DE2148637C3 - Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren vom Metall/Si-Oxid-Typ und deren Verwendung zur Herstellung von Oxiranverbindungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren vom Metall/Si-Oxid-Typ und deren Verwendung zur Herstellung von OxiranverbindungenInfo
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Description
Olefinische Verbindungen können bekanntlich in die entsprechenden Oxiranverbindungen umgewandelt
werden, indem man sie nach der Gleichung
C = C + —C —Ο —Ο —Η
Oleflngruppe Hydroperoxidgruppe
Oxirangruppe
Hydroxylgruppe
mit einer organischen Hydroperoxidverbindung umsetzt.
Es sind bereits die verschiedensten Katalysatoren bekannt, die bei der Epoxydierung von Olefinen durch
Hydroperoxide eingesetzt werden können. Die US-Patentschrift 27 54 325 beschreibt beispielsweise die
Verwendung von in gelöster Form eingesetzten Heteropolysäuren, die Übergangsmetalle, wie Chrom,
Molybdän oder Wolfram, enthalten. Die US-Patentschriften 33 50 422 und 33 51635 beschreiben die
Verwendung von Lösungen von Verbindungen der Übergangsmetalle (V, Mo, W, Ti, Nb, Ta, Re, Se, Zr, Te
und U). Diese bekannten Katalysatoren sind jedoch im allgemeinen nur dann wirksam, wenn sie im Reaktionsgemisch homogen dispergiert werden. Da die homogenen
Katalysatoren jedoch von den Umsetzungsprodukten nur schwierig abtrennbar sind, besteht Interesse an
heterogenen, d. h. im Reaktionsgemisch im wesentlichen unlöslichen Katalysatoren.
Es wurden bereits zahleiche heterogene Katalysatorsysteme vorgeschlagen, mit denen jedoch keine
befriedigenden Ergebnisse erzielt werden konnten. In der US-Patentschrift 33 50 422 ist z.B. ein Verfahren
zur Epoxydierung von Propylen mit Cumolhydroperoxid beschrieben, bei dem als Katalysator unlösliches
Vanadiumpentoxid eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird jedoch eine Propylenoxidausbeute von nur 6
Prozent erzielt. Dieser Wert ist nur geringfügig höher als der ohne Katalysator erzielte Wert (4 Prozent).
Dementsprechend haben sich die in der US-Patentschrift 33 51 635 beschriebenen anorganischen Metallverbindungen,
insbesondere Metalloxide, bei ihrer Verwendung als heterogene Katalysatoren als ziemlich
ungeeignet erwiesen. Bei der Epoxydierung von Octen-1 mit tert-Butylhydroperoxid in Gegenwart von
TiO2, ZrO2, Ta2O5, CrO3, WO3, Re2O7, TeO2, SeO2 oder
UO2 als Katalysatoren wurde z. B. eine auf umgewandeltes
Hydroperoxid bezogene Selektivität zu Octen-1 von nur 0 bis 22 Prozent erzielt.
Gemäß der britischen Patentschrift 14 49 392 werden Olefine mit organischen Hydroperoxiden in Gegenwart eines Katalysators epoxydiert, der eine Verbindung eines Metalls der IV., V. oder VI. Nebengruppe des Periodischen Systems sowie eine Verbindung eines Metalls der VII. Nebengruppe oder VIII. Gruppe des
Gemäß der britischen Patentschrift 14 49 392 werden Olefine mit organischen Hydroperoxiden in Gegenwart eines Katalysators epoxydiert, der eine Verbindung eines Metalls der IV., V. oder VI. Nebengruppe des Periodischen Systems sowie eine Verbindung eines Metalls der VII. Nebengruppe oder VIII. Gruppe des
so Periodischen Systems enthält. Die Umsetzung kann bei dieser Methode in homogener oder heterogener Phase
erfolgen, und der Katalysator kann in Lösung, in Suspension oder auf einem Träger, wie Asbest,
Aktivkohle, Aluminiumoxid oder Kieselgel, vorliegen.
Eine besonders hohe Wirksamkeit besitzen dabei lösliche Katalysatoren. Es konnte jedoch nicht festgestellt
werden, daß unlösliche Oxide von Metallen der IV., V. oder VI. Nebengruppe, die als solche keine besonders
gute Wirksamkeit in heterogener Phase besitzen, durch Kombination mit Verbindungen von Metallen der VII.
Nebengruppe oder VIII. Gruppe zu wirksamen heterogenen Epoxydierungskatalysatoren umgewandelt
werden können.
In mehreren älteren Rechten (vergl. die deutschen
bi Offenlegungsschriften 20 15 503, 20 15 505, 20 15 542.
