DE4308114A1 - Inorganic cpd. or mixt. prodn. e.g. for catalyst, alloy, prepn. - includes mechanically pulverising solid starting material mixt. to fine particles - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von anorganischen Verbindungen oder Gemischen davon mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method of manufacture development of inorganic compounds or mixtures thereof the features of the preamble of claim 1.
Anorganische Verbindungen oder Gemische von anorganischen Ver bindungen, wie insbesondere Katalysatoren, Legierungen, intermetallische Verbindungen, Addukte zwischen metallischen und/oder oxidischen Ausgangsstoffen sowie Supraleiter, werden zur Zeit nach den bekannten Verfahren durch Umsetzung der Aus gangsstoffe in wäßrigen Systemen, in anderen Lösungsmitteln oder in der Schmelze hergestellt. Dies hat zur Folge, daß in der Regel mit starken Säuren, Basen oder oxidierenden Lösungs mitteln gearbeitet wird, d. h. es werden zunächst die Ausgangs stoffe in den zuvor genannten Säuren, Basen oder Lösungsmit teln gelöst, anschließend wird die chemische Reaktion durchge führt und hiernach werden die entstandenen Reaktionsprodukte entsprechend aus den zuvor genannten Fluida ausgefällt.Inorganic compounds or mixtures of inorganic compounds bonds, such as in particular catalysts, alloys, intermetallic compounds, adducts between metallic and / or oxidic starting materials and superconductors currently by the known methods by implementing the Aus Starting materials in aqueous systems, in other solvents or made in the melt. As a result, in usually with strong acids, bases or oxidizing solutions is worked by means, d. H. it will be the output first substances in the aforementioned acids, bases or solvents dissolved, then the chemical reaction is carried out leads and then the reaction products formed correspondingly precipitated from the aforementioned fluids.
Alternativ hierzu wird in entsprechenden Schmelzen gearbeitet, d. h. die Ausgangsstoffe werden in den geschmolzenen Zustand überführt und dort zur Reaktion gebracht und die dabei entstandenen Reaktionsprodukte werden anschließend aus der Schmelze auskristallisiert und entsprechend isoliert.Alternatively, appropriate melts are used, d. H. the raw materials are in the molten state convicted and brought to reaction there and that Resulting reaction products are then from the Crystallized melt and isolated accordingly.
Die zuvor beschriebenen konventionellen Verfahren weisen den Nachteil auf, daß hiermit eine extrem starke Umweltbelastung verbunden ist und ein enormer Energiebedarf erforderlich wird. Dies wiederum führt dazu, daß bei den bekannten Verfahren zwangsläufig große Abwassermengen aus Fällungs- und Waschreak tionen sowie Staubemissionen durch Trocknungs- und Röstpro zesse anfallen.The conventional methods described above have the Disadvantage that this is an extremely strong environmental impact is connected and an enormous energy requirement is required. This in turn leads to the fact that in the known methods inevitably large amounts of waste water from the precipitation and wash freak tion as well as dust emissions through drying and roasting pro accidents arise.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Verbindungen bzw. Gemischen von anorganischen Verbindungen der vorstehend bei spielhaft genannten Art zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine besonders hohe Ausbeute in bezug auf die er wünschten Reaktionsprodukte bei einer deutlich verringerten Umweltbelastung auszeichnet.The present invention is based on the object Process for the preparation of inorganic compounds or Mixtures of inorganic compounds of the above to provide the playfully named kind that itself through a particularly high yield in relation to the he desired reaction products at a significantly reduced Environmental pollution.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a method with the characterizing features of claim 1 solved.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von anorgani schen Verbindungen bzw. Gemischen davon, insbesondere zur Her stellung von Katalysatoren, Legierungen, intermetallischen Verbindungen, Addukten zwischen metallischen und/oder oxidi schen Ausgangsstoffen oder Supraleitern, basiert auf dem Grundgedanken, daß die als Festkörper vorliegenden Ausgangs stoffe miteinander vermischt und gleichzeitig oder anschlie ßend auf eine Korngroße kleiner als 10 µ mechanisch zer kleinert werden. Mit anderen Worten verzichtet das erfindungs gemäße Verfahren völlig auf die zuvor beim Stand der Technik genannten Lösungsmittel bzw. auf die Herstellung von entspre chenden Schmelzen, so daß die damit verbundenen Umweltbe lastungen und der hierfür erforderliche Energieeintrag bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt.The inventive method for the production of inorganic compounds or mixtures thereof, in particular for the preparation position of catalysts, alloys, intermetallic Compounds, adducts between metallic and / or oxidi base materials or superconductors, based on the Basic idea that the starting solid substances mixed together and simultaneously or subsequently mechanically crushed to a grain size smaller than 10 µ be shrunk. In other words, the invention waives procedures entirely based on those previously used in the prior art mentioned solvents or on the production of corre spond appropriate melting, so that the associated Umweltbe loads and the energy input required for this The method according to the invention is omitted.
