JP2001514962A - 多孔質担体に担持されたナノサイズの金属粒子より成る触媒、特にエチレンと酢酸とからの気相酸化反応で酢酸ビニルを得るための触媒の製造方法 - Google Patents

多孔質担体に担持されたナノサイズの金属粒子より成る触媒、特にエチレンと酢酸とからの気相酸化反応で酢酸ビニルを得るための触媒の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質担体に担持されたナノサイズの金属粒子より成る触媒、特にエチレンと酢酸とからの気相酸化反応で酢酸ビニルを得るための触媒の製造方法の提供 【解決手段】 元素の周期律表のIbおよび VIIb族の遷移元素群の金属から選択される1 種類以上の金属を多孔質担体粒子上に有する触媒を製造する方法において、第一段階で、周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素の金属の化合物よりなる化合物群から選択される1種類以上の前駆体を多孔質担体に適用し;そして第二段階で、少なくとも1種類の前駆体が適用された多孔質担体を少なくとも1種類の還元剤で処理して担体の多孔質の孔中でその場で造られるナノ金属粒子を得る;ことを特徴とする上記方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、元素の周期律表のIbおよび VIIb族の遷移元素群の金属から選択
される1 種類以上の金属を多孔質担体粒子上に有する触媒を製造する方法に関す
る。この場合、完成触媒中の金属はナノサイズの粒子として存在している。特に
本発明はこの方法に従って多孔質の、好ましくはナノサイズの多孔質の担体の被
覆触媒(coated catalyst) の製法にも関する。
【0002】
【従来の技術】
触媒、好ましくは被覆触媒は水素化反応および酸化反応の様な沢山の不均一接
触反応に使用することができる。中でもPd/Au−被覆触媒はエチレンと酢酸
との気相酸化で酢酸ビニルを得る触媒に極めて適している。この場合に触媒活性
金属は担体の上にシェル状にかまたは担体の最も外側の層中に付着されている。
これらの一部は担体に金属塩をその表面付近の領域に浸透させそして次にアルカ
リによって水不溶性のPd/Au−化合物を生成して析出させることによって製
造される。
【0003】 英国特許出願公開第1,283,737号明細書には、担体をアルカリ溶液に
予めに含浸処理しそして25〜90%濃度の水またはアルコールで飽和させるこ
とによって貴金属被覆触媒を製造することを開示している。次のPd−塩での含
浸処理および析出した塩から金属への還元によって被覆触媒を得ている。この場
合の貴金属の侵入深さは粒子径の50%までだそうである。
【0004】 米国特許第3,775,342号明細書および同第3,822,308号明細
書によると被覆触媒は、担体をPd/Au−塩の溶液で含浸処理しそして水性塩
基溶液、好ましくはNaOH溶液を含浸させてペレットのシェル様の表面領域に
不溶性のPd−およびAu−水酸化物が生じさせる。この様にしてシェル状部に
固着される水酸化物は次いで金属に還元される。
【0005】 英国特許出願公開第1,521,652号明細書は、比較可能な方法(Pd−
Au−塩での予備含浸処理、乾燥、塩基での析出、還元)によって卵白状の被覆
触媒、即ち球状のSiO2 −担体の内部環状部だけに貴金属を含有しており、内
核部および薄い外側被覆に貴金属が殆ど存在しない触媒が得られることを開示し
ている。
【0006】 米国特許第4,048,096号明細書はPd/Au−塩で予備含浸処理され
た担体にNaOHの代わりに珪酸ナトリウムで水不溶性のPd−およびAu−化
合物を析出させることを教示している。この場合の被覆層の厚さは0.5mmよ
り薄い。
【0007】 米国特許第5,567,839号明細書はPd/Au−塩で予備含浸処理され
た担体にNaOHの代わりに水酸化バリウムで水不溶性のPd−およびAu−化
合物を析出させている。この皮膜の厚さは1mmである。更にこの触媒は酢酸バ
リウムを微量含有している。
【0008】 ヨーロッパ特許出願公開(A)第519,435号明細書からはPd/Au/
K−またはPd/Cd/K−被覆触媒の製法が公知である。この場合には特別な
担体材料を含浸処理前に酸で洗浄しそして含浸処理後に塩基で処理している。
