JP6727079B2 - Catalyst for producing unsaturated alcohol and method for producing unsaturated alcohol - Google Patents
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Description
本発明は、ジオール化合物を原料とする、一分子脱水反応による不飽和アルコール製造用触媒及びその触媒を用いた不飽和アルコールの製造方法に関する。 The present invention relates to a catalyst for producing an unsaturated alcohol by a monomolecular dehydration reaction using a diol compound as a raw material, and a method for producing an unsaturated alcohol using the catalyst.
クロチルアルコールに代表されるアリル型の不飽和アルコール類は、化粧品、医薬品、などの中間体として使用されるなど、工業的に重要な物質である。 Allyl type unsaturated alcohols represented by crotyl alcohol are industrially important substances such as being used as intermediates for cosmetics, pharmaceuticals and the like.
近年、ジオールに対し酸化セリウムを触媒とした選択的脱水反応により不飽和アルコールを合成する方法が報告されている。この方法では気相反応により直接不飽和アルコールを合成することができる(特許文献1及び2)。この方法は高い転化率及び選択率を達成することができるが、原料となる酸化セリウムが希土類であり、国外の供給源に依存しているためその安定供給性及び価格安定性には不安が残る。 In recent years, a method of synthesizing unsaturated alcohol by selective dehydration reaction using cerium oxide as a catalyst for diol has been reported. In this method, an unsaturated alcohol can be directly synthesized by a gas phase reaction (Patent Documents 1 and 2). This method can achieve high conversion and selectivity, but cerium oxide, which is a raw material, is a rare earth and depends on foreign sources, so there is concern about its stable supply and price stability. ..
酸化ジルコニウムを触媒とした選択的脱水反応により不飽和アルコールを合成する方法も報告されている(特許文献3及び4)。さらに、酸化ジルコニウム表面にアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属の酸化物を担持することで触媒を高活性化できることが見いだされている(特許文献5、非特許文献1、及び非特許文献2)。 A method for synthesizing an unsaturated alcohol by a selective dehydration reaction using zirconium oxide as a catalyst has also been reported (Patent Documents 3 and 4). Further, it has been found that the catalyst can be highly activated by supporting an oxide of an alkali metal, an alkaline earth metal or a rare earth metal on the surface of zirconium oxide (Patent Document 5, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2). ).
本発明は、ジオールの一分子脱水反応において高い転化率及び選択率を達成する不飽和アルコール製造用触媒、及び目的とする不飽和アルコール、とりわけ特定のアリル型の不飽和アルコールを選択的に製造する方法を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention selectively produces an unsaturated alcohol catalyst which achieves high conversion and selectivity in a monomolecular dehydration reaction of a diol, and an objective unsaturated alcohol, particularly a specific allylic unsaturated alcohol. The purpose is to provide a method.
本発明者らは、鋭意検討の結果、二種以上の金属元素を含む二元系以上の複合金属酸化物が、不飽和アルコールを高効率及び高選択率で製造できる触媒であることを見いだした。さらに、この触媒を作用させることで、一分子脱水反応により目的とするアリル型不飽和アルコールを高選択的に製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。本明細書において「アリル型不飽和アルコール」とは炭素−炭素二重結合を構成する炭素原子と結合している炭素原子に水酸基が結合しているアルコールをいう。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that a binary or higher mixed metal oxide containing two or more metal elements is a catalyst capable of producing unsaturated alcohols with high efficiency and high selectivity. .. Furthermore, they have found that the intended allyl-type unsaturated alcohol can be highly selectively produced by a monomolecular dehydration reaction by making this catalyst act, and have completed the present invention. In the present specification, the "allylic unsaturated alcohol" refers to an alcohol having a hydroxyl group bonded to a carbon atom bonded to a carbon atom forming a carbon-carbon double bond.
すなわち本発明は以下の[1]〜[14]に関する。
[1]
一般式(1):
A2−xB2O7−σ (1)
(式中、Aは第2族又は第3族の金属を示し、Bは第4族又は第5族の金属を示し、xは、−0.05<x<1.0の範囲の数値を示し、σ=A金属のイオンの価数×x/2である。)
で示される複合金属酸化物からなる、ジオール化合物を原料とする不飽和アルコール製造用触媒。
[2]
一般式(1)において、−0.05<x<0.7である[1]に記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[3]
一般式(1)において、−0.025<x<0.5である[1]又は[2]に記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[4]
一般式(1)で示される複合金属酸化物の結晶構造が、欠陥蛍石型構造、又はパイロクロア構造のいずれかである[1]〜[3]のいずれかに記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[5]
一般式(1)で示される複合金属酸化物の結晶構造が、パイロクロア構造である[3]に記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[6]
一般式(1)で示される複合金属酸化物の結晶構造が、欠陥蛍石型構造である[3]に記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[7]
一般式(1)において、Aが希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも一種である[1]〜[6]のいずれかに記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[8]
一般式(1)において、Bがチタン、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である[1]〜[7]のいずれかに記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[9]
一般式(1)において、Aがイットリウム、Bがジルコニウムである[1]〜[6]のいずれか一項に記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[10]
BET比表面積が2〜80m2/gである[1]〜[9]のいずれか一項に記載の不飽和アルコール製造用触媒。
[11]
[1]〜[10]のいずれか一項に記載の不飽和アルコール製造用触媒を用いることを特徴とする、一般式(2)で示される1,3−ジオール型の化合物からの一分子脱水反応による、一般式(3)−1及び一般式(3)−2で示される不飽和アルコールの製造方法。
[12]
一般式(2)、一般式(3)−1及び一般式(3)−2のR3及びR4が水素原子である[11]に記載の不飽和アルコールの製造方法。
[13]
一般式(2)で示される1,3−ジオール型の化合物が1,3−ブタンジオールである[11]又は[12]のいずれかに記載の不飽和アルコールの製造方法。
[14]
一分子脱水反応の反応温度が400℃以下である[11]〜[13]のいずれか一項に記載の不飽和アルコールの製造方法。
That is, the present invention relates to the following [1] to [14].
[1]
General formula (1):
A 2-x B 2 O 7-σ (1)
(In the formula, A represents a Group 2 or Group 3 metal, B represents a Group 4 or Group 5 metal, and x represents a numerical value in the range of −0.05<x<1.0. , Σ=A metal ion valence×x/2.)
A catalyst for the production of unsaturated alcohols, which is made of a diol compound as a raw material and is composed of a complex metal oxide represented by.
[2]
In the general formula (1), the catalyst for producing unsaturated alcohol according to [1], wherein -0.05<x<0.7.
[3]
In the general formula (1), the catalyst for producing unsaturated alcohol according to [1] or [2], wherein -0.025<x<0.5.
[4]
The catalyst for unsaturated alcohol production according to any one of [1] to [3], wherein the crystal structure of the composite metal oxide represented by the general formula (1) is either a defective fluorite structure or a pyrochlore structure. ..
[5]
The catalyst for producing unsaturated alcohol according to [3], wherein the crystal structure of the composite metal oxide represented by the general formula (1) is a pyrochlore structure.
[6]
The catalyst for unsaturated alcohol production according to [3], wherein the crystal structure of the composite metal oxide represented by the general formula (1) is a defective fluorite type structure.
[7]
In the general formula (1), A is a catalyst for producing an unsaturated alcohol according to any one of [1] to [6], which is at least one selected from the group consisting of rare earth elements.
[8]
In the general formula (1), the catalyst for producing an unsaturated alcohol according to any one of [1] to [7], wherein B is at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium.
