,58 | 3,09 |
| Fe2O3 | 2,23 | 16,38 | 0,58 |
| MnnO3 TiO2 CaO |
0,16 | 0,10 0,92 7,72 |
0,45 |
| MgO | 29,88 | 3,80 | 0,13 |
| K2° | 0,65 | 3,50 | 0,77 |
| Na2O | 0,93 | 1,10 | - |
| 28,5 | < | 0 | ,1 |
| 4,7 | >! | 95 | |
| 0,3 | < | 0 | ,1 |
| <0,01 | |||
| 0,2 | |||
| 0,1 | |||
| 0,1 | |||
| 0,1 | 0 | ,7 |
Physikalische !Daten siehe Fortsetzung
CD CD -!>· OO GO
Ir1 Teil A Beschreibung der Einsatzmaterialien (Fortsetzung)
> Material-Nr.
12
Steatit Steatit Asche
Schüttgewicht /kg/i/
Saugfähigkeit /gH2O/100g Material/
BET-Oberflache < /mVg7
wahre Dichte
wahre Dichte
1,615 1,070
scheinbare Dichte /g/cmV
Hg-Porenvol. ZSm3 /g7
Hg-Porenvol. ZSm3 /g7
Gesaitttporenvol.
/mm3 /g_7
Porosität Zl7
Porosität Zl7
<
| 3 Asche |
4 SiO2 |
5 Stahl |
| 1,250 | 0,540- | 4,722 |
| 0,590 | ||
| - | 63 | — |
| < 0,1 | 150 | - |
| 2,732 | ||
| 2,529 | ||
| 15 | ||
| 29 | 750 | |
| 7,4 | 64 |
7 8 Edelstahl Silicium- A] carbid
0,200
1,000
20,45
20,45
< 0,3
0,760 45
350
450
(X tv C
■ kS
Material Nr. 9. Kieselsol
| Typ | Bayer Kieselsol 300, |
| 30 % (Handelsbezeichnung) | |
| SiO2-Gehalt (\J | ca. 30 |
| Na2O-Gehalt /§7 | ca. 0,35 |
| pH-Wert | ca. 9,8 |
| Dichte ljg/cm.17 | 1,2 |
| Viskosität /inPa.sec7 | 4-6 |
| Spez. Oberfläche /in2 /g/ | ca. 280-320 |
| Teilchengröße ^nm7 | 7-8 |
| Ionogenität | anionisch |
| Farbe | klar |
Material Nr. 15 10. Kieselsäure
| Typ | Ultrasil VN2 |
| zeichnung) | |
| Glühverlust bei 100O0C ■LV |
11 |
| davon Feuchte bei 1050C LV |
6 |
| SiO~-Gehalt /%7 | 87 |
| Al0O-,-Gehalt /%7 | 0,2 |
| Na2O-Gehalt [_%/ | 0,8 |
| SO3-Gehalt /%7 | 0,5 |
| Fe2O3-Gehalt (TJ | <0,05 |
| Spez. Gewicht ^g/cm^7 | 2,0 |
| Stampfgewicht /g/l7 | 200 |
| pH-Wert | 7 |
| BET-Oberflache /m2/27 | 130 |
| Mittlere Primärteilchen- größe /nm7 |
28 |
| Le A 21 277 |
(Händelsbe-
OZUUM-OO
- 4·3 -
. Mb-
Material Nr.
11. Wasserglas
■Typ Kaliumsilikat als wäßrige Lösung Dichte /g/cml7 1 ,25
SiO2 /%7 21
K0O /|7 8,1
Material Nr.
12. Kieselgur
Typ gereinigt und geglüht nach DAB Erg. B SiO2 /|7
> 96
pH-Wert 5-9
in Salzsäure lösliche <1 Anteile /%7
säurelösliches Sulfat <-0,02 LV
säurelösliches Eisen .<0,04
LH
Glühverlust (6000C) <0,5
LH
Siebrückstand >0,1 mm <2 LV
Material Nr.
13. Vanadyloxalat-Lösung
Wäßrige Lösung mit einem Gehalt an Vanadyloxalat von 17,8 Gew.-% entsprechend 10,4 Gew.-% V2Oc und
einer Dichte von 1,165 g/cm3.
Le A 21 277
Material Nr.
14. Aktiv-Kohle Bayer Carboraffin P (Handelsbezeichnung) Wasser bei Abpackung
<L /Gew.-%7
Mahlfeinheit lßew.~%7 20 75μπι
Rütteldichte £kg/l7 ca. 0,3
pH-Wert 5-7
Asche /Gew.-%7 2,0 - 3,0
Melasse-Faktor ca. 1,0
Material Nr.
15. Zeolith
Bayer-Zeolith T-Pulver (Handelsbezeichnung)
(Alkali-Alumosilikat vom Typ A in der K-Form) Porenweite [nm7
Kristallitdurchmesser 2-10 /μπ}7
Schüttgewicht β Il7
pH-wert Material Nr.
16. Ionenaustauscher
Bayer Lewasorb SW 12 (Handelsbezeichnung)
Lieferform Na
Kornform Mikrogranulat
Grundgerüst Polystyrol
Ankergruppe SuIfonsäure Korngrößenbereich /nny7
<0,1 (95 %<0,075)
Schüttgewicht /g/l7 700 -
Dichte /g/cmV 1,28
Material Nr.