【0009】 米国特許第5,314,858号明細書には、貴金属をNaOHを用いる別々
の二度の沈殿処理段階によって外側被覆中に二重固定することが論じられている
【0010】 国際特許出願公開(A)第94/08714号公報はPd−Au−塩で含浸処
理した担体を固定段階の間に、即ちアルカリ性固定溶液(NaOH)中に浸漬し
て回転運動させることによって特に均一な被覆を得ている。
【0011】 ヨーロッパ特許出願公開(A)第723,810号明細書には、担体を金属塩
溶液で予備処理(浸漬)することによってAl、Zr、Tiで特別に微量混入さ
れた担体を製造している。次いでこの担体は上述の塩基での析出処理のためにP
d/Au/K−被覆触媒の製造に使用される。
【0012】 米国特許第5,347、046明細書には、アルカリ金属水酸化物およびアル
カリ金属珪酸塩で予備処理されSiO2 −担体上でPd/Au−系で促進剤とし
てCu、Ni、Co、Fe、Mn、Pb、Agを使用することが開示されている
【0013】 被覆触媒を製造する別の方法は金属で予備核形成させそして次に所定の量の貴
金属を析出させることを本質としている。
【0014】 特開昭48−10135号公報にはPd/Au−被覆触媒の製法が開示されて
いる。この場合には予備処理段階で僅かな量の還元金属(金)を多孔質担体上に
析出させている。続く含浸処理によってPdを粒子径の約15%の厚さの表面域
に析出させる。
【0015】 米国特許第4,087,622号明細書は、多孔質のSiO2 −またはAl2 3 −担体をPd/Au−塩溶液で含浸処理し、乾燥しそして次にPd/Au−
塩を金属に還元する様にして、僅かな濃度の(還元された)Pd/Au−金属核
で予備核形成することによる核形成触媒の製造方法が教示されている。この予備
核形成段階は触媒に必要な量の貴金属を析出させることによって行なわれる。即
ちその主要量は表面近傍の被覆部に濃縮される。
【0016】 ”不足活用技術”の色々な変法を使用することによって同様に被覆触媒が得ら
れる: − 多重析出処理と組合せて沈殿剤、例えばNaOHを不足させる − 浸漬溶液を不足させる(該溶液が担体の空隙容積より少ない) − 貴金属を吸着させる間の接触時間を制限する − 多重浸漬処理と組合せ(各浸漬処理段階当りの)貴金属濃度を不足させる;
および − 上記の各変法の組合せ ヨーロッパ特許出願公開(A)第565,952号明細書には、触媒構成金属
の塩の溶液を超音波で噴霧化し、次いで、触媒作用金属塩が担体粒子の核にまで
浸入することができないがいわゆる被覆物の多かれ少なかれ大部分に侵入する様
に制限された量でそしてその様に制限された時間の間に担体粒子に適用しそして
それの乾燥を開始した場合に、シェル状に構成されたPd/K/Au−、Pd/
K/Ba−あるいはPd/K/Cd−触媒が得られることが開示されている。
【0017】 ヨーロッパ特許出願公開(A)第634,214号明細書によれば、相応する
金属塩の粘性溶液を担体粒子の上に小液滴または噴霧液の状態で吹き付け、その
際にそれぞれの噴霧処理の際の溶液容積が担体粒子の空隙容積の5〜80%であ
りそして吹き付け直後に乾燥を開始することによって、被覆触媒が得られる。
【0018】 ヨーロッパ特許出願公開(A)第634,209号明細書では、担体粒子を相
応する金属塩の粘性溶液に浸漬し、その際にそれぞれの浸漬段階での溶液容積が
担体粒子の空隙容積の5〜80%でありそして各浸漬直後に乾燥を開始すること
によって、被覆触媒が得られる。
【0019】 ヨーロッパ特許出願公開(A)第634,208号明細書に従って、相応する
元素の塩の粘性溶液で担体粒子を浸漬処理しそして乾燥し、その際に浸漬の際の
溶液容積が担体粒子の空隙容積の80%より多くそして浸漬期間並びに乾燥開始
までの時間を、乾燥終了後に担体粒子の空隙溶液の5〜80%の被覆が上述の金
属塩を含有する様に短く選択することによって被覆触媒が得られる。
【0020】 米国特許第5,576,457号明細書は、Zrおよび/またはReが微量混
入されているPd/Cd/K−被覆触媒に関し、この場合には被覆はヨーロッパ
特許出願公開(A)第634,208号明細書、同第634,209号明細書ま
たは同第634,214号明細書に従って製造することができる。
【0021】 米国特許第5,591,688号明細書には、“シリカ”、“アルミナ”また
は“ジルコニア”にPd−Ba、Au,La,Nb,Ce,Zn,Pb,Ca,