[9]
In general formula (1), A is yttrium and B is zirconium, The catalyst for unsaturated-alcohol manufacture as described in any one of [1]-[6].
[10]
The catalyst for unsaturated alcohol production according to any one of [1] to [9], which has a BET specific surface area of 2 to 80 m 2 /g.
[11]
Single-molecule dehydration from a 1,3-diol type compound represented by the general formula (2), characterized by using the catalyst for producing an unsaturated alcohol according to any one of [1] to [10]. A method for producing an unsaturated alcohol represented by the general formula (3)-1 or the general formula (3)-2 by a reaction.
[12]
The method for producing an unsaturated alcohol according to [11], wherein R 3 and R 4 in the general formula (2), the general formula (3)-1 and the general formula (3)-2 are hydrogen atoms.
[13]
The method for producing an unsaturated alcohol according to [11] or [12], wherein the 1,3-diol type compound represented by the general formula (2) is 1,3-butanediol.
[14]
The method for producing an unsaturated alcohol according to any one of [11] to [13], wherein the reaction temperature of the monomolecular dehydration reaction is 400° C. or lower.
本発明によれば、不飽和アルコールを高い転化率及び選択率で製造できる触媒を提供すること、及び目的のアリル型不飽和アルコールを対応する原料から高効率で製造することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a catalyst capable of producing an unsaturated alcohol with a high conversion rate and a high selectivity, and to produce a desired allyl-type unsaturated alcohol from a corresponding raw material with high efficiency.
<触媒>
以下、本発明の不飽和アルコール製造用触媒について説明する。
本発明の不飽和アルコール製造用触媒は、下記一般式(1):
A2−xB2O7−σ (1)
(式中、Aは第2族又は第3族の金属を示し、Bは第4族又は第5族の金属を示し、xは、−0.05<x<1.0の範囲の数値を示し、σ=A金属のイオンの価数×x/2である。)
で示される二種以上の金属元素を含む二元系以上の複合金属酸化物である。A金属及びB金属の組成比を調整することによって、収率及び選択率のいずれについても良好な触媒性能を達成することができる。
<Catalyst>
Hereinafter, the catalyst for producing unsaturated alcohol of the present invention will be described.
The unsaturated alcohol production catalyst of the present invention has the following general formula (1):
A 2-x B 2 O 7-σ (1)
(In the formula, A represents a Group 2 or Group 3 metal, B represents a Group 4 or Group 5 metal, and x represents a numerical value in the range of −0.05<x<1.0. , Σ=A metal ion valence×x/2.)
Is a complex metal oxide of binary or more containing two or more kinds of metal elements. By adjusting the composition ratio of the A metal and the B metal, good catalyst performance can be achieved both in yield and selectivity.
A金属及びB金属の組成比を調整することによって、その表面の酸性度又は塩基性度を任意に変えることができるため、不飽和アルコール製造用触媒として機能させることができる。 By adjusting the composition ratio of the A metal and the B metal, the acidity or basicity of the surface can be arbitrarily changed, so that the catalyst can function as a catalyst for unsaturated alcohol production.
A金属及びB金属の組成比は、一般式(1):A2−xB2O7−σにおいて、xを−0.05<x<1.0の範囲となるように調整され、−0.05<x<0.7の範囲にすることが好ましく、−0.025<x<0.5の範囲にすることがより好ましい。xを−0.05<x<1.0の範囲にすることによって、A金属及びB金属由来の酸性度及び塩基性度を適切な値にすることができると考えられる。σは酸素欠陥量を示すが、その絶対量を実験で測定するのは容易ではない。金属の価数変動、金属欠陥、酸素欠陥などに伴って測定値に多少のばらつきがあるためである。 The composition ratio of the A metal and the B metal is adjusted so that x is in the range of −0.05<x<1.0 in the general formula (1): A 2−x B 2 O 7−σ , The range of 0.05<x<0.7 is preferable, and the range of −0.025<x<0.5 is more preferable. It is considered that the acidity and basicity derived from the A metal and the B metal can be set to appropriate values by setting x in the range of −0.05<x<1.0. Although σ indicates the amount of oxygen defects, it is not easy to experimentally measure the absolute amount thereof. This is because there are some variations in the measured values due to variations in the valence of the metal, metal defects, oxygen defects, and the like.
A金属及びB金属の組成比は、蛍光X線、SEM−EDX、ICP等の元素分析により求めることができる。 The composition ratio of A metal and B metal can be determined by elemental analysis such as fluorescent X-ray, SEM-EDX, and ICP.
一般式(1)で示される複合金属酸化物の結晶構造は、欠陥蛍石型構造、又はパイロクロア構造のいずれかであることが好ましい。パイロクロア構造は、陰イオンが不足している面心立方格子の蛍石型構造とみなすことができ、A金属イオンは8配位、B金属イオンは6配位で、A金属イオンはB金属イオンよりも大きなイオン半径を有するという結晶学的特徴をもっている。欠陥蛍石型構造は、パイロクロア構造と蛍石型構造の中間の構造を示し、金属と酸素の量比が異なるだけであると考えられる。結晶構造の効果は明らかではないが、非特許文献(ACS Catalysis、3巻、p.721−734(2013年))には以下の機構が記載されている。すなわち、立方晶系の結晶構造をとる酸化セリウムにおいてみられる酸素欠陥周りの金属の配置が活性点として寄与できるというものである。パイロクロア構造及び欠陥蛍石型構造には、このような活性点が多数存在していることが推測される。酸素欠陥量の観点からは、パイロクロア構造であることがより好ましい。 The crystal structure of the composite metal oxide represented by the general formula (1) is preferably either a defective fluorite type structure or a pyrochlore structure. The pyrochlore structure can be regarded as a face-centered cubic lattice fluorite structure lacking anions. A metal ion has 8 coordination, B metal ion has 6 coordination, and A metal ion has B metal ion. It has a crystallographic feature that it has a larger ionic radius. The defective fluorite type structure shows an intermediate structure between the pyrochlore structure and the fluorite type structure, and is considered to be different only in the amount ratio of metal and oxygen. Although the effect of the crystal structure is not clear, the following mechanism is described in a non-patent document (ACS Catalysis, 3 volumes, p. 721-734 (2013)). That is, the arrangement of metals around oxygen defects, which is found in cerium oxide having a cubic crystal structure, can contribute as active points. It is presumed that many active sites exist in the pyrochlore structure and the defective fluorite structure. From the viewpoint of the amount of oxygen defects, the pyrochlore structure is more preferable.
