Polvo de paladioes una sustancia química con partículas de polvo negro. Fórmula Molecular PD, CAS 7440-05-3. El carbono de paladio es un catalizador, que es insoluble en todos los solventes orgánicos y soluciones ácidas. Se realiza cargando paladio metálico en carbono activado, y su función principal es catalizar la hidrogenación de hidrocarburos insaturados o Co Se utiliza ampliamente en el proceso de refinación de reducción de hidrogenación de la industria petroquímica, la industria farmacéutica, la industria electrónica, la industria de las especias, la industria de tintes y otros productos químicos finos.
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Fórmula química |
Pd |
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Masa exacta |
106 |
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Peso molecular |
106 |
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m/z |
106 (100.0%), 108 (96.8%), 105 (81.7%), 110 (42.9%), 104 (40.8%), 102 (3.7%) |
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Análisis elemental |
PD, 100.00 |
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El carbono de paladio (PD/C) es un catalizador eficiente soportado en carbono activado por metal Palladiu. Sus propiedades físicas y químicas únicas, como la superficie de alto nivel específica, la excelente actividad catalítica y la selectividad, lo convierten en un material central indispensable en la industria química moderna.
1. Hidrofinición
Polvo de paladioes un catalizador clave para la desulfurización de la hidrogenación (HDS), la desnitrificación de la hidrogenación (HDN) y la desmetalización de la hidrogenación (HDM) en la refinación de petróleo. Por ejemplo, en el proceso de refinar el ácido tereftálico (PTA), el carbono de Palladiu puede catalizar eficientemente la reducción de la hidrogenación de las impurezas en los productos de oxidación del xileno, convirtiendo 4-Carboxybenzaldehyde (4-CBA) en alcoholes fáciles de separar, aumentando la pureza de PTA a más de 99.9%, satisface las necesidades de producción de la producción de fibras de poliester.
Soporte de datos: más del 80% de la capacidad de producción global de PTA adopta la tecnología catalítica de carbono Palladiu, y una sola unidad consume aproximadamente 5-10 toneladas de catalizador de carbono Palladiu por año.
2. Hidrogenación de hidrocarburos no saturados
El carbono de paladio exhibe una alta selectividad en las reacciones de hidrogenación de olefinas y alquinos.
Por ejemplo, en la producción de etileno, el acetileno se puede hidrogenarse selectivamente al etileno a través de la catálisis de carbono de Palladiu, evitando la hidrogenación excesiva para producir etano y aumentar el rendimiento del etileno en un 15% -20%.
Ventajas técnicas: en comparación con los catalizadores de Lindra tradicionales, el carbono Palladiu puede lograr una conversión eficiente a bajas temperaturas (50-100 grados) y bajas presiones (1-5 MPa), reduciendo el consumo de energía en más del 30%.
3. Hidrogenación de compuestos aromáticos
El carbono de paladio puede catalizar la hidrogenación de hidrocarburos aromáticos como el benceno y el naftaleno. Por ejemplo, en el proceso de hidrogenación de benceno a ciclohexano, el catalizador de carbono de paladio reduce la temperatura de reacción de 300 grados a 150 grados, la presión de 10 MPa a 3 MPa y la selectividad del ciclohexano alcanza más del 99%.
1. Síntesis de drogas quirales
La reacción de hidrogenación asimétrica catalizada por el carbono Palladiu es una de las tecnologías centrales para la síntesis de fármacos quirales. Por ejemplo, en la síntesis de la paroxetina antidepresiva, la hidrogenación asimétrica catalizada por el carbono de Palladiu de los compuestos de cetona produce intermedios de alcohol quiral con un exceso enantiomérico (valor EE) de 99.5%, reduciendo significativamente los costos de separación posteriores.
Caso: después de que Pfizer adoptó la tecnología catalítica de carbono Palladiu, la producción anual de paroxetina aumentó de 50 toneladas a 200 toneladas, y el costo por tonelada disminuyó en un 40%.
2. Construcción de compuestos heterocíclicos
El carbono de paladio puede catalizar la formación de enlaces CN y CO, y construir estructuras heterocíclicas como el indol y la piridina.
Por ejemplo, en la síntesis del fármaco antitumoral imatinib, la reacción de acoplamiento catalizado por carbono de Palladiu de anilina y cloropiridina aumentó el rendimiento del 60% al 92%, y el tiempo de reacción se acortó de 24 horas a 4 horas.
Avance tecnológico: a través de la aplicación de catalizador de carbono Nano palladiu (tamaño de partícula 2-5 nm), la actividad de reacción aumenta 3 veces y la dosis del catalizador se reduce en un 80%.
3. Purificación de intermedios de drogas
El carbono de paladio se puede usar para eliminar grupos tóxicos como halógenos y grupos nitro de intermedios farmacéuticos. Por ejemplo, en la síntesis de la ceftriaxona antibiótica, la eliminación catalizada por el carbono de Palladiu de los átomos de cloro de los intermedios dio como resultado un aumento en la pureza del producto del 95% al 99.9%, cumpliendo con los estándares de la FDA.