17. Aluminiumoxid
identisch mit Material Nr. 8, jedoch Korngröße <v. 0 ,1 mm
Le A 21 277
JIU U k■ ö
Teil B Beschreibung von Herstellungsmethoden für erfindungsgemäße Produkte
Beispiel 1: Sprühverfahren - Einmalbeschichtung -
In einer 50 1 fassenden, heizbaren Dragiertrommel werden 1/615 g Material Nr. 1 (siehe Teil A) vorgelegt und bei
einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 3 U/min auf 2000C
aufgeheizt*
Währenddessen werden in einem 3 1-Behälter 443 g Kieselsol,
133 g Ültrasil VN2 und 133 g Kieselgur (Materialien Nr. 9, 10 und 12, siehe Teil A) mit 1.300 g Wasser zu
einer 20 Gew.-%igen Suspension verrührt. Diese wird unter stetigem Rühren pneumatisch aus einem Druckbehälter
heraus auf die ständig bewegte, 2000C heiße, vorgelegte
anorganische Grundmasse diskontinuierlich aufgesprüht.
Hierbei werden innerhalb von 15 Minuten die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Trommel von 3 auf 15 U/min gesteigert und 300 g Suspension aufgesprüht. Sobald die Temperatur
des bewegten Materials 1500C unterschritten hat, wird der Sprühprozeß so lange unterbrochen, bis 2000C wieder
20 erreicht sind. Die noch vorhandenen 1.709 g der Suspension werden bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 15
U/min diskontinuierlich innerhalb von -45 Minuten aufgetragen. Hierbei wird das bewegte Material innerhalb des
Temperaturbereiches von 150 - 2000C gehalten. Man läßt
nach beendeter Auftragung das Produkt bei stillstehender Trommel auf 4O0C abkühlen und entleert dann die Trommel.
Le A 21 277
Es werden 1.765 g Produkt enthaltend 150 g kieselsäure
in Form einer Schicht mit einer mittleren Dicke von 175 μΐη erhalten. Die Saugfähigkeit dieses Produkts beträgt
4,2 % bei einem Schüttgewicht von 1.428 g/l und einer Restfeuchte von <1 %.
Beispiel 2; Sprühverfahren - Mehrfachbeschiohtung -
Entsprechend Teil B, Beispiel 1, werden 4.018 g Material Nr. 1 mit 4.500 g einer aus 1.000 g Kieselsol, 300 g Ultrasil
VN2, 300 g Kieselgur (Materialien Nr. 9, 10 und 12, siehe Teil A) und 2.900 g Wasser bestehenden Mischung innerhalb
von 2 Stunden besprüht. Innerhalb der ersten 15 Minuten werden 400 g der Gesamtmischung aufgetragen und
der Rest in weiteren 105 Minuten.
Es werden 4.494 g Produkt enthaltend 456 g Kieselsäure in Form einer Schicht mit einer mittleren D;.cke von
150 μΐη erhalten.
In einem weiteren Arbeitsgang werden 2.085 g des Produktes erneut mit 4.500 g der oben erwähnten Mischung unter
den gleichen Bedingungen besprüht.
Es werden 2.498 g Produkt enthaltend 413 g Kieselsäure in
Form einer zweiten Schicht erhalten. Dieses Produkt besitzt nun insgesamt eine Kieselsäureschicht mit einer
mittleren Gesamtdicke von 700 μΐη, ein Schüttgewicht von
1.180 g/l und eine Saugfähigkeit von 11,9 ml/100 g.
Le A 21 277
- /Cl -
SO-
Beispiel 3: Thermische Nachbehandlung
Das gemäß Teil B, Beispiel 2 nach einer zweimaligen Beschichtung erhaltene kieselsäurehaltige Produkt wurde
einer thermischen Nachbehandlung unterzogen. Hierbei wurde das Produkt im Bereich von 200 bis 1.1000C bei verschiedenen
Temperaturen jeweils 3 Stunden thermisch, und zwar bis 5000C in der Dragiertromme1 mittels eines Acetylen-Sauerstoff-Brenners
und bis 1.1000C in einer Glühmuffel behandelt. Hierbei konnten je nach der Temperatur
die folgenden BET-Oberflachen eingestellt werden.
| Temperatur/c c7 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 |
| BET-Oberflache bezogen auf be schichtete Ori ginalkugeln /m2/g7 |
25,8 | 26,3 | 26,4 | 25,9 | 24,4 | 21,4 | 6,9 | 1,2 | ' 0,5 | 0,2 |
Gleiche Ergebnisse erhält man, wenn man die thermische Nachbehandlung von Anfang an in einer Glühmuffel vornimmt.
