JP2000037631A - モリブデン―ビスマス―鉄含有複合酸化物触媒の調製法 - Google Patents
モリブデン―ビスマス―鉄含有複合酸化物触媒の調製法Info
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Abstract
ス−鉄含有複合酸化物触媒において、高活性で、且つ目
的とする酸化生成物を高収率で与える触媒の調製法を提
供する。 【解決手段】 モリブデン化合物と特定の金属化合物を
特定の条件下で混合し、しかる後、鉄化合物を混合して
触媒を調製することを特徴とする有機化合物の酸化反応
に用いるモリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒
の調製法。
Description
応に用いるモリブデン含有複合酸化物触媒の製造法に関
し、詳しくは有機化合物の気相接触酸化反応に用いるニ
ッケル、コバルト、マグネシウム、クロム、マンガン及
び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を
含むモリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒の製
造法に関する。
ブデン−ビスマス含有複合酸化物触媒は数多く知られて
いる。例えば、特公昭36−3563号公報、特公昭3
6−5870号公報、特公昭38−17967号公報、
特公昭39−3670号公報、特公昭39−10111
号公報、特公昭42−7774号公報、及び特開昭50
−64191号公報などが開示されている。これらの触
媒はその後、特公昭47−27490号公報、特公昭5
4−22795号公報、特公昭60−36812号公報
など、種々の添加物を加えることによって改良され、目
的とする酸化生成物の収率が向上している。
成物収率向上の努力が続けられてきた。例えば、特公昭
43−22746号公報にはクエン酸ビスマス水溶液を
モリブデン酸水溶液に添加する方法、特開昭53−10
387号公報、特開昭53−10388号公報、及び特
公昭55−12298号公報にはモリブデン酸水溶液に
固体状態のビスマス化合物を添加する方法、特公昭59
−51848号公報にはpHが6〜8の範囲のモリブデ
ン酸水溶液にビスマス塩の水溶液とアンモニア水を同時
に添加する方法、特公昭59−51849号公報にはモ
リブデン化合物の懸濁液にビスマス塩の水溶液を添加す
る方法、特開昭55−13187号公報、特開昭55−
47144号公報、及び特公昭60−29536号公報
には種々のモリブデイトを予め形成する方法、特公昭5
2−22359号公報、及び特公昭52−47435号
公報には種々のビスマス化合物を予め形成する方法、特
開昭62−23548号公報にはビスマス源として酸化
ビスマスや、次炭酸ビスマスを用いる方法、特開平2−
59046号公報には鉄、ビスマス及びテルルの少なく
とも一つとモリブデン化合物とを含むスラリーをpH7
を越える範囲に調整する方法、特開平2−214543
号公報にはシリカを含むモリブデン化合物含有スラリー
にキレート剤を添加してpH6以上に調整する方法、特
開平2−251250号公報にはモリブデンを含むスラ
リーをpH6以上とした後ビスマス化合物を混合する方
法などが開示されている。
リブデン水溶液とビスマス化合物を混合する方法を工夫
したり、ビスマスの原料を特別に選択するなど、種々の
方法が提案されている。しかし、これらの方法を二価の
金属元素ならびに三価の金属元素からなる群から選ばれ
た少なくとも一種の金属元素を含むモリブデン−ビスマ
ス含有複合酸化物触媒の製造に適用した場合、目的とす
る酸化生成物収率は必ずしも満足すべきものではなかっ
た。
応に有用なモリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触
媒において、高活性で、且つ目的とする酸化生成物を高
い収率で与える触媒の調製法を提供するものである。
を解決するために鋭意検討した結果、有機化合物の酸化
反応に用いるモリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物
触媒を製造するに際し、モリブデン化合物と特定の金属
化合物を特定の条件下で混合し、しかる後、鉄化合物を
混合して触媒を調製すると高活性で、且つ目的とする酸