1. Preparación de materiales semiconductores
El proceso de deposición de vapor químico de carbono de paladio (CVD) es la clave para preparar películas delgadas a base de silicio de alta pureza. Por ejemplo, en el recubrimiento de células solares, el carbono de paladio cataliza la descomposición de silano (SIH ₄) para generar películas delgadas de silicio amorfas uniformes y densas, aumentando la eficiencia de conversión fotoeléctrica en un 5% -8%.
Datos: la industria fotovoltaica global consume aproximadamente 200 toneladas de catalizadores de carbono de paladio anualmente, lo que representa más del 60% del uso de la industria electrónica.
2. Producción de pasta conductora
El carbono de paladio, como aditivo de fase conductora, puede mejorar significativamente la conductividad y la adhesión de la pasta de plata y la pasta de cobre. Por ejemplo, en la fabricación de electrodos de pantalla táctil, agregar al 0,5% de pasta de plata de carbono de paladio puede reducir la resistencia de contacto a 10 Ω · cm y extender la vida útil de servicio a más de 100000 veces.
Ventajas técnicas: el carbono de paladio tiene una mejor resistencia a la oxidación quepolvo de paladio, y puede inhibir la agregación de partículas de plata y mantener la estabilidad de la red conductora durante la sinterización de alta temperatura (300-500 grados).
Purificación electrónica de gas
La membrana de paladio (espesor 0.1-0.5 μ m) es el material central para la purificación de hidrógeno. Por ejemplo, en la producción de gas de hidrógeno de grado semiconductor (nivel 9N), la membrana Palladiu penetra selectivamente en las moléculas de hidrógeno a través del mecanismo de difusión de disolución, que puede eliminar impurezas como CO y CO ₂ a nivel PPB, cumpliendo los requisitos de fabricación de chips.
Mercado: el tamaño global del mercado de membranas Palladiu supera los 500 millones de dólares estadounidenses, con una tasa de crecimiento anual del 12%, utilizada principalmente en líneas de producción de obleas de 12 pulgadas.
1. Tratamiento de aguas residuales
La tecnología de hidrogenación catalítica de carbono de paladio puede degradar de manera eficiente los contaminantes orgánicos. Por ejemplo, en el tratamiento de las aguas residuales de impresión y teñido, la reducción de la hidrogenación catalizada por el carbono de Palladiu de nitrobenceno a anilina logra una tasa de eliminación de bacalao de más del 95%, y el tiempo de reacción se acorta de 72 horas en métodos biológicos tradicionales a 2 horas.
Caso: Después de adoptar la tecnología catalítica de carbono de Palladiu en un parque industrial químico, el costo del tratamiento de aguas residuales disminuyó de 50 yuanes por tonelada a 15 yuanes, ahorrando más de 10 millones de yuanes en gastos operativos anuales.
2. Purificación de gas residual
El catalizador soportado por el carbono de paladio es el componente central del catalizador de tres vías (TWC) para el escape de automóviles.
Por ejemplo, en los vehículos de gasolina estándar VI nacional, la eficiencia de conversión de la catálisis de carbono de Palladiu para Co, HC y NOx alcanza el 98%, 95%y 90%, respectivamente, cumple con los requisitos límite de emisión.
Tendencia tecnológica: con el aumento de los precios de Palladiu, el desarrollo de catalizadores de aleaciones ternarias de Palladium Rhodium platinum se ha convertido en un tema candente en la industria, lo que reduce el uso de paladio en un 30% -50% a través de efectos sinérgicos.
3. Remediación del suelo
La tecnología de reducción catalítica de carbono de paladio puede remediar el suelo contaminado con metales pesados. Por ejemplo, en la remediación de sitios contaminados con cromo hexavalentes, la reducción de polvo de hierba de carbono paladiu de Cr (VI) a Cr (III) reduce la toxicidad en un 99% y acorta el ciclo de remediación de 2 años en métodos químicos tradicionales a 6 meses.
1. Desarrollo de energía de hidrógeno
El carbono de paladio es un material clave para las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC). Por ejemplo, en la reacción de reducción de oxígeno catódico (ORR), los catalizadores soportados por el carbono de paladio pueden aumentar la densidad de potencia de la batería a 1,5 w/cm ² y extender su vida útil a más de 5000 horas.
Progreso de investigación y desarrollo: al construir un catalizador único de átomo de carbono de nitrógeno Palladiu (PD-NC), la actividad de ORR se ha incrementado en 10 veces y el costo se ha reducido en un 60%.