20 15 543 und 20 51477) sind heterogene Epoxydierungskatalysatoren
beschrieben, welche überraschenderweise eine sehr hohe Aktivität besitzen und einen
hohen Umwandlungsgrad des (der) eingesetzten Hydroperoxids (Hydroperoxide) sowie hohe Selektivitäten
der Umwandlung zu der (den) betreffenden Oxiranverbindung(en) (Selektivität = Mol verhältnis der gebildeten
Oxiranverbindung(en) zu dem (den) umgewandelten Hydroperoxid(en)) gewährleisten. Die vorgenannten
älteren Rechte lehren, daß die Oxide und Hydroxide von Titan, Molybdän, Vanadium, Zirkonium bzw. Bor in
chemischer Kombination mit anorganischen siliciumdioxidhaltigen Materialien, wie SiOi, wirksame hetero- ι ο
gene Katalysatoren für die Umsetzung von Olefinen mit organischen Hydroperoxiden zu Olefinoxiden liefern.
Bei Verwendung dieser Klasse von Katalysatoren (nachstehend bezeichnet als »Metall/Si-Oxid-Katalysatoren«)
wird jedoch keine ausschließliche Umsetzung des Hydroperoxids mit dem Olefin unter Bildung eines
Olefinoxids erzielt, d.h. die Katalysatoren gewährleisten keine lOOprozentige Selektivität der Olefin-Epoxydierung.
Ein Teil des umgewandelten Hydroperoxids wird vielmehr zu weniger erwünschten Nebenprodukten
umgesetzt.
Aufgabe der Erfindung war es, verbesserte Katalysatoren vom Metall/Si-Oxid-Typ bzw. ein Verfahren zu
ihrer Herstellung zur Verfügung zu stellen, welche bei der Olefin-Epoxydierung mit Hilfe von Hydroperoxiden
eine deutlich erhöhte Selektivität der Umwandlung zu den gewünschten Olefin-Epoxiden gewährleisten. Diese
Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von festen, eine anorganische Silicium-Sauerstoffverbindung
und ein Metalloxid und/oder -hydroxid von Ti, Mo, V, Zr oder B enthaltenden Katalysatoren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
entsprechend zusammenesetzte Katalysatoren bei erhöhten Temperaturen bis 4500C mit ei.iem organischen j-j
Sicherungsmittel behandelt.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform wird vor der Behandlung mit dem Sicherungsmittel
eine Hydratisierungsbehandlung durchgeführt.
Die Behandlung mit einem Sicherungsmittel wird vorzugsweise bei Temperaturen von 200 bis 4500C
durchgeführt Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung verbesserter Katalysatoren
auf der Grundlage des in den vorgenannten deutschen Offenlegungsschriften beschriebenen Typs.
Diese Katalysatoren bestehen im wesentlichen aus einer festen, anorganischen Silicium-Sauerstoffverbindung
sowie mindestens 0,1 Gewichtsprozent eines Oxids oder Hydroxids von Titan, Molybdän, Vanadium, Zirkonium
oder Bor. Die Sauerstoff-Silicium-Verbindung stellt ein -,o
festes Material dar, das einen hohen Anteil an SiO; enthält. Bevorzugt werden ferner siliciumdioxidhaltige
feste Materialien, die eine durchschnittliche spezifische Oberfläche von mindestens 1 m2/g, insbesondere von 25
bis 800 mVg aufweisen. Sehr gut geeignet sind 5-, synthetische poröse Siliciumdioxidsorlen, wie Kieselgele,
die durch Ausflocken von Teilchen aus amorphem SiO? erhalten wurden, sowie Aerogel-Siliciumdioxidsorten,
d. h. nach pyrogenen Herstellungsmethoden in Rauchform erhaltene SiOj-Sorten. Die bevorzugten eo
siliciumdioxidhaltigen festen Materialien enthalten mindestens 99 Gewichtsprozent S1O2.
Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Katalysatoren enthalten vor der Silylierung vorzugsweise
0,2 bis 50 Gewichtsprozent Metalloxide oder h-,
-hydroxide, insbesondere 0.5 bis tO Gewichtsprozent Titanoxid oder -hydroxid auf Siliciumdioxid. Die
Katalysatoren können ferner weitere nicht-störende Materialien enthalten, insbesondere solche, die gegenüber
den bei der Epoxydierung eingesetzten Ausgangsverbindungen und den dabei anfallenden Umsetzungsprodukten inert sind. Beispiele für diese zusätzlichen
Materialien sind Alkali- oder Erdalkalimetalle in geringen Mengen.