化生成物を高い収率で与える触媒が得られることを見い
だして本発明に到達した。
(1)モリブデン、(2)ビスマス、(3)ニッケル、
コバルト、マグネシウム、クロム、マンガン及び亜鉛か
らなる群より選ばれた少なくとも一種の元素、(4)鉄
を必須成分として含む複合酸化物触媒を製造する方法に
おいて、前記成分(1)の原料の少なくとも一部及び前
記成分(3)の原料の少なくとも一部を含み、且つ、p
Hが6以上である水性スラリーと、前記成分(4)の原
料を含む溶液またはスラリーとを混合し、次いでその混
合物を乾燥、焼成することを特徴とするモリブデン−ビ
スマス−鉄含有複合酸化物触媒の調製法に関する。
一部及び前記成分(3)の原料の少なくとも一部を含
み、且つ、pHが6以上である水性スラリーを、温度5
0〜120℃の範囲で少なくとも10分以上加熱処理し
た後、前記成分(4)の原料を含む溶液またはそのスラ
リーと混合し、次いでその混合物を乾燥、焼成すること
により、より高い活性、選択性が得られる。
が発現する機構については明らかではないが、前記成分
(1)の原料の少なくとも一部及び前記成分(3)の原
料の少なくとも一部を含む水性スラリーをpH6以上に
調整することにより、前記成分(1)と前記成分(3)
からなる化合物が優先的に生成し、しかる後に鉄原料を
含む溶液またはそのスラリーを添加することで好ましい
触媒構造が形成されるためと考えられる。前記成分
(1)の原料の少なくとも一部及び前記成分(3)の原
料の少なくとも一部を含み、且つ、pHが6以上である
水性スラリーを、温度50℃〜120℃の範囲で少なく
とも10分間以上加熱処理した後、前記成分(4)の原
料を含む溶液またはそのスラリーとを混合することによ
り、更に活性、選択性が向上するのはこうした好ましい
構造の形成がより促進されるためと考えられる。
ン、ビスマス、鉄及び酸素を表し、Qはニッケル、コバ
ルト、マグネシウム、クロム、マンガン及び亜鉛からな
る群より選ばれた少なくとも一種の元素、Rはベリリウ
ム、リン、ホウ素、砒素、セレン、リチウム、ナトリウ
ム、カリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム及びテ
ルルからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素、X
はバナジウム、タングステン、イットリウム、ランタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、ア
ルミニウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、
鉛、銅、カドミウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニ
ウム、スズ、アンチモン及びセリウムからなる群より選
ばれた少なくとも一種の元素、Yはプラセオジム、ネオ
ジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、トリ
ウム、ウラン、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラ
ジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銀及び金から
なる群より選ばれた少なくとも一種の元素を表す。ただ
し、添字a、b、c、d、e、f及びgは各元素の原子
比を表し、a=10のとき、0.1≦b≦5、0.1≦
c≦10、0.1≦d≦8、0≦e≦3、0≦f≦8、
0≦g≦1であり、hは前記各成分の原子価を満足する
のに必要な酸素原子数である。)で示される組成を有す
るものであることが好ましい。
出発原料としては特に制限されるものではないが、例え
ばモリブデン成分の原料としては三酸化モリブデンのよ
うなモリブデン酸化物、モリブデン酸、パラモリブデン
酸アンモニウム、メタモリブデン酸アンモニウムのよう
なモリブデン酸またはその塩、リンモリブデン酸、ケイ
モリブデン酸のようなモリブデンを含むヘテロポリ酸ま
たはその塩などを用いることができる。
ス、炭酸ビスマス、硫酸ビスマス、酢酸ビスマスなどの
ビスマス塩、三酸化ビスマス、金属ビスマスなどを用い
ることができる。これらの原料は固体のままあるいは水
