JP5609394B2 - Method for producing palladium-containing supported catalyst and method for producing α, β-unsaturated carboxylic acid - Google Patents
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Description
本発明は、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドからα,β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有担持触媒の製造方法に関する。また、本発明は、α,β−不飽和カルボン酸の製造方法に関する。 The present invention is an olefin or alpha, alpha from β- unsaturated aldehydes, a method for manufacturing a palladium-containing supported catalysts for the production of β- unsaturated carboxylic acid. The present invention also relates to a method for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid.
オレフィンを分子状酸素により液相酸化してα,β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒の製造方法として、特許文献1には、パラジウム塩を還元剤により還元する方法が提案されている。特許文献2には、担体上に担持された状態で触媒前駆体中に存在する酸化パラジウムを還元する方法が提案されている。 As a method for producing a palladium-containing catalyst for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid by liquid phase oxidation of olefin with molecular oxygen, Patent Document 1 proposes a method of reducing a palladium salt with a reducing agent. ing. Patent Document 2 proposes a method for reducing palladium oxide present in a catalyst precursor in a state of being supported on a carrier.
一方、特許文献3には、触媒原料中に含まれる無機塩素によってα,β−不飽和カルボン酸の生産性が低下するため、パラジウムに対する無機塩素の質量比が0.001〜0.005である触媒原料により調製された懸濁液中で、パラジウムを還元剤により還元する方法が提案されている。 On the other hand, in Patent Document 3, since the productivity of α, β-unsaturated carboxylic acid is lowered by inorganic chlorine contained in the catalyst raw material, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium is 0.001 to 0.005. There has been proposed a method of reducing palladium with a reducing agent in a suspension prepared from a catalyst raw material.
しかし、特許文献1または2に記載の方法で製造した触媒のα,β−不飽和カルボン酸の生産性は未だ十分ではなく、より高い生産性を実現できるパラジウム含有触媒が望まれている。特許文献3に記載の方法のように無機塩素の含有量が低い触媒原料を用いれば、高い生産性を実現できるが、比較的安価で入手できる無機塩素含有量の多いパラジウム原料や他の金属原料等が利用できないという問題があった。 However, the productivity of the α, β-unsaturated carboxylic acid produced by the method described in Patent Document 1 or 2 is not yet sufficient, and a palladium-containing catalyst that can realize higher productivity is desired. If a catalyst raw material with a low content of inorganic chlorine is used as in the method described in Patent Document 3, a high productivity can be realized, but a palladium raw material and other metal raw materials with a high inorganic chlorine content that can be obtained at a relatively low cost. Etc. were not available.
従って、本発明の目的は、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドからα,β−不飽和カルボン酸を高い生産性で製造するためのパラジウム含有担持触媒の製造方法、ならびにα,β−不飽和カルボン酸を高い生産性で製造する方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention, an olefin or alpha, beta-unsaturated aldehyde alpha, a method of manufacturing a palladium-containing supported catalysts for the production of beta-unsaturated carboxylic acid with high productivity, as well as alpha, beta-unsaturated The object is to provide a method for producing a saturated carboxylic acid with high productivity.
本発明は、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドからα,β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有担持触媒の製造方法であって、パラジウム原料を担体に担持させる工程と、前記パラジウム原料が担持された前記担体を100℃以上の温度で熱処理する工程と、前記熱処理された前記担体を塩基性溶液と接触させて、触媒前駆体を得る工程とを有するパラジウム含有担持触媒の製造方法である。 The present invention is a method for producing a palladium-containing supported catalyst for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid from an olefin or an α, β-unsaturated aldehyde, comprising a step of supporting a palladium raw material on a support, and the palladium A method for producing a palladium-containing supported catalyst, comprising: a step of heat-treating the support on which the raw material is supported at a temperature of 100 ° C. or higher; and a step of contacting the heat-treated support with a basic solution to obtain a catalyst precursor. It is.
さらに、本発明は、前記の方法により製造されたパラジウム含有担持触媒を用いて、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα,β−不飽和カルボン酸の製造方法である。 Furthermore, the present invention provides a method for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid in which an olefin or α, β-unsaturated aldehyde is subjected to liquid phase oxidation with molecular oxygen using the palladium-containing supported catalyst produced by the above method. It is.
本発明によれば、α,β−不飽和カルボン酸を高い生産性で製造できるパラジウム含有担持触媒を得ることができる。また、本発明によれば、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドから高い生産性でα,β−不飽和カルボン酸を製造することができる。 According to the present invention, a palladium-containing supported catalyst capable of producing an α, β-unsaturated carboxylic acid with high productivity can be obtained. Moreover, according to the present invention, an α, β-unsaturated carboxylic acid can be produced from an olefin or an α, β-unsaturated aldehyde with high productivity.
本発明に係るパラジウム含有担持触媒の製造方法は、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドからα,β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有担持触媒の製造方法であって、パラジウム原料を担体に担持させる工程と、前記パラジウム原料が担持された前記担体を100℃以上の温度で熱処理する工程と、前記熱処理された前記担体を塩基性溶液と接触させて、触媒前駆体を得る工程とを有する。 A method for producing a palladium-containing supported catalyst according to the present invention is a method for producing a palladium-containing supported catalyst for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid from an olefin or an α, β-unsaturated aldehyde, wherein a palladium raw material is used. A step of supporting a carrier, a step of heat-treating the carrier on which the palladium raw material is supported at a temperature of 100 ° C. or higher, a step of bringing the heat-treated carrier into contact with a basic solution to obtain a catalyst precursor; Have
本発明では、まず、パラジウム原料を担体に担持させる。なお、ここで言う「パラジウム原料」には、担体に担持された担体以外の成分を意味し、少なくともパラジウム塩が含まれるが、パラジウム塩を溶解液や担体中に吸着した状態で存在する塩酸や分子状塩素なども含まれ、パラジウム以外の金属成分を含むものとする場合には、その金属成分の塩や、その金属成分の塩を担持させる際に用いる溶解液中に含まれる塩化物イオンや分子状塩素なども含まれる。 In the present invention, first, a palladium raw material is supported on a carrier. The “palladium raw material” as used herein means a component other than the carrier supported on the carrier, and includes at least a palladium salt. Hydrochloric acid or the like present in a state where the palladium salt is adsorbed in a solution or carrier. When molecular chlorine is also included and it contains a metal component other than palladium, the salt of the metal component, or the chloride ion or molecular state contained in the solution used when the salt of the metal component is supported Including chlorine.