パイロクロア構造及び欠陥蛍石型構造は、X線回折パターンから判断することができるが、これら二つの回折パターンはほぼ同一のパターンであるため、区別することが難しい。一般的には、PDF(Powder Diffraction Database)と比較することで結晶構造を決定することができる。例えば、La2Zr2O7において、パイロクロア構造と欠陥蛍石型構造を区別する場合、2θ=35〜50°の間に、(331)、(511)面に帰属される回折ピークがわずかにでも存在していれば、パイロクロア構造であることが確認できる。しかし、Y2Zr2O7においては、YとZrの原子散乱因子が同程度であるため、結晶構造の区別に利用できる回折ピークが存在するかどうかは定かではなく、X線回折パターンのみからは一義的に判断できない。そのため、本開示においては、Y/Zrの値が0.9以上1.05以下であり、X線回折のメインピークの位置が29.7±0.2°であればパイロクロア構造であり、Y/Zrの値が0.5以上0.9未満であり、X線回折のメインピークの位置が29.7±0.2°であれば欠陥蛍石型構造であるとみなす。 The pyrochlore structure and the defective fluorite type structure can be determined from the X-ray diffraction patterns, but it is difficult to distinguish them because these two diffraction patterns are almost the same pattern. In general, the crystal structure can be determined by comparing with PDF (Powder Diffraction Database). For example, in La 2 Zr 2 O 7 , when distinguishing a pyrochlore structure from a defective fluorite structure, diffraction peaks attributed to the (331) and (511) planes are slightly different between 2θ=35 and 50°. However, if it exists, it can be confirmed that it has a pyrochlore structure. However, in Y 2 Zr 2 O 7 , since the atomic scattering factors of Y and Zr are about the same, it is not clear whether or not there are diffraction peaks that can be used for distinguishing the crystal structures, and only from the X-ray diffraction pattern. Cannot be uniquely judged. Therefore, in the present disclosure, if the value of Y/Zr is 0.9 or more and 1.05 or less and the position of the main peak of X-ray diffraction is 29.7±0.2°, the structure is a pyrochlore structure, and If the value of /Zr is 0.5 or more and less than 0.9 and the position of the main peak of X-ray diffraction is 29.7±0.2°, it is considered to be a defective fluorite type structure.
一般式(1)のA金属は第2族又は第3族の金属である。好ましくは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及び希土類元素からなる群より選ばれる一種又は2種以上である。希土類元素としてはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジウム、ガドリニウム、サマリウム、及びイッテルビウムが好ましい。塩基性度が低いという観点から、より好ましいA金属は希土類元素からなる群から選択される少なくとも一種である。工業的な使用を考慮した場合、イットリウムが最も好ましい。 The metal A in the general formula (1) is a group 2 or group 3 metal. Preferably, it is one or more selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium, and rare earth elements. As the rare earth element, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, neodymium, praseodymium, gadolinium, samarium, and ytterbium are preferable. From the viewpoint of low basicity, the more preferable A metal is at least one selected from the group consisting of rare earth elements. Yttrium is most preferable in consideration of industrial use.
A金属の価数は第2族元素が2、第3族元素が3である。すなわち、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムの価数は2、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジウム、ガドリニウム、サマリウム、イッテルビウムなどの価数は3である。 The valence of metal A is 2 for Group 2 elements and 3 for Group 3 elements. That is, the valence of magnesium, calcium, strontium, and barium is 2, and the valence of scandium, yttrium, lanthanum, cerium, neodymium, praseodymium, gadolinium, samarium, and ytterbium is 3.
一般式(1)のB金属は第4族又は第5族の金属である。好ましくは、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくはチタン、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である。酸性度が弱いという観点から、より好ましいB金属はチタン及びジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である。金属イオンの安定性から、ジルコニウムが最も好ましい。 The B metal in the general formula (1) is a Group 4 or Group 5 metal. It is preferably at least one selected from the group consisting of niobium, tantalum, titanium, zirconium, and hafnium, and more preferably at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium. From the viewpoint of weak acidity, the more preferable B metal is at least one selected from the group consisting of titanium and zirconium. Zirconium is most preferred because of the stability of the metal ions.
A金属及びB金属は、X線回折パターンにおいて、未反応の単純酸化物の形で若干量確認されることがあるが、X線回折のメインピーク強度比で100分の1程度の量であれば、化学組成比への影響は無視でき、触媒反応も問題なく進行させることができる。 In the X-ray diffraction pattern, the amount of A metal and the amount of B metal may be slightly confirmed in the form of unreacted simple oxide, but the amount may be about 1/100 in the main peak intensity ratio of X-ray diffraction. For example, the effect on the chemical composition ratio can be ignored, and the catalytic reaction can proceed without any problems.
触媒のBET比表面積は2〜80m2/gの範囲であることが好ましく、3〜50m2/gであることがより好ましく、5〜30m2/gであることが特に好ましい。BET比表面積は2m2/g以上であることで、基質との接触を高めることができ活性を向上することができる。80m2/g以下であると粒子の結晶化に伴う、反応活性点が形成されるため、反応選択性を高めることができる。 Preferably the BET specific surface area of the catalyst is in the range of 2~80m 2 / g, more preferably 3 to 50 m 2 / g, and particularly preferably 5 to 30 m 2 / g. When the BET specific surface area is 2 m 2 /g or more, contact with the substrate can be increased and activity can be improved. When it is 80 m 2 /g or less, reaction active points are formed due to crystallization of particles, so that the reaction selectivity can be enhanced.
<触媒の製造方法>
下記一般式(1):
A2−xB2O7−σ (1)
(式中、Aは第2族又は第3族の金属を示し、Bは第4族又は第5族の金属を示し、xは、−0.05<x<1.0の範囲の数値を示し、σ=A金属のイオンの価数×x/2である。)
で示される二種以上の金属元素を含む二元系以上の複合金属酸化物触媒を得る方法としては、固相法、メカニカルアロイング法、共沈法、ゾルゲル法、均一沈殿法、水熱合成法、錯体重合法などが挙げられる。それらの中でも、工業的に生産可能な固相法、共沈法、ゾルゲル法、又は水熱合成法を用いることが好ましい。高比表面積の触媒とするためには、低温で合成可能な固相法、又は水熱合成法を用いることがより好ましい。
<Catalyst production method>
The following general formula (1):
A 2-x B 2 O 7-σ (1)
(In the formula, A represents a Group 2 or Group 3 metal, B represents a Group 4 or Group 5 metal, and x represents a numerical value in the range of −0.05<x<1.0. , Σ=A metal ion valence×x/2.)
In order to obtain a binary or more complex metal oxide catalyst containing two or more kinds of metal elements shown in, solid phase method, mechanical alloying method, coprecipitation method, sol-gel method, homogeneous precipitation method, hydrothermal synthesis Method, complex polymerization method and the like. Among them, it is preferable to use the industrially producible solid phase method, coprecipitation method, sol-gel method, or hydrothermal synthesis method. In order to obtain a catalyst having a high specific surface area, it is more preferable to use a solid phase method that can be synthesized at low temperature or a hydrothermal synthesis method.
水熱合成法の一例では、A金属の塩及びB金属の塩の水溶液を作製し、アルカリ化合物(アンモニアなど)を加えてpHを9.2以上に調整する。これより各金属イオンが共沈して、アモルファス状の混合ゾルとなる。このゾルをテフロン(登録商標)製内筒管のオートクレーブ容器に入れ、180℃、48時間で水熱合成して固体の欠陥蛍石型又はパイロクロア型の結晶構造の触媒前駆体を得る。これを粉砕し、空気雰囲気中、900〜1300℃、1〜10時間焼成する。焼成前触媒の形態は粉末状でもよくペレット状でもよい。A金属塩とB金属塩は上記操作によって、ほぼすべてが回収されると考えられることから、原料の仕込みのモル比によって、一般式(1):A2−xB2O7−σのX及びσを制御する。 In one example of the hydrothermal synthesis method, an aqueous solution of a metal A salt and a metal B salt is prepared, and an alkaline compound (such as ammonia) is added to adjust the pH to 9.2 or higher. From this, each metal ion co-precipitates and becomes an amorphous mixed sol. This sol is placed in an autoclave container having an inner tube made of Teflon (registered trademark) and subjected to hydrothermal synthesis at 180° C. for 48 hours to obtain a solid catalyst precursor having a defective fluorite-type or pyrochlore-type crystal structure. This is crushed and baked in an air atmosphere at 900 to 1300° C. for 1 to 10 hours. The pre-calcination catalyst may be in the form of powder or pellets. A metal salt and B metal salt by the operation, almost all since it is considered to be recovered, by the molar ratio of the feed of the raw materials, the general formula (1): X a A 2-x B 2 O 7 -σ And σ are controlled.