溶液や硝酸溶液、それらの水溶液から生じるビスマス化
合物のスラリーとして用いることができるが、硝酸塩、
あるいはその溶液、またはその溶液から生じるスラリー
を用いることが好ましい。
二鉄、四三酸化鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、硫酸鉄、
塩化鉄、鉄有機酸塩、水酸化鉄等を用いることができる
ほか、金属鉄を加熱した硝酸に溶解して用いてもよい。
鉄成分を含む溶液はアンモニア水等でpH調整して用い
てもよい。pH調整する際、鉄成分を含む溶液にキレー
ト剤を共存させることで鉄成分が沈殿するのを防ぐこと
ができ、高活性な触媒が得られる。ここで用いることが
できるキレート剤としてはエチレンジアミン四酢酸、乳
酸、クエン酸、酒石酸およびグルコン酸等が挙げられ
る。
媒の重量に対し0.1〜10%の範囲で用いるのが好ま
しく、更に好ましくは0.5〜8重量%の範囲である。
キレート剤の添加量が酸化物触媒の重量に対し0.1重
量%より少ないとその効果が十分発現せず、また10重
量%を超えると完成した触媒に多数の亀裂が入ることが
ある。鉄イオンとキレート剤とを含む溶液を調製する際
には、キレート剤は鉄1グラムイオンに対し0.1〜2
グラム分子が好ましい。
あるいは強熱することにより酸化物になり得る硝酸塩、
炭酸塩、有機酸塩、水酸化物等またはそれらの混合物が
用いられる。
ラリーの加熱処理は必ずしも必要ではないが、モリブデ
ンの原料の少なくとも一部及びニッケル、コバルト、マ
グネシウム、クロム、マンガン及び亜鉛からなる群より
選ばれた少なくとも一種の元素の原料の少なくとも一部
を含み、且つ、pHが6以上である水性スラリーを、温
度50〜120℃、好ましくは60〜110℃の範囲で
少なくとも10分以上加熱処理することにより、スラリ
ーの性状がより安定化され、最終的に得られる触媒の活
性や物性などの性能を改善する上で望ましい。
ラリーは乾燥するが、その方法および得られる乾燥物の
状態については特に制限はなく、例えば、通常のスプレ
ードライヤー、スラリードライヤー、ドラムドライヤー
等を用いて粉体状の乾燥物を得てもよいし、また、通常
の箱型乾燥機、トンネル型焼成炉等を用いてブロック状
またはフレーク状の乾燥物を得てもよい。乾燥温度とし
ては80〜350℃の範囲が好ましい。
式およびその方法についても特に制限はなく、例えば、
通常の箱型焼成炉、トンネル型焼成炉等を用いて乾燥物
を静置した状態で焼成してもよいし、また、ロータリー
キルン焼成炉等を用いて乾燥物を流動させながら焼成し
てもよい。焼成温度は400〜800℃、好ましくは5
00〜750℃の範囲である。この範囲外の温度で焼成
を行うと高性能な触媒が得られないことがある。また、
所定の温度に達してから熱処理を持続する時間について
は特に制限はないが、熱処理時間が短すぎると高性能な
触媒が得られないことがあるため、1〜50時間の範囲
で行うのが好ましい。
適当な担体に担持して用いてもよい。用いられる担体と
してはシリカ、アルミナ、ジルコニア、シリカ−アルミ
ナ、シリコンカーバイド、アランダムおよび無機のケイ
酸塩などが使用できる。本発明中の触媒には特にシリカ
を担体として用いるのが好ましい。用いる担体の量とし
ては触媒重量の10〜90%の範囲が好ましい。
用いることができ、触媒粒子の形状及び大きさについて
は特に制限されることはなく、使用状況に応じてペレッ
ト状、タブレット状、球状、粒状、粉状などの任意の形
状及び大きさに成型して用いることができる。
化脱水素反応及びアンモ酸化反応に用いられる。本発明
の触媒を用いる酸化反応に供される有機化合物としては
プロピレン、イソブテン、メタノール、エタノール、タ
ーシャリーブタノール、メチルターシャリーブチルエー
テルなどをあげることができ、それぞれ対応するアルデ
ヒド、ニトリル及び共役ジエンなどが高い収率で得られ
る。特にプロピレン、イソブテン、ターシャリーブタノ
ールの酸化反応に適用することにより、好ましい結果が
得られる。
的に示す。
として次のように行った。触媒を内径25mmφ、高さ
40cmの流動層反応器に所定の接触時間になるように
充填し、反応温度430℃になるように保持した。この
反応器中にプロピレン:アンモニア:酸素:水のモル比
が1:1.2:2.1:0.5であるプロピレン、アン
モニア、空気及び水蒸気の混合ガスを1時間あたり6.
