СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ-ДЕЙТЕРИЯ Российский патент 2012 года по МПК B01J37/02 B01J37/16 B82B3/00 B01J21/08 B01J23/46 B01D59/00 

Описание патента на изобретение RU2464092C1

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

Известен способ получения катализатора путем ионного обмена, при котором носитель из огнеупорного оксида, содержащего катион водорода, обрабатывают раствором, содержащим катионы металлов. Непосредственно после обработки оксид промывают водой для отделения химически несвязанных металлических катионов. Далее оксид сушат, при этом часть металлических катионов восстанавливается при нагревании огнеупорного оксида до элементарного металла путем отделения от связанной воды, которая ассоциирована с металлическими катионами (пат. Германии №1542012, кл. B01Y 37/30, от 21.10.76 г.). Этот катализатор используется только для ионного обмена.

Известен способ получения катализатора для изотопного обмена между водой и водородом, где катализатор включает гидрофобную пористую матрицу с диспергированной в ней платиной и, по крайней мере, другой металл, выбранный из группы хрома или титана (пат. ЕР №1486457 Кл. B01D 59/00, B01Y 37/00-37/02, от 06.06.2003 г.). Однако этот катализатор используется только для изотопного обмена между водой и водородом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения катализатора Ptмиц/Al2O3 для изотопного обмена протия и дейтерия и о-п конверсии протия. Наночастицы Pt образуются при радиационно-химическом восстановлении ионов платины в обратномицелярных системах Н2[РtСl6]/Н2O/ацетон/бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия/изооктан. Наночастицы получены из трех различных исходных обратномицеллярных растворов, отличающихся значениями коэффициента солюбилизации ω=1,5, 3 и 5 («Перспективные материалы», стр.288-293, 2010 г.).

Однако катализатор обладает невысокой каталитической активностью.

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

Этот технический результат достигается получением катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающего получение наночастиц металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель, причем восстановление соли металла происходит при взаимодействии с кверцетином, в качестве носителя используют SiO2, а в качестве соли металла используют RhCl3 или RuOHCl3 и готовят обратномицеллярные растворы родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 5-50 масс.%, раствор кверцетина в количестве 0,5-5 масс.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.%.

В качестве спирта в водно-спиртовом растворе используют изопропанол.

Пример №1

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

Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Rh/SiO2 по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия 4,94·1014 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа. Данные по активности данного образца катализатора Rh/SiO2, приготовленного по примеру 1, в интервале температур 77÷400 К представлены в таблице 1.

Пример №2

Готовился обратномицеллярный раствор соли родия RhCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10-2 г (50 масс.%), раствор кверцетина 3,4·10-3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10-3 г (10 масс.%).

Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам родия в растворе с погруженным в него носителем SiO, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с высаженными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Rh/SiO2 пo отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия составила 4,38·1014 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.

Данные по активности данного образца катализатора Rh/SiO2, приготовленного по примеру 2, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 2.

Пример №3

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

Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с нанесенными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Ru/SiO2 по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия составила 4,35·1014 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.

Данные по активности данного образца катализатора Ru/SiO2, приготовленного по примеру 3, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 3.

Пример №4

Готовился обратномицеллярный раствор соли рутения RuOHCl3 при отношении мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия 10:1. Затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 3,4·10-2 г (50 масс.%), раствор кверцетина 3,4·10-3 г (5 масс.%) и аммиачный раствор в количестве 6,8·10-3 г (10 масс.%).

Взвешен 1 г носителя SiO2 и помещен в 10 мл полученного обратномицеллярного раствора.

По убыли интенсивности пиков, соответствующих наночастицам рутения в растворе с погруженным в него носителем SiO2, судили о факте адсорбции наночастиц родия. Факт образования наноструктурированных частиц родия фиксировался по наличию характерных пиков в спектрах оптического поглощения, а также при помощи атомно-силовой микроскопии. Образцы носителя с нанесенными наночастицами родия извлекались из обратномицеллярного раствора и в течение суток сушились на воздухе. Высушенные образцы промывались последовательно изооктаном (однократно), водно-спиртовым раствором (однократно) и дистиллированной водой (трехкратно). Приготовленные образцы катализаторов с высаженными наночастицами родия подвергались прогреву в вакууме до 550 К в течение четырех часов. При давлении 0,5 Торр и температуре 77 К каталитическая активность катализатора Ru/SiO2 по отношению к реакции изотопного обмена протия-дейтерия составила 4,47·1014 молекул/(см2·с), что в ~2 раза превышает активность катализатора Ptмиц/Al2O3, выбранного в качестве прототипа.

Результаты измерений удельной каталитической активности образца катализатора Ru/SiO2, приготовленного по примеру 4, в интервале температур 77-400 К представлены в таблице 4.