パラジウム塩としては、例えば、塩化パラジウム(II)(熱分解温度:650℃)、酢酸パラジウム(II)(熱分解温度:230℃)、硝酸パラジウム(II)(熱分解温度:120℃)、テトラアンミンパラジウム硝酸塩(II)(熱分解温度:220℃)、テトラアンミンパラジウム塩酸塩およびビス(アセチルアセトナト)パラジウム(II)(熱分解温度:210℃)等が挙げられる。パラジウム塩は、1種を用いることも、2種以上を併用することもできる。 Examples of the palladium salt include palladium chloride (II) (thermal decomposition temperature: 650 ° C.), palladium acetate (II) (thermal decomposition temperature: 230 ° C.), palladium nitrate (II) (thermal decomposition temperature: 120 ° C.), tetraammine. Palladium nitrate (II) (thermal decomposition temperature: 220 ° C.), tetraammine palladium hydrochloride, bis (acetylacetonato) palladium (II) (thermal decomposition temperature: 210 ° C.) and the like can be mentioned. The palladium salt can be used alone or in combination of two or more.
なお、パラジウム塩の熱分解温度は、熱重量測定により測定できる。ここでは、熱重量測定装置(島津製作所社製、商品名:TGA−50)を用いて、パラジウム塩を空気気流中で室温から5.0℃/分で昇温させたときに10%重量が減少した温度をパラジウム塩の熱分解温度としている。 The thermal decomposition temperature of the palladium salt can be measured by thermogravimetry. Here, when using a thermogravimetric measuring apparatus (trade name: TGA-50, manufactured by Shimadzu Corporation), the palladium salt was heated from room temperature to 5.0 ° C./min in an air stream, and the weight was 10%. The decreased temperature is regarded as the thermal decomposition temperature of the palladium salt.
本発明は、パラジウムに対する質量比で0.01以上の無機塩素を含有するパラジウム原料、担体、および懸濁液を使用する場合にも適用可能である。パラジウムに対する無機塩素の質量比は、例えば、0.1以上でもよく、1以上でもよい。ただし、後の工程で無機塩素を除去する際の効率を考慮すると、パラジウムに対する無機塩素の質量比は、2以下が好ましく、1.5以下がより好ましく、0.8以下がさらに好ましく、0.4以下が特に好ましい。ここで言う無機塩素には、パラジウム塩として塩化パラジウムやテトラアンミンパラジウム塩酸塩を用いた場合のようにパラジウムの塩の状態で含まれるもの、パラジウム塩を担体に担持させる際に用いる溶解液や担体中に吸着した状態で存在する塩酸や分子状塩素などが含まれ、パラジウム以外の金属成分を含むものとする場合には、その金属成分の塩の状態で含まれる無機塩素や、その金属成分の塩を担持させる際に用いる溶解液中に含まれる塩化物イオンや分子状塩素なども含まれる。 The present invention is also applicable to the case of using a palladium raw material, a carrier, and a suspension containing inorganic chlorine of 0.01 or more by mass ratio with respect to palladium. The mass ratio of inorganic chlorine to palladium may be, for example, 0.1 or more, or 1 or more. However, in consideration of the efficiency when removing inorganic chlorine in the subsequent step, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium is preferably 2 or less, more preferably 1.5 or less, still more preferably 0.8 or less, and 0.8. 4 or less is particularly preferable. The inorganic chlorine referred to here includes palladium chloride or tetraamminepalladium hydrochloride as a palladium salt in the form of a palladium salt, in a solution or carrier used when a palladium salt is supported on a carrier. If it contains hydrochloric acid, molecular chlorine, etc. that are adsorbed on the metal and contains a metal component other than palladium, it supports inorganic chlorine contained in the salt state of the metal component or a salt of the metal component. Also included are chloride ions, molecular chlorine and the like contained in the solution used for the treatment.
担体は、パラジウム原料を担持できるものであれば、特に限定されない。本発明では、担体にパラジウム原料を担持させた後にその担体を熱処理することから、その熱処理条件で燃焼または変質等の生じにくい無機酸化物の担体が好ましい。担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、マグネシア、カルシア、チタニアおよびジルコニア等が挙げられるが、中でも、シリカ、チタニアまたはジルコニアが好ましい。担体は、1種を用いることも、2種以上を併用することもできる。 The carrier is not particularly limited as long as it can carry a palladium raw material. In the present invention, since the support is heat-treated after the palladium raw material is supported on the support, an inorganic oxide support that does not easily cause combustion or alteration under the heat-treatment conditions is preferable. Examples of the carrier include silica, alumina, silica alumina, magnesia, calcia, titania and zirconia, among which silica, titania or zirconia is preferable. One type of carrier can be used, or two or more types can be used in combination.
担体の比表面積は、担体の種類等により異なるので一概に言えないが、シリカの場合、50m2/g以上が好ましく、100m2/g以上がより好ましい。また、1500m2/g以下が好ましく、1000m2/g以下がより好ましい。担体の比表面積は、小さいほど有用成分がより表面に担持された触媒の製造が可能となり、大きいほど有用成分が多く担持された触媒の製造が可能となる。 Since the specific surface area of the carrier varies depending on the type of the carrier and the like, it cannot be generally stated, but in the case of silica, 50 m 2 / g or more is preferable, and 100 m 2 / g or more is more preferable. Moreover, 1500 m < 2 > / g or less is preferable and 1000 m < 2 > / g or less is more preferable. The smaller the specific surface area of the carrier, the more the catalyst having a useful component supported on the surface can be produced, and the larger the specific surface area of the carrier, the more the useful component supported.
パラジウム原料を担体に担持させる方法としては、パラジウム塩の溶解液に担体を浸漬した後に溶媒を蒸発させる方法でもよく、担体の細孔容積分のパラジウム塩の溶解液を担体に吸収させた後に溶媒を蒸発させる、いわゆるポアフィリング法による方法でもよい。パラジウム塩を溶解させる溶媒は、パラジウム塩を溶解するものであれば、特に限定されない。 As a method of supporting the palladium raw material on the carrier, a method of evaporating the solvent after immersing the carrier in a solution of palladium salt may be used, or the solvent after absorbing the solution of palladium salt corresponding to the pore volume of the carrier to the carrier. Alternatively, a so-called pore filling method may be used. The solvent for dissolving the palladium salt is not particularly limited as long as it dissolves the palladium salt.
次いで、本発明では、パラジウム原料が担持された担体を100℃以上の温度で熱処理する。この熱処理によって、次の工程で担体を塩基性溶液と接触させる際にパラジウム塩が溶出するのを防ぐことができる。 Next, in the present invention, the carrier carrying the palladium raw material is heat-treated at a temperature of 100 ° C. or higher. This heat treatment can prevent the palladium salt from eluting when the carrier is brought into contact with the basic solution in the next step.
熱処理温度は、パラジウム塩が担体と相互作用して固定化される温度が好ましいことから、100℃以上とするが、200℃以上とすることがより好ましい。熱処理の温度は、塩化パラジウムの熱分解温度である650℃以下の温度から選択することが好ましく、600℃以下の温度から選択することがより好ましく、550℃以下の温度から選択することがさらに好ましい。 The heat treatment temperature is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher because the temperature at which the palladium salt is immobilized by interacting with the carrier is preferable. The heat treatment temperature is preferably selected from a temperature of 650 ° C. or lower, which is the thermal decomposition temperature of palladium chloride, more preferably selected from a temperature of 600 ° C. or lower, and further preferably selected from a temperature of 550 ° C. or lower. .