5l(NTP換算)供給した。反応圧力は200kPa
とした。実施例中のアンモ酸化生成物(アクリロニトリ
ル)収率、原料有機化合物(プロピレン)の転化率は下
記の式により定義される。 アクリロニトリル収率(%)=(生成したアクリロニト
リルの炭素重量)/(供給されたプロピレンの炭素重
量)×100 プロピレンの転化率(%) =(消費されたプロピレン
の炭素重量)/(供給されたプロピレンの炭素重量)×
100
0.2Ox−(SiO2) 60(xは他の元素の原子価
により自然に決まる値であるので、以下の実施例、比較
例では触媒組成における酸素の記載を省略する。)で表
される触媒を以下の方法で調製した。 20%シリカ
ゾル1745.3gに、硝酸カリウム3.9gを純水2
0gに溶解した溶液を加えた。攪拌下、この溶液にパラ
モリブデン酸アンモニウム171.0gを純水510g
に溶解した溶液を加えた。続いて硝酸ニッケル183.
0gを純水190gに溶解した溶液、硝酸ビスマス4
7.0gを10%硝酸48gに溶解した溶液及び85%
リン酸水溶液2.2gを順次加えた。このスラリーに1
5%アンモニア水を加えてpH8.0に調整した後、ク
エン酸20g及び硝酸第二鉄78.2gを純水100g
に溶解した溶液を加えた。得られたスラリーを回転円盤
型噴霧乾燥機で入口温度320℃、出口温度160℃に
コントロールし、噴霧乾燥した。得られた球状粒子を2
50℃で加熱し、続いて400℃で2.5時間、更に6
20℃で3時間焼成した。
0.4−(SiO2)6 0で表される触媒を以下の方法
で調製した。20%シリカゾル2429.3gに、硝酸
カリウム5.5gを純水30gに溶解した溶液を加え
た。攪拌下、この液にパラモリブデン酸アンモニウム2
38.0gを純水650gに溶解した溶液を加えた。続
いて硝酸ニッケル254.8g及び硝酸クロム20.5
gを純水300gに溶解した溶液及び硝酸ビスマス6
5.4gを10%硝酸66gに溶解した溶液を順次加え
た。このスラリーに15%アンモニア水を加えpH9.
5に調整した後、このスラリーを還流下100℃で2時
間加熱処理を行い、その後クエン酸7g及び硝酸第二鉄
27.2gを純水40gに溶解した溶液を加えた。得ら
れたスラリーを回転円盤型噴霧乾燥機で入口温度320
℃、出口温度160℃にコントロールし、噴霧乾燥し
た。得られた球状粒子を250℃で加熱し、続いて40
0℃で2.5時間、更に600℃で3時間焼成した。
0.2−(SiO2)6 0で表される触媒を、コバルト
原料として硝酸コバルトを用いパラモリブデン酸アンモ
ニウムの次に、テルル原料としてテルル酸を用い硝酸カ
リウムの次に加え、最終焼成温度を550℃とした以外
は実施例2と同様の方法で調製した。
Te0.2−(SiO2)60で表される触媒を以下の
方法で調製した。20%シリカゾル2438.9gに、
硝酸カリウム2.7gを純水30gに溶解した溶液を加
えた。攪拌下、この液にパラモリブデン酸アンモニウム
238.9gを純水650gに溶解した溶液を加えた。
続いて硝酸ニッケル196.7g及び硝酸マグネシウム
52.0gを純水300gに溶解した溶液、硝酸ビスマ
ス65.6gを10%硝酸66gに溶解した溶液及びテ
ルル酸6.2gを純水20gに溶解した溶液を順次加え
た。このスラリーに15%アンモニア水を加えpH8.