Überraschend konnte festgestellt werden, daß bei der beim erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Festkörperreaktion der Ausgangsstoffe das gewünschte Reaktionsprodukt mit hoher Ausbeute entsteht. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren darauf zurückgeführt, daß die für die Durchführung der Re aktion bzw. für die Herstellung des Gemisches erforderliche Aktivierungsenergie dadurch zur Verfügung gestellt wird, daß einerseits die zur Reaktion zu bringenden Ausgangsstoffe auf eine relativ kleine Korngröße zerkleinert werden, was eine enorme Vergrößerung der Oberfläche und damit zu einem innigen Kontakt der zur Reaktion zu bringenden Ausgangsstoffe führt, und daß andererseits die für die Reaktion bzw. zur Herstellung des Gemisches erforderliche Aktivierungsenergie in Form von mechanischer Energie in das System eingeführt wird. Mit ande ren Worten bewirkt die Feinstzerkleinerung auf eine Korngröße kleiner als 10 µ einen Abbau der erforderlichen Aktivierungs energie, so daß dann die bei der Zerkleinerung der Ausgangs stoffe in das System eingebrachte mechanische Energie die er forderliche Reaktion unter Ausbildung der gewünschten organi schen Verbindung bzw. des Gemisches herbeiführt, wobei die Ge schwindigkeit dieser Reaktion dadurch noch erhöht wird, daß die Ausgangsstoffe infolge der Zerkleinerung auf eine Korn größe von kleiner als 10 µ eine enorm große Oberfläche aufwei sen und somit die miteinander zur Reaktion zu bringenden Aus gangsstoffe sich in engem Kontakt befinden.Surprisingly, it was found that the Solid-state reaction carried out according to the invention of the starting materials the desired reaction product with high Yield arises. This is the case with the method according to the invention ren attributed to the fact that the for the implementation of the Re action or required for the preparation of the mixture Activation energy is provided in that on the one hand, the starting materials to be reacted a relatively small grain size, which is a enormous enlargement of the surface and thus to an intimate Contact of the starting materials to be reacted, and that on the other hand those for the reaction or for the production required activation energy in the form of mechanical energy is introduced into the system. With others Ren words causes the very fine size reduction to a grain size less than 10 µ a breakdown of the required activation energy, so that then when crushing the output mechanical energy introduced into the system required reaction with formation of the desired organi brings about connection or the mixture, the Ge speed of this reaction is further increased by the fact that the raw materials as a result of crushing to a grain size of less than 10 µ has an enormously large surface area sen and thus the reaction to be brought together Gear materials are in close contact.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich somit dahingehend formulieren, daß die beim Stand der Technik erfor derliche Auflösung bzw. Aufschmelzung der Ausgangsstoffe, die zur Steigerung der chemischen Reaktivität bzw. der Reaktionskinetik durchgeführt wird, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine Feinstzerkleinerung der Ausgangsstoffe und durch eine gleichzeitige Beaufschlagung mit mechanischer Energie ersetzt wird. Durch die damit verbundene Vergrößerung der Oberfläche und den Eintrag der mechanischen Energie wird erreicht, daß die als Feinstpartikel (Korngröße kleiner als 10 µ) vorliegenden Ausgangsstoffe derart in einen innigen Oberflächenkontakt durch das infolge der Beaufschlagung mit der mechanischen Energie herbeigeführte Zusammenprallen der Feinstpartikel gebracht werden, daß die erwünschte Reaktion eingeleitet und somit das jeweilige Reaktionsprodukt (anorganische Verbindung und/oder Gemisch von anorganischen Verbindungen) hergestellt wird. The basic idea of the method according to the invention can thus be to formulate that the prior art dissolution or melting of the starting materials, the to increase chemical reactivity or Reaction kinetics is carried out in the inventive Process by finely crushing the raw materials and by simultaneously applying mechanical Energy is replaced. Due to the associated enlargement of the surface and the entry of mechanical energy achieves that as fine particles (grain size less than 10 µ) existing starting materials in such an intimate Surface contact due to the exposure to of mechanical energy caused collision of the Fine particles are brought out that the desired reaction initiated and thus the respective reaction product (inorganic compound and / or mixture of inorganic Connections) is established.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. So ist zunächst festzuhalten, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht die eingangs beim Stand der Technik aufgeführ ten Umweltbeeinträchtigungen verursacht, da das erfindungsge mäße Verfahren überwiegend ein Festkörper-Verfahren ist und von daher auf die Aufwendung einer Schmelze oder von entspre chenden Lösungsmitteln (wäßrigen Systemen, starken Säuren, starken Basen, oxidierenden Systemen) verzichtet. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem jeweiligen System nur die zur Reaktion zu bringenden Ausgangsstoffe anwesend sind, sind hierbei unerwünschte Nebenreaktionen, die beim Stand der Tech nik durch eine Reaktion der eigentliche Ausgangsstoff mit dem jeweiligen Lösungsmittel hervorgerufen werden, ausgeschlossen. Desweiteren reagieren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem selben Grund auch die Ausgangsstoffe wesentlich schneller miteinander, da ihre auf eine Volumeneinheit bezogene Konzen tration, insbesondere Oberflächenkonzentration, im Vergleich zu den bekannten Verfahren wesentlich höher ist. Dies wiederum führt dazu, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die jeweiligen Ausbeuten an Endprodukten (anorganische Verbindung, Gemisch) wesentlich höher sind. Darüber hinaus eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren eine völlig neue Klasse von chemi schen Reaktionen und somit von völlig neuen Endprodukten, die nach den herkömmlichen Verfahren nicht herstellbar sind. Dies drückt sich beispielsweise darin aus, daß die nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellten anorganischen Verbindun gen bzw. Gemische davon als Mikrokristallite mit einer Größe zwischen 1000 nm und 1 nm anfallen, die an der Oberfläche der jeweiligen Verbindung bzw. des Gemisches angesiedelt und die vorzugsweise in einer festen Matrix der jeweiligen Ausgangs stoffe und/oder des jeweiligen Endproduktes physikalisch und/oder chemisch eingebunden sind.The method according to the invention has a number of advantages on. So it should first be noted that the invention Process not listed in the prior art causes environmental pollution, since the inventive process is predominantly a solid-state process and hence on the application of a melt or on suitable solvents (aqueous systems, strong acids, strong bases, oxidizing systems). Because with that method according to the invention in the respective system only the starting materials to be reacted are present here undesirable side reactions that occur in the prior art by reacting the actual starting material with the respective solvents are excluded. Furthermore, react in the method according to the invention for the same reason the raw materials are much faster with each other because their concences related to a volume unit tration, especially surface concentration, in comparison to the known methods is much higher. this in turn leads to the fact that the respective yields of end products (inorganic compound, Mixture) are significantly higher. It also opens up inventive method a completely new class of chemi reactions and thus completely new end products that cannot be produced by conventional methods. This is expressed, for example, in the fact that after the invent According to the inventive method manufactured inorganic compounds gene or mixtures thereof as one size microcrystallites between 1000 nm and 1 nm occur on the surface of the the respective compound or mixture and the preferably in a fixed matrix of the respective output substances and / or the respective end product physically and / or are chemically integrated.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Ausgangsstoffe auf eine Korngröße kleiner als 4 µ, vorzugsweise auf eine Korngröße zwischen 0,1 µ und 4 µ, mechanisch zerkleinert werden.A first embodiment of the method according to the invention provides that the starting materials are smaller to a grain size than 4 µ, preferably to a grain size between 0.1 µ and 4 µ, mechanically crushed.