共沈法の一例では、B金属の水酸化物のゾル溶液にA金属塩の水溶液を加え、アルカリ化合物(アンモニアなど)の水溶液に滴下する。これよりB金属の水酸化物の表面にA金属イオンが担持され、アモルファス状の混合ゾルとなる。このゾルを固液分離及び乾燥して触媒前駆体を得る。これを粉砕し、空気雰囲気中、900〜1300℃、1〜10時間焼成する。焼成前触媒の形態は粉末状でもよくペレット状でもよい。A金属塩とB金属の水酸化物は上記操作によって、ほぼすべてが回収されると考えられることから、原料の仕込みのモル比によって、一般式(1):A2−xB2O7−σのX及びσを制御する。 In one example of the coprecipitation method, an aqueous solution of a metal salt of A is added to a sol solution of a hydroxide of metal B, and the solution is added dropwise to an aqueous solution of an alkaline compound (such as ammonia). As a result, the A metal ions are carried on the surface of the B metal hydroxide to form an amorphous mixed sol. This sol is solid-liquid separated and dried to obtain a catalyst precursor. This is crushed and baked in an air atmosphere at 900 to 1300° C. for 1 to 10 hours. The pre-calcination catalyst may be in the form of powder or pellets. It is considered that almost all of the A metal salt and the B metal hydroxide are recovered by the above-mentioned operation. Therefore, depending on the molar ratio of the raw material charged, the compound represented by the general formula (1): A 2-x B 2 O 7- controls the X and sigma of sigma.
A金属として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属を用いる場合には、塩基性、中性、及び酸性塩のいずれを用いてもよい。具体的には、酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硝酸バリウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。 When an alkaline earth metal such as magnesium, calcium, strontium or barium is used as the metal A, any of basic, neutral and acidic salts may be used. Specifically, magnesium oxide, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium sulfate, calcium carbonate, calcium chloride, calcium nitrate, calcium sulfate, strontium carbonate, strontium chloride, strontium nitrate, strontium sulfate, barium carbonate, barium chloride, barium nitrate, Examples include barium sulfate.
A金属として、イットリウム、スカンジウムなどを含む希土類元素を用いる場合には、塩基性、中性、及び酸性塩のいずれを用いてもよい。具体的には、酸化ランタン、水酸化ランタン、塩化ランタン、硝酸ランタン、硝酸イットリウム、硝酸イッテルビウムなどが挙げられる。 When a rare earth element containing yttrium, scandium or the like is used as the A metal, any of a basic salt, a neutral salt and an acidic salt may be used. Specific examples thereof include lanthanum oxide, lanthanum hydroxide, lanthanum chloride, lanthanum nitrate, yttrium nitrate, and ytterbium nitrate.
B金属として、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどを用いる場合には、塩基性、中性、及び酸性塩のいずれを用いてもよい。具体的には、酸化ニオブ、塩化ニオブ、ペンタエトキシニオブ、酸化タンタル、塩化タンタル、ペンタエトキシタンタル、酸化チタン、塩化チタン、シュウ酸チタン、チタンイソプロポキシド、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウムなどが挙げられる。 When niobium, tantalum, titanium, zirconium, hafnium, or the like is used as the B metal, any of a basic salt, a neutral salt, and an acidic salt may be used. Specifically, niobium oxide, niobium chloride, pentaethoxyniobium, tantalum oxide, tantalum chloride, pentaethoxytantalum, titanium oxide, titanium chloride, titanium oxalate, titanium isopropoxide, zirconium oxide, zirconium hydroxide, zirconium oxychloride. , Zirconium oxynitrate and the like.
上記のA金属及びB金属の水溶性塩を用いて、共沈法又は水熱合成法を行う場合、pH調整剤又は鉱化剤として、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、石灰水、炭酸ナトリウム水溶液、アンモニア水溶液、トリエチルアミン水溶液、ピリジン水溶液、エチレンジアミン水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液などの塩基性水溶液を用いることができる。触媒活性低下の原因となる不純物の除去性を考慮すると、アンモニア水溶液又はトリエチルアミン水溶液を用いることが好ましい。 When a coprecipitation method or a hydrothermal synthesis method is performed using the above water-soluble salts of metal A and metal B, a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, a calcium hydroxide aqueous solution is used as a pH adjuster or a mineralizer. A basic aqueous solution such as lime water, sodium carbonate aqueous solution, ammonia aqueous solution, triethylamine aqueous solution, pyridine aqueous solution, ethylenediamine aqueous solution, and sodium hydrogen carbonate aqueous solution can be used. Considering the removability of impurities that cause a decrease in catalyst activity, it is preferable to use an aqueous ammonia solution or an aqueous triethylamine solution.
水熱合成法では、A金属の塩及びB金属の塩の水溶液をアルカリでpH9.0〜10.5に調整することで不溶性のアモルファス状水酸化物塩を含んだゾル溶液を得ることができる。各金属塩の濃度は0.01〜0.5mol/Lであることが好ましい。得られたゾル溶液に対してオートクレーブにて水熱処理を行う。容器の内量に対するゾル溶液の容量の比は30〜80%であることが好ましい。水熱処理温度は120〜230℃であることが好ましく、処理時間は3〜60時間であることが好ましい。このような水熱合成条件により、カチオン及びアニオン欠陥を含んだ、触媒前駆体(低結晶性A2−xB2O7−σ)を得ることができる。 In the hydrothermal synthesis method, a sol solution containing an insoluble amorphous hydroxide salt can be obtained by adjusting the pH of an aqueous solution of a metal A salt and a metal B salt with alkali to 9.0 to 10.5. .. The concentration of each metal salt is preferably 0.01 to 0.5 mol/L. The obtained sol solution is hydrothermally treated in an autoclave. The ratio of the volume of the sol solution to the inner amount of the container is preferably 30 to 80%. The hydrothermal treatment temperature is preferably 120 to 230° C., and the treatment time is preferably 3 to 60 hours. Such hydrothermal synthesis conditions, including cation and anion defect, it is possible to obtain a catalyst precursor (low crystalline A 2-x B 2 O 7 -σ).
共沈法では、B金属の水酸化物のゾル溶液にA金属塩の水溶液を加えた溶液を、アルカリ化合物(アンモニアなど)の水溶液に滴下し、最終的にpH9.2以上の混合溶液とする。これよりB金属の水酸化物の表面にA金属のイオンが担持され、A金属イオンとB金属イオン種が入り交ざった、アモルファス状の水酸化物混合物(A(OH)3/B(OH)4・nH2O)の形態で触媒前駆体を得ることができる。各金属塩の濃度は0.01〜0.5mol/Lであることが好ましい。溶液を混合する時の溶液の温度は、10〜100℃、撹拌時間は5〜600分であることが好ましい。滴下速度は、0.1〜100g/分であることが好ましい。 In the coprecipitation method, a solution obtained by adding an aqueous solution of A metal salt to a sol solution of B metal hydroxide is added dropwise to an aqueous solution of an alkaline compound (ammonia etc.) to finally obtain a mixed solution having a pH of 9.2 or more. .. As a result, an amorphous hydroxide mixture (A(OH) 3 /B(OH)) in which the A metal ions are carried on the surface of the B metal hydroxide and the A metal ions and the B metal ion species are intermixed The catalyst precursor can be obtained in the form of 4 ·nH 2 O). The concentration of each metal salt is preferably 0.01 to 0.5 mol/L. The temperature of the solution when mixing the solutions is preferably 10 to 100° C., and the stirring time is preferably 5 to 600 minutes. The dropping rate is preferably 0.1 to 100 g/min.