Es ist nicht wichtig, auf weiche Weise die Katalysatoren vor der erfindungsgemäßen Behandlung mit einem
Silylierungsmittel erhalten werden. Mar. kann z. B. einen
Cogel des Metallhydroxids und von Siliciumdioxid herstellen oder ein Gemisch aus einem anorganischen
festen siliciumdioxidhaltigen Material und einem Metalloxid calcinieren. Eine sehr zweckmäßige Methode
besteht jedoch in der Imprägnierung eines siliciumdioxidhaltigen Trägers mit einer geeigneten Metallionen
enthaltenden Lösung und Erhitzen des imprägnierten Trägers. Ein solches Verfahren, daß die Herstellung von
SiOj/TiOT-Katalysatoren betrifft, ist in einem älteren
Recht (deutsche Offenlegungsschrift 2102 597) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine anorganische,
feste, siliciumdioxidhaltige Substanz mit einer im wesentlichen nicht-wäßrigen Lösung einer Titanvei bindung
in einem nicht-basisch reagierenden, im wesentlichen inerten, sauerstoffsubstituierten Kohlenwasserstoff
als Lösungsmittel imprägniert und die imprägnierte und vom Lösungsmittel befreite Substanz wird
calcinierL Als sauerstoffsubstituierter Kohlenwasserstoff
wird dabei mit Vorteil ein hydroxy- oder oxosubstituierter Ci-e-Kohlen wasserstoff eingesetzt.
Als Titanverbindung wird zweckmäßig ein Titanhalogenid oder -alkoholat verwendet, während der Titangehalt
der organischen Lösung mit Vorteil 0,01 bis 1 Mol/Liter beträgt. Vor der Calcinierung werden bei diesem
Verfahren vorzugsweise mindestens 80 Gewichtsprozent des Lösungsmittels vom imprägnierten festen
Material abgetrennt.
Im Verfahren der Erfindung können als Silylierungsmittel
z. B. Organosilane, Organosilylamine oder Organosilazane verwendet werden. Bevorzugt als Silylierungsmittel
werden tetrasubstituierte Silane mit 1 bis 3 Kohlenwasserstoffsubstituenten, wie Chlortrimethylsilan,
Dichlordimethylsilan, Chlorbromdimethylsilan, Nitrotrimethylsilan,
Chlortriäthylsilan, Joddimethylbutylsilan oder Chlordimethylphenylsilan. Als Silylierungsmittel
besonders bevorzugt werden die tetrasubstituierten Silane, die als Substituenten mindestens ein Fluor-,
Chlor-, Brom- oder Jodalom sowie mindestens einen Ci-4-Kohlenwasserstoffrest aufweisen. Am meisten
bevorzugt werden dabei die tetrasubstituierten Silane, die als Substituenten 1 bis 3 Chlor-, Brom- oder
Jodatome und als Rest Methylgruppen aufweisen. Von diesen Verbindungen werden wiederum Dichlordimethylsilan
und insbesondere Chlortrimethylsilan bevorzugt.
Zur Durchführung der Silylierung wird der Metall/Si-Oxid-Katalysator,
z. B. ein TiOz-auf-SiOj-Katalysator, wie erwähnt, bei erhöhten Temperaturen mit dem
Silylierungsmittel behandelt. Zu diesem Zweck werden die Katalysatorteilchen z. B. mit dem Sicherungsmittel
in flüssigem Zustand vermischt und das Gemisch wird erhitzt. Man kann die Katalysatorteilchen jedoch auch
zuerst erhitzen und anschließend mit einem heißen Strom des dampfförmigen Silylierungsmittels in Berührung
bringen. Die Silylierung kann diskontinuierlich, halbkontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt
werden. Unabhängig von der angewendeten Methode werden die besten Ergebnisse im Temperaturbereich
von 200 bis 450"C. insbesondere von 300 bis 425" C
erzielt. Am meisten bevorzugt werden Temperaturen von 375 bis 410°C, da die in diesem Temperaturbereich
hergestellten Katalysatoren die höchste Selektivität bei der Epoxydierung gewährleisten. Man kann die
Silylierung auch bei niedrigeren Temperaturen, wie von 125 bis 200° C, durchführen. Dabei werden jedoch
weniger günstige Ergebnisse erzielt
Die zur Reaktion des Silylierungsmittels mit der
Katalysatoroberfläche erforderliche Zeitspanne hängt von der jeweils angewendeten Temperatur ab. Bei
niedrigeren Temperaturen werden längere Reaktionszeiten benötigt Bei 325° C sind z. B. Reaktionszeiten
von 10 bis 48 Stunden, bei 450°C von 1 bis 5 Stunden geeignet.