熱処理時に、パラジウム原料、担体、および懸濁液中に含まれる無機塩素がパラジウム塩と反応して、パラジウム原料の少なくとも一部が塩化パラジウムとなるが、塩化パラジウムの熱分解温度以下で熱処理を行うことにより、塩化パラジウムの熱分解に伴う発熱によるパラジウム粒子の凝集および成長を抑制することができる。そのため、無機塩素を多く含むパラジウム原料、担体、および懸濁液を用いる場合も、α,β−不飽和カルボン酸を高い生産性で製造することが可能となる。工業化スケールでの触媒調製では触媒量と焼成装置のスケール等の問題から、熱処理時のパラジウム原料が担持された担体の層高が厚くなることは通常は避けられないので、塩化パラジウムの熱分解による発熱をおさえて、高活性なパラジウム含有触媒を調製できることには大きなメリットがある。 During the heat treatment, inorganic chlorine contained in the palladium raw material, the carrier, and the suspension reacts with the palladium salt, and at least a part of the palladium raw material becomes palladium chloride, but the heat treatment is performed at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of palladium chloride. Thus, aggregation and growth of palladium particles due to heat generation accompanying thermal decomposition of palladium chloride can be suppressed. Therefore, even when using a palladium raw material, a carrier, and a suspension containing a large amount of inorganic chlorine, it is possible to produce an α, β-unsaturated carboxylic acid with high productivity. Due to problems such as the amount of catalyst and the scale of the calcining device, it is usually unavoidable that the layer height of the carrier carrying the palladium raw material during heat treatment is unavoidable due to the pyrolysis of palladium chloride. There is a great merit that a highly active palladium-containing catalyst can be prepared while suppressing heat generation.
所定の熱処理温度までの昇温方法は特に限定されないが、パラジウム含有担持触媒における良好な分散状態を得るため、昇温速度は1〜10℃/分が好ましい。所定の熱処理温度に達した後の保持時間は、パラジウム塩と担体が相互作用するのに十分な時間であれば特に限定されないが、1〜12時間が好ましく、1〜10時間がより好ましい。 The method for raising the temperature up to the predetermined heat treatment temperature is not particularly limited, but the rate of temperature rise is preferably 1 to 10 ° C./min in order to obtain a good dispersion state in the palladium-containing supported catalyst. The holding time after reaching the predetermined heat treatment temperature is not particularly limited as long as it is sufficient for the palladium salt and the carrier to interact with each other, but is preferably 1 to 12 hours, and more preferably 1 to 10 hours.
次いで、本発明では、熱処理された担体を塩基性溶液と接触させて、触媒前駆体を得る。これにより、熱処理後の担体中に含まれる無機塩素の少なくとも一部を取り除くことができるので、無機塩素の少ない触媒前駆体、ひいては無機塩素の少ない生産性の高い触媒を製造することができる。 In the present invention, the heat-treated support is then brought into contact with a basic solution to obtain a catalyst precursor. Thereby, since at least a part of the inorganic chlorine contained in the support after the heat treatment can be removed, a catalyst precursor with a small amount of inorganic chlorine, and thus a highly productive catalyst with a small amount of inorganic chlorine can be produced.
塩基性溶液としては、例えば、塩基性物質を水に溶解させた塩基性水溶液を用いることができ、具体的には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液等の強塩基性水溶液や、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸セシウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液等の弱塩基性水溶液などが挙げられる。塩基性溶液は、1種を用いることも、2種以上を併用することもできる。 As the basic solution, for example, a basic aqueous solution in which a basic substance is dissolved in water can be used. Specifically, a strong basic solution such as an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, or an aqueous calcium hydroxide solution can be used. Examples include aqueous solutions, weakly basic aqueous solutions such as aqueous sodium carbonate, aqueous potassium carbonate, aqueous cesium carbonate, and aqueous sodium bicarbonate. The basic solution can be used alone or in combination of two or more.
熱処理された担体と接触させる前の塩基性溶液のpHは、8〜14の範囲であることが好ましく、8〜13の範囲であることがより好ましい。特に、シリカのような、塩基性溶液に溶解する担体と接触させる場合、強い塩基性により担体が溶解し、最適な細孔構造を保つことができなくなる可能性がある。 The pH of the basic solution before being brought into contact with the heat-treated carrier is preferably in the range of 8 to 14, and more preferably in the range of 8 to 13. In particular, when contacting with a carrier that dissolves in a basic solution such as silica, the carrier may dissolve due to strong basicity, and an optimal pore structure may not be maintained.
熱処理された担体と接触させる塩基性溶液の量は、塩基性溶液に含まれる塩基性物質の種類によって異なるが、熱処理された担体に対する質量比で5〜100の範囲が好ましい。また、塩基性溶液に含まれる塩基性物質の物質量(モル数)は、担体に含まれるパラジウムに対する物質量比(モル比)で0.5〜10の範囲が好ましい。 The amount of the basic solution to be contacted with the heat-treated carrier varies depending on the type of basic substance contained in the basic solution, but is preferably in the range of 5 to 100 in terms of mass ratio with respect to the heat-treated carrier. In addition, the amount (molar number) of the basic substance contained in the basic solution is preferably in the range of 0.5 to 10 in terms of the substance amount ratio (molar ratio) to palladium contained in the carrier.
熱処理された担体を塩基性溶液と接触させる方法は特に限定されないが、例えば、熱処理された担体を量りとり、そこに塩基性溶液を加える方法が挙げられる。熱処理された担体中に含まれる無機塩素の除去を促進するため、接触時の塩基性溶液の温度は40〜100℃が好ましい。また、接触時間は1〜4時間が好ましい。 The method of bringing the heat-treated carrier into contact with the basic solution is not particularly limited, and examples thereof include a method of weighing the heat-treated carrier and adding the basic solution thereto. In order to promote the removal of inorganic chlorine contained in the heat-treated carrier, the temperature of the basic solution at the time of contact is preferably 40 to 100 ° C. The contact time is preferably 1 to 4 hours.
熱処理された担体を塩基性溶液と接触させた時点での溶液のpHは、3〜12の範囲であることが好ましく、3〜10の範囲であることがより好ましい。特に、シリカのような、塩基性溶液に溶解する担体を用いている場合、接触する塩基性溶液の塩基性が強いと担体が溶解してしまい、最適な細孔構造を保つことができない場合がある。 The pH of the solution when the heat-treated carrier is brought into contact with the basic solution is preferably in the range of 3 to 12, and more preferably in the range of 3 to 10. In particular, when a carrier that dissolves in a basic solution, such as silica, is used, if the basic solution that comes into contact with the basic solution is strong, the carrier dissolves, and an optimal pore structure may not be maintained. is there.