Besonders hohe Ausbeuten und besonders schnelle Reaktionsge schwindigkeiten lassen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erzielen, daß die Ausgangsstoffe derart mechanisch zerkleinert werden, daß sie in einer engen Korngrößenvertei lung mit einem d50-Wert zwischen 0,1 µ und 1 µ vorliegen. Hierbei ist der d50-Wert derart definiert, daß mindestens 50% der Ausgangsstoffe kleiner als der angegebene d50-Wert sind, d. h. für den vorstehend genannten Fall kleiner als 0,1 µ bis 1 µ sind.Particularly high yields and particularly fast reaction speeds can be achieved in the process according to the invention in that the starting materials are mechanically comminuted in such a way that they are present in a narrow grain size distribution with ad 50 value between 0.1 μ and 1 μ. Here, the d 50 value is defined in such a way that at least 50% of the starting materials are smaller than the specified d 50 value, ie in the case mentioned above, they are smaller than 0.1 μ to 1 μ.
Vorzugsweise werden die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens derart durchgeführt, daß hierbei die zur Reaktion zu bringenden Ausgangsstoffe mitein ander vermischt und gleichzeitig auf die vorstehend angegebe nen Korngrößen zerkleinert werden, da diese Verfahrensvariante am wirtschaftlichsten durchzuführen ist. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, zunächst die Ausgangsstoffe mit einander zu vermischen und anschließend die mechanische Zer kleinerung durchzuführen. The embodiments described above are preferred performed the method according to the invention such that this involves the starting materials to be reacted other mixed and at the same time indicated on the above Nine grain sizes can be crushed because this process variant is most economical to carry out. Of course However, it is also possible to start with the starting materials to mix each other and then the mechanical Zer carry out reduction.
Bezüglich der Durchführung der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Zerkleinerung bestehen mehrere Mög lichkeiten.With regard to the implementation of the inventive Process required crushing exist several poss options.
So sieht eine besonders geeignete und wirtschaftlich erfolgreiche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfah rens vor, daß hier die mechanische Zerkleinerung durch ein entsprechendes mechanisches Zermahlen herbeigeführt wird.So looks a particularly suitable and economical successful embodiment of the method according to the invention rens that the mechanical comminution by a appropriate mechanical grinding is brought about.
Ebenso besteht die Möglichkeit, die erforderliche mechanische Zerkleinerung und den damit verbundenen Energieeintrag in das System dadurch herbeizuführen, daß man eine Ultraschallbehand lung durchführt.There is also the possibility of the required mechanical Shredding and the associated energy input into the System to bring about by undergoing an ultrasound treatment lung.
Desweiteren kann die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Zerkleinerung der Ausgangsstoffe und der dabei erfolgte Energieeintrag dadurch erreicht werden, daß minde stens zwei, beschleunigte und entgegengesetzt gerichtete Ströme der Ausgangsstoffe aufeinanderprallen, so daß die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Energie zur Überwindung der Aktivierungsenergie als kinetische Energie zur Verfügung gestellt wird. Die hierfür erforderliche Beschleunigung der Ausgangsstoffe kann beispielsweise über entsprechende Magnetfelder, elektrische Felder oder über ge eignete beschleunigte Fluidströme, in die die Ausgangsstoffe eingespeist werden, herbeigeführt werden. Furthermore, in the method according to the invention required shredding of the raw materials and the energy input can be achieved in that min at least two, accelerated and oppositely directed Streams of raw materials collide, so that for the implementation of the inventive method required Energy to overcome the activation energy as kinetic Energy is made available. The necessary for this Acceleration of the raw materials can, for example, over corresponding magnetic fields, electrical fields or via ge suitable accelerated fluid flows into which the starting materials be fed in, brought about.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Reaktionszeit, in der die zur Reaktion zu bringenden Ausgangs stoffe miteinander in Kontakt gebracht und mit einer entspre chenden Energie beaufschlagt werden müssen, richtet sich nach dem jeweils herzustellenden Reaktionsprodukt. Üblicherweise variiert diese Zeit zwischen 1 Sekunde und 60 Minuten, vor zugsweise zwischen 5 Minuten und 15 Minuten.The required in the method according to the invention Response time in which the output to be reacted fabrics brought into contact with each other and with a corresponding energy must be applied depends on the respective reaction product to be produced. Usually this time varies between 1 second and 60 minutes ago preferably between 5 minutes and 15 minutes.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausgangsstoffe erwärmt. Bezüglich der dabei angewendeten Temperatur ist festzuhalten, daß sich diese Temperatur nach der jeweils durchzuführenden Reaktion richtet und üblicherweise zwischen 30° und 400°C variiert. Sollte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die mechanische Zerkleinerung durch ein Zermahlen herbeigeführt werden, so kann es ggf. in speziellen Fällen erforderlich sein, die beim Zermahlen ent stehende Wärme abzuführen, so daß in diesem Fall die Ausgangs stoffe während der Zerkleinerung nicht erwärmt sondern statt dessen abgekühlt werden.In another embodiment of the invention The starting materials are heated. Regarding the it should be noted that this temperature Temperature depends on the reaction to be carried out in each case and usually varies between 30 ° and 400 ° C. Should at the mechanical comminution according to the method of the invention can be brought about by grinding, so it can possibly be in special cases may be required, which ent during grinding dissipate standing heat, so that in this case the output substances do not heat up during shredding but instead its cooled.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf das System jeweils zu beaufschlagende mechanische Energie richtet sich allgemein gesprochen nach der jeweils durchzuführenden Reaktion. Vorzugsweise variiert die Energiedichte bei dem erfindungsge mäßen Verfahren zwischen 0,5 kW und 500 kW pro Liter Reaktor volumen, insbesondere zwischen 5 kW und 200 kW pro Liter Reak torvolumen. The system in each case in the method according to the invention Mechanical energy to be applied is generally determined spoken after the reaction to be carried out in each case. The energy density in the case of the invention preferably varies process between 0.5 kW and 500 kW per liter of reactor volume, especially between 5 kW and 200 kW per liter of reak goal volume.