Le A 21 277
Teil C Vergleiche erfindungsgemäßer Katalysatoren mit dem Stand der Technik
Beispiel 1: Acetoxidation, Vinylacetatherstellung
a) Vergleichskatalysator
In der DE-PS 1 668 088 ist ein Katalysator für die Vinylacetatsynthese beschrieben. Eine Nacharbeitung
der Beispiele dieser Patentschrift ergibt, daß im Katalysatorträger ein innerer Bereich ausgebildet
ist, der eine Palladium/Gold-Legieruncr enthält, wo-
TO gegen das Alkaliacetat durch den gesamten Träger
verteilt ist. Der Katalysator liefert 245 g Vinylacetat pro Stunde und pro Liter Katalysator bei
1400C. Der Katalysator wird gemäß Beispiel 1 der DE-PS 1 668 088 dadurch hergestellt, daß man den Träger
gleichzeitig mit einer Lösung von Palladium- und Goldsalzen und einer Lösung behandelt, die Verbindungen
enthält, welche zur Reaktion am Katalysatorträger mit den Palladium- und Goldsalzen unter
Bildung wasserunlöslicher Palladium- und GoIdverbindungen befähigt sind, anschließend die wasserunlöslichen
Palladium- und Goldverbindungen durch Behandlung mit Reduktionsmitteln in d;.e Edelmetalle
überführt und schließlich die wasserlöslichen Verbindungen auswäscht. Danach wird e;;.n Alkaliacetat
(Kaliumacetat) durch Tränkung aufgebracht, so daß der fertige Katalysator ca. 30 g Kaliumacetat/1
enthält.
Le A 21 277
- 43 -
■SO,-
b) Erfindungsgemäßer Katalysator
1.180 g = 1.000 ml des nach Teil B, Beispiel 2 durch
Zweifachbeschichtung hergestellten Produkts werden mit 140 ml einer Lösung, die 3,3 g Pd als Na2PdCl.
und 1,5 g Au als HAuCl4 enthält, imprägniert. Das
Volumen der Tränklösung entspricht der Saugfähigkeit des Produkts. Das so imprägnierte Produkt wird zur
Reduktion der Edelmetalle mit 5 %-iger Hydrazinhydratlösung überschichtet und 4 Stunden zur Vervoll-
■jO ständigung der Reduktion stehengelassen. Danach wird
das Produkt mit Wasser gewaschen und anschließend anhaftendes Wasser durch Trocknen entfernt. Man erhält
so 1.168,7 g eines Katalysators, der noch mit 135 ir.l einer wäßrigen Lösung, die 15 g Kaliumacetat
enthält erneut, entsprechend seiner Saugfähigkeit,
getränkt wird. Nach einem Trockenprozeß bei 1150C
erhält man 1.180 g = 970 ml eines Katalysators, der zur Vinylacetatherstellung eingesetzt werden kann.
c) Vinylacetat-Herstellung
Unter den in der DE-PS 1 668 088, Beispiel 5, beschriebenen Bedingungen werden 900 ml des gemäß b)
hergestellten Katalysators in ein Reaktionsrohr von 25 mm Innendurchmesser und 2 m Länge eingefüllt,
über ien Katalysator werden bei 14O0C und einem
Druck von 8 bar stündlich 77 Mol Ethylen, 19 Mol Essigsäure gasförmig und 5,8 Mol Sauerstoff geleitet.
Es wurden pro Liter Katalysator stündlich 3 57 g Vinylacetat gebildet.
Le A 21 277
Beispiel 2; Oxidation von Naphthalin
a) Vergleichskatalysator
Es wurde der Katalysator A aus Beispiel 1 der DE-OS 2 453 232 hergestellt.
Hierbei wird eine aus V3O5, H3SO4 und SO2 erhaltene
Vanadylsulfat-Lösung mit einer aus Ka3iumsilikat-Lösung
und Schwefelsäure hergestellter feinpulvrigen Kieselsäure vermischt. Die so erhaltene Paste
wird in Lochbleche mit 5 mm Dicke und 5 mm Durchinesser gegeben und 2 h bei 500C getrocknet. Die so erhaltenen
Formkörper werden danach bei 1250C getrocknet
und anschließend 12 Stunden bei 4150C getempert.
Das ergab den Katalysator 1.
b) Erfindungsgemäßer Katalysator
Entsprechend Teil B, Beispiel 1 werden 500 g Siliciumcarbid (siehe Teil A, Material Nr. 7), 253 g
Kieselsol, 76 g Ultrasil VN2, 76 g Kieselgur (Materialien Nr. 9, 10 und 12, siehe Teil Λ), 106 g
97 %ige Schwefelsäure, 301 g einer wäßrigen Vanadyloxalatlösung (entsprechend 31,8 g Vanadiumpentoxid)
und 183 g Kaliumsulfat mit 215 g Wasser zu einer 46 %igen Suspension vermischt. Diese Suspension
wird entsprechend Teil B, Beispiel 1 auf das Siliciumcarbid aufgebracht.