熱処理された担体を塩基性溶液と接触させた時点での溶液のpHが高すぎる場合は、塩基性溶液の量を減らす、担体の量を増やす等して、再度、接触処理をやり直すことが好ましい。逆に、接触させた時点での溶液のpHが低すぎる場合は、塩基性溶液の量を増やす、担体の量を減らす等して、再度、接触処理をやり直すことが好ましい。 If the pH of the solution at the time when the heat-treated carrier is brought into contact with the basic solution is too high, it is preferable to redo the contact treatment by reducing the amount of the basic solution or increasing the amount of the carrier. . Conversely, when the pH of the solution at the time of contact is too low, it is preferable to redo the contact treatment by increasing the amount of the basic solution or reducing the amount of the carrier.
得られる触媒前駆体において、パラジウムに対する無機塩素の質量比が0.4以下であることが好ましい。 In the obtained catalyst precursor, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium is preferably 0.4 or less.
本発明によって、α,β−不飽和カルボン酸を高い生産性で製造できるパラジウム含有担持触媒を製造することができる。これは、本発明によって無機塩素を含む触媒原料を用いた場合であっても、パラジウムが担体上に良好に分散した触媒を得ることができることによる。熱処理された担体を塩基性溶液と接触させることによる効果は特定できないが、塩基性溶液と接触させることによって担体に担持されたパラジウム塩の少なくとも一部が水酸化パラジウムなどに変化し、担体とパラジウム塩または水酸化パラジウムとの相互作用が大きくなることによって、次に続く還元操作の際にパラジウム粒子の凝集を抑制することができるものと考えられる。 According to the present invention, a palladium-containing supported catalyst capable of producing an α, β-unsaturated carboxylic acid with high productivity can be produced. This is because even when a catalyst raw material containing inorganic chlorine is used according to the present invention, a catalyst in which palladium is well dispersed on the support can be obtained. Although the effect of contacting the heat-treated carrier with the basic solution cannot be specified, at least a part of the palladium salt supported on the carrier is changed to palladium hydroxide or the like by contacting with the basic solution, and the carrier and palladium By increasing the interaction with the salt or palladium hydroxide, it is considered that the aggregation of palladium particles can be suppressed during the subsequent reduction operation.
触媒前駆体中に含まれる無機塩素は、XRD測定、XRF測定により確認できる。ここでは、蛍光X線回折装置(リガク社製、商品名:ZSX−100C)を用いて無機塩素量の測定を行っている。具体的には、減圧下50℃で乾燥させた触媒前駆体0.2質量部に、バインダー0.15質量部および酸化銅0.01質量部を混合し、10tで加圧成形することにより円盤状に成形し、得られたサンプルのXRF測定により算出されるピークエリア面積から塩素と銅の存在比(質量百分率)を求めることで、触媒前駆体中に含まれる無機塩素の質量を求めることができる。 Inorganic chlorine contained in the catalyst precursor can be confirmed by XRD measurement and XRF measurement. Here, the amount of inorganic chlorine is measured using a fluorescent X-ray diffractometer (trade name: ZSX-100C, manufactured by Rigaku Corporation). Specifically, 0.15 parts by mass of binder and 0.01 parts by mass of copper oxide were mixed with 0.2 parts by mass of the catalyst precursor dried at 50 ° C. under reduced pressure, and the disk was formed by pressure molding at 10 t. The mass of inorganic chlorine contained in the catalyst precursor can be determined by determining the abundance ratio (mass percentage) of chlorine and copper from the peak area calculated by XRF measurement of the obtained sample. it can.
次いで、本発明では、触媒前駆体を還元することが好ましい。これにより、担体に担持された状態で存在するパラジウム塩を還元することができ、金属パラジウムが存在する触媒となる。なお、触媒前駆体を還元せずに、そのまま触媒とすることもできる。 Next, in the present invention, it is preferable to reduce the catalyst precursor. Thereby, the palladium salt existing in a state of being supported on the carrier can be reduced, and a catalyst in which metallic palladium is present is obtained. The catalyst precursor can be used as it is without reducing the catalyst precursor.
還元剤としては、特に限定されないが、例えば、ヒドラジン、ホルムアルデヒド、水素化ホウ素ナトリウム、水素、蟻酸、蟻酸の塩、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブチレン、1,3−ブタジエン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、シクロヘキセン、アリルアルコール、メタリルアルコール、アクロレインおよびメタクロレイン等が挙げられる。還元剤は、1種を用いることも、2種以上を併用することもできる。 Although it does not specifically limit as a reducing agent, For example, a salt of hydrazine, formaldehyde, sodium borohydride, hydrogen, formic acid, formic acid, ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutylene, 1,3-butadiene, 1 -Heptene, 2-heptene, 1-hexene, 2-hexene, cyclohexene, allyl alcohol, methallyl alcohol, acrolein, methacrolein and the like. One reducing agent can be used, or two or more reducing agents can be used in combination.
還元は、気相中で行っても液相中で行ってもよい。気相中で還元を行う場合は、還元剤として水素を用いることが好ましい。また、液相中で還元を行う場合は、還元剤としてヒドラジン、ホルムアルデヒド、蟻酸、または蟻酸の塩を用いることが好ましい。 The reduction may be performed in the gas phase or in the liquid phase. When reducing in the gas phase, it is preferable to use hydrogen as the reducing agent. Moreover, when reducing in a liquid phase, it is preferable to use hydrazine, formaldehyde, formic acid, or a salt of formic acid as a reducing agent.
液相中で還元を行う際に使用する溶媒としては、水が好ましいが、担体の分散性によっては、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノールおよびt−ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンおよびシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸、n−吉草酸およびイソ吉草酸等の有機酸類;ヘプタン、ヘキサンおよびシクロヘキサン等の炭化水素類等の有機溶媒を単独または複数組み合わせて用いることができる。これらと水との混合溶媒を用いることもできる。 The solvent used for the reduction in the liquid phase is preferably water, but depending on the dispersibility of the carrier, alcohols such as ethanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butanol and t-butanol; acetone Ketones such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; organic acids such as acetic acid, n-valeric acid and isovaleric acid; and organic solvents such as hydrocarbons such as heptane, hexane and cyclohexane, or a combination thereof Can do. A mixed solvent of these and water can also be used.
液相中で還元を行う場合であって還元剤が液体の場合、還元を行う装置に制限はなく、溶媒中に還元剤を添加することで行うことができる。このときの還元剤の使用量は、特に限定されないが、触媒前駆体中のパラジウム1モルに対して1〜100モルとすることが好ましい。 When the reduction is performed in the liquid phase and the reducing agent is liquid, the apparatus for performing the reduction is not limited and can be performed by adding the reducing agent to the solvent. Although the usage-amount of a reducing agent at this time is not specifically limited, It is preferable to set it as 1-100 mol with respect to 1 mol of palladium in a catalyst precursor.
還元温度および還元時間は、還元剤の種類等により適宜設定することができる。還元温度は、−5〜150℃が好ましく、15〜80℃がより好ましい。還元時間は、0.1〜4時間が好ましく、0.25〜3時間がより好ましく、0.5〜2時間がさらに好ましい。 The reduction temperature and reduction time can be appropriately set depending on the type of reducing agent and the like. The reduction temperature is preferably -5 to 150 ° C, more preferably 15 to 80 ° C. The reduction time is preferably 0.1 to 4 hours, more preferably 0.25 to 3 hours, and further preferably 0.5 to 2 hours.