Eine besonders geeignete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Ausgangsstoffe vor dem Vermi schen auf eine Korngröße zwischen 30 µ und 300 µ, vorzugsweise zwischen 60 µ und 120 µ, zerkleinert und insbesondere zermah len werden. Hierdurch wird erreicht, daß die entsprechende Re aktion weiter beschleunigt und die bei der Reaktion erzielte Ausbeute an Endprodukten (anorganische Verbindung und/oder Ge misch) erhöht wird.A particularly suitable embodiment of the invention The method provides that the starting materials before the Vermi to a grain size between 30 µ and 300 µ, preferably between 60 µ and 120 µ, crushed and especially crushed len. This ensures that the corresponding Re action further accelerated and that achieved in the reaction Yield of end products (inorganic compound and / or Ge mix) is increased.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausgangsstoffe beim Vermischen und/oder bei der Zerkleinerung mit einem Fluid beaufschlagt. Hierbei kann dieses Fluid einerseits zum Wärmetransport eingesetzt werden und/oder desweiteren mit den Ausgangsstoffen oder dem hieraus hergestellten Produkt eine Reaktion eingehen, so daß dadurch die Anwendungsbreite des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter vergrößert wird.In another embodiment of the invention Process the starting materials when mixing and / or supplied with a fluid during the comminution. Here this fluid can be used on the one hand for heat transport be and / or further with the starting materials or produce a reaction, so that thereby the scope of the method according to the invention is further enlarged.
Werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausgangsstoffe zur Zerkleinerung zermahlen, so bietet es sich an, als Fluid insbesondere eine Flüssigkeit zu verwenden. Als Flüssigkeit kann, wie bereits vorstehend ausgeführt, eine inerte Flüssig keit eingesetzt werden, so daß weder die Ausgangsstoffe noch die hieraus hergestellten Endprodukte entsprechend verändert werden und die eingesetzte Flüssigkeit lediglich zur Regulie rung des Wärmehaushaltes bei der Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens dient. Besonders bevorzugt wird als Flüs sigkeit Wasser ausgewählt, so daß bei der Zermahlung eine ent sprechende Suspension bzw. Dispersion der Ausgangsstoffe an steht.In the process according to the invention, the starting materials for grinding, it offers itself as a fluid especially to use a liquid. As a liquid can, as already stated above, an inert liquid speed are used so that neither the starting materials nor the end products produced from them changed accordingly and the liquid used only for regulation tion of the heat balance when carrying out the fiction according to the procedure. It is particularly preferred as a river liquid selected, so that a ent speaking suspension or dispersion of the starting materials stands.
Bei einer anderen, besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Fluid eine Flüssigkeit eingesetzt, die oxidierend oder reduzierend wirkt. Hierdurch ist es dann möglich, beispielsweise bei Verwendung einer oxi dierenden Flüssigkeit aus miteinander zur Reaktion gebrachten Metallen entsprechende Oxide herzustellen oder bei Verwendung einer reduzierenden Flüssigkeit aus miteinander zur Reaktion gebrachten Metalloxiden entsprechende Metalle herzustellen. Desweiteren erlaubt auch diese Flüssigkeit eine Regulierung des Wärmehaushaltes bei der Reaktion.In another, particularly suitable embodiment of the The inventive method becomes a liquid as a fluid used that has an oxidizing or reducing effect. Hereby it is then possible, for example when using an oxi liquid from reacted with each other To produce oxides corresponding to metals or when in use a reducing liquid from reacting with each other brought metal oxides to produce corresponding metals. Furthermore, this liquid also allows regulation of the heat balance during the reaction.
Selbstverständlich können jedoch auch bei dem erfindungsgemä ßen Verfahren ein Gas oder Gasgemische als Fluid verwendet werden, insbesondere dann, wenn die Zerkleinerung der Aus gangsstoffe dadurch herbeigeführt wird, daß die Ausgangsstoffe in zwei entgegengesetzt aufeinander ausgerichtete Fluidströme eingespeist werden, wie dies vorstehend bereits beschrieben ist.Of course, however, in the case of the process uses a gas or gas mixture as the fluid be, especially if the crushing of the Aus is brought about by the fact that the starting materials into two oppositely aligned fluid flows be fed in, as already described above is.