Die im Verfahren der Erfindung benötigte Menge des Silylierungsmittels liegt innerhalb eines breiten Bereichs.
Bevorzugt werden Silylierungsmittelanteile von 1 bis 75 Gewichtsprozent, insbesondere von 2 bis 50
Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf den gesamten Katalysator. Man kann den Katalysator in einer oder
mehreren Stufen mit dem Süylierungsmittel behandeln.
Aus wirtschaftlichen Gründen wird eine einstufige Behandlung bevorzugt
Es wurde gefunden, daß das Verfahren der Erfindung häufig die besten Ergebnisse liefert, wenn man den
Metall/Si-Oxid-Katalysator vor der Silylierung hydratisiert.
Zu diesem Zweck wird der Katalysator mit Wasser behandelt und anschließend erhitzt oder bei erhöhten
Temperaturen, vorzugsweise oberhalb 100°C, insbesondere
von 150 bis 400°C, mit Wasserdampf behandelt.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Katalysatoren
zur Herstellung von Oxiranen durch Epjxydierung von Oiefinen mit Hydroperoxiden.
Es ist nicht vollständig aufgeklärt, welcher genaue katalytische Mechanismus bei der Epoxydierung in
Gegenwart der erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren eine Rolle spielt bzw. von welcher Art die durch
die Silylierung des Katalysators erzielte Verbesserung ist. Eine spezielle theoretische Deutung des erfindungsgemäßen
Effekts kann somit nicht gegeben werden. Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß die vorgenannte
Verbesserung durch den hydrophoben Charakter, der den Metall/Si-Oxid-Katalysatoren durch die Silylierung
verliehen wird, zumindest mit verursacht wird. Das Süylierungsmittel reagiert offensichtlich mit aktiven
Wasserstoffatomen, d. h. sauren Br0nsted-Stellen an der Katalysatoroberfläche, die es durch Organosiliciumgruppen
ersetzt.
Die Epoxydierung in Gegenwart der erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren wird im allgemeinen in
flüssiger Phase unter Verwendung von Lösungs- und/oder Verdünnungsmitteln durchgeführt, welche bei
der Reaktionstemperatur und dem entsprechenden Druck flüssig sowie gegenüber den Ausgangsverbindungen
und Umsetzungsprodukten im wesentlichen inert sind. Die Gegenwart reaktiver Substanzen, wie von
Wasser, wird bei der Epoxydierung zweckmäßig vermieden. Ein wesentlicher Teil der Lösungsmittel
kann dabei aus jenen Verbindungen bestehen, die in Form der Hydroperoxidlösung eingesetzt werden. Als
zusätzliche Lösungsmittel werden Vorzugsweise einkernige
aromatische Verbindungen, wie Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Brombenzol oder o-Dichlorbenzol, oder
Alkane, wie Octan. Dekan oder Dodekan, verwendet. Man kann jedoch auch einen überschüssigen Anteil des
eingesetzten Olefins als Lösungsmittel gemeinsam mit dein Hydroperoxid-Lösungsmittel einsetzen, so daß
keine zusätzlichen Lösungsmittel benötigt werden. In den meisten Fällen wird jedoch ein zusätzliches
Lösungsmittel verwendet. Die Gesamtlösungsmittelmenge kann bis 20 Mol/Mol Hydroperoxid betragen.
-> Die Epoxydierung erfolgt im allgemeinen bei mäßigen Temperaturen und Drücken. Vorzugsweise wird bei Temperaturen von 0 bis 200°C, insbesondere von 25 bis 200°C, gearbeitet. Es ist nicht wichtig, oei welchem genauen Druck die Epoxydierung durchge-
-> Die Epoxydierung erfolgt im allgemeinen bei mäßigen Temperaturen und Drücken. Vorzugsweise wird bei Temperaturen von 0 bis 200°C, insbesondere von 25 bis 200°C, gearbeitet. Es ist nicht wichtig, oei welchem genauen Druck die Epoxydierung durchge-
Ki führt wird. Der Druck muß lediglich dazu ausreichen,
das Reaktionsgemisch in flüssigem Zustand zu halten. Zu diesem Zweck kann Atmosphärendruck genügen. Im
allgemeinen können bei der Epoxydierung Drücke von 1 bis 100 Atmosphären angewendet werden.