還元後、パラジウム金属が担体に担持されたパラジウム含有担持触媒を分離する。この触媒を分離する方法は特に限定されないが、例えば、ろ過、遠心分離等の方法が挙げられる。分離されたパラジウム含有担持触媒は、適宜乾燥される。乾燥方法は特に限定されず、種々の方法を用いることができる。 After the reduction, the palladium-containing supported catalyst in which palladium metal is supported on the support is separated. The method for separating the catalyst is not particularly limited, and examples thereof include methods such as filtration and centrifugation. The separated palladium-containing supported catalyst is appropriately dried. The drying method is not particularly limited, and various methods can be used.
担体に担持されたパラジウム粒子の大きさは、XRD測定により確認できる。XRD観察対象の結晶子径は、一般にScherrerの式により見積もることができる。 The size of the palladium particles supported on the carrier can be confirmed by XRD measurement. The crystallite diameter of the XRD observation target can be generally estimated by the Scherrer equation.
D=(Kλ)/(βcosθ)
Dは結晶子径、Kは定数、λは測定X線波長、βはピークの半値幅、θは回折線のブラッグ角度を表す。ここでは、K=0.9、λ=1.54Åとし、θはXRD測定により観測されるパラジウムの(111)面に対応する回折ピークの値(約20°)を用いて、結晶子径を見積もっている。
D = (Kλ) / (βcosθ)
D is the crystallite diameter, K is a constant, λ is the measured X-ray wavelength, β is the half width of the peak, and θ is the Bragg angle of the diffraction line. Here, K = 0.9, λ = 1.54Å, and θ is the diffraction peak value (about 20 °) corresponding to the (111) plane of palladium observed by XRD measurement. I have an estimate.
パラジウム含有担持触媒におけるパラジウム粒子の結晶子径は、パラジウム質量に対して反応活性点の数を多くするとの観点から、6nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましい。また、パラジウム含有担持触媒におけるパラジウム粒子の結晶子径は、初期活性が高すぎて局所的に発生する反応熱によってパラジウム粒子の凝集が促進されることを防ぐとの観点から、0.5nm以上が好ましく、1nm以上がより好ましい。 The crystallite size of the palladium particles in the palladium-containing supported catalyst is preferably 6 nm or less, and more preferably 5 nm or less, from the viewpoint of increasing the number of reaction active sites with respect to the mass of palladium. In addition, the crystallite size of the palladium particles in the palladium-containing supported catalyst is 0.5 nm or more from the viewpoint of preventing the aggregation of the palladium particles from being promoted by the reaction heat generated locally because the initial activity is too high. Preferably, 1 nm or more is more preferable.
本発明のパラジウム含有担持触媒は、パラジウム以外の金属成分を含んでいてもよい。パラジウム以外の金属成分としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金、銅、アンチモン、テルル、鉛およびビスマス等が挙げられる。高い触媒活性を発現させる観点から、パラジウム含有担持触媒に含まれる金属成分のうち、50質量%以上がパラジウム金属であることが好ましい。 The palladium-containing supported catalyst of the present invention may contain a metal component other than palladium. Examples of the metal component other than palladium include ruthenium, rhodium, silver, osmium, iridium, platinum, gold, copper, antimony, tellurium, lead and bismuth. From the viewpoint of developing high catalytic activity, it is preferable that 50% by mass or more of the metal component contained in the palladium-containing supported catalyst is palladium metal.
パラジウム以外の金属成分を含むパラジウム含有担持触媒は、対応する金属の塩や酸化物等の金属化合物を担体に担持させ、必要に応じて前記の還元を行うことで得ることができる。その際の金属化合物の担持方法は、特に限定されないが、パラジウム原料を担持させる方法と同様の方法とすることができる。また、金属化合物は、パラジウム原料を担持させる前の担体に担持させることもでき、パラジウム原料を担持させた後の担体に担持させることもでき、パラジウム原料と同時に担体に担持させることもできる。無機塩素を含む金属化合物も使用することができる。 A palladium-containing supported catalyst containing a metal component other than palladium can be obtained by supporting a metal compound such as a corresponding metal salt or oxide on a support and performing the above reduction as necessary. The method for supporting the metal compound at that time is not particularly limited, but can be the same method as the method for supporting the palladium raw material. Further, the metal compound can be supported on a carrier before the palladium raw material is supported, can be supported on the carrier after the palladium raw material is supported, or can be supported on the carrier simultaneously with the palladium raw material. Metal compounds containing inorganic chlorine can also be used.
パラジウムの担持率は、担持前の担体に対して0.1〜40質量%が好ましく、0.5〜30質量%がより好ましく、1〜20質量%がさらに好ましい。 The palladium loading is preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 0.5 to 30% by mass, and even more preferably 1 to 20% by mass with respect to the carrier before loading.
最終的に得られるパラジウム含有担持触媒の物性等は、XRD測定、XPS測定、XRF測定、TEM観察等により確認できる。 The physical properties of the finally obtained palladium-containing supported catalyst can be confirmed by XRD measurement, XPS measurement, XRF measurement, TEM observation and the like.
次に、本発明のパラジウム含有担持触媒を用いて、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドを分子状酸素で液相酸化してα,β−不飽和カルボン酸を製造する方法について説明する。 Next, a method for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid by liquid phase oxidation of olefin or α, β-unsaturated aldehyde with molecular oxygen using the palladium-containing supported catalyst of the present invention will be described.
原料のオレフィンとしては、例えば、プロピレン、イソブチレンおよび2−ブテン等が挙げられる。また、原料のα,β−不飽和アルデヒドとしては、例えば、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド(β−メチルアクロレイン)およびシンナムアルデヒド(β−フェニルアクロレイン)等が挙げられる。原料のオレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドには、不純物として飽和炭化水素および/または低級飽和アルデヒド等が少々含まれていてもよい。 Examples of the raw material olefin include propylene, isobutylene and 2-butene. Examples of the raw α, β-unsaturated aldehyde include acrolein, methacrolein, crotonaldehyde (β-methylacrolein) and cinnamaldehyde (β-phenylacrolein). The raw material olefin or α, β-unsaturated aldehyde may contain some saturated hydrocarbons and / or lower saturated aldehydes as impurities.
製造されるα,β−不飽和カルボン酸は、原料がオレフィンの場合、オレフィンと同一炭素骨格を有するα,β−不飽和カルボン酸であり、原料がα,β−不飽和アルデヒドの場合、α,β−不飽和アルデヒドのアルデヒド基がカルボキシル基に変化したα,β−不飽和カルボン酸である。 The α, β-unsaturated carboxylic acid produced is an α, β-unsaturated carboxylic acid having the same carbon skeleton as the olefin when the raw material is an olefin, and when the raw material is an α, β-unsaturated aldehyde, the α , Β-unsaturated aldehyde is an α, β-unsaturated carboxylic acid in which the aldehyde group is changed to a carboxyl group.