得られた触媒前駆体に焼成処理を行う。焼成により結晶化が進行し、かつ、結晶性が向上し、パイロクロア型又は欠陥蛍石型の結晶構造を生成することができる。 The obtained catalyst precursor is calcined. Crystallization proceeds and the crystallinity is improved by firing, and a pyrochlore type or defective fluorite type crystal structure can be generated.
触媒前駆体の焼成は結晶性を向上させるために、600℃以上の温度で行うことが好ましい。上限温度に特に制限はないが、1400℃を超えると触媒表面積が維持できないおそれがあるため、1300℃以下であることが好ましい。特に好ましい焼成温度は700〜1200℃の範囲であり、さらに好ましくは900〜1100℃の範囲である。 The firing of the catalyst precursor is preferably performed at a temperature of 600° C. or higher in order to improve the crystallinity. The upper limit temperature is not particularly limited, but if it exceeds 1400°C, the catalyst surface area may not be maintained, and therefore, it is preferably 1300°C or less. A particularly preferable firing temperature is in the range of 700 to 1200°C, and more preferably 900 to 1100°C.
焼成時間は、1〜30時間であることが結晶成長の面で好ましく、3〜10時間であることがより好ましい。 The firing time is preferably 1 to 30 hours in terms of crystal growth, and more preferably 3 to 10 hours.
焼成時の雰囲気に制約はないが、特に空気雰囲気で行うことが好ましい。 There is no restriction on the atmosphere during firing, but it is particularly preferable to carry out in an air atmosphere.
焼成の前に仮焼成を行ってもよい。仮焼成は触媒成形時のハンドリング性を向上させるために行う。仮焼成の条件は120℃以上の温度で行うことが好ましい。上限温度に特に制限はないが、800℃を超えると触媒成形体の強度が低下するおそれがあるため、700℃以下であることが好ましい。特に好ましい仮焼成温度は200〜600℃の範囲であり、さらに好ましくは300〜500℃の範囲である。焼成時間は、1〜30時間であることが焼きムラをなくす面で好ましく、3〜10時間であることがより好ましい。 Pre-baking may be performed before baking. The calcination is performed in order to improve the handling property during catalyst molding. The calcination condition is preferably performed at a temperature of 120° C. or higher. The upper limit temperature is not particularly limited, but if it exceeds 800°C, the strength of the catalyst molded body may decrease, so 700°C or less is preferable. Particularly preferable calcination temperature is in the range of 200 to 600°C, and more preferably 300 to 500°C. The firing time is preferably 1 to 30 hours in terms of eliminating unevenness in firing, and more preferably 3 to 10 hours.
本発明の触媒の形状はそれぞれ独立した粒子であってもよいし、粒子を固めてペレットとしてもよい。反応器への充填などハンドリングの観点からはペレットが好ましい。触媒は本発明の反応に不活性な担体に担持されたものであってもよい。担体の例としてはシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカアルミナ、ゼオライト、活性炭、グラファイトなどが挙げられるが、特に限定はされない。 The shape of the catalyst of the present invention may be independent particles, or the particles may be solidified into pellets. From the viewpoint of handling such as filling the reactor, pellets are preferable. The catalyst may be supported on a carrier inert to the reaction of the present invention. Examples of the carrier include silica, alumina, titania, zirconia, silica-alumina, zeolite, activated carbon and graphite, but are not particularly limited.
<不飽和アルコールの製造〜ジオールの脱水反応>
本発明の不飽和アルコールの製造方法では、一般式(1):A2−xB2O7−σで表される二種以上の金属元素を含む二元系以上の複合酸化物触媒を用いて1,3−ジオール型の化合物からの一分子脱水反応を行う。
<Production of unsaturated alcohol-dehydration reaction of diol>
In the method for producing an unsaturated alcohol of the present invention, the general formula (1): A reference to binary or more complex oxide catalyst comprising two or more metal elements represented by 2-x B 2 O 7- σ Then, a monomolecular dehydration reaction from the 1,3-diol type compound is performed.
1,3−ジオール型の化合物は一般式(2)で示され、一分子脱水反応により、一般式(3)−1及び一般式(3)−2で示されるアリル型不飽和アルコールを生成する。
上記一般式(2)、(3)−1、及び(3)−2において、R1〜R4はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、又は炭素数6〜12のアリール基を示す。 In the general formulas (2), (3)-1, and (3)-2, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. Indicates a group.
炭素数1〜5のアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等の直鎖又は分岐のアルキル基が挙げられる。炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、トリル基、メシチル基、ナフチル基等が挙げられる。これらの中では脱水反応への選択性の観点から、R1〜R4はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜5のアルキル基であることが好ましい。R3及びR4が水素原子であることが、一分子脱水反応の反応部位周辺の立体障害が小さく反応性が高いためより好ましく、R1〜R4のすべてが水素原子であることが最も好ましい。 Examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms include linear or branched alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group and isopropyl group. Examples of the aryl group having 6 to 12 carbon atoms include phenyl group, tolyl group, mesityl group and naphthyl group. Of these, R 1 to R 4 are preferably each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, from the viewpoint of selectivity to the dehydration reaction. It is more preferable that R 3 and R 4 are hydrogen atoms because steric hindrance around the reaction site of the monomolecular dehydration reaction is small and reactivity is high, and it is most preferable that all of R 1 to R 4 are hydrogen atoms. ..
R1〜R4のすべてが水素原子であるとき、一般式(2)の化合物は1,3−ブタンジオールであり、一般式(3)−1の化合物はクロチルアルコール(2−ブテン−1−オール)、一般式(3)−2の化合物は3−ブテン−2−オールとなる。 When all of R 1 to R 4 are hydrogen atoms, the compound of general formula (2) is 1,3-butanediol and the compound of general formula (3)-1 is crotyl alcohol (2-butene-1). -Ol), the compound of the general formula (3)-2 becomes 3-buten-2-ol.
本発明に係る一分子脱水反応の反応式を以下の式(4)に示す。
本発明の一分子脱水反応で使用される反応装置は、連続式の気相流通反応装置であることが好ましい。触媒は固定床又は流動床のいずれの方式でもよく、特にメンテナンス性などの点から固定床が望ましい。 The reactor used in the monomolecular dehydration reaction of the present invention is preferably a continuous gas phase flow reactor. The catalyst may be either of a fixed bed type and a fluidized bed type, and the fixed bed type is particularly preferable from the viewpoint of maintainability.
反応装置の一例として上部に反応原料であるジオールの気化器を備えた直管型反応器が挙げられる。反応器に触媒を充填し、原料のジオールを気化器で蒸発させて生じた原料ストリームを反応器に導入する。反応器下部の熱交換器で反応生成物を冷却し、目的の不飽和アルコールと未反応の原料を回収する。原料濃度をコントロールして副反応を抑制するため、気化した原料ジオールを窒素ガス、水蒸気などの不活性ガスで希釈して反応に供してもよい。 As an example of the reaction apparatus, a straight tube type reactor having a vaporizer of diol as a reaction raw material on its upper part can be mentioned. A reactor is filled with a catalyst, and a raw material diol produced by vaporizing a raw material diol in a vaporizer is introduced into the reactor. The reaction product is cooled in a heat exchanger at the bottom of the reactor, and the target unsaturated alcohol and unreacted raw materials are recovered. In order to control the raw material concentration and suppress side reactions, the vaporized raw material diol may be diluted with an inert gas such as nitrogen gas or water vapor and then used for the reaction.