Bezüglich der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Ausgangsstoffe ist allgemein festzuhalten, daß hier vorzugs weise als Ausgangsstoffe Oxide und/oder Metalle verwendet wer den.Regarding those used in the method according to the invention Starting materials is generally to be noted that preferred here as oxides and / or metals used as starting materials the.
Insbesondere läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren im Be reich der Metallurgie, der Keramik, der Katalysatorherstellung und zur Herstellung von Hochtemperatursupraleitern anwenden, wobei in diesen Fällen als Ausgangsstoffe Titan, Kupfer, Nickel, Kobalt, Vanadium, Molybdän, Eisen, Zinn, Silber, Chrom, Silicium, Aluminium, Yttrium, Barium, Lanthan, Strontium, Wismut und/oder Zink jeweils als Metall und/oder als Oxid ausgewählt werden.In particular, the method according to the invention can be rich in metallurgy, ceramics, catalyst production and use it to make high temperature superconductors, in these cases titanium, copper, Nickel, cobalt, vanadium, molybdenum, iron, tin, silver, Chromium, silicon, aluminum, yttrium, barium, lanthanum, Strontium, bismuth and / or zinc each as metal and / or can be selected as oxide.
So lassen sich beispielsweise besonders gute Ergebnisse bezüg lich der Ausbeute und der Reaktionsgeschwindigkeit dann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren oder Katalysatorvorstufen eingesetzt wird. Hierbei werden dann vorzugsweise als Ausgangsstoffe Kupferoxide (CuO oder Cu2O), Nickeloxide (NiO), Eisenoxide (Fe2O3), Titandioxid (TiO2), Chromoxid (Cr2O3), Siliciumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zinnoxid (SnO) und/oder Zinkoxid (ZnO) ausgewählt und miteinander zur Reaktion gebracht, wobei derartige Katalysato ren dann Gemische der zuvor genannten Stoffe und/oder anorga nische Verbindungen darstellen und sich auch hervorragend zur Härtung von Fetten, Ölen, Fettsäuren bzw. zur Hydrierung der zuvor genannten Substanzen eignen.For example, particularly good results regarding the yield and the reaction rate can be achieved when using the process according to the invention if the process according to the invention is used for the production of catalysts or catalyst precursors. Copper oxides (CuO or Cu 2 O), nickel oxides (NiO), iron oxides (Fe 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tin oxide (SnO) and / or zinc oxide (ZnO) are selected and reacted with one another, such catalysts then representing mixtures of the aforementioned substances and / or inorganic compounds and also being excellent for curing fats, oils , Fatty acids or for hydrogenating the aforementioned substances.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß man die zuvor genannten Metalloxide als Ausgangsstoffe einsetzt. Die bei der Festkörperreaktion entstehenden Addukte werden dann, insbesondere durch Kontakt mit einer reduzierenden Flüssigkeit, derart reduziert, daß mindestens eine Komponente des Adduktes in das entsprechende Metall bzw. die reduzierte Stufe des Oxids überführt wird. Another embodiment of the method according to the invention provides that the above-mentioned metal oxides as Uses raw materials. The one in the solid state reaction Adducts are then formed, especially by contact with a reducing liquid, so reduced that at least one component of the adduct into the corresponding one Metal or the reduced stage of the oxide is transferred.
Hierbei ist dann das Metall bzw. die reduzierte Stufe des Oxids eng an die oxidierte Trägermatrix gebunden, so daß eine Mischphase entsteht, die als Cermet bezeichnet wird und als moderner Werkstoff großes Interesse findet. Hierfür kommen insbesondere als Ausgangsstoffe metallisches Kupfer, metalli sches Nickel, Eisenoxid (Fe2O4), Kupfer-Mischoxid (Cu2O), Nickeloxid (NiO), Eisenoxid (Fe2O3), Titandioxid (TiO2), Chromoxid (Cr2O3), Siliciumoxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zinnoxid (SnO) und/oder Zinkoxid (ZnO) in Frage. Ebenso können Hydride und/oder Carbide der zuvor genannten Metalle einge setzt werden. In diesen Cermets liegen dann insbesondere me tallische Phasen als feindispergierte Oberflächenbereiche in einer Größenordnung bis zu 15 nm vor, wobei sich die Addukte dann hervorragend auch als heterogene Katalysatoren einsetzen lassen.The metal or the reduced stage of the oxide is then closely bound to the oxidized carrier matrix, so that a mixed phase is created which is referred to as cermet and is of great interest as a modern material. Metallic copper, metallic nickel, iron oxide (Fe 2 O 4 ), mixed copper oxide (Cu 2 O), nickel oxide (NiO), iron oxide (Fe 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), chromium oxide (in particular Cr 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tin oxide (SnO) and / or zinc oxide (ZnO) in question. Likewise, hydrides and / or carbides of the aforementioned metals can be used. In these cermets, metallic phases in particular are then present as finely dispersed surface areas of the order of magnitude up to 15 nm, the adducts then also being outstandingly suitable for use as heterogeneous catalysts.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die insbesondere zur Herstellung von Hochtempera tur-Supraleitern eingesetzt wird, werden zusätzlich zu den zu vor genannten Metallen bzw. Metalloxiden noch entsprechende Verbindungen von Yttrium, Barium, Lanthan, Strontium oder Wis mut, insbesondere in Form der entsprechenden Oxide, einge setzt. Hierbei werden durch das erfindungsgemäße Verfahren na nokristalline Mischoxide gebildet, die hervorragende Eigen schaften als Hochtemperatur-Supraleiter besitzen.In another embodiment of the invention Process, in particular for the production of high temperature tur superconductors are used in addition to the corresponding to the metals or metal oxides mentioned Compounds of yttrium, barium, lanthanum, strontium or wis courage, especially in the form of the corresponding oxides puts. Here are na by the inventive method nocrystalline mixed oxides are formed, which have excellent properties own high-temperature superconductors.