本発明の製造方法は、プロピレンまたはアクロレインからアクリル酸、イソブチレンまたはメタクロレインからメタクリル酸を製造する液相酸化に好適である。 The production method of the present invention is suitable for liquid phase oxidation for producing acrylic acid from propylene or acrolein, and methacrylic acid from isobutylene or methacrolein.
液相酸化に用いる分子状酸素源には、空気が経済的であるが、純酸素または純酸素と空気の混合ガスを用いることもでき、必要であれば、空気または純酸素を窒素、二酸化炭素、水蒸気等で希釈した混合ガスを用いることもできる。 Air is economical as the molecular oxygen source used for liquid phase oxidation, but pure oxygen or a mixed gas of pure oxygen and air can also be used. A mixed gas diluted with water vapor or the like can also be used.
液相酸化に用いる溶媒は特に限定されないが、例えば、水;ターシャリーブタノールおよびシクロヘキサノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトン等のケトン類;酢酸、プロピオン酸、n−酪酸、iso−酪酸、n−吉草酸およびiso−吉草酸等の有機酸類;酢酸エチルおよびプロピオン酸メチル等の有機酸エステル類;ヘキサン、シクロヘキサンおよびトルエン等の炭化水素類を用いることができる。中でも、炭素数2〜6の有機酸類、炭素数3〜6のケトン類、またはターシャリーブタノールが好ましい。溶媒は、1種でもよく、2種以上の混合溶媒でもよい。また、アルコール類、ケトン類、有機酸類および有機酸エステル類からなる群から選ばれる少なくとも1種を使用する場合は、水との混合溶媒とすることが好ましい。その際の水の量は特に限定されないが、混合溶媒の質量に対して2〜70質量%が好ましく、5〜50質量%がより好ましい。溶媒は均一であることが望ましいが、不均一な状態で用いても差し支えない。 Although the solvent used for liquid phase oxidation is not specifically limited, For example, Water; Alcohols, such as tertiary butanol and cyclohexanol; Ketones, such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; Acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, iso- Organic acids such as butyric acid, n-valeric acid and iso-valeric acid; organic acid esters such as ethyl acetate and methyl propionate; hydrocarbons such as hexane, cyclohexane and toluene can be used. Among these, organic acids having 2 to 6 carbon atoms, ketones having 3 to 6 carbon atoms, or tertiary butanol are preferable. 1 type may be sufficient as a solvent and 2 or more types of mixed solvents may be sufficient as it. Moreover, when using at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of alcohol, ketones, organic acids, and organic acid esters, it is preferable to set it as a mixed solvent with water. The amount of water at that time is not particularly limited, but is preferably 2 to 70% by mass, and more preferably 5 to 50% by mass with respect to the mass of the mixed solvent. Although the solvent is desirably uniform, it may be used in a non-uniform state.
液相酸化は、連続式、バッチ式の何れの形式で行ってもよいが、生産性を考慮すると工業的には連続式が好ましい。 The liquid phase oxidation may be carried out in either a continuous type or a batch type, but in view of productivity, the continuous type is preferred industrially.
液相酸化の原料であるオレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドの使用量は、溶媒100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。 The amount of olefin or α, β-unsaturated aldehyde used as the raw material for liquid phase oxidation is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent.
分子状酸素の使用量は、原料であるオレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒド1モルに対して、0.1〜30モルが好ましく、0.3〜25モルがより好ましく、0.5〜20モルが特に好ましい。 The amount of molecular oxygen used is preferably from 0.1 to 30 mol, more preferably from 0.3 to 25 mol, and more preferably from 0.5 to 20 with respect to 1 mol of the raw material olefin or α, β-unsaturated aldehyde. Mole is particularly preferred.
触媒は、液相酸化を行う反応液に懸濁させた状態で使用することが好ましいが、固定床で使用してもよい。触媒の使用量は、反応器内に存在する溶液100質量部に対して、反応器内に存在する触媒として0.1〜30質量部が好ましく、0.5〜20質量部がより好ましく、1〜15質量部が特に好ましい。 The catalyst is preferably used in a state of being suspended in a reaction solution for liquid phase oxidation, but may be used in a fixed bed. The amount of the catalyst used is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 0.5 to 20 parts by weight as the catalyst present in the reactor with respect to 100 parts by weight of the solution present in the reactor. ˜15 parts by mass is particularly preferred.
液相酸化の反応温度および反応圧力は、用いる溶媒および反応原料によって適宜選択される。反応温度は30〜200℃が好ましく、50〜150℃がより好ましい。反応圧力は大気圧(0MPa:ゲージ圧、以下圧力は全てゲージ圧で表記する)〜10MPaが好ましく、2〜7MPaがより好ましい。 The reaction temperature and reaction pressure for liquid phase oxidation are appropriately selected depending on the solvent and reaction raw materials used. The reaction temperature is preferably 30 to 200 ° C, more preferably 50 to 150 ° C. The reaction pressure is preferably atmospheric pressure (0 MPa: gauge pressure, hereinafter all pressures are expressed as gauge pressure) to 10 MPa, more preferably 2 to 7 MPa.
以下、本発明について実施例および比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to an Example.
(原料および生成物の分析)
原料および生成物の分析は、ガスクロマトグラフィーを用いて行った。なお、オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドの反応率、およびα,β−不飽和カルボン酸の生産性は、以下のように定義される。
オレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドの反応率(%)=(B/A)×100
α,β−不飽和カルボン酸の生産性(g/gPd/h) =(C/D/E)
ここで、Aは供給したオレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドの物質量(モル数)、Bは反応したオレフィンまたはα,β−不飽和アルデヒドの物質量(モル数)、Cは生成したα,β−不飽和カルボン酸の質量(g)、Dは触媒中のパラジウム金属の質量(g)、Eは反応時間(h)である。
(Analysis of raw materials and products)
Analysis of raw materials and products was performed using gas chromatography. The reaction rate of olefin or α, β-unsaturated aldehyde and the productivity of α, β-unsaturated carboxylic acid are defined as follows.
Reaction rate of olefin or α, β-unsaturated aldehyde (%) = (B / A) × 100
Productivity of α, β-unsaturated carboxylic acid (g / gPd / h) = (C / D / E)
Here, A is the amount of olefin or α, β-unsaturated aldehyde supplied (number of moles), B is the amount of reacted olefin or α, β-unsaturated aldehyde (number of moles), and C is the generated α , Β-unsaturated carboxylic acid mass (g), D is the palladium metal mass (g) in the catalyst, and E is the reaction time (h).
なお、以下の実施例および比較例では、イソブチレンからメタクリル酸を製造する反応を行っているので、Aは供給したイソブチレンの物質量(モル数)、Bは反応したイソブチレンの物質量(モル数)、Cは生成したメタクリル酸の質量(g)である。 In the following examples and comparative examples, since the reaction for producing methacrylic acid from isobutylene is performed, A is the amount of isobutylene supplied (number of moles), and B is the amount of reacted isobutylene (number of moles). , C is the mass (g) of the produced methacrylic acid.