Le A 21 277
Es werden 965 g beschichtetes Produkt enthalten mit einer Schichtdicke von 1000 μπι. Das ergab den Katalysator
2.
c) Naphthalin-Oxidation
5 Unter den in der DE-OS 2 453 232 beschriebenen Bedingungen
wurde Naphthalin mit Sauerstoff in Gegenwart des Katalysators 1 und separat davon in Gegenwart
des Katalysators 2 umgesetzt. Die Umsetzungen wurden in einem mit einem Salzbad beheizten
Reaktionsrohr aus Stahl von 3 m Länge und 30 mm innerem Durchmesser durchgeführt. In den Reaktor wurde
zunächst bei Raumtemperatur bei einem Druck von 6 bar ein Gasgemisch aus 94 % Stickstoff und 6 %
Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 4 Nm3/h
geleitet. Dieses Gasgemisch wurde auf 2000C aufgeheizt
und dann zusätzlich mit Wasser in einer Menge von 300 ml/Std. angereichert. Dann wurde auf 35O0C
aufgeheizt und der Katalysator bei dieser Temperatur und 6 bar mit dem Stickstoff-Sauerstoff-Wasser-
20 dampf-Gemisch 24 Stunden behandelt. Es wurde danach
auf eine Temperatur von 3200C abgekühlt und dann zusätzlich
zu dem Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf enthaltenden Gemisch Naphthalin gasförmig in
einer Menge von 6 90 g/Stunde über den Katalysator
gefahren. Anschließend wurde mit einer Geschwindigkeit von 6°C/Stunde die Temperatur auf 36O0C erhöht.
Nach einer Laufzeit des Katalysators von 500 . Stunden wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Le A 21 277
- ΐί -
• 56".
Kataly- Faum-Zeit-Ausbeute Raum-Zeit-Ausbeut3 Gewichtsver-
sator /g Naphthochinon pro /g Phthalsäureanh/- hältnis
Liter Katalysator drid pro Liter Kaca- Naphthochinon
und pro Stunde/ lysator und pro zu Phthalsäure-
Stunde7 anhydrid
1 39,1 50,7 0,77:1
2 45,8 46,4 0,98:1
Mit dem Katalysator 2 werden somit deutlich verbesserte
Werte hinsichtlich der Naphthochinon-Raum-Zeit-Ausbeute und hinsichtlich des Verhältnisses von Naphthochinon zu
Phthalsäureanhydrid erhalten.
Beispiel 3: Hydrierung von o-Nitrotoluol
a) Vergleichskatalysator
In der DE-PS 1 545 297 wird die Herstellung eines Hydrierkatalysators beschrieben. Beispiel 4 wurde
derart nachgearbeitet, daß ein Katalysator mit 5 g Pd pro Liter Li-Spinell erhalten wurde. Das ergab
den Katalysator 1.
b) Erfindungsgemäßer Katalysator
Entsprechend Beispiel 24 (siehe Teil D) werden 50 ml = 65 g Träger (hergestellt entsprechend Teil D,
Beispiel 15) mit 5,3 ml einer Lösung, die 1,67 g Na3PdCl4 (entsprechend 0,25 g Palladium) enthält,
getränkt, mit 20 ml einer 10 Gew.-%igen Hydrazin-
Le A 21 277
lösung zur Überführung des Palladiums in den elementaren
Zustand versetzt, mit demineralisiertem Wasser neutral und chloridfrei gewaschen und anschließend
bei 1100C im Warmluftstrom bis zur Gewichtskonstanz
getrocknet.
Es werden 50 ml eines Katalysators erhalten, der 5 g Pd pro Liter Katalysator enthält. Das ergab den Katalysator
2.
c) Hydrierung von o-Nitrotoluol
Die Hydrierung von o-Nitrotoiuol wird bei Normaldruck
in einer Schüttelente mit eingebautem Körbchen zur Aufnahme des Katalysators durchgeführt. Es
werden jeweils 10 ml Katalysator, 5-g o-Nitrotoluol und 3 5 ml Methanol bei 500C und 0,1 bar Wasserstoffdruck
eingesetzt. Gemessen wird die Zeit der Wasserstoff auf nähme .
Katalysator Hydrierzeit Umsatz o-Nitrotoluol
1 270 98,9
2 220 99,0
Mit Katalysator 2 werden verbesserte Werte hinsicht lich Hydrierzoit und Umsatz o-Nitrotoluol erhalten.
Le Λ 21 277
Beispiele 1 - 5
Gemäß Teil B Beispiel 1 wird die Beschichtung der verschiedensten Trägermaterialien durchgeführt.
Einsatzmaterialien-Nr. aus Teil A
anorganische Grundmasse Nr. Einsatzmenge /g/
Kieselsol Mr.
Einsatzmenge [öj
Kieselgur Nr.
Einsatzmenge /g/
Ultrasil VN 2 Nr.
Einsatzmenge /g/
Kaliwasserglas Nr.
Einsatzmenge fäj
Vanadyloxalat-Lösungs Nr.
Einsatzmenge /g/
Kaliumsulfat /g/
Schwefelsäure 97 % /g7
Kieselsol Mr.
Einsatzmenge [öj
Kieselgur Nr.
Einsatzmenge /g/
Ultrasil VN 2 Nr.
Einsatzmenge /g/
Kaliwasserglas Nr.
Einsatzmenge fäj
Vanadyloxalat-Lösungs Nr.