Ein Zusatz von Platin, Palladium, Vanadium und/oder Rhenium, jeweils als Oxid und/oder als Metall selbst zu den zuvor ge nannten Ausgangsstoffen bewirkt dann, daß die so hergestellten Addukte ausgezeichnete katalytische Eigenschaften aufweisen, insbesondere auch zur katalytischen Oxidation von industriel len Abgasen oder Abgasen aus Verbrennungsmotoren.An addition of platinum, palladium, vanadium and / or rhenium, each as an oxide and / or as a metal itself to the previously ge called starting materials then causes the so produced Adducts have excellent catalytic properties, especially for the catalytic oxidation of industrial len exhaust gases or exhaust gases from internal combustion engines.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Katalysatoren lassen sich desweiteren für die Oxidation von SO2 zu SO3 (Katalysator auf Basis von V2O5), für die Oxidation von NH3 zu NO (Katalysator auf der Basis von Pt/Rh), für die Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid (Katalysator auf der Ba sis von Silber), für die Oxidation von Propen zu Aceton (Katalysator auf der Basis von SnO2/MoO3), für die Oxidation von Buten zu Maleinsäureanhydrid (Katalysator auf der Basis von V2O5) und für die Oxidation von o-Xylol zu Phthalsäurean hydrid (Katalysator auf der Basis von V2O5) einsetzen.The catalysts produced by the process according to the invention can also be used for the oxidation of SO 2 to SO 3 (catalyst based on V 2 O 5 ), for the oxidation of NH 3 to NO (catalyst based on Pt / Rh) the oxidation of ethylene to ethylene oxide (catalyst based on silver), for the oxidation of propene to acetone (catalyst based on SnO 2 / MoO 3 ), for the oxidation of butene to maleic anhydride (catalyst based on V 2 O 5 ) and for the oxidation of o-xylene to phthalic anhydride (catalyst based on V 2 O 5 ).
Desweiteren können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Katalysatoren für die nachfolgend aufgelisteten Dehydrierungsreaktionen verwendet werden:Furthermore, according to the inventive method prepared catalysts for the listed below Dehydration reactions can be used:
Ethylbenzol zu Styrol (Katalysator auf Basis von FeO4), Isopropanol zu Aceton (Katalysator auf Basis von ZnO) und Bu tan zu Butadiien (Katalysator auf der Basis von Cr2O3/Al2O3).Ethylbenzene to styrene (catalyst based on FeO 4 ), isopropanol to acetone (catalyst based on ZnO) and butane to butadiene (catalyst based on Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 ).
Auch lassen sich die entsprechend hergestellten Katalysatoren zur Hydrierung von Estern zu Alkoholen (Katalysator auf der Basis von Cu/Cr) oder für die Hydrierung von Aldehyden zu Alkoholen (Katalysator auf der Basis Cu/Pt) verwenden. The correspondingly prepared catalysts can also for the hydrogenation of esters to alcohols (catalyst on the Base of Cu / Cr) or for the hydrogenation of aldehydes Use alcohols (catalyst based on Cu / Pt).
Für die Fetthärtung werden außer den vorstehend genannten Katalysatoren vorzugsweise solche Katalysatoren, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, eingesetzt, die auf der Basis von Nickel oder Palladium aufgebaut sind.For fat hardening, besides those mentioned above Catalysts preferably those catalysts which are after the Processes according to the invention are used, which are based on nickel or palladium.
Ebenso können die erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren zur Synthese von Methanol (Katalysator auf der Basis von CuO/Cr2O3 oder auf der Basis von CuO/ZnO), zur Synthese von Ammoniak (Katalysator auf der Basis von Fe2O3/Al2O3), zur Syn these von Blausäure aus Methan (Katalysator auf der Basis von Pt/Rh) oder zur Synthese von Acrylnitril aus Propen (Katalysator auf der Basis von Bi2O3/MoO3/P2O5) einsetzen.Likewise, the catalysts prepared according to the invention for the synthesis of methanol (catalyst based on CuO / Cr 2 O 3 or based on CuO / ZnO), for the synthesis of ammonia (catalyst based on Fe 2 O 3 / Al 2 O 3 ), for the synthesis of hydrocyanic acid from methane (catalyst based on Pt / Rh) or for the synthesis of acrylonitrile from propene (catalyst based on Bi 2 O 3 / MoO 3 / P 2 O 5 ).
Auch als Hydrosulfonierungs-Katalysator (Katalysator auf Basis von Ni/W oder auf der Basis von Co/Mo/Al2O3) oder als Isomerisierungs-Katalysator von Paraffinen oder Xylolen (Katalysator auf der Basis Pt/Al2O3), als Entalkylierungskata lysator von aromatischen Verbindungen (Katalysator auf der Ba sis MoO3/Al2O3), als Disproportionierung-Katalysator von Toluol zu Benzol/Xylolen (Katalysator auf der Basis von Pt/Al2O3) oder als Dampfspaltungs-Katalysator von Erdgas oder Benzin (Katalysator auf der Basis von Ni/Al2O3) finden die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindun gen ihre Anwendung.Also as a hydrosulfonation catalyst (catalyst based on Ni / W or based on Co / Mo / Al 2 O 3 ) or as an isomerization catalyst of paraffins or xylenes (catalyst based on Pt / Al 2 O 3 ), as Dealkylation catalyst of aromatic compounds (catalyst based on MoO 3 / Al 2 O 3 ), as a disproportionation catalyst from toluene to benzene / xylenes (catalyst based on Pt / Al 2 O 3 ) or as a vapor decomposition catalyst of natural gas or gasoline (catalyst based on Ni / Al 2 O 3 ), the compounds produced by the process according to the invention are used.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß bei der mechanischen Zerkleinerung zu den Aus gangsstoffen ein zusätzlicher Stoff zugesetzt wird. Hierbei soll durch Zusatz des zusätzlichen Stoffes erreicht werden, daß insbesondere beim Zermahlen keine Reagglomeration der zer mahlenen und ggf. entsprechend elektrisch geladenen Ausgangs stoffe auftritt.Another embodiment of the method according to the invention provides that the mechanical comminution to the end an additional substance is added. Here should be achieved by adding the additional substance, that especially when grinding no reagglomeration of the zer ground and, if necessary, correspondingly electrically charged output substances occurs.