ι) Wenn die Umsetzung beendet ist, kann man das die
gewünschten Produkte enthaltende flüssige Gemisch leicht vom festen Katalysator abtrennen. Mann kann
das flüssige Gemisch nach jeder beliebigen herkömmlichen Methode aufarbeiten, z. B. durch fraktionierende
2(i Destillation, selektive Extraktion oder Filtration. Das
Lösungsmittel, der Katalysator sowie nicht-umgeseutes Olefin oder Hydroperoxid können zurückgeführt
und im Verfahren wieder eingesetzt werden. Der Katalysator kann bei der Epoxydierung mit Vorteil in
j) Form einer Aufschlämmung, eines Fließbett:, oder einer
Wirbelschicht eingesetzt werden. Beim Arbeiten im großtechnischen Maßstab wird jedoch ein Katalysatorfestbett
bevorzugt. Man kann die Epoxydierung diskontinuierlich, halbkontinuierlich oder kontinuierlich
in durchführen. Das flüssige Gemisch, das die Ausgangsverbindungen
enthält, kann im letzteren Falle durch das Katalysatorbett geleitet werden, so daß der Abstrom
aus der Reaktionszone vollständig oder nahezu vollständig katalysatorfrei ist.
j-, Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten
bzw. silylierten Katalysatoren werden im allgemeinen lediglich in sogenannten »katalytischen« Anteilen
eingesetzt. Es können im Prinzip Katalysatoranteile von 0,01 bis 200 Gewichtsprozent, bezogen auf das
organische Hydroperoxid, eingesetzt werden. Entsprechende Anteile von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent werden
bevorzugt.
Das Molverhältnis Olefin/Hydroperoxid bei der Epoxydierung kann innerhalb eines breiten Bereichs
4) liegen. Man kann das Olefin oder das Hydroperoxid in
einem bis lOOfachen molaren Überschuß einsetzen. Vorzugsweise werden jedoch Molverhältnisse Olefin/
Hydroperoxid von 50 :1 bis 1:10, insbesondere von 20 : 1 bis 1 : 1,speziell von 20 :1 bis 2 : !,angewendet.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
A) 300 g eines im Handel erhältlichen Kieselglas mit
einer durchschnittlichen spezifischen Oberfläche von j40 m2/g und einem Porenvolumen von 1,15 crnVg wird
mit einer Lösung von 18 g Titantetrachlorid in 350 ml Methanol imprägniert Das imprägnierte Kieselgel wird
dann bei 100° C getrocknet und anschließend 2 Stunden
bei 800° C calciniert. 200 g des calcinierten TiO2ASiO2
werden anschließend durch Behandeln mit Wasser während 10 Stunden hydratisiert Es wird angenommen,
daß die Anzahl der Silänölgruppen
— Si —Ο —Η
auf der Katalysatoroberfläche dadurch erhöht wird. Der
Katalysator wird dann 15 Stunden bei Temperaturen
von 325 bis 350 C mit 50 ml Chlortriniethylsilan in
Dampfform behandelt. Diese Silylieriingsbehandlung wird zweimal wiederholt.
/u Vergleichszweckcn wird das vorgenannte Verfahren
wiederholt, wobei jedoch auf die Sicherung des Katalysators verzichtet wird.
Sowohl der silylierte als auch der nicht-silylierte
Katalysator besitzt einen Titangehalt von 1.5 Gewichtsprozent. Der silylierte Katalysator besitzt jedoch eine
h· drophobe Natur, während der nicht-silylierte Katalysator hydrophil ist.
B) Der siMierte und der nicht-sily lierte TiO.- SiO-Kaialysaio;·
um (Λ) werden auf ihre Eignung fur die ()lefinepowdiening geprüft.
Bei jedem Versuch wird Ig des betreffenden
Katalysators in einem 100 ml Glasreaktor 1 Stunde bei
iOO C mn 17 gOcten-l und 28.6 g einer I2gcwichtsprozentigen
Lösung um -\thylbenzolhydropero\id in
■vmv inen/in koritaktien. Die Ergebnisse situi aus
tabelle I ersichtlich.
l.ihjll,- I
k ■ - ■:,■■
k ■ - ■:,■■
wird analog der unter (Λ) beschriebenen Methode hergestellt. Zur Imprägnierung wird jedoch eine Lösung
\oii 12 g Titantetrachlorid und 16.1 g Calciumnitrathe-
\ahydrat in 400 ml wasserfreiem Methanol verwendet, und nach der Caleinierung wird keine weitere
Behandlung vorgenommen. Der Propylen-F.poxyclierungsversuch
wird in einem Röhrenreaktor (Durchmesscr = etwa 13mm. Länge = etwa 75cm) unter Verwendung
eines Katalysatorfestbetts durchgeführt. Es wird ein Reaktionsgemisch, das pro Mol Äthylbenzolhydroperoxid
(in Äthylbenzol) 6 Mol Propylen enthält, kontinuierlich mit einer so bemessenen Geschwindigkeit
in den Reaktor eingespeist, daß die Verweilzeil etwa 30 Minuten beträgt. Der Reaktor wird be; einem
Druck von etwa 43 Atmosphären und den in "Tabelle III
angegebenen Temperaturen gehalten. Aus Tabelle III sind ferner die Versuchsergebnisse ersichtlich.