Einsatzmenge /g/
Kaliumsulfat /g/
Schwefelsäure 97 % /g7
weiter siehe Fortsetzung
1*)
577 9
290 12 87 10 87
13 344 209 121
5 340
9 444
11 319
| 6 | 3 |
| 200 | 4725 |
| 9 | 9 |
| 288 | 1081 |
| 12 | 12 |
| 87 | 324 |
| 10 | 10 |
| 87 | 324 |
| 13 | 13 |
| 344 | 1290 |
| 209 | 784 |
| 121 | 455 |
<n
IV) CD CD -!>QO
CO
ro Ifeil D Herstellungsbeispiele für erfindungsgemäße Produkte
Ausbeute
/cj/Produkt
/cj/Produkt
Gewichtszunahme bezogen auf eingesetzte anorganische Grundmasse
/27
mittlere Schichtdicke μπι
468
146
495
83Π
6505
6505
| 71 | 480 | 128 | 295 | 1780 |
| 66 | 22 | 38 | 148 | 37,7 |
| n.b. | 420 | n.b. | n.b. | 791**) |
oo
*) Die Arbeitstemperatur bei der Auftragung betrug abweichend von Teil B Beispiel 1 200 - 23O0C.
**) Die Schichtdicke schwankt zwischen 2.025 μπι und 445 pm. Über eine Meßreihe wurde die mittlere
Schichtdicke zu 791 μπι bestimmt.
Schichtdicke zu 791 μπι bestimmt.
Solche starken Schwankungen in den Schichtdicken treten bei geometrisch regelmäßig geformten
anorganischen Grundmassen, wie z.B. Kugeln, nicht auf.
anorganischen Grundmassen, wie z.B. Kugeln, nicht auf.
n.b. bedeutet nicht bestimmt.
Die Produkte der Beispiele 1, 4 und 5 sind Katalysatoren für die Naphthalin-Oxidation. Die Produkte
der Beispiele 2 und 3 sind Vorstufen für die Herstellung von Katalysatoren (siehe Beispiel 24) .
α κ c c
Beispiele 6-12
| Gemäß Teil B Beispiel | 1 | wird < | Herstellung vco | Schichten | verschiedener | mittlerer | Dicken | durchgeführt. |
| Versuchsbedingungen | Beispiel-Nr. | |||||||
| 6 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |||
| Einsatzmaterialien | ||||||||
| 3±e | ||||||||
-Nr. aus Teil A-anorganische Grundmasse Nr.
Einsatzmenge /cj7 KieselsoHSir.
Einsatzmenge /g7 Kieselgur -Nr.
Einsatzmenge /c[7 Kaliwasserglas^ir.
Einsatzmenge /g/ Ultrasil-*ir.
Einsatzraenge /g/
Aluminiumcxid-ivtr.
Einsatzmenge /3/ Zeolith-Nr.
Einsatzmenge /g/ i&tivkohle-Nr.
Einsatzmenge /g/
weiter siehe Fortsetzung
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1625 | 1625 | 1625 | 1600 | 1615 |
| 9 | 9 | 9 | 9 | 9 |
| 41 | 112 | 722 ' | 1000 | 555 |
| 12 | 12 | 12 | ||
| 12 | 34 | 217 | _ | — |
| 10 | 10 | 10 | 10 | — |
| 12 | 34 | 217 | 100 |
14 400 1
1600
1600
1 1600
11
793
15 375
tr4 Beispiele 6-12 (Fortsetzung)
| Versuchsbedingungen | 6 | 7 | 8 | Beispiel-Nr. | 10 | 11 | 12 |
| Vanadyloxalat-Lsg. -Nr. | 13 | 13 | 13 | 9 | |||
| Einsatzmenge /g/ | 43 | 133 | 862 | - | - | - | |
| Kaliumsulfat /g7 | 30 | 81 | 523 | - | - | - | |
| Schwefelsäure 100 % /g7 | 17 | 47 | 304 | - | |||
| Wasser /g/ | 282 | 768 | 4953 | 1611 | 722 | 1331 | |
| Ausbeute | 2500 | ||||||
| /g7 Produkt | 1690 | 1823 | 2800 | 1954 | 2300 | 2102 | |
| Gewichtszunahme bezogen auf eingesetzte anorganische Grundmasse |
1651 | ||||||
| /i/ ' | 65 | 198 | 1175 | 339 | 700 | 502 | |
| 4 | 12 | 72 | 51 | 21 | 44 | 31 | |
| mittlere Schichtdicke μΐη | 50 | 150 | 650 | 3 | 350 | n.b. | n.b. |
| 50 | |||||||
Die Produkte aus den Beispielen 6-8 sind für die Naphthalin-Oxidation geeignete Katalysatoren.