一分子脱水反応の反応温度は250℃以上、400℃以下の範囲が適している。250℃以上であると、反応が速やかに進む。一方、400℃以下とすると副反応による選択率低下の影響が小さくなる。より好ましい温度範囲は300〜350℃である。 The reaction temperature of the monomolecular dehydration reaction is suitably in the range of 250°C or higher and 400°C or lower. If the temperature is 250°C or higher, the reaction proceeds rapidly. On the other hand, when the temperature is 400° C. or less, the influence of the decrease in selectivity due to side reaction becomes small. A more preferable temperature range is 300 to 350°C.
直管型反応器において、触媒充填容積当たりのジオールの導入量は0.1〜20kg/(h・L−cat)の範囲とすることができ、好ましくは0.2〜15kg/(h・L−cat)であり、最も好ましくは0.5〜10kg/(h・L−cat)である。導入量が0.1kg/(h・L−cat)以上であれば、十分な生産量を得ることができる。導入量が20kg/(h・L−cat)以下であれば、未反応の原料が増加することなく、分離及び精製に労力が少なくて済む他、原料からの副反応も抑えることができる。 In a straight tube type reactor, the amount of diol introduced per catalyst filling volume can be in the range of 0.1 to 20 kg/(h·L-cat), preferably 0.2 to 15 kg/(h·L). -Cat), and most preferably 0.5 to 10 kg/(hL-cat). When the introduction amount is 0.1 kg/(h·L-cat) or more, a sufficient production amount can be obtained. When the amount introduced is 20 kg/(h·L-cat) or less, unreacted raw materials do not increase, labor for separation and purification is small, and side reactions from the raw materials can be suppressed.
反応生成物に蒸留などの操作を行うことにより、目的生成物を、未反応原料及び副生物から分離することができる。未反応原料は目的生成物から分離した後に容易に再利用することが可能である。そのため、ジオールから不飽和アルコールを高効率に得るためには、副生物の生成を抑えることが有効であり、原料の転化率が多少低くなったとしても、選択率が高いことが工業的には有利である。 By subjecting the reaction product to an operation such as distillation, the target product can be separated from unreacted raw materials and by-products. The unreacted raw material can be easily reused after being separated from the target product. Therefore, in order to obtain unsaturated alcohol from diol with high efficiency, it is effective to suppress the production of by-products, and it is industrially expected that the selectivity is high even if the conversion rate of the raw material is slightly low. It is advantageous.
ジオール原料を含む原料ストリームの触媒充填容積に対する空間速度[SV]は100〜40000h−1の範囲とすることができ、特に500〜10000h−1が好適である。空間速度が100h−1以上であれば、接触時間が過度に増加しないため、1,3−ジオール原料及び生成した不飽和アルコールからの副生物の生成を抑えることができる。空間速度が40000h−1以下であれば、転化率が低くならず、未反応の原料が少なくなるため、未反応の原料の分離に過剰なコストを掛けなくて済む。 Space velocity relative to the catalyst filling volume of feedstream containing diol starting material [SV] may be in the range of 100~40000h -1, especially 500~10000H -1 are preferred. When the space velocity is 100 h −1 or more, the contact time does not excessively increase, so that the production of by-products from the 1,3-diol raw material and the produced unsaturated alcohol can be suppressed. When the space velocity is 40,000 h −1 or less, the conversion rate does not decrease and the amount of unreacted raw material decreases, so that it is not necessary to separate the unreacted raw material at an excessive cost.
上記に述べた方法は、本発明の実施形態の一つであるが、実施において、この他の形態をとることも可能である。 The method described above is one of the embodiments of the present invention, but it is possible to take other forms in the implementation.
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[触媒の化学組成比の測定]
元素含有量には株式会社リガク製ZSX Primus IIを使用し、EZスキャンプログラムにより測定した。B金属原子に対するA金属原子のモル比は下記式から求めた。
For the element content, ZSX Primus II manufactured by Rigaku Corporation was used, and the content was measured by an EZ scan program. The molar ratio of A metal atom to B metal atom was calculated from the following formula.
[X線回折測定]
株式会社リガク製MultiFlexを用いて触媒のX線回折(XRD)測定を行った。測定は連続走査モードにて行った。測定条件は、管電圧40kV、管電流40mA、サンプリング幅0.02°、スキャンスピード3°/minとした。
[X-ray diffraction measurement]
The catalyst was subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement using MultiFlex manufactured by Rigaku Corporation. The measurement was performed in continuous scanning mode. The measurement conditions were a tube voltage of 40 kV, a tube current of 40 mA, a sampling width of 0.02°, and a scan speed of 3°/min.
[BET比表面積]
BET比表面積は株式会社島津製作所製TriStar3000を用いて測定した。前処理として触媒0.3gを150℃で3時間真空引きした後に、測定を行った。
[BET specific surface area]
The BET specific surface area was measured using TriStar 3000 manufactured by Shimadzu Corporation. As a pretreatment, 0.3 g of the catalyst was evacuated at 150° C. for 3 hours and then measured.
[ガスクロマトグラフィー]
脱水反応後の生成物ガスは5℃でほぼ全量を凝縮して液化し、ガスクロマトグラフィーで分析し、反応転化率及び選択率を計算した。分析装置として、ジーエルサイエンス株式会社製キャピラリーカラム:TC−1(60m、0.25mmφ)を接続した株式会社島津製作所製GC−17Aを使用した。キャリアガスにはヘリウムを使用し、検出はFID検出器にて行った。定量は内標準法によって行った。検量線補正後、目的物の収量及び原料残量を求め、これらより転化率及び選択率を求めた。
[Gas chromatography]
Almost all the product gas after the dehydration reaction was condensed at 5° C. to be liquefied and analyzed by gas chromatography to calculate the reaction conversion rate and the selectivity. As an analysis device, GC-17A manufactured by Shimadzu Corporation, to which a capillary column manufactured by GL Sciences Co., Ltd.: TC-1 (60 m, 0.25 mmφ) was connected, was used. Helium was used as the carrier gas, and detection was performed with an FID detector. The quantification was performed by the internal standard method. After correction of the calibration curve, the yield of the target substance and the remaining amount of the raw material were obtained, and the conversion and selectivity were obtained from these.
転化率及び選択率の計算には、以下の計算式を用いた。
(実施例1)
硝酸イットリウムn水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)36.477gに蒸留水200mLを加えて調製した水溶液、及びオキシ塩化ジルコニウム32.225g(関東化学株式会社、純度99%以上)に蒸留水200mLを加えて調製した水溶液を混合し、撹拌しながら濃アンモニア水(関東化学株式会社、純度28〜30%)を滴下し、pH9.2に調整した。得られたゾル液をテフロン(登録商標)製内筒管を備えたSUS製オートクレーブに入れて、180℃で48時間水熱処理を行った。処理後の懸濁液から、粉末をろ過器にて回収し、イオン交換水で洗浄後、ろ過後、120℃で1昼夜乾燥を行った後、室温まで放冷してから、メノウ乳鉢にて粉砕した。粉砕した粉末をペレットに成形し、粒径1.4〜2.8mmに整粒した後に、空気雰囲気中、1100℃で3時間焼成することで、本発明のY2Zr2O7複合酸化物触媒(触媒A)を得た。触媒Aは、図1及び図2の回折ピークが29.7°であり、Y/Zrが0.9〜1.05であることから、パイロクロア型の結晶であることがわかった。
(Example 1)
An aqueous solution prepared by adding 200 mL of distilled water to 36.477 g of yttrium nitrate n-hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%), and 32.225 g of zirconium oxychloride (Kanto Chemical Co., Inc., 99% purity) The aqueous solution prepared by adding 200 mL of distilled water to the above) was mixed, and concentrated ammonia water (Kanto Chemical Co., Inc.,
(実施例2)
硝酸イットリウムn水和物量を32.829gとした以外は、実施例1と同様の手法で、本発明のY1.8Zr2O6.7複合酸化物触媒(触媒B)を得た。触媒Bは、図1及び図2の回折ピークが29.7°であり、Y/Zrが0.9〜1.05であることから、パイロクロア型の結晶であることがわかった。
(Example 2)
Except that the 32.829g yttrium nitrate n-hydrate amounts, in the same manner as in Example 1, to obtain a Y 1.8 Zr 2 O 6.7 composite oxide catalyst of the present invention (Catalyst B). The catalyst B had a diffraction peak of 29.7° in FIGS. 1 and 2 and a Y/Zr of 0.9 to 1.05, and was thus found to be a pyrochlore type crystal.