Sr,Sbを担持した流動床用VAM−触媒(VAM=酢酸ビニル)が開示され
ており、この場合にはハロゲン化物不含の前駆体が使用されている。
【0022】 米国特許第5,536,693号明細書には、Pd−Au、Cd、Bi、Cu
、Mn、Fe、Co、Ce、Uより成る流動床用VAM−触媒が開示されている
。これはPd−Mで予備含浸処理した固定床触媒前駆体を粉砕しそして“シリカ
”、“アルミナ”、“ジルコニア”、“チタニア”より成るバインダーと配合す
ることによって製造される。
【0023】 溶液中で貴金属のナノサイズの微粒子を製造し安定化することは既に従来技術
に属している。かゝる溶液についての他の周知の表現はゾルまたはコロイドであ
る。総括的な概観はG.Schmid,“Cluster and Collo
ids”,From Theory to Applicants,VCH ワ
インハイム、1994に掲載されている。
【0024】 安定なゾルは、ナノサイズの微粒子を被覆しそしてそのナノサイズ微粒子の凝
集を阻止する安定剤の存在下に金属塩溶液を還元剤で還元することによって製造
される。
【0025】 還元剤および安定剤を適当に選択した場合には狭い粒度分布を有する単一モー
ドのゾルを製造することができる。得られる粒度は<200nmの範囲で変動す
る。
【0026】 同様に水溶液よりなるゾルを担体に塗布するためのゾル浸漬技術も公知である
【0027】 例えばドイツ特許出願公開(A)第19,500,366号明細書には、Pd
を高希釈ゾルとして担体を浸漬または担体に吹き付けることによって塗布し、そ
の際に厚さが5μmより薄い被覆物を得る、水素化反応用Pd−被覆触媒の製法
が開示されている。
【0028】 この薄い被覆厚さは多くの水素化反応にとって臨界的なものではないが、非常
に少ない貴金属含有量が活性損失もたらすので、他の反応、例えばVAM−合成
のためには問題が生ずる恐れがある。ここでは十分に多い貴金属量を取り得る5
〜1000μmの範囲の被覆が望ましい。VAM−触媒の場合にはPd−含有量
は1重量%の範囲内であり、従って水素化触媒(0.05〜0.5重量%)に比
較して非常に多い。
【0029】 MichelおよびSchwartzは“Catalyst Prepara
tion Science IV" (編集者:Delmon、Grange、Jacobs、Poncelet
) 、Elsevier Science Publishers 、ニューヨーク、1987、第669 〜687 頁に3
種類のミクロ構造を有する単一分散Pd−Au−二元金属ナノ微粒子(Pd−核
部上にAu−被覆またはその逆の合金)の製法およびコロイド溶液から吸着する
ことによって炭素にそれを担持させることが開示されている。
【0030】 Schmid、West、Malm、Bovin、Grenthe(Chem
.Eur.J.,1996、2、No.9、第1099頁)は、コロイド状のP
d/Au−溶液中でTiO2 担体を浸漬被覆することによってヘキシンの水素化
反応用Pd/Au−触媒を製造している。
【0031】 ドイツ特許出願公開(A)第4,443,705号明細書には、単離可能であ
る高濃度の水溶性前駆体として界面活性剤で安定化した単一金属−および二元金
属コロイドの製法が開示されている。このコロイドは次いで水溶液から触媒担体
に吸着適用するのに使用される。
【0032】 ドイツ特許出願公開(A)第4,443,701号明細書には、これら金属の
単一金属−および二元金属コロイドの水溶液中で触媒活性金属を担体に適用する
ことによって得られる被覆触媒が開示されており、この場合にはコロイドを強い
親水性界面活性剤によって安定化している。
【0033】 ゾル浸漬技術は二段階法を基礎とし、即ち還元段階および場合によっては単離
−および精製段階の後でそれの担体固定段階によってゾルを製造している。多数
の段階を経るこの方法は比較的に多大な費用を必要とする。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、多孔質担体粒子に元素の周期律表の第IbおよびVIII
b族の遷移元素が属する金属群から選択される1種類以上の金属を有する触媒の
合理的な製造方法を提供することである。
【0035】 本発明の別の課題は、多大な費用を掛けずに実施できるゾル被覆された担持触
媒の製法を提供することである。