Bezüglich der Konzentration des mindestens einen zusätzlichen Stoffes ist festzuhalten, daß diese Konzentration zwischen 0,1 Gew.% und 3 Gew.%, bezogen auf die Masse der Ausgangsstoffe, variiert.Concerning the concentration of at least one additional one It should be noted that this concentration is between 0.1 % By weight and 3% by weight, based on the mass of the starting materials, varies.
Vorzugsweise wird ein solcher zusätzlicher Stoff ausgewählt, der, wie bereits vorstehend erwähnt, die Reagglomeration der zerkleinerten Ausgangsstoffe verhindert. Als Beispiel für besonders geeignete zusätzliche Stoffe sind Antistatika, Polyelektrolyte, wie insbesondere Polysaccharide, Polyvinylal kohole, Polyvinylacetate, Derivate von Polyvinylalkoholen und/oder Polyvinylacetaten, polymere Phosphate, grenzflächen aktive Ester sowie Humanite, zu nennen. Wird das erfindungs gemäße Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren, die im Be reich der Fetthärtung eingesetzt werden, verwendet, so können als zusätzlicher Stoff bei der Vermahlung Öle und/oder Fette zugesetzt werden, wobei diese Öle und/oder Fette dann in ihrer Zusammensetzung den Ölen und/oder Fetten entsprechen, die bei Anwendung eines derartig hergestellten Katalysators dann spä ter zu härten sind. Hierdurch kann dann auf eine Abtrennung dieser bei der Herstellung des Katalysators zugesetzten Fette und/oder Öle nach der Katalysatorherstellung verzichtet wer den. Desweiteren bewirkt der mindestens eine zusätzliche Stoff, daß bei der Trocknung, die bei den Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich wird, bei denen mit einer Flüssigkeit gearbeitet wird, eine unerwünschte Reag glomeration der zerkleinerten Ausgangsstoffe auftritt.Such an additional substance is preferably selected which, as already mentioned above, reagglomerates the crushed raw materials prevented. As an example of particularly suitable additional substances are antistatic agents, Polyelectrolytes, such as in particular polysaccharides, polyvinylal alcohols, polyvinyl acetates, derivatives of polyvinyl alcohols and / or polyvinyl acetates, polymeric phosphates, interfaces active esters and humanites. Is that fiction according process for the preparation of catalysts in Be rich in fat hardening can be used, so can as an additional substance for grinding oils and / or fats are added, these oils and / or fats then in their The composition corresponds to the oils and / or fats that come with Then use of a catalyst prepared in this way are to be hardened. This can then lead to a separation these fats added in the preparation of the catalyst and / or oils after catalyst manufacture who the. Furthermore, the causes at least one additional Fabric that during drying, that in the design variants of the method according to the invention is necessary in which working with a liquid, an undesirable reag glomeration of the shredded raw materials occurs.
Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Zerkleinerung der Ausgangsstoffe, insbesondere beim Zermahlen der Ausgangs stoffe, Wasser zugegeben. Hierdurch wird verhindert, daß bei der Zerkleinerung eine unerwünschte Staubentwicklung entsteht, da die Ausgangsstoffe bei der Zerkleinerung in einer wäßrigen Suspension bzw. Dispersion vorliegen. Nach der Zerkleinerung werden die bei der Umsetzung entstandenen anorganischen Ver bindungen oder Gemische aus der Suspension und/oder der Di spersion durch Flotation, Koagulation und/oder Fällungsadsorp tion abgetrennt, wodurch einerseits verhindert wird, daß die zuvor genannte Reagglomeration auftritt und andererseits ein relativ voluminöses Endprodukt entsteht, das beispielsweise eine erheblich verbesserte Katalysatorwirkung aufweist. Je nach Art und Aufbau des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Endproduktes werden für die Koagulation als Ko agulationshilfsmittel Flockungsmittel, wie beispielsweise Salze des Eisens, Salze des Siliciums oder Salze des Alumini ums, oder polymere Flockungsmittel, wie insbesondere Stärke, Leim, Polyacrylamid, Polyacrylate, Polyethylenimin und/oder Polyethylenoxid eingesetzt. Als Flotationsmittel können anionenaktive Tenside, kationenaktive Tenside und/oder ampho tere Tenside verwendet werden, während für die Fällungsadsorp tion die üblicherweise bekannten Adsorbentien, wie beispiels weise Aluminiumoxid, Aktivkohle, Kieselgel und/oder Kieselgur, angewendet werden. In a particularly suitable embodiment of the The inventive method is used in the crushing of the Starting materials, especially when grinding the starting material fabrics, water added. This prevents the shredding creates an undesirable dust development, since the starting materials are ground in an aqueous Suspension or dispersion are present. After crushing the inorganic Ver bonds or mixtures of the suspension and / or the Di dispersion through flotation, coagulation and / or precipitation adsorb tion separated, which on the one hand prevents the previously mentioned reagglomeration occurs and on the other hand a relatively voluminous end product, for example has a significantly improved catalyst effect. Each on the type and structure of the method according to the invention manufactured end product are for coagulation as Ko agulation aids flocculants, such as Salts of iron, salts of silicon or salts of aluminum um, or polymeric flocculants, such as especially starch, Glue, polyacrylamide, polyacrylates, polyethyleneimine and / or Polyethylene oxide used. Can be used as a flotation agent anionic surfactants, cationic surfactants and / or ampho tere surfactants are used while for the precipitation adsorb tion the commonly known adsorbents, such as wise aluminum oxide, activated carbon, silica gel and / or diatomaceous earth, be applied.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von oxidi schen Hydrier- bzw. Härtungskatalysatoren eingesetzt, so bie tet es sich an, diese oxidischen Katalysatoren einer Reduktion (Hydrierung) mit Wasserstoff zu unterwerfen, so daß entspre chende metallische Systeme entstehen, die dann sofort zu den zuvor genannten Zwecken eingesetzt werden können. Selbstver ständlich ist es jedoch auch möglich, die oxidischen Katalysa toren zu Beginn der Hydrierung bzw. Härtung zusammen mit den zu hydrierenden oder zu härtenden organischen Verbindungen zu reduzieren.If the inventive method for the production of oxidi hydrogenation or curing catalysts used, so bie It is a matter of reducing these oxidic catalysts Submit (hydrogenation) with hydrogen, so that correspond appropriate metallic systems are created, which then immediately become one of the previously mentioned purposes can be used. Self Ver it is, of course, also possible to use oxidic catalysis at the beginning of the hydrogenation or hardening together with the organic compounds to be hydrogenated or hardened to reduce.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the method according to the invention are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The method according to the invention is described below using a Embodiment explained in more detail.