Таблица 1. Значения удельной каталитической активности Rh/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 1, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водного раствора RhCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1) Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К 77 110 133 153 163 173 193 227 243 295 320 370 400 4,94 4,35 4,43 6,04 8,94 14,61 14,99 16,46 34,84 62,28 73,31 91,34 100,11

Таблица 2. Значения удельной каталитической активности Rh/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 2, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водного раствора RhCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1) Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К 77 110 133 153 163 173 193 227 243 295 320 370 400 4,38 4,23 4,42 6,45 8,12 14,89 14,12 16,34 36,72 66,47 72,34 95,55 104,23

Таблица 3. Значения удельной каталитической активности Ru/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 3, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 1:1) Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К 77 110 133 153 163 173 193 227 243 295 320 370 400 4,35 4,22 4,65 6,33 9,15 15,22 15,21 16,42 37,20 64,23 69,88 98,89 107,32

Таблица 4. Значения удельной каталитической активности Ru/SiO2, приготовление которого рассмотрено в примере 4, в отношении реакции изотопного обмена протия-дейтерия (соотношение водно-спиртового раствора RuOHCl3 к бис(2-этилгексил)сульфосукцинату натрия составляет 10:1) Куд·10-14 молекул/(см2·с) при Т, К 77 110 133 153 163 173 193 227 243 295 320 370 400 4,47 4,09 4,23 5,44 8,67 14,34 15,54 18,14 38,9 66,18 70,40 93,35 100,55

Представленные данные показывают отсутствие значимых различий в величинах каталитической активности при отношении мольного количества водно-спиртового раствора соли родия или рутения с добавлением аммиака к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1.

Похожие патенты RU2464092C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ-ДЕЙТЕРИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2464093C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ-ДЕЙТЕРИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2477175C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2464090C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2464091C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ - ДЕЙТЕРИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2464094C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2481891C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ-ДЕЙТЕРИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2481155C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ-ДЕЙТЕРИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2490061C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2464095C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ 2011
  • Антонов Алексей Юрьевич
  • Сергеев Михаил Олегович
  • Кузнецов Михаил Андреевич
  • Ревина Александра Анатольевна
  • Боева Ольга Анатольевна
RU2461425C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ПРОТИЯ-ДЕЙТЕРИЯ

Изобретение относится к способу получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия. Описан способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающий получение наночастиц металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель, причем восстановление соли металла происходит при взаимодействии с кверцетином, в качестве носителя используют SiO2, а в качестве соли металла используют RhСl3 или RuОНСl3 и готовят обратномицеллярные растворы родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 5-50 масс.%, раствор кверцетина в количестве 0,5-5 масс.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 масс.%. Технический результат - получен катализатор для изотопного обмена протия-дейтерия, обладающий высокой каталитической активностью. 1 з.п. ф-лы; 4 табл.; 4 пр.

Формула изобретения RU 2 464 092 C1

1. Способ получения катализатора для изотопного обмена протия-дейтерия, включающий получение наночастиц металла в обратномицеллярном растворе, состоящем из раствора соли металла, ПАВ, представляющего собой бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, и неполярного растворителя, изооктана, с последующим нанесением на носитель, отличающийся тем, что восстановление соли металла происходит при взаимодействии с кверцетином, в качестве носителя используют SiO2, а в качестве соли металла используют RhСl3 или RuOHCl3 и готовят обратномицеллярные растворы родия или рутения при отношениях мольных количеств водного раствора соли металла к мольному количеству ПАВ в диапазоне от 1:1 до 10:1, затем добавляют водно-спиртовый раствор в количестве 5-50 мас.%, раствор кверцетина в количестве 0,5-5 мас.% и аммиачный раствор в количестве 10-30 мас.%.

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

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2464092C1

Перспективные материалы
Спец
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
Наночастицы платины в качестве катализатора изотопного обмена в молекулярном водороде
Боева О.А
и др., с.288-293, февраль 2010
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЛАТИНОВОГО ГИДРОФОБНОГО КАТАЛИЗАТОРА ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА С ВОДОЙ 2006
  • Сахаровский Юрий Александрович
  • Никитин Дмитрий Михайлович
  • Магомедбеков Эльдар Парпачевич
  • Пак Юрий Самдорович
  • Асновский Валерий Николаевич
  • Баранов Сергей Васильевич
  • Глазков Сергей Павлович
  • Суслов Александр Петрович
RU2307708C1
US 2005181938 A1, 18.08.2005
JP 57105242 A, 30.03.1982
US 4025560 A, 24.05.1977
Установка для перестановки стеклоизделий 1961
  • Блонский А.К.
SU141596A1

RU 2 464 092 C1

Авторы

Антонов Алексей Юрьевич

Сергеев Михаил Олегович

Кузнецов Михаил Андреевич

Ревина Александра Анатольевна

Боева Ольга Анатольевна

Даты

2012-10-20Публикация

2011-07-14Подача