【0036】 本発明の他の課題は、得られる被覆の厚さが酢酸ビニルの製造(VAM−合成
)にも十分である、多孔質の、好ましくはナノ多孔質の担体の被覆触媒を製造す
る改善された方法を提供することでもある。
【0037】 更に本発明の課題はPd/Auをベースとする有効な選択性VAM−被覆触媒
を少ない加工段階にて速やかにかつ価格的に有利に製造しそしてその際に被覆厚
さを容易に調整することを可能とすることである。
【0038】
【課題を解決するために手段】
これらの課題および詳細には挙げてないが上述の従来技術の説明から誘導また
は推定される他の課題も請求項1の特徴部分に記載の構成要件を有する冒頭に記
載の種類の方法によって解決される。本発明の方法の有利な変法は請求項1に従
属する従属項形式の請求項によって保護されている。
【0039】 元素の周期律表のIbおよび VIIb族の遷移元素群の金属から選択される1 種
類以上の金属を多孔質担体粒子上に有する触媒を製造する方法において、 第一段階で、周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素の金属の化合物よりな
る化合物群から選択される1種類以上の前駆体を多孔質担体に適用し;そして 第二段階で、少なくとも1種類の前駆体が適用された多孔質担体を少なくとも1
種類の還元剤で処理して担体の多孔質の孔中でその場で造られるナノ金属粒子を
得る; ことによって、公知の方法を方法を実施する合理性および普遍的な実用性に関し
て並びに得られる方法生成物の品質に関して容易に予期できない程に改善する方
法が特に有利に提供される。
【0040】 本発明を実施する場合、公知の方法に比較して以下の沢山の長所が得られる: ○ 多大な費用の掛かるゾル浸漬技術(これを構成する各段階:ゾルの製造、担 体への付着、固定)の代わりに非常に簡単な僅かの段階しか有さない方法が利 用され、この方法ではゾルは担体の孔中でその場で還元によって製造される。
【0041】 この場合にはゾルの製造およびそれの担体への固定が従来技術から公知の方法 の場合よりも少ない段階数で同時に“ワンポット反応”で達成される。 ○ 慣習的には未だ必要とされる後続の還元段階を、本発明の方法では被覆構造 の形成および金属への還元が1つの段階で同時に行なわれるので省ける。 ○ 本発明の方法では、被覆の厚さを公知の技術の場合よりも要求に容易に合わ せることができる被覆触媒を簡単に得ることができる。 ○ 外側から担体の孔中へのゾルの拡散が機械的分級効果によっても妨害される 慣用のゾル浸漬技術の場合よりも、所望の場合には特により厚い被覆厚さが可 能である。 ○ 公知の技術に従う予備含浸処理の際の金属塩のシェル状付着物並びに例えば 減圧状態での乾燥の再の速やかな水の除去は本発明の還元法に加えて被覆物の 形成を促進するかまたは、所望の場合には被覆の厚さを更に減らすことを可能 とする。 ○ 更に本発明の方法によれば担体へのより多い貴金属負荷量が可能となり、後 処理段階が省略され、高希釈溶液での多大な費用の掛かる処理が回避される。
【0042】 ○ 本発明は非常に良好な均一性、本質的に単一モードの粒度分布および慣用の 方法技術に比較してより小さい粒度の触媒粒子を得ることを可能とする。 ○ 担体の明瞭に規定された孔構造の場合に、担体の孔の大きさによってコロイ ドの大きさをより正確に有利に調整することができるので、単一モード分布を より簡単に製造できる。 ○ 公知技術の場合には、ゾル中の不純物が比較的大きい粒度並びに粒子の凝集 をもたらす。これと反対に本発明の方法、即ちその場で製造する場合には、ゾ ルを製造するために必要な精巧で清潔な装置および溶剤(二度蒸留水)を完全 に省略できる。 ○ VAM−触媒の場合には、本発明はNaOHでの貴金属水酸化物の析出を含 む工業的方法に比較して還元段階によって製造過程で素晴らしく時間が節約さ れる(それ故に価格的にも節約される)。そうゆうわけて本発明によれば被覆 物を数分間で製造できるのに、NaOHでの上記析出には20時間以上の時間 が掛かる。 ○ 被覆触媒はできるだけ小さい粒度であり、粒度分布が均一でありそして厚い 被覆厚さが可能であるために、本発明の方法で得られる被覆触媒は高い活性、 選択性を発揮しそして良好な長期安定性を有している。
【0043】 担体系の表面領域の孔は本発明の場合には、場合によっては安定化されたコロ