I pnvl· Selektiv it.it. Mnlprii/eiil |
\ urlieriieluMule kontinuierliche Ski i.tdditn ι |
I enipe- r.itur. ( |
llvdriiperiixul- I mu.md- lunj!sj!r.ul. M'.lprn/ent |
I'riipv leiiiixid- Selekln it.it. M111 ρ π ι / e η ι |
|
Ihilmperi'Md- [ IllU .l!llilli IlL'·'- |
Si." 94 * |
I7II 215 4(10 |
9(1 9(1 i)7 |
96.2 94.9 9" |
|
Sd.11 S< h |
.-(HI 5(i3 |
1 III | 98 99.6 |
89.2 91.6 88 |
|
8" Mi. 2 |
!.- i . .-!vliert
Vr dem silvherten Katalysator wird somit eine
deutlich π.'here Epovd SeiektiMt.it erzielt als mit dem
nii_ht-sih lierten K.it.i'vsator.
C) Es w -J Pr.'Pslen in einem Rohrenreaktor
(Inne-iiii-.iüies^er - ;.'i^ cm: Lä-ige-etwa 30.8 cm).
ii-e" 2" ι; '.!es sii>
■ ic·-·ei": TiO- SiO.-K.üa'vsators von (A)
τ ( ■ .r:Ti eine1 ( estrettes enthalt, mi· Athy Ibenzolhy-Jr.
.pe'ox c! ep-'X'.iiier' Zu diesem Zwev.k w.rd ein aus h
\l· · Propylen Mni Athyibenzolhydroperoxid (in l"orm
einer I .os .-,j :■- .\-l··.ihc-izo!) bestehendes Reakiionsger^sch
<■ - · i ni.!^--.1 ■.'-. nut einer Ehssigkeiisraumge-
-chw :rC: t'-.ci· ■■ ■·- 2 ml ml Katalysator ■ h in den
Ka\:;ν>.!·<··- e;ηs.respe·s'. Der Reaktor wird dabei hei den
.:". Tare ·_■ Il ,!"ijegePene", Temperaturen sowie einem
D-;.<>. ·..·:- ·.·:w.· 32.e Atmosphären gehalten. Tabelle Il
/et' fi'rer die aus eiPe" Ar.aKse des Produktgemnches
A) f!s w erden zw ei silylierte TiO. SiO - Katalv satoren
hergestellt. Zunächst werden gemäß Beispiel I (A) zwei
350 g-Proben eines calcinieren, nicht-silvlierten. 1.5
Cjevvichtsprozent Ti enthaltenden Katalysators hergestellt.
Diese Katalysatorproben werden dann jeweils nv
Wasser hydratisiert und 15 Stunden mit 50g Chlortriniethylsilan
behandelt. Der er^te Katalysator wird einmal bei Temperaturen \<>v nur 355 bis 37 5 C der
zweite Katalysator einmal bei Temperaturen von 3tv5 bis 390" C silyiiert.
B) Die silylierten Katalysatoren von (A) werden
wiederholt auf ihre Eignung zur Olefinepoxydierung
gemäß dein d:skoni:nuierlichen Test von Beispiel 1 (B)
(Epoxydierung von Octert-! mit A;hylbenzolh\dropero\id)
geprüft. Die Ergebnisse μγκ! aus Tabelle l\
ersichtlich.
clic Ii
lamelle |\"
93
ilvdrnperoxid-I
rnwand-
Mnipro/cnt
Pro-;. ier,.ix!(
Selektivität.
Selektivität.
M^irro/en!