Die Produkte aus den Beispielen 9-12 sind Katalysatorträgermaterialien. Wann man diese entsprechend
Teil C, Beispiel 3b, so mit Palladium belegt, daß sie 1,5 % Palladium enthalten, erhält man Katalysatoren,
die für die Hydrierung von o-Nitrotoluol nach dem in Teil C, Beispiel 3c, beschriebenen Verfahren
geeignet sind.
n.b. bedeutet nicht bestimmt.
cz CZ
£ Beispiele 13-19
> Gemäß Teil B Beispiel 1 wird die Herstellung van Kieselsäureschichten durchgeführt, die unterschied-
liehe physikalische Eigenschaften haben.
| Versuchsbedingungen | 13 | 14 | .15 | Beispiel-Nr. | 17 | 18 | 19 |
| Einsatzmaterialien | 16 | ||||||
| -Nr. Aus Teil A- | |||||||
| anorganische Grundmasse Nr. | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| Einsatzmenge /g7 | 1615 | 1615 | 1615 | 1 | 1615 | 1600 | 1600 |
| Kieselsol-Nr. | 9 | 9 | 9 | 1615 | 9 | 9 | 9 |
| Einsatzmenge /g/ | 666 | 887 | 887 | 9 | 1333 | 417 | 833 |
| Kieselgur-Nr. | 12 | 12 | 447 | ||||
| Einsatzmenge /g/ | 100 | 134 | - | 12 | - | - | - |
| Kaliwasserglas-Nr. | 133 | 11 | 11 | ||||
| Einsatzmenge /g7 | - | - | - | - | 1190 | 595 | |
| ültrasil-Nr. | 10 | 10 | - | 10 | 10 | ||
| Einsatzmenge /g/ | 100 | - | 134 | 10 | - | 125 | 125 |
| Wasser /g7 | 1133 | 979 ι | 979 | 133 | 667 | 768 | 947 |
| Ausbeute | 1287 | ||||||
| /g7 Produkt | 1793 | 1906 | 1954 | 1986 | 2192 | 1824 | |
| weiter siehe Fortsetzung | 1765 | ||||||
OO IV) CD CD J>OO
CO
| Versuchsbedingungen | 2 | 13 | 14 | ' 15 | Beispiel-Nr. | 17 | 18 | 19 |
| Gewichtszunahme bezogen auf ein- | 16 | |||||||
| geset'''1"0 anorganische Grundraassc | ||||||||
| fjf | 178 | 291 | 339 | 371 | 592 | 224 | ||
| /If | 11,5 | 18 | 21 | 150 | 23 | 37 | 14 | |
| mittlere Schichtdicke /IW | 95 | 140 | 335 | 9,3 | 185 | n.b. | n.b. | |
| wahre Dichte /g/cmV*) | ,589 | 2,576 | 2,549 | 180 | 2,556 | 2,366 | 2,552 | |
| scheinbare Dichte /g/cm3 7*) | ,210 | 2,297 | 2,027 | 2,606 | 2,273 | 1,748 | 2,389 | |
| Gesamtporenvolumen /mm3/g7*) | 66 | 47 | 101 | 2,281 | 49 | 149 | 27 | |
| BET-Oberflache /ßr/<%/*) | 11,6 | 12,8 | 24 | 54 | 22,4 | % 0,1 | < 0,1 ι | |
| mittlerer Porendurchmesser | ,9 9,2 | |||||||
| /~§7*) | 230 | 150 | 160 | 90 | n.b. | n.b. | ||
| Porosität /%7 | 14,6 | 10,8 | 20 | 230 | .11/1 | 26,1 | 6,4 | |
| ,5 12,5 | ||||||||
*) Diese Werte beziehen sich auf das gesamte Produkt, d.h. anorganische Grundmasse plus Kieselsäureschicht.
Die Produkte aus den Beispielen 13-19 sind Katalysatorträgermaterialien. Wann man diese' entsprechend
Teil C, Beispiel 3b, so mit Palladium belegt, daß sie 1,5 % Palladium enthalten, erhält man Katalysatoren, die für die Hydrierung von o-Nitrotoluol nach dem in Teil C, Beispiel 3c, beschriebenen Verfahren geeignet sind.
Teil C, Beispiel 3b, so mit Palladium belegt, daß sie 1,5 % Palladium enthalten, erhält man Katalysatoren, die für die Hydrierung von o-Nitrotoluol nach dem in Teil C, Beispiel 3c, beschriebenen Verfahren geeignet sind.
n.b. bedeutet nicht bestimmt.
GO
CD CD -P-OO GO
Durchführung gemäß Teil B, Beispiel 1
| Versuchsbedingungen | Beispiel-Nr. |
| Einsatzmaterialien | 20 |
| -Nr. aus Teil A- | |
| anorganische Grundmasse Nr. | |
| Einsatzmenge /g_7 | 1 |
| Kleselsol-Nr. | 1615 |
| Einsatzmenge /g_7 | 9 |
| Kieselgur-Nr. | 288 |
| Einsatzmenge /§7 | 12 |
| Kaliwasserglas-Nr. | 86 |
| Einsatzmenge /g_7 | |
| Ültrasil-Nr. | - |
| Einsatzmenge /g/ | 10 |
| Vanadyloxalat-Lsg.-Nr. | 86 |
| Einsatzmenge /g_7 | 13 |
| Kaliumsulfat /g_7 | 344 |
| Schwefelsäure 97 % /g_7 | 209 |
| Wasser /g_7 | 121 |
| Oxalsäuredihydrat /g_7 | 816 |
| Ausbeute | 125 |
| /g_7 Produkt | |
| Gewichtszunahme bezogen auf | 2095 |
| eingesetzte anorganische | |
| Grundmasse | |
| LT | |
| LT | 480 |
| 30 |
Das so erhaltene Produkt ist ein für die Oxidation von Naphthalin geeigneter Katalysator.