イドをその場で合成するのための“微小反応器”として利用され、究極的乾燥の
後に微細分散ナノサイズ微粒子として担体上に固定される。
【0044】 それ故に本発明の方法での担体物質としては、適当なポロシティーを有し、ミ
クロ多孔質でも、ナノ多孔質でもまたはメソ多孔質でも良く、意図する用途目的
並びに製造方法の関係で実質的に不活性であるあらゆる多孔質材料がある。担体
材料の形は任意であり、用途目的に適合させることができる。
【0045】 有利な変法では本発明の方法は、粉末、シート状物、テープ状物、膜状物、棒
状物、板状物、タブレット状物、タイヤ状物、モノリス状物、球状物、チップ状
物、環状物、中実押出成形物、中空押出成形物、星状物または他の成形体の形の
二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、上述の化
合物の酸化物混合物、上述の化合物の混合酸化物および/または珪酸アルミニウ
ムよりなる不活性の多孔質の、好ましくはナノ多孔質の担体を使用することに特
徴がある。
【0046】 担体としては球状、タブレット状、環状、星状または他の成形体の形のSiO 2 、Al2 3 、SiO2 とAl2 3 との混合酸化物またはこれらの酸化物の
混合物を利用するのが特に有利である。
【0047】 担体粒子の直径あるいは長さおよび厚さは一般に3〜9mmである。担体の表
面積はBET−法で測定して一般に10〜500m2 /g、特に20〜250m 2 /gである。孔容積は一般に0.3〜1.2ml/gである。
【0048】 多孔質の、好ましくはナノ多孔質の酸化アルミニウム担体、例えば膜状、タブ
レット状、球状または粉末状のものが特に有利である。
【0049】 ここで特に有利なナノ多孔質担体材料自体はミクロ−またはメソ多孔質担体と
同様に自体公知である。
【0050】 例えばナノ多孔質の酸化アルミニウム担体膜は市販されている。即ちこのもの
は約1〜500nmの範囲内の孔幅および500μmまでの深さを有するナノサ
イズの孔を規則的な配置で有している。孔密度は一般に109 〜1012孔/cm 2 の範囲にある。
【0051】 多孔質のアノード性酸化物フィルムの構造、製法および性質に関する概観は,
J.W.Diggle等、“Chem.Rev.69、第365〜405頁(1
969)およびJ.P.Gullivan等、“Proceeding of
the Royal Society of London”,第317頁(1
970)、第51行以降に掲載されている。別の情報はC.A.Foss等、“
J.Phys.Chem.”(1994)、98、2963〜2971およびC
.K.Preston等,J.Phys.Chem.”(1993)、97、8
495〜8503に見られる。
【0052】 ナノ多孔質構造は原則として特に金属表面、特にアルミニウム表面を二−また
は三プロトン酸を含有する水溶液中でのアノード酸化にって生成し得る。
【0053】 ここで酸としては特に硫酸、蓚酸、燐酸およびクロム酸が適している。本発明
で使用する膜を製造するためのアルミニウムのアノード酸化は一般に低温、例え
ば0〜5℃で好ましくは電解質として硫酸または蓚酸の使用下に実施する。この
様にして厚く硬い多孔質フィルムが得られる。かゝるフィルムを製造する場合に
は、例えば高純度のアルミニウムより成る薄板が電気化学的セル中でアノードを
形成する。アノード形成は正確に電圧および電流を制御しながら進める。孔の直
径は電解質、温度およびアノード化電圧に左右され、電圧の増加に比例して直径
が増加し、電解質として硫酸を使用する場合のガイドラインは印加する電圧1V
当りの孔幅が1.2nmである。蓚酸を使用する場合には硫酸を使用する場合よ
りも厚いフィルムが得ることができる。アノード酸化の際に酸化されていないい
わゆるバリヤ側のアルミニウムを次いで公知の様に酸浴で溶解するかまたは切削
除去する(例えば米国特許第4,687,551号明細書参照)と、封鎖された
表面(バリヤ側)および開放側(開放孔側)表面を有するナノ多孔質Al2 3 膜を得る。孔の底部域まで膜を切削した場合、少なくとも開放孔側および半開放
孔(非常に小さい開放孔)側を有する膜が得られる。更に切削した場合には両側
に貫通する殆ど同じ幅の開放孔を持つ膜が得られる。場合によってはこの目的の
ために貫通孔をグリコール中で例えばKOHでエッチングすることによっても得