9h
9"
9"
95
92
91
92
91
D) Zu Vergleich«·*ecken wird ein Versuch mti einem
r::ch--s:i>:ierten Katalysa-or durchgeführt, der 1 Ge-
-'■ ::h:sprozen: Titan-auf-SiO; aufweist und zusätzlich 0.5
Gewichtsorozent Calcium enthält. Dieser Katalvsator
Hvdropernxid- F.poxid-I
m«jnd!ung<- Selektivita;,
grjd. Mo!pro7cnl
Bei 355 bis 3"5 C
silylierter Katalysator
silylierter Katalysator
Bei 365 bis 390 C
silviierter Katalysator
Nichl-silylierter
Kaiaivsator*)
silviierter Katalysator
Nichl-silylierter
Kaiaivsator*)
llerge^ieüi gerrüB Beispiel I. ;ed<>th
eine- Dr.:ckgj--;-om- »jnrend der C ^
eine- Dr.:ckgj--;-om- »jnrend der C ^
95-96 | 91-92 |
9"-98 | 93-94 |
94-96 | "9-81 |
C) Die beiden Katalysatoren werden auch gemäß Beispiel I (C) auf ihre Eignung zur kontinuierlichen
Epoxydierung von Propylen geprüft. Die Versuchsbedingungen line1 Ausgangsmaterialien entsprechen dabei
Beispiel I (C). Nach 500 Stunden bei 95"C wird mit beiden Katalysatoren eine Propylenoxid-Selekiivitat
von 95 bis 96 Molprozent sowie ein Hydroperoxid-Umw:'"dlungsgrad
von 95 bis 96 Molprozent erzielt.
A) 40 g des Kieselgels von Beispiel I ,'A) werden mit
einer Lösung von 1.6 g Titantetrachlorid in 50 ml Wasser, das 5 g Oxalsäure enthalt, imprägniert. Das
imprägnierte Kieselgel w ird dann bei 100'C getrockne!
und anschließend 2 Stunden bei 800"C calciniert. Man
erhält einen TiO;/SiO:-Katal\sator.
S) g des Katalysators werden anschließend 13
Stunden bei Temperaturen von .325 bis 350'C mit 20 ml
Chiortrimethvlsilan in Dampfl'orm behandelt. Die
SiKlieriine wird zweimal wiederholt.
Der Katalysator enthält ebenso wie ein analog hergestellter, jedoch nieht-silyherler Katalysator I
Gewichtsprozent Titan. Der silylicrtc Katalysator besitzt eine hydrophobe, der mcht-silvlierlc Katalysator
eine hydrophile Natur.
B) Die beiden Katalysatoren werden auf ihre Eignung zur Epoxydierung von Propylen mit Äihylcnbenzolhydroperoxid
geprüft. Die Epoxydierung wird in einem Röhrenreaktor (Innendurchmesser = etwa 1.09 cm. Länge=
etwa 50.8 cm), der 20 g des silylierten bzw. nicht-silylierten SiCVTiOrKatalysators von (A) enthält,
unter Verwendung eines lestbettes durchgeführt. Dabei wird der Reaktor jeweils kontinuierlich mit einem
Ausgangsgemisch beschickt, this 6 Mol Propylen/Mol
Äthylbenzolhydroperoxid (in Äthylbenzol) enthält. Der
Reaktor wird bei einem Druck von etwa 32,h
Atmosphären und bei den in Tabelle V angegebenen Temperaturen gehalten. Die Beschickungsgesclnundigkeit
wird so geregelt, daß die Verweiizeit 24 Minuten
beträgt. Tabelle V zeigt ferner die Ergebnisse.
Libelle V | Vorhergehende kontinuierliche \ ersiichsdauer. Std. (additi\) |
Tempe ratur. ( |
llwlroperoxid- I mwamlhmgs- gr.id. M'ilpro/en! |
l'ropylenoxid- SelektiMt.il. Mnlpro/enl |
500 | 90 | 95-97 | 89 - 93 | |
Silvlierter Katalvsator | 250 | 90 | 95-96 | 85- S"1 |
Nicht-silylierter Katalvsator |
||||
C) Der silylierte Katalysator von (A) wird auf seine Eignung für die Epoxydierung von Octen-1 geprüft. Zu
diesem Zweck werden 1 g des Katalysators in einem 100 m! fassenden Glasreaktor mit einem Gemisch aus
36.5 g Octen-I und 4.5 g 98prozentigem tert.-Butylhydroperoxid
in Berührung gebracht. Die Reaktionstemperatur beträgt 101 bis 103:C. Nach 1 Stunde sind 73
Molprozent des Hydroperoxids umgewandelt (Selektivität zu Octenoxid^99 Molprozent). Nach 3 Stunden
beträgt der Hydroperoxid-Umwandlungsgrad 90 Molprozent (Selektivität zu Octenoxid ebenfalls 99 Molprozent).
A) Es werden zunächst 300 g eines calcinierten, nicht-silylierten. 1,5 Gewichtsprozent Titan enthaltenden
Katalysators gemäß Beispiel 1 (A) hergestellt. 250 g dieses Katalysators werden dann 10 Stunden bei 350cC
mit 50 ml Dichlormethylsilan bzw. Monochlortrimethylsilan
in Dampfform behandelt.
