有机气凝胶负载Pd化合物制备PdC催化剂的方法
在工业催化剂领域，由于纳米级的贵金属具有较大的比表面积和比活性而受到极大关注，尤其是负载型贵金属催化体系，通过调节金属颗粒剂其分散度提高催化活性。Pd/C催化剂就因其具有较大的比表面积和丰富的表面基团，以及良好的催化活性和化学稳定性，成为工业催化反应最常用的催化剂之一。传统的Pd/c催化剂一般选用具•有较高机械强度的椰壳炭为载体，在进行活性组分负载前，需要以以硝酸(HNO3)为典型代表的溶液为氧化剂对载体进行表面化学改性处理，一方面是脱除载体内的金属杂质，另一方面是丰富载体的表面基团以使活性组分与载体之间形成更强的相互作用，然后经活性组分负载(浸溃法、沉淀法、喷涂法等)、煅烧、还原等步骤制备而成。但是，在纳米级Pd/C催化剂制备过程中，如何使纳米级的Pd金属颗粒均匀分散于活性炭载体的表面，减少团聚还是一个技术难题。中国专利申请CN201010279915.2中也揭示了一种Pd/C催化剂的制备方法，其通过将氯化钯制成氯化钯水溶液，将活性炭及硫酸加水一起制成活性炭浆液，将氯化钯水溶液和活性炭浆液混合使氯化钯吸附在活性炭上，然后加碱使其氯化钯反应为氢氧化钯，然后加氢还原生成金属钯，然后过滤洗涤形成钯碳催化剂。上述两种钯碳催化剂的制备方法其实都是通过活性炭经过表面活化处理后直接吸附钯金属或钯化合物，其钯金属分散均匀性相对不高。通过该两种方法制备的钯碳催化剂，其钯金属和活性炭之间的作用力小，容易造成钯金属脱落，且活性炭孔径主要以微孔« 2nm)和少量小中孔(2-5nm)为主，以活性炭直接为载体的钯碳催化剂，其扩散阻力相对较大，容易造成钯金属的团聚。且该两种制备方法中都涉及到使用大量的盐酸或硫酸，在工业化大规模生产催化剂的生产环境中，大量的腐蚀酸会对环境造成污染，不利于环保。
针对上述问题，本文介绍了一种改进的方法，其包括如下步骤:1)采用具有初级孔道的有机气凝胶为最终载体炭气凝胶的前驱体，并称取配制的量；2)配制浸溃液，利用等体积浸溃法，确定所需浸溃液的量，并根据有机气凝胶的高温裂解收率及所需Pd金属质量百分比含量确定配制所需Pd金属质量百分比含量的Pd化合物水溶液作为浸溃液；3)浸溃陈化，将有机气凝胶均匀浸溃在Pd化合物水溶液中，室温陈化5~24小时后；4)碳化处理，在惰性气体保护下，将有机气凝胶碳化处理为炭气凝胶，碳化温度600-800 V，碳化时间I飞小时；5)还原处理，碳化处理结束后在惰性气体保护下自然降温至10(T300 °C，然后引入还原气体进行还原处理，还原时间21小时；还原处理后在惰性气体保护下自然冷却至室温。有机气凝胶是有机分子相互链接形成的热固性网络结构，具有一定的初级孔道结构的有机物聚集体，通过在碳化过程中发生化学键的断裂和重组，以及小分子的逸出造孔，可以制备得到具有三维网络结构和发达中孔(2-50nm)分布的碳材料。我们利用此碳材料的中间体一“有机气凝胶”为原料，通过在有机气凝胶中负载活性组分Pd的化合物，利用有机气凝胶在高温碳化过程的骨架结构的变化，即从裂解所致的不稳定结构向较稳定的结构转化和驰豫的非平衡过程，增强活性组分在碳材料孔内的迁移和二次分散，以实现活性组分在有机气凝胶高温裂解产物中的高分散性和牢固的相互作用力，避免了尤其是在较高负载量下活性组分的团簇和堆积，极大提高了催化剂活性组分的有效利用率和催化活性。
有机气凝胶高温裂解产物炭气凝胶的孔道结构形成的主要途径为，①有机气凝胶初级孔道结构在裂解过程中得以保存；②有机分子从有机气凝胶中逸出造孔。通过在有机气凝胶初级孔道结构中引入活性组分源，使Pd化合物得以在初级孔道结构中均匀分散。裂解过程中利用有机气凝胶内部结构的蠕动、重排，以及有机小分子的活动，强制Pd组分向临近新增孔隙结构迁移，实现Pd活性组分的高分散性。由此制备出的催化剂主要以中孔结构(2-50nm)为主，而目前使用的常规椰壳炭或活性炭作为负载载体，其主要以微孔« 2nm)和少量小中孔(2-5nm)为主。目前市场上的Pd/C催化剂的制备方法中都会使用到大量的硝酸、硫酸、盐酸等具有强腐蚀性的酸溶液，会对环境造成严重污染。