ることができる。この場合には膜のバリア側をエッチング浴と接触させる。
【0054】 本発明の方法では、周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素の金属の化合
物よりなる化合物群から選択される1種類以上の前駆体が多孔質担体に適用され
る。
【0055】 この場合、適用または付着は金属化合物を金属の状態にまたは合金の状態で担
体の上に固定できる限り、当業者に周知のあらゆる方法で行なうことができる。
なかでも気相からの析出は公知のCVD−技術によって行なうことができる。
【0056】 特に有利な変法はステッピング処理(steeping) 、噴霧処理、浸漬処理、含浸
処理、噴霧乾燥処理、ハイコーティング処理(hi-coating)または流動床コーティ
ング、特に含浸処理によって多孔質担体に1種類以上の貴金属化合物を適用する
ものである。
【0057】 担体への貴金属化合物の付着は1つまたは複数の順々の段階で行なうことがで
き、その際にそれぞれの固定段階の間に場合によっては乾燥段階を挟み込んでも
良い。
【0058】 担体上に場合によっては被覆物中で濃化されていてもよい活性金属としては、
周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素のあらゆる還元性金属、特にこれら
の内の全ての貴金属およびそれらの混合物が適している。
【0059】 本発明の方法の特に有利な変法では、銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、
ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、パラジウムおよび白金よりな
る群ら選択される金属の1種類以上の化合物を担体に適用する。
【0060】 これらの内でもPd、Au、Pt、Ag、Rh、Ru、Cu、Ir、Niおよ
び/またはCoの化合物が特に有利である。中でもPd、Au、Pt、Agおよ
び/またはRhの化合物が有利である。
【0061】 本発明の方法の別の有利な変法では、1種類以上のパラジウム化合物だけをま
たは1種類以上のパラジウム化合物を銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、ル
テニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金よりなる群から選択さ
れる金属の1種類以上の化合物と一緒に担体に適用するものである。
【0062】 極めて有利な変法は1種類以上のパラジウム化合物を1種類以上の金化合物と
一緒に担体に適用する工程を含むものである。
【0063】 本発明の方法の重要な手段は、少なくとも1種類の前駆体(活性金属の前駆体
化合物)を適用した多孔質担体に1種類以上の還元剤で処理することで担体の孔
中でその場で製造される金属ナノ粒子および/または合金粒子を得ることである
【0064】 還元剤としては、使用される金属化合物、好ましくは塩、特に好ましくはPd
−およびAu−塩を金属に還元する能力のあるあらゆる化合物が適している。
【0065】 特に有利な変法では、クエン酸塩、例えばクエン酸カリウム、クエン酸ナトリ
ウム、クエン酸アンモニウム;ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸ナ
トリウム、アルカリ金属硼化水素、例えばナトリウム硼化水素、カリウム硼化水
素;ガス状還元剤、例えば水素、一酸化炭素;ホルムアルデヒド、蟻酸塩、酢酸
塩、蓚酸塩、適当なスルファニレート、例えばヒドロキシメタンスルフィン酸ナ
トリウム;および一価または多価アルコール、例えばエタノール、エチレングリ
コール等を含む群から選択される1種類以上の還元剤を使用する。
【0066】 これらの内で特に有利なのは(アルカリ金属/アルカリ土類金属/アンモニウ
ムのクエン酸塩、蟻酸塩、酢酸塩、アルカリ金属硼化水素、蓚酸塩および適する
スルファニレートがある。
【0067】 本発明の有利な実施態様では還元剤としてクエン酸アンモニウム、クエン酸カ
リウムおよび/またはクエン酸ナトリウムが使用される。
【0068】 特に有利なのはクエン酸カリウムである。
【0069】 還元剤は一般に金属化合物を基準として化学量論量で、好ましくは僅かに過剰
量で使用される。その過剰量は例えば1.1〜2、特に好ましくは1.1〜1.