B) Der silylierte und der nicht-silylierte Katalysator
von (A) werden miteinander an Hand eines Olefin-Epoxydierungstests
verglichen. Bei jedem Test werden 1 g des betreffenden Katalysators in einem 100 ml fassenden
Glasreaktor mit einem Gemisch aus 17 g Octen-1 und 28.6 g einer 12gewichtsprozentigen Lösung von
Äthylbenzolhydroperoxid in Äthylbenzol behandelt. Der Versuch wird innerhalb ϊ Stunde bei 100~C
durchgeführt Die Ergebnisse sind aus Tabelle VI ersichtlich.
Katalysator | Hydmpernxid- | I-poxid- |
Itnuandlungs- | SelektUilät. | |
grad. | Molpriver ι | |
Molprozent | ||
Nicht-silylierter | 95 | 79 |
Katalysator | ||
Mit Dichlordimethyl- | 87 | 89 |
silan silvlierter Kata | ||
lysator | ||
Mit Monochlortri- | 95 | 91 |
methylsilan silvlierter | ||
Katalvsator |
Es wird ein calcinierter. nicht-silylierter Katalysator,
welcher Titan und zusätzlich Calcium enthält, gemäß Beispiel 1 (D) hergestellt Der Titangehalt des
Katalysators beträgt wiederum 1 Gewichtsprozent. während der Calciumgehalt Oj Gewichtsprozent
beträgt.
Ein Teil dieses Katalysators wird bei Temperaturen von 360 bis 390° C mit Trimethylchiorsilan silyliert.
Proben des silylierten bzw. nicht-silylierten Katalysators werden dem diskontinuierlichen Epoxydieningstest
von Beispie! 1 (B) unterworfen. Der siiylierte Katalysator
ergibt eine Selektivität zu Propylenoxid von 91 Molprozent bei einem Umwandlungsgrad von 78
Molpro/.L'iit, während der niehi-silslierte Katalysator
eine entsprechende Selektivitiit von Hb Molpro/ent bei
einem I Imwandltingsgrad von 83 Molpro/.cnl ergibt.
V.s wird ein 1,5 Ciewichtspro/ent Ti-auf-SiOj-Katalysator
hcrgeslellt, indem man ein saures Kieselhydrogcl mit einer Titans«1 '.lösung versetzt, dem Gemisch eine
Base /uset/t, das Produkt trocknet und calcinierl.
I.ine Probe dieses katalysator* wird 2 Stunden bei
Temperaturen von 60 ^is 70"C! mit einer Lösung von
Trimethylchlorsilan in Benzol behandelt und anschließend
2 Stunden beH50"C getrocknet.
p.|ne Ejnze|probe des silyliertcn Katalysators wird
dann wiederholt bei der diskontinuierlichen Kpoxydierung
von Octen-I mit Äthylben/olhydroperoxid gemäß Beispiel 1 (B) eingesetzt. Die Ergebnisse sind aus Tabelle
VII ersichtlich.
raheile VII | ll>(lmpern\id | M! IMlI. | l-.poxul- |
K-M-N, | 1 imvjnilluni! | SoIeK Ii vil-it. | |
Mnlprn/eni | Molprci/onl | ||
<>S | 85 | ||
I | 1M | 1H | |
2 | no | v4 | |
3 | Sl | ()4 | |
4 | 73 | 1M | |
S | ft4 | ()7 | |
ft | |||
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von festen, eine anorganische Siücium-Sauerstoffverbindung und ein
Metalloxid und/oder Hydroxid von Ti, Mo, V, Zr oder B enthaltenden Katalysatoren, dadurch
gekennzeichnet, daß man entsprechend zusammengesetzte Katalysatoren bei erhöhten Temperaturen
bis 4500C mit einem organischen Silylierungsmittel
behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Behandlung mit einem Silylierungsmittel bei Temperaturen von 200 bis
450° C, vorzugsweise von 300 bis 425° C, insbesondere
von 375 bis 4100C, durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Silylierungsmittelanteil
von I bis 75 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 50 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf den
gesamten Katalysator, einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Behandlung mit
dem Silylierungsmittel eine Hydratisierungsbehandlung durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Katalysatoren zur Hydratisierung
entweder
a) mit Wasser behandelt und anschließend erhitzt oder
b) bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise oberhalb 1000C, insbesondere bei Temperaturen
von 150 bis 4000C, mit Wasserdampf behandelt.
6. Verwendung der gemäß Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 hergestellten Katalysatoren zur
Herstellung von Oxiranen durch Epoxydierung von Olefinen mit Hydroperoxiden.
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