Le A 21
Beispiele 21-23
Entsprechend leil B Beispiel 2 werden Produkte durch zweifache Beschichtung hergestellt.
| Versuchsbedingungen | 21 | Beispiel-Nr | 22 | • | 23a) | 23b) ' |
| -Nr. aus "teil A- | ||||||
| anorganische Grundmasse Nr. | 1 | Endprodukt aus | 8 | Endprodukt | ||
| Beispiel 21 | aus 23a) | |||||
| Einsatzmenge /g/ | 4585 | 3290 | 820 | 730 | ||
| KieseIsol-Nr. | 9 | 9 | - | 9 | ||
| Einsatzmenge /g/ | 1000 | 1081 | - | 333 | ||
| Kieselgur-Nr. | 12 | - | ||||
| Einsatzmenge /g/ | - | 324 | ||||
| Kaliwasserglas-Nr. | 11 | 11 | 11 | |||
| Einsatzmenge /g7 | 2857 | - | 1250 | 952 | ||
| Ultrasil-Nr. | 10 | 10 | ||||
| Einsatzmenge /g/ | 300 | 324 | - | |||
| Ionenaustauscher-Nr. | 16 | |||||
| Einsatzmenge ,/g7 | 100 | |||||
| weiter siehe Fortsetzung | ||||||
ι «r
| Versuchsbedingungen | 21 | 22 | Beispiel-Nr. | 23a) | 23b)*J |
| Vanadyloxalat-Lsg.-Nr. | 13 | ||||
| Einsatzmenge /cjj | - | 1290 | - | ||
| Kaliumsulfat /g/ | - | 784 | _ | ||
| Schwefelsäure 100 % /§7 | - | 455 | - | ||
| Wasser /g7 | 1843 | 829 | 500 | 524 | |
| Ausbeute | |||||
| /g7 Produkt | 6025 | 4743 | 1060 | 1260 | |
| Gewichtszunahme bezogen auf | |||||
| eingesetzte anorganische Grundmasse | |||||
| /g7 | 1440 | 1453 | 240 | 530 | |
| 31 | 44 | 29 | 73 | ||
Das Produkt axis Beispiel 22 ist ein Katalysator, der für die Oxidation von Naphthalin geeignet ist. Das
Produkt aus Beispiel 23b ist ein Katalysatortragermaterial. Wenn man dieses mit 1,5 % Palladium belegt
(siehe Iteil C, Beispiel 3b), so erhält man einen für die Hydrierung von o-Nitrotoluol geeigneten Katalysator.
*) Die Beschichtung erfolgte bei 130 -' 1500C, bedingt durch Instabilität des Ionenaustauschers bei höheren
Temperaturen.
GO NJ) O O
Beispiele 24 - 29
Verschiedene erfindungsgemäße Produkte, die mit einer
Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen sind, werden mit verschiedenen Wirkstoffen beladen.
Herstellung und Eigenschaften der Ausgangsprodukte:
Herstellung Saugfähigkeit Schüttgewicht
/g Wasser/100 g /g/l Ausgangs-Ausgangsmaterial7 material?
für Beispiel 24 gemäß Teil D, 8,2 1296
für Beispiele 25 gemäß Teil B, 4,2 1428
bis 29 Beispiel 1
50 ml = 65 g des o.a. Ausgangsprodukts werden mit 5,3 ml einer Lösung, die 6,9 g Na3PdCl4-Lösung (entsprechend 1 g
10 Palladium) enthält, getränkt, mit 20 ml einer 10 Gew.-%igen
Hydrazinlösung zur überführung des Palladiums in den elementaren
Zustand versetzt, mit demineralisiertem Wasser neutral und chloridfrei gewaschen und anschließend bei
11O0C im Warmluftstrom bis zur Gewichtskonstanz getrock-
Es werden 50 ml eines Katalysators erhalten, der 20 g Pd pro Liter Katalysator enthält. Dieser Katalysator eignet
sich für dio Hydrierung von o-Nitrotoluöl.
Le A 21 277
• 6?·
6-4 -
100 ml = 143 g des o.a. Ausgangsproduktes werden mit
6,0 ml einer Lösung, die 1,645 g Rutheniumni<:rat-Hydrat
(entsprechend 0,5 g Ru) enthält, getränkt, getrocknet und bei 4000C getempert. Das so abgeschiedenu Rutheniumoxid
wird durch Behandlung mit Wasserstoff box erhöhter Temperatur zum Metall reduziert.
Es werden 100 ml des Katalysators erhalten, der 5 g Ru
pro Liter Katalysator enthält. Dieser Katalysator eignet sich für die Hydrierung von o-Nitrotoluol.
100 ml = 143 g des o.a. Ausgangsprodukts werden mit 6,0 ml einer Lösung, die 7,5 g NiCl2.6H3O (entsprechend
1,85 g Ni) enthält, getränkt und bei 80°C im Vakuum bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Es werden 100 ml eines Katalysators erhalten, der 18,5 g Ni in Form von Nickelchlorid pro Liter Katalysator enthält.