(実施例3)
硝酸イットリウムn水和物量を29.182gとした以外は、実施例1と同様の手法で、本発明のY1.6Zr2O6.4複合酸化物触媒(触媒C)を得た。触媒Cは、図1及び図2の回折ピークが29.7°であるが、Y/Zrが0.9〜1.05の範囲外であることから、欠陥蛍石型の結晶であることがわかった。
(Example 3)
A Y 1.6 Zr 2 O 6.4 composite oxide catalyst (catalyst C) of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of yttrium nitrate n-hydrate was changed to 29.182 g. The catalyst C has a diffraction peak of 29.7° in FIGS. 1 and 2, but has a Y/Zr outside the range of 0.9 to 1.05, and thus is a defective fluorite type crystal. all right.
(実施例4)
硝酸イットリウムn水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)30.0937gに蒸留水200mLを加えて調製した水溶液、及び尿素60g(関東化学株式会社、純度99%以上)に蒸留水200mLを加えて調製した水溶液を、水酸化ジルコニウムスラリー(第一稀元素化学工業株式会社、ZSL−10T)100gに対して添加し、100℃に加熱し、5時間撹拌した。その後、吸引濾過器にて固液分離した後、得られたケーキ(固形物)を120℃で24時間乾燥し、室温まで放冷した後、メノウ乳鉢にて粉砕した。粉砕した粉末をペレットに成形し、粒径1.4〜2.8mmに整粒した後に、空気雰囲気中、1100℃で3時間焼成することで、本発明のY1.94Zr2O6.91複合酸化物触媒(触媒D)を得た。
(Example 4)
Distilled into an aqueous solution prepared by adding 200 mL of distilled water to 30.0937 g of yttrium nitrate n-hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%), and urea 60 g (Kanto Kagaku Co., Ltd., purity 99% or more). An aqueous solution prepared by adding 200 mL of water was added to 100 g of zirconium hydroxide slurry (Daiichi Rare Element Chemical Industry Co., Ltd., ZSL-10T), heated to 100° C., and stirred for 5 hours. Then, after solid-liquid separation with a suction filter, the obtained cake (solid) was dried at 120° C. for 24 hours, allowed to cool to room temperature, and then crushed with an agate mortar. The crushed powder is molded into pellets, the particle size is adjusted to 1.4 to 2.8 mm, and then the powder is fired in an air atmosphere at 1100° C. for 3 hours to obtain Y 1.94 Zr 2 O 6. 91 composite oxide catalyst (catalyst D) was obtained.
(実施例5)
硝酸イットリウムn水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)30.0937gに蒸留水200mLを加えて調製した水溶液を水酸化ジルコニウムスラリー(第一稀元素化学工業株式会社、ZSL−10T)100gに対して添加した水溶液を、360mLの蒸留水に濃アンモニア水(関東化学株式会社、純度28〜30%)40mLを添加した水溶液に滴下し、1時間撹拌した。その後、吸引濾過器にて固液分離した後、得られたケーキ(固形物)を120℃で24時間乾燥し、室温まで放冷した後、メノウ乳鉢にて粉砕した。粉砕した粉末をペレットに成形し、粒径1.4〜2.8mmに整粒した後に、空気雰囲気中、1100℃で3時間焼成することで、本発明のY1.9Zr2O6.85複合酸化物触媒(触媒E)を得た。
(Example 5)
An aqueous solution prepared by adding 200 mL of distilled water to 30.0937 g of yttrium nitrate n-hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) was prepared as a zirconium hydroxide slurry (Daiichi Rare Element Chemical Industry Co., Ltd., ZSL- The aqueous solution added to 100 g of 10T) was added dropwise to an aqueous solution of 40 mL of concentrated ammonia water (Kanto Chemical Co., Inc.,
(実施例6)
硝酸イットリウムn水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)36.477gを硝酸サマリウム6水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)44.447gとした以外は、実施例1と同様の手法で、本発明のSm2Zr2O7複合酸化物触媒(触媒F)を得た。
(Example 6)
36.477 g of yttrium nitrate n-hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) was changed to 44.447 g of samarium nitrate hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%). In the same manner as in Example 1, Sm 2 Zr 2 O 7 composite oxide catalyst (catalyst F) of the present invention was obtained.
(実施例7)
硝酸イットリウムn水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)43.835gを硝酸ネオジム6水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)36.2505gにした以外は、実施例1と同様の手法で、本発明のNd2Zr2O7複合酸化物触媒(触媒G)を得た。
(Example 7)
43.835 g of yttrium nitrate n-hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) was changed to 36.2505 g of neodymium nitrate hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%). In the same manner as in Example 1, the Nd 2 Zr 2 O 7 composite oxide catalyst (catalyst G) of the present invention was obtained.
(比較例1):Y0.08Zr2O4.12の調製
硝酸イットリウムn水和物(和光純薬工業株式会社、純度99.9%)1.833g(7.9mmol)に蒸留水50mLを加えて調製した水溶液、及び尿素80g(関東化学株式会社、純度99%以上)に蒸留水200mLを加えて調製した水溶液を、水酸化ジルコニウムスラリー(第一稀元素化学工業株式会社、ZSL−10T)200g(水酸化ジルコニウム量:165mol)に対して添加し、100℃に加熱し、5時間撹拌した。その後、吸引濾過器にて固液分離した後、得られたケーキ(固形物)を120℃で24時間乾燥し、室温まで放冷した後、メノウ乳鉢にて粉砕した。粉砕した粉末を500℃で仮焼成した後、メノウ乳鉢にて再粉砕したものをペレットに成形し、粒径1.4〜2.8mmに整粒した後に、空気雰囲気中、900℃で3時間焼成し、比較例1の触媒(触媒CA)を得た。触媒CAは、XRDスペクトルの回折ピークが30.3°であることから蛍石型の結晶であることがわかった。
(Comparative Example 1): Preparation of Y 0.08 Zr 2 O 4.12 Yttrium nitrate n hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) 1.833 g (7.9 mmol) and distilled water 50 mL An aqueous solution prepared by adding 200 mL of distilled water to 80 g of urea (Kanto Chemical Co., Inc., purity: 99% or more) prepared by adding zirconium hydroxide slurry (Daiichi Rare Element Chemical Industry Co., Ltd., ZSL-10T). ) 200 g (zirconium hydroxide amount: 165 mol) was added, and the mixture was heated to 100° C. and stirred for 5 hours. Then, after solid-liquid separation with a suction filter, the obtained cake (solid) was dried at 120° C. for 24 hours, allowed to cool to room temperature, and then crushed with an agate mortar. After pulverizing the pulverized powder temporarily at 500°C, re-pulverizing it in an agate mortar to form pellets, and sizing the pellets to a particle size of 1.4 to 2.8 mm, and then in an air atmosphere at 900°C for 3 hours. It was calcined to obtain the catalyst of Comparative Example 1 (catalyst CA). The catalyst CA was found to be a fluorite type crystal because the diffraction peak of the XRD spectrum was 30.3°.