0に調整した後、このスラリーを還流下100℃で2時
間加熱処理を行った。別に純水150gにクエン酸20
g、硝酸第二鉄109.3gを溶解し、15%アンモニ
ア水を加えpH7.0に調整した。攪拌下、この溶液を
先に加熱処理したスラリーに混合した。得られたスラリ
ーを回転円盤型噴霧乾燥機で入口温度320℃、出口温
度160℃にコントロールし、噴霧乾燥した。得られた
球状粒子を250℃で加熱し、続いて400℃で2.5
時間、更に575℃で3時間焼成した。
Ce0.2−(SiO2)60で表される触媒を、亜鉛
原料として硝酸亜鉛、セリウム原料として硝酸セリウム
を用い硝酸ニッケルの次に順次加え、pHを8.5と
し、最終焼成温度を575℃とした以外は実施例2と同
様の方法で調製した。
0.5P0.2−(SiO2)60で表される触媒を、
マンガン原料として硝酸マンガンを用い硝酸ニッケルの
次に加え、pHを8.5とした以外は実施例2と同様の
方法で調製した。
m0.2−(SiO2)90で表される触媒を、ホウ素
原料としてホウ酸を用いパラモリブデン酸の次に、サマ
リウム原料として硝酸サマリウムを用い硝酸ビスマスの
次に加え、最終焼成温度を620℃とした以外は実施例
2と同様の方法で調製した。
0.2W0.5−(SiO2)40で表される触媒を、
タングステン原料としてパラタングステン酸アンモニウ
ムを用いパラモリブデン酸アンモニウムの次に、テルル
原料としてテルル酸を用い硝酸カリウムの次に加え、p
Hを8.5とした以外は実施例2と同様の方法で調製し
た。
0.05V0.5−(SiO2)40表される触媒を、
セシウム原料として硝酸セシウムを用い硝酸カリウムの
次に、バナジウム原料としてメタバナジン酸アンモニウ
ムを過酸化水素水に溶解した溶液を用いてパラモリブデ
ン酸アンモニウムの次に加え、pHを8.5に調整した
以外は実施例1と同様の方法で調製した。
0.5Sb1−(SiO2)60で表される触媒を、ス
ズ原料として酸化第二スズを、アンチモン原料として三
酸化アンチモンを用いてパラモリブデン酸アンモニウム
の次に順次加え、pHを9.5に調整した以外は実施例
1と同様の方法で調製した。
と同様の方法で、実施例1と同一組成の触媒を調製し
た。
と同様の方法で、実施例2と同一組成の触媒を調製し
た。
実施例3と同様の方法で、実施例3と同一組成の触媒を
調製した。
0%シリカゾル2438.9gに、硝酸カリウム2.7
gを純水30gに溶解した溶液を加えた。攪拌下、この
液にパラモリブデン酸アンモニウム238.9gを純水
650gに溶解した溶液を加えた。続いて硝酸ビスマス
65.6gを10%硝酸66gに溶解した溶液およびテ
ルル酸6.2gを純水20gに溶解した溶液を順次加え
た。このスラリーに15%アンモニア水を加えpH8.