100 ml = 143 g des o.a. Ausgangsprodukts werden mit 6,0 ml einer Lösung, die 10,0 g (Cu(NO3) 2 . 3H-,0 (entsprechend
2,6 g Cu) enthält, getränkt und bei 8O0C im Vakuum bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Le A 21 277
32ÜÜ483
Es werden 100 ml eines Katalysators erhalten, der 26 g Cu in Form von Kupfernitrat pro Liter Katalysator enthält.
5 100 ml = 143 g des o.a. Ausgangsprodukts werden mit 6,0 ml
einer Lösung, die 10,0 g Co (NCO 2 .6H-O (entsprechend 2 g
Co) enthält, getränkt und bei 800C im Vakuum bis zur Gewichtskonstanz
getrocknet.
Es werden 100 ml eines Katalysators erhalten, der 20 g Co
in Form von Kobaltnitrat pro Liter Katalysator enthält.
100 ml = 143 g des o.a. Ausgangsprodukts werden mit 6,0
ml einer Lösung, die 6,0 g FeCl... 6H2O (entsprechend
1,24 g Fe) snthält, getränkt und bei 800C im Vakuum bis
zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Es werden 100 ml eines Katalysators erhalten, der 1,24 g Fe in Form von Eisenchlorid pro Liter Katalysator enthält.
Bei den Produkten aus den Beispielen 26 - 29 handelt es
sich um Katalysatoren, die noch durch Wasserstoffbehandlung zu aktivieren sind. Die so aktivierten Katalysatoren
können für die Hydrierung von o-Nitrotoluol eingesetzt
werden.
Le A 21 277
Claims (10)
1) Kieselsäurehaltige Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer stückigen anorganischen
Grundmasse bestehen, die mit einer poröse Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen ist.
2) Kieselsäurehaltige Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer anorganischen Grundmasse
bestehen, die mit einer porösen Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen ist, welche
katalytisch aktive Substanzen oder Vorläufer davon enthält.
3), Verfahren zur Herstellung von kieselsäurehalti- ' gen Formkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß man
ein Gemisch enthaltend Wasser, Kieselsol und/ oder Wasserglas und, gegebenenfalls, feinpulvrige,
wasserunlösliche Kieselsäure und/oder Porosierungsmittel auf eine stückige anorganische Grundmasse aufbringt,
wobei die Temperatur der anorganischen Grundmasse stets höher ist als die Siedetemperatur
äes Wassers und das Gemisch so zugegeben wird, daß
das Wasser schnell verdampft und der Wassergehalt der anorganischen Grundmasse stets unter 5 Gew.-% beträgt,
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine anorganische Grundmasse, die zumindest
an der Oberfläche eine Saugfähigkeit von unter 10 g
Le A 21 277
.4.
Wasser pro 100 g und eine BET-Oberflache von unter
5 m2/g aufweist und eine feinpulvrige wasserunlösliche Kieselsäure, die eine Primär-Teilchengröße
im Bereich von 1 bis 200 nm und eine Agglomeratgröße
im Bereich von 0,5 bis 100 μΐη aufweist und/
oder Kieselgur einsetzt.
5) Verfahren nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch einsetzt, das, jeweils
berechnet und bezogen auf wasserfreies SiO2,
a) 10 bis 90 Gew.-% Kieselsol oder
b) 10 bis 60 Gew.-% Wasserglas oder
c) 10 bis 90 Gew.-% Kieselsol und Wasserglas, wobei der Wasserglasanteil maximal 60 Gew.-% der
Mischung beträgt,
und jeweils ergänzend zu 100 Gew.-% feinpulvrige, wasserunlösliche Kieselsäure enthält,
sowie, bezogen auf alle vorliegenden, als wasserfreies SiO„ berechneten Kieselsäurebestandteile,
0 bis 40 Gew.-% Porosierungsmittel und 30 bis 95 Gew.-% Wasser.
6) Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufbringesns des Gemisches
die Temperatur der anorganischen Grundmasse im Bereich 105 bis 8000C liegt.
7) Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Gemisch aufbringt, bis sich eine
kieselsäurehaltige Schicht einer Dicke im Bereich von 10 bis 3000 μπι gebildet hat.
Le A 21 277
8) Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man katalytisch aktive Substanzen oder
Vorläufer davon zusammen mit dem Kieselsäure enthaltenden Gemisch aufbringt oder zunächst ein Gemisch
aufbringt, das eine von katalytisch aktiven Substanzen oder Vorläufern davon freie kieselsäurehaltige Schicht
ergibt und anschließend Lösungen oder Suspensionen von katalytisch aktiven Substanzen oder Vorläufern davon
in die Schicht einbringt.
9) Verwendung von kieselsäurehaltigen Formkörpern,
die aus einer anorganischen Grundmasse bestehen, die mit einer porösen Kieselsäure enthaltenden
Schicht überzogen sind, als Trägermaterial für Katalysatoren.
10) Verwendung von kieselsäurehaltigen Formkörpern, die aus einer anorganischen Grundmasse bestehen,
die mit einer poröse Kieselsäure enthaltenden Schicht überzogen sind, welche katalytisch aktive
Substanzen enthält, als Katalysatoren.
Le A 21 277
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Applications Claiming Priority (1)
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| EP (1) | EP0083791B1 (de) |
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