[実施例1]
(触媒調製)
塩化パラジウム(II)(N.E.ケムキャット社製)1.67gを水20.0gに懸濁させ、さらに塩酸(35質量パーセント)を1.3g少量ずつ添加し、50℃で加熱攪拌することにより、塩化パラジウムを溶解させて、パラジウム原料の溶液を得た。このとき、パラジウム原料の溶液に含まれる無機塩素量の含有量の計算値は、パラジウムに対する無機塩素の質量比で1.12であった。シリカ担体(比表面積480m2/g、BJH法による全細孔容積0.68cc/g、メディアン径56μm)10.0gに上記の溶液を加えた。その後、エバポレーションを行うことにより、塩化パラジウム(II)が担持されたシリカ担体を得た。これをステンレスバット(15cm×20cm)に薄く均一に広げ、熱処理を行った。熱処理としては、空気中で、300℃まで1℃/分で昇温して3時間保持した。その後、室温まで降温した。
[Example 1]
(Catalyst preparation)
Suspend 1.67 g of palladium (II) chloride (manufactured by NE Chemcat) in 20.0 g of water, add 1.3 g of hydrochloric acid (35 mass percent) in small portions, and heat and stir at 50 ° C. Thus, palladium chloride was dissolved to obtain a solution of a palladium raw material. At this time, the calculated value of the content of inorganic chlorine contained in the palladium raw material solution was 1.12 in terms of the mass ratio of inorganic chlorine to palladium. The above solution was added to 10.0 g of a silica support (specific surface area 480 m 2 / g, total pore volume 0.68 cc / g by BJH method, median diameter 56 μm). Thereafter, evaporation was performed to obtain a silica carrier on which palladium (II) chloride was supported. This was thinly and evenly spread on a stainless bat (15 cm × 20 cm), and heat treatment was performed. As the heat treatment, the temperature was raised to 300 ° C. at 1 ° C./min and held for 3 hours. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature.
塩基性溶液として、炭酸ナトリウム0.10gを純水20.0gに溶解させた炭酸ナトリウム水溶液を調製した。この炭酸ナトリウム水溶液のpHは11.5であった。上記熱処理後のシリカ担体をパラジウム質量に換算して0.1g量りとり、そこに炭酸ナトリウム水溶液を加えて、熱処理後のシリカ担体を炭酸ナトリウム水溶液に接触させた。この接触を行った時点での溶液のpHは6.9であった。これを70℃に加熱して2時間攪拌保持し、吸引ろ過した後、純水500gでろ過洗浄することにより、触媒前駆体を得た。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.32であった。 As a basic solution, an aqueous sodium carbonate solution in which 0.10 g of sodium carbonate was dissolved in 20.0 g of pure water was prepared. The pH of this aqueous sodium carbonate solution was 11.5. The silica support after the heat treatment was weighed in 0.1 g in terms of palladium mass, an aqueous sodium carbonate solution was added thereto, and the silica support after the heat treatment was brought into contact with the aqueous sodium carbonate solution. The pH of the solution at the time of this contact was 6.9. This was heated to 70 ° C., stirred and held for 2 hours, suction filtered, and then filtered and washed with 500 g of pure water to obtain a catalyst precursor. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.32.
この触媒前駆体にホルムアルデヒド水溶液(37質量パーセント)20.0gを滴下した。これを70℃に加熱して2時間攪拌保持し、吸引ろ過した後、純水500gでろ過洗浄することで、触媒を得た。得られた触媒を減圧下50℃で2時間乾燥させた後、XRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。 20.0 g of an aqueous formaldehyde solution (37 mass percent) was added dropwise to the catalyst precursor. This was heated to 70 ° C., stirred and held for 2 hours, suction filtered, and then filtered and washed with 500 g of pure water to obtain a catalyst. The obtained catalyst was dried at 50 ° C. under reduced pressure for 2 hours and then subjected to XRD measurement. As a result, it was confirmed that metallic palladium was produced in the catalyst.
(反応評価)
上記方法で得られた触媒(パラジウム質量に換算して0.1g量りとった)と、反応溶媒としての75質量%t−ブタノール水溶液75gをオートクレーブ(容積200mL)に入れ、オートクレーブを密封した。次いで、イソブチレンを2.0g導入し、攪拌(回転数1000rpm)を開始し、110℃まで昇温した。昇温完了後、圧縮空気を内圧4.8MPaまで導入した。反応中に内圧が0.1MPa低下した時点(内圧が4.7MPaになった時点)で、酸素を0.1MPa導入する操作を繰り返した。反応開始から30分後に反応を終了した。
(Reaction evaluation)
The catalyst obtained by the above method (weighed 0.1 g in terms of palladium mass) and 75 g of a 75 mass% t-butanol aqueous solution as a reaction solvent were placed in an autoclave (volume 200 mL), and the autoclave was sealed. Next, 2.0 g of isobutylene was introduced, stirring (rotation speed: 1000 rpm) was started, and the temperature was raised to 110 ° C. After the temperature increase was completed, compressed air was introduced to an internal pressure of 4.8 MPa. When the internal pressure decreased by 0.1 MPa during the reaction (when the internal pressure reached 4.7 MPa), the operation of introducing 0.1 MPa of oxygen was repeated. The reaction was completed 30 minutes after the start of the reaction.
反応終了後、氷浴でオートクレーブ内を冷却した。オートクレーブのガス出口にガス捕集袋を取り付け、ガス出口を開栓して出てくるガスを回収しながら反応器内の圧力を開放した。オートクレーブから触媒入りの反応液を取り出し、メンブレンフィルターで触媒と反応液を分離した。得られた反応液と捕集したガスをガスクロマトグラフィーにより分析し、イソブチレンの反応率およびメタクリル酸の生産性を算出した。 After completion of the reaction, the inside of the autoclave was cooled with an ice bath. A gas collection bag was attached to the gas outlet of the autoclave, and the pressure in the reactor was released while collecting the gas that was opened by opening the gas outlet. The reaction solution containing the catalyst was taken out from the autoclave, and the catalyst and the reaction solution were separated with a membrane filter. The obtained reaction liquid and the collected gas were analyzed by gas chromatography, and the reaction rate of isobutylene and the productivity of methacrylic acid were calculated.