0に調整した後、このスラリーを還流下100℃で2時
間加熱処理を行った。別に純水450gにクエン酸20
g、硝酸第二鉄109.3g、硝酸ニッケル196.7
g及び硝酸マグネシウム52.0gを溶解し、15%ア
ンモニア水を加えpH7.0に調整した。攪拌下、この
溶液を先に加熱処理したスラリーに混合した。得られた
スラリーを回転円盤型噴霧乾燥機で入口温度320℃、
出口温度160℃にコントロールし、噴霧乾燥した。得
られた球状粒子を250℃で加熱し、続いて400℃で
2.5時間、さらに600℃で3時間焼成した。
験の結果を表1に示した。
ン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒は高活性であり、
且つ目的化合物の選択性及び収率が高く、例えばプロピ
レンのアンモ酸化反応により収率良くアクリロニトリル
を得ることができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 触媒成分として(1)モリブデン、
(2)ビスマス、(3)ニッケル、コバルト、マグネシ
ウム、クロム、マンガン及び亜鉛からなる群より選ばれ
た少なくとも一種の元素、(4)鉄を必須成分として含
む複合酸化物触媒を製造する方法において、前記成分
(1)の原料の少なくとも一部及び前記成分(3)の原
料の少なくとも一部を含み、且つ、pHが6以上である
水性スラリーと、前記成分(4)の原料を含む溶液また
はスラリーとを混合し、次いでその混合物を乾燥、焼成
することを特徴とするモリブデン−ビスマス−鉄含有複
合酸化物触媒の調製法。 - 【請求項2】 触媒成分として(1)モリブデン、
(2)ビスマス、(3)ニッケル、コバルト、マグネシ
ウム、クロム、マンガン及び亜鉛からなる群より選ばれ
た少なくとも一種の元素、(4)鉄を必須成分として含
む複合酸化物触媒を製造する方法において、前記成分
(1)の原料の少なくとも一部及び前記成分(3)の原
料の少なくとも一部を含み、且つ、pHが6以上である
水性スラリーを、温度50〜120℃の範囲で少なくと
も10分以上加熱処理した後、前記成分(4)の原料を
含む溶液またはそのスラリーと混合し、次いでその混合
物を乾燥、焼成することを特徴とする請求項1に記載の
モリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒の調製
法。 - 【請求項3】 該複合酸化物触媒が一般式 MoaBibFecQdReXfYgOh (式中、Mo、Bi、Fe及びOはそれぞれモリブデ
ン、ビスマス、鉄及び酸素を表し、Qはニッケル、コバ
ルト、マグネシウム、クロム、マンガン及び亜鉛からな
る群より選ばれた少なくとも一種の元素、Rはベリリウ
ム、リン、ホウ素、砒素、セレン、リチウム、ナトリウ
ム、カリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム及びテ
ルルからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素、X
はバナジウム、タングステン、イットリウム、ランタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、ア
ルミニウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、
鉛、銅、カドミウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニ
ウム、スズ、アンチモン及びセリウムからなる群より選
ばれた少なくとも一種の元素、Yはプラセオジム、ネオ
ジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、トリ
ウム、ウラン、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラ
ジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銀及び金から
なる群より選ばれた少なくとも一種の元素を表す。ただ
し、添字a、b、c、d、e、f及びgは各元素の原子
比を表し、a=10のとき、0.1≦b≦5、0.1≦
c≦10、0.1≦d≦8、0≦e≦3、0≦f≦8、
0≦g≦1であり、hは前記各成分の原子価を満足する
のに必要な酸素原子数である。)で示される組成を有す
るものであることを特徴とする請求項1または2に記載
のモリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒の調製
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11946999A JP3720625B2 (ja) | 1998-05-21 | 1999-04-27 | モリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒の調製法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15538898 | 1998-05-21 | ||
JP10-155388 | 1998-05-21 | ||
JP11946999A JP3720625B2 (ja) | 1998-05-21 | 1999-04-27 | モリブデン−ビスマス−鉄含有複合酸化物触媒の調製法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000037631A true JP2000037631A (ja) | 2000-02-08 |
JP3720625B2 JP3720625B2 (ja) | 2005-11-30 |
Family
ID=26457206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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