Portador de hidrógeno orgánico líquido (LOHC)
La reacción de hidrogenación catalítica/deshidrogenación catalítica de paladio es el núcleo de la tecnología LOHC. Por ejemplo, en el sistema de metilciclohexano de tolueno, la hidrogenación catalizada por carbono de paladio de tolueno puede almacenar gas de hidrógeno con una densidad de energía de 6.5% en peso y una eficiencia de deshidrogenación del 99%, satisfacer la demanda de almacenamiento de hidrógeno a bordo.
Potencial del mercado: se espera que el mercado global de LOHC crezca de $ 200 millones en 2025 a $ 2 mil millones en 2030, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 58%.
Conversión de biomasa
La despolimerización de lignina catalizada por carbono de paladio puede producir productos químicos de alto valor agregado. Por ejemplo, en la conversión de la estufa de maíz, el carbono de paladio cataliza la degradación de la lignina en compuestos fenólicos como la vanilina y el syingaldehído, con un aumento de rendimiento del 10% en la hidrólisis ácida tradicional al 35%.
Beneficios ambientales: en comparación con los combustibles fósiles, las rutas de biomasa reducen la huella de carbono en un 70%, cumplen con los objetivos de neutralidad de carbono.
Hay muchos métodos para prepararpolvo de paladio, incluyendo método catalítico, método de metal alcalino, método electroquímico, etc.
El método catalítico, también conocido como método de reducción catalítica, se refiere a un método para obtener compuestos de carbono de paladio mediante transferencia atómica o interacción interatómica de productos de reacción bajo la acción del catalizador. En general, los métodos de preparación de la oxidación catalítica son la reducción catalítica, el intercambio iónico, la reducción catalítica, etc. En general, la oxidación catalítica se lleva a cabo mediante la transferencia de átomos de metales nobles sin solvente y interacción de átomo y transferencia de átomos bajo la acción del catalizador. El costo de este método es bajo. Sin embargo, los átomos metálicos a base de paladio no pueden intercambiarse completamente con otros átomos de metal nobles y existen en el catalizador, lo que afecta la combinación entre los átomos metálicos a base de platino y los átomos de metal nobles y la formación y transferencia de compuestos.
El método de metal alcalino también se llama método de metal alcalino. Se refiere al método de preparación de compuestos de paladio mediante reacción química de metales alcalinos y elementos de grupo de platino. El método de metal alcalino, también conocido como método de metalización alcalina, es uno de los métodos para obtener compuestos de carbono de paladio mediante la reaccionamiento de sodio de metal precioso (NaCl) que contiene una gran cantidad de átomos de platino con otras sales de metal (NAAL) en compuestos de paladio para convertirlos en elementos grupales de platino y compuestos basados en platino. El método de metal alcalino puede producir joyas de alta pureza sin catalizador en condiciones de reacción suaves; Sin embargo, debido a la alta temperatura de reacción química (generalmente 200 ~ 300 grados) y una gran cantidad de catalizador (generalmente representan más del 90% de los elementos del grupo de platino), no se puede preparar el cuerpo de joyería de alta pureza.
El método electroquímico es un método que utiliza la reacción química para hacer que los elementos del grupo de platino reaccionen con el catalizador o los iones metálicos para generar óxido de paladio. En general, el método electroquímico es usar un reactor electroquímico para reaccionar iones metálicos que contengan platino (como Au, Cu, etc.) en el electrodo. El catalizador participa directamente en la reacción, mientras que los compuestos a base de platino se reducen a compuestos de platino debido a su fuerte reducibilidad, pero esta reacción conducirá a la corrosión de los compuestos a base de platino por iones metálicos, lo que requiere la adición de electrolito para la protección. Este método también tiene dos obstáculos: baja concentración de reactivos (solo 1-3 g/L) y bajo rendimiento (solo alrededor del 1%). Sin embargo, este método se puede obtener muchos tipos de compuestos de paladio.
En la síntesis orgánica de los compuestos de carbono de paladio, los iones metálicos generalmente se usan como catalizadores para generar átomos de platino y átomos de paladio a través de diferentes enlaces químicos. Los átomos de paladio se forman principalmente en dos cadenas laterales del catalizador de paladio. Además, los compuestos de carbono de paladio también pueden reaccionar con algunos iones metálicos para formar otros compuestos a través de una reacción incompleta con elementos de carbono en condiciones reductoras, lo que prepara otros compuestos. Por ejemplo, el alqueno de platino se reduce para obtener trietanolamina; La etanolamina se obtuvo por reacción incompleta de acrilamida de etanolamina ptene; El alqueno de paladio se obtuvo por reacción incompleta de acrilamida de platino alqueno etanolamina;polvo de paladiose obtuvo por reacción incompleta de acrilamida de alqueno platino; PT Pd se obtuvo mediante una reacción incompleta de acrilamida ptene. En estas reacciones, también se producirán algunos productos pequeños o productos intermedios como la acrilamida de esmalte platino de paladio (PVDF) o hidrocarburos aromáticos.
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