Stöchiometrische Mengen von Kupferoxid (CuO) und Titandioxid (TiO2) wurden auf eine Korngröße kleiner als 10 µ (Korngrößenspektrum zwischen 8 µ und 1 µ) zermahlen. Hierbei betrug die Mahlzeit 7 Minuten. Die auf die zuvor genannten Ausgangsstoffe aufgebrachte Energiedichte lag bei 30 kW pro Liter Reaktorvolumen.Stoichiometric amounts of copper oxide (CuO) and titanium dioxide (TiO 2 ) were ground to a grain size smaller than 10 µ (grain size spectrum between 8 µ and 1 µ). The meal was 7 minutes. The energy density applied to the aforementioned starting materials was 30 kW per liter of reactor volume.
Durch Röntgenstrukturanalyse (XRD) konnte nachgewiesen werden, daß das entstandene Produkt überwiegend aus CuTiO3 bestand. X-ray structure analysis (XRD) showed that the resulting product consisted mainly of CuTiO 3 .
Desweiteren waren als Nebenprodukte Cu2TiO3, Cu4TiO4 sowie Mischoxide im untergeordneten Maße, so insbesondere CuOTiO2 und Cu2OTiO2, entstanden.Furthermore, Cu 2 TiO 3 , Cu 4 TiO 4 and mixed oxides were formed as minor products, in particular CuOTiO 2 and Cu 2 OTiO 2 .
Die so hergestellte Verbindung besaß auf ihrer Oberfläche einen feinkristallinen Aufbau, wobei die Kristallitgrößen in der Größenordnung zwischen 100 und 200 Ångström variierten. Diese Kristallite waren in einer festen Matrix der Ausgangs stoffe bzw. des Reaktionsproduktes eingebettet.The connection thus made had on its surface a fine crystalline structure, the crystallite sizes in varied between 100 and 200 angstroms. These crystallites were the starting matrix in a solid matrix substances or the reaction product embedded.
Der nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellte Katalysator wurde für die Hydrierung von Laurinsäureme thylester zu Laurylalkohol (und Methanol als Nebenprodukt) eingesetzt. Diese Hydrierung wurde bei einer Temperatur von 300°C und einem Wasserstoffdruck von 280 bar durchgeführt, wobei die Katalysatoreinwaage 3 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Laurinsäuremethylesters, betrug. Die Hydrierzeit lag bei 60 Minuten.The one produced by the previously described method Catalyst was used for the hydrogenation of lauric acid ethyl ester to lauryl alcohol (and methanol as a by-product) used. This hydrogenation was carried out at a temperature of 300 ° C and a hydrogen pressure of 280 bar, the weight of the catalyst weighed 3% by weight of the lauric acid methyl ester. The hydrogenation time was 60 minutes.
Der Umsatz zu Laurylalkohol betrug 90% (Gew.%).The conversion to lauryl alcohol was 90% (% by weight).
Der so hergestellte Laurylalkohol war farblos. Desweiteren konnte neben Methanol und nicht umgesetzten Laurinsäure methylester ein einziges, nicht näher identifiziertes Nebenprodukt gaschromatographisch nachgewiesen werden.The lauryl alcohol so produced was colorless. Furthermore could in addition to methanol and unreacted lauric acid methyl ester a single, not identified By-product can be detected by gas chromatography.
Vergleichend hierzu wurde die zuvor beschriebene Hydrierung mit einem herkömmlichen Kupfer-Chromit-Katalysator unter an sonsten identischen Bedingungen durchgeführt. Hierbei betrug die Ausbeute der Hydrierung 85%, wobei bei dieser konventio nellen Hydrierung ein Gemisch von Nebenprodukten (2%) anfiel. Der entstehende Laurylalkohol war aufgrund der Bildung von farbigen Kupfer-Salzen intensiv gefärbt, so daß hier vor der Weiterverarbeitung eine entsprechende Reinigung erfolgen mußte.The hydrogenation described above was compared with a conventional copper chromite catalyst below otherwise identical conditions carried out. Here was the yield of the hydrogenation 85%, with this conventional After hydrogenation a mixture of by-products (2%) was obtained. The resulting lauryl alcohol was due to the formation of colored copper salts intensely colored, so that here before Further processing and appropriate cleaning had to.
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