(比較例2):Ca0.08Zr2O5.08の調製
硝酸イットリウムn水和物の代わりに塩化カルシウム(和光純薬工業株式会社、95%)0.4972gを用いた以外は、比較例1と同様の手法で、比較例2の触媒(触媒CB)を得た。触媒CBは、XRDスペクトルの回折ピークが30.2°であることから蛍石型の結晶であることがわかった。
(Comparative Example 2): Preparation of Ca 0.08 Zr 2 O 5.08 Comparative example except that 0.4972 g of calcium chloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 95%) was used instead of yttrium nitrate n-hydrate. By the same method as in Example 1, a catalyst of Comparative Example 2 (catalyst CB) was obtained. The catalyst CB was found to be a fluorite type crystal because the diffraction peak of the XRD spectrum was 30.2°.
(比較例3):Y2.1Zr2O7.15の調製
硝酸イットリウムn水和物量を38.301gとした以外は、実施例1と同様の手法で、比較例3の触媒(触媒CC)を得た。触媒CBは、XRDスペクトルの回折ピークが29.7°であり、Y/Zrが0.9〜1.05の範囲内であることから、パイロクロア型の結晶であることがわかった。
(Comparative Example 3): Y 2.1 Zr 2 except that the 38.301g prepared yttrium nitrate n-hydrate of O 7.15 in a similar manner as in Example 1, Comparative Example 3 (Catalyst CC ) Got. The catalyst CB had a diffraction peak in the XRD spectrum of 29.7° and a Y/Zr of 0.9 to 1.05, and was thus found to be a pyrochlore type crystal.
[反応装置]
ジオールの脱水反応には、いずれも固定床の常圧気相流通反応装置を使用した。反応管(ステンレス製)として内径16mm、全長300mmのものを用いた。反応器の上部に原料を蒸発させるための気化器が直列に接続され、下部には冷却器、及び気液分離器が設置されていた。
[Reactor]
For the dehydration reaction of the diol, a fixed-bed atmospheric pressure gas flow reactor was used in all cases. A reaction tube (made of stainless steel) having an inner diameter of 16 mm and a total length of 300 mm was used. A vaporizer for evaporating the raw materials was connected in series to the upper part of the reactor, and a cooler and a gas-liquid separator were installed in the lower part.
[不飽和アルコールの脱水反応]
各触媒4mLを前記常圧気相流通反応装置に充填し、原料の1,3−ジオールとして1,3−ブタンジオール(キシダ化学株式会社、特級)を230℃でガス化して、25.8mL/h(実施例1〜3及び比較例1〜3)又は51.6mL/h(実施例4〜7)の速度で供給した。脱水反応は約320〜340℃(表1に記載)で行った。空間速度[SV]は1600h−1(実施例1〜4、6及び7、並びに比較例1〜3)又は3100h−1(実施例5)であった。
[Dehydration reaction of unsaturated alcohol]
4 mL of each catalyst was filled in the atmospheric pressure gas phase flow reactor, and 1,3-butanediol (Kishida Chemical Co., Ltd., special grade) as a raw material 1,3-diol was gasified at 230° C. to obtain 25.8 mL/h. (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3) or 51.6 mL/h (Examples 4 to 7) were supplied. The dehydration reaction was carried out at about 320 to 340°C (described in Table 1). The space velocity [SV] was 1600 h -1 (Examples 1 to 4, 6 and 7, and Comparative Examples 1 to 3) or 3100 h -1 (Example 5).
実施例1〜7及び比較例1〜3で得られた触媒の物性値及び反応成績(反応原料である、1,3−ブタンジオールの転化率と、反応生成物である、アリル型不飽和アルコールであるクロチルアルコール(幾何異性体を含む)及び3−ブテン−2−オール、並びにホモアリル型アルコールである3−ブテン−1−オールの選択率)を表1に示す。 Physical properties and reaction results of the catalysts obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 (conversion rate of 1,3-butanediol as a reaction raw material and allyl-type unsaturated alcohol as a reaction product) Table 1 shows the crotyl alcohol (including geometrical isomers) and 3-buten-2-ol that are the same as the above, and the selectivity of 3-buten-1-ol that is the homoallylic alcohol.
表1に示すとおり本発明の複合金属酸化物触媒が、1,3−ジオールから目的のアリル型不飽和アルコール化合物への変換が、低温かつ高選択率でなされることがわかる。触媒F及びGは転化率が低いためにみかけの収率(転化率×選択率)は低くなるが、工業的には選択率が高い方が好ましく、比較例よりも有利である。すなわち、転化率が低くても選択率が高ければ、生成系には未反応原料と目的生成物が多く含まれており、副生物は少ない。未反応原料は蒸留等の分離操作により、リサイクルして反応原料として再度使用することができる。一方、副生物は分離後廃棄せざるを得ず、このことにより製造コストが上昇する。 As shown in Table 1, it is understood that the composite metal oxide catalyst of the present invention can convert 1,3-diol to the target allylic unsaturated alcohol compound at low temperature and high selectivity. The apparent yield (conversion rate×selectivity) of the catalysts F and G is low because the conversion rate is low, but the higher selectivity is industrially preferable and more advantageous than the comparative example. That is, if the conversion is low but the selectivity is high, the production system contains a large amount of unreacted raw materials and the target product, and the by-products are small. The unreacted raw material can be recycled and reused as a reaction raw material by a separation operation such as distillation. On the other hand, by-products have to be discarded after separation, which increases manufacturing costs.
ZrO2にY又はCaを少量ドープした形の触媒である比較例1及び2では、転化率が低く、かつ、目的外生成物であるホモアリル型の3−ブテン−1−オール(3B1OL)が多く生成する。一方、Xが−0.05以下である比較例3の触媒CCでは、その他の副生物が多く生成する。 In Comparative Examples 1 and 2 which are catalysts in which ZrO 2 is doped with a small amount of Y or Ca, the conversion rate is low, and the amount of homoallyl 3-buten-1-ol (3B1OL), which is an unintended product, is large. To generate. On the other hand, in the catalyst CC of Comparative Example 3 in which X is −0.05 or less, many other by-products are produced.
Claims (12)
A2−xB2O7−σ (1)
(式中、Aはイットリウム、サマリウム又はネオジムのいずれかを示し、Bはジルコニウムを示し、Aがイットリウムのとき、xは、−0.05<x<1.0の範囲の数値を示し、σ=A金属のイオンの価数×x/2であり、Aがサマリウム又はネオジムのとき、xは0であり、σ=0である。)
で示される複合金属酸化物からなる、ジオール化合物を原料とする不飽和アルコール製造用触媒。 General formula (1):
A 2-x B 2 O 7-σ (1)
(In the formula, A represents yttrium, samarium, or neodymium , B represents zirconium, and when A is yttrium, x represents a numerical value in the range of −0.05<x<1.0, and σ = valence × x / 2 der of a metal ions is, when a is samarium or neodymium, x is 0, sigma = 0 der Ru.)
A catalyst for the production of unsaturated alcohols, which is made of a diol compound as a raw material and is composed of a complex metal oxide represented by.
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