[実施例2]
塩基性溶液として、炭酸セシウム0.31gを純水20.0gに溶解させた炭酸セシウム水溶液を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。この炭酸セシウム水溶液のpHは11.5であった。熱処理後のシリカ担体と炭酸セシウム水溶液を接触させた時点での溶液のpHは7.3であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.13であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Example 2]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that an aqueous cesium carbonate solution in which 0.31 g of cesium carbonate was dissolved in 20.0 g of pure water was used as the basic solution. The pH of this aqueous cesium carbonate solution was 11.5. The pH of the solution at the time when the silica support after the heat treatment was brought into contact with the aqueous cesium carbonate solution was 7.3. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.13. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[実施例3]
熱処理後のシリカ担体をパラジウム質量に換算して0.2g量りとり、そこに、塩基性溶液として、水酸化ナトリウム0.15gを純水20.0gに溶解させた水酸化ナトリウム水溶液を加えた以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。この水酸化ナトリウム水溶液のpHは13.3であった。熱処理後のシリカ担体と水酸化ナトリウム水溶液を接触させた時点での溶液のpHは9.8であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.15であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、上記方法で得られた触媒をパラジウム質量に換算して0.1g量りとった以外は、実施例1と同様の方法で行った。
[Example 3]
0.2 g of the silica support after heat treatment in terms of palladium mass was weighed, and an aqueous sodium hydroxide solution in which 0.15 g of sodium hydroxide was dissolved in 20.0 g of pure water was added thereto as a basic solution. Was prepared in the same manner as in Example 1. The pH of this aqueous sodium hydroxide solution was 13.3. The pH of the solution at the time when the silica support after the heat treatment was brought into contact with the aqueous sodium hydroxide solution was 9.8. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.15. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction was evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.1 g of the catalyst obtained by the above method was converted to palladium mass and weighed 0.1 g.
[実施例4]
熱処理の温度を500℃とし、その保持時間を12時間とした以外は、実施例2と同様の方法で、触媒調製を行った。熱処理後のシリカ担体と炭酸セシウム水溶液を接触させた時点での溶液のpHは9.5であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.14であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Example 4]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 2 except that the temperature of the heat treatment was 500 ° C. and the holding time was 12 hours. The pH of the solution at the time when the silica support after the heat treatment was brought into contact with the aqueous cesium carbonate solution was 9.5. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.14. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[比較例1]
熱処理後のシリカ担体を塩基性溶液としての炭酸ナトリウム水溶液と接触させる工程を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は1.48であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Comparative Example 1]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the step of contacting the silica support after the heat treatment with an aqueous sodium carbonate solution as a basic solution was not performed. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 1.48. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[比較例2]
塩基性溶液の代わりに、純水20.0gを使用した以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。この純水のpHは7.0であった。熱処理後のシリカ担体と純水を接触させた時点での溶液のpHは2.3であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.43であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Comparative Example 2]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that 20.0 g of pure water was used instead of the basic solution. The pH of this pure water was 7.0. The pH of the solution at the time when the silica support after the heat treatment was brought into contact with pure water was 2.3. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.43. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[比較例3]
塩化パラジウム(II)が担持されたシリカ担体を熱処理しなかった以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。熱処理していないシリカ担体と炭酸ナトリウム水溶液を接触させた時点での溶液のpHは3.4であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に固定化されているパラジウムは、実施例1の触媒前駆体中に含まれるパラジウムに対する質量比で0.024まで減少していた。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Comparative Example 3]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the silica support on which palladium (II) chloride was supported was not heat-treated. The pH of the solution at the time when the silica support that was not heat-treated and the aqueous sodium carbonate solution was brought into contact was 3.4. When XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, palladium immobilized on the catalyst precursor was reduced to 0.024 in mass ratio to palladium contained in the catalyst precursor of Example 1. . When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[比較例4]
熱処理後のシリカ担体を塩基性溶液としての炭酸セシウム水溶液と接触させる工程を行わなかった以外は、実施例4と同様の方法で、触媒調製を行った。熱処理後のシリカ担体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.33であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Comparative Example 4]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 4 except that the step of bringing the heat-treated silica carrier into contact with an aqueous cesium carbonate solution as a basic solution was not performed. When the XRF measurement of the silica support after the heat treatment was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.33. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[比較例5]
塩基性溶液の代わりに、塩化ナトリウム0.15gを純水20.0gに溶解させた塩化ナトリウム水溶液を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。この塩化ナトリウム水溶液のpHは7.0であった。熱処理後のシリカ担体と塩化ナトリウム水溶液を接触させた時点での溶液のpHは4.6であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に固定化されているパラジウムは、実施例1の触媒前駆体中に含まれるパラジウムに対する質量比で0.050まで減少していた。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムほとんど残存していないことが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Comparative Example 5]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that a sodium chloride aqueous solution in which 0.15 g of sodium chloride was dissolved in 20.0 g of pure water was used instead of the basic solution. The pH of this aqueous sodium chloride solution was 7.0. The pH of the solution at the time when the silica carrier after the heat treatment was brought into contact with the sodium chloride aqueous solution was 4.6. When XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, palladium immobilized on the catalyst precursor was reduced to 0.050 in mass ratio with respect to palladium contained in the catalyst precursor of Example 1. . When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that almost no metal palladium remained in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
[比較例6]
塩基性溶液の代わりに、硝酸ナトリウム0.16gを純水20.0gに溶解させた硝酸ナトリウム水溶液を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、触媒調製を行った。この硝酸ナトリウム水溶液のpHは7.0であった。熱処理後のシリカ担体と硝酸ナトリウム水溶液を接触させた時点での溶液のpHは2.2であった。得られた触媒前駆体のXRF測定を行ったところ、触媒前駆体に含まれるパラジウムに対する無機塩素の質量比は0.49であった。得られた触媒のXRD測定を行ったところ、触媒中に金属パラジウムが生成していることが確認された。反応評価は、実施例1と同様の方法で行った。
[Comparative Example 6]
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that a sodium nitrate aqueous solution in which 0.16 g of sodium nitrate was dissolved in 20.0 g of pure water was used instead of the basic solution. The pH of this aqueous sodium nitrate solution was 7.0. The pH of the solution at the time when the silica support after the heat treatment was brought into contact with the aqueous sodium nitrate solution was 2.2. When the XRF measurement of the obtained catalyst precursor was performed, the mass ratio of inorganic chlorine to palladium contained in the catalyst precursor was 0.49. When the XRD measurement of the obtained catalyst was performed, it was confirmed that the metal palladium was producing | generating in the catalyst. The reaction evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
以上の実施例および比較例における触媒調製条件および反応評価結果を、表1にまとめて示す。これより、本発明によれば、より高い生産性でα,β−不飽和カルボン酸を製造できることが分かった。 Table 1 summarizes the catalyst preparation conditions and reaction evaluation results in the above Examples and Comparative Examples. From this, it has been found that according to the present invention, α, β-unsaturated carboxylic acid can be produced with higher productivity.
Claims (3)
パラジウム原料を担体に担持させる工程と、
前記パラジウム原料が担持された前記担体を100℃以上の温度で熱処理する工程と、
前記熱処理された前記担体を塩基性溶液と接触させて、触媒前駆体を得る工程と
を有するパラジウム含有担持触媒の製造方法。 A process for producing a palladium-containing supported catalyst for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid from an olefin or an α, β-unsaturated aldehyde comprising the steps of:
A step of supporting a palladium raw material on a carrier;
Heat treating the carrier carrying the palladium raw material at a temperature of 100 ° C. or higher;
A method for producing a palladium-containing supported catalyst, comprising a step of bringing the heat-treated carrier into contact with a basic solution to obtain a catalyst precursor.
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