5モル当量である。
【0070】 本発明の方法は、還元反応を室温と150℃との間の温度でその場で実施する
様に行なうのが有利である。
【0071】 本発明の範囲において特に有利な変法では多孔質担体に金属化合物の溶液を使
用して適用し、例えば溶液中にステッピングまたは浸漬することによって含浸処
理する。
【0072】 原則としてこの溶液は水性または有機性溶剤に金属化合物を溶解した溶液であ
る。適用するために水溶液、有機溶剤またはそれらの混合物に溶解した溶液を使
用することができる。
【0073】 溶剤としては、選択される塩を溶解しそして含浸処理後に乾燥によって容易に
再び除くことができるあらゆる化合物がある。
【0074】 溶剤として水を使用するのが特に有利である。この場合、水の性質および純度
は余り重要ではない。脱イオン水、蒸留水または二度蒸留水を使用することがで
きる。同様に水道水もその中に存在する物質が触媒を製造する本発明の方法にマ
イナスの影響を及ぼさない限り使用することができる。
【0075】 有機溶剤の性質は溶解すべき金属化合物の性質次第で変更することができる。
【0076】 例えば酢酸塩の様な塩については中でも非置換のカルボン酸、特に酢酸が適し
ている。塩化物については中でも水が適している。
【0077】 塩が酢酸または水に十分に溶解しない場合には他の溶剤を追加的に使用するが
有利である。追加的溶剤としては、不活性でありそして酢酸あるいは水と混和す
るものが適している。酢酸のための添加物としてはケトン類、例えばアセトンお
よびアセチルアセトンが、更にエーテル類、例えばテトラヒドロフランまたはジ
オキサン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、またベンゼンの様な炭化水
素も挙げられる。
【0078】 更に有機溶剤としてメタノール、エタノール、エチレングリコール、N−メチ
ルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよび/またはテ
トラヒドロフランまたはこれらの物質と水との混合物を有利に使用することがで
きる。
【0079】 貴金属の化合物は前駆体として、即ち、還元によって金属に転化できる金属の
化合物として役立つ。これらはイオン性および非イオン性化合物でもよい。
【0080】 前駆体として使用される最も有利な化合物は塩である。
【0081】 塩としては溶解しそして触媒にとって毒性成分、例えば硫黄を含有していない
あらゆる金属塩が適している。酢酸塩および塩化物が特に有利である。
【0082】 パラジウム−前駆体化合物を使用する場合には酢酸パラジウム(II)、塩化パ
ラジウム(II)、硝酸パラジウム(II)および四塩化パラジウム(II)酸−ナト
リウム[Na2 PdCl4 ]を含む群から選択される可溶性のパラジウム化合物
、特に水溶性塩が有利である。
【0083】 塩化物の場合にはPdCl2 およびNa2 PdClg4 が特に有利な前駆体で
ある。
【0084】 有利に使用される他の可溶性金属化合物、特に水溶性塩には四塩化金(III)酸
[HAuCl4 ]、酢酸金(III)[Au(OAc)3 ]、金酸カリウム[KAu
2 ]、六塩化白金(IV)酸水和物、六塩化イリジウム(IV)酸水和物、塩化ルテニ
ウム(III)、硝酸ルテニウム(III)および/または塩化ロジウム(III)水和物が
ある。
【0085】 この場合に一般に塩化物の場合には、触媒の使用前に塩化物イオンが確実に除
かれていなければならない。これは、金属を還元によって金属ナノ粒子として担
体に固定した後に、微量成分の混入した担体を例えば水で洗浄することによって
行なう。
【0086】 金属化合物は一般に溶剤1Lを基準として約0.1〜100g、好ましくは1
〜50gの濃度で使用される。
【0087】 担体上に既に安定なナノサイズ粒子の触媒が別の添加物なしで得られるにもか
かわらず、多孔質の、特にナノ多孔質の担体への前駆体の適用および/または適
用された担体の還元を1種類または複数種のコロイド安定剤の存在下に実施する
のが本発明の方法にとって特に有利である。
【0088】 安定剤としては還元によって得られるナノ粒子を被覆することによって錯塩化
することを可能としそしてそれによってナノ粒子の更なる成長および凝集を防止
することを可能とするあらゆる化合物が適する。
【0089】 本発明で使用できる安定剤には中でもベタイン、界面活性剤、ポリマー、例え
ばポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリア
クリルアミド(PAA)、ポリ電解質、蓚酸塩、置換ホスフィン、置換スルファ
ニル酸、塩化物、アミノ酸またはそれらの混合物がある。中でもベタイン基を持
つモノマーと別のモノマー、例えばアクリル酸、アクリル酸エステル、アクリル
酸アミド、カルボン酸ビニルエステル、ビニル−アルキルエーテル、N−ビニル
ピリジン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカルボン酸アミドとで構成されて
いるコポリマーも使用できる。
【0090】 有利な変法はコロイド安定剤として、ベタイン、PVP、ホスフィン、クエン
酸塩、蓚酸塩、蟻酸塩、酢酸塩、スルファニル酸塩、PVAおよびPAAを含む
群から選択される1種類以上の化合物を添加することを特徴としている。
【0091】 ベタイン、PVP、PVA、コハク酸塩、置換ホスフィン、置換スルファニル
酸および/または塩化物が特に有利である。
【0092】 コハク酸カリウム、コハク酸アンモニウム、PVP K30、ジメチルドデシ
ルアンモニウム−プロパンスルホナートが特に有利である。
【0093】 本発明の方法に取って安定剤は一般に金属を基準として5〜1000重量%の
量で使用する。
【0094】 安定剤の添加は任意の順序で行なうことができる。安定剤は、担体を含浸処理
する金属化合物に添加してもよい。担体を最初にコロイド安定剤に浸漬してもよ
い。浸漬処理された担体をコロイド安定剤と接触させてもよい。コロイド安定剤
を還元剤と一緒に使用してもよい。事情によっては、後で安定化する(還元後)
ことも可能である。
【0095】 本発明の特に有利な変法では、コロイド安定剤としておよび還元剤としても同
時に作用する1種類以上の化合物を使用する。これは還元剤および安定剤が同じ
でもよいことを意味している。Pd/Auの場合に例えばクエン酸カリウムが還
元剤としても安定剤としても作用する。
【0096】 従って本発明の範囲では還元剤としておよびコロイド安定剤としてクエン酸ア
ンモニウム、−カリウムおよび/または−ナトリウムを使用するのが特に有利で
ある。
【0097】 中でもクエン酸カリウムが特に有利である。
【0098】 安定剤は担体上に固定した後にナノ粒子上に残留していてもよいし、または場
合によっては該安定剤の存在が触媒機能を妨害する場合には除かれる。安定剤の
完全除去または部分除去を必要な場合には、触媒を反応器に導入する前にまたは
反応器中でその場で熱的にまたは酸化的に、例えば空気中で300〜500℃で
焼却することによって行なう。
【0099】 担体への金属化合物の適用およびそれの還元は相前後して二段階で実施するか
またはワンポット法で実施することができる。
【0100】 一つの変法では、第一段階および第二段階を連続して実施するのが特に有利で
ある。これは少なくとも1種類の金属化合物を適用した多孔質の、好ましくはナ
ノ多孔質担体を還元処理前に乾燥に付すのが有利であり得る。この様に例えば含
浸処理および乾燥を何度も繰り返すことによって担体上に金属化合物の種々の”
被覆(シェル)”をもたらすことができる。
【0101】 場合によっては、第一段階および第二段階を、前駆体の適用された多孔質の、
好ましくはナノ多孔質担体を単離、精製または乾燥の各段階なしにワンポット法
で実施することも特に有利である。
【0102】 本発明の特に有利な実施態様においては担体を最初に還元性活性金属の実質的
に水性の塩溶液で予備含浸処理する。その際にこの予備含浸処理が被覆物をもた
らしてはならない。即ちこの担体を場合によっては完全含浸処理する。
【0103】 しかしながら被覆物も、従って触媒被覆物も形成してもよい。これは例えば担
体を特定の不完全な含浸処理を行うことによっておよび/または還元を適切に誘
導することによって行う。
【0104】 含浸処理および続く、場合によっては乾燥段階の後の、場合によっては安定剤
の存在下でのかゝる条件(濃度、温度、時間等)のもとでの還元剤での処理によ
って活性金属を酸化段階0の金属に還元し、担体成形体の被覆物中にナノサイズ
粒子として濃縮し、卵殻型または卵白型の触媒を製造することができる。
【0105】 前駆体の適用および/または還元を、金属化合物を表面に近い被覆領域で担体
の孔中の還元して場合によっては安定化されたナノサイズ粒子の状態の相応する
金属あるいは合金とし、被覆触媒を得る様に実施するのが有利である。
【0106】 金属塩での含浸処理の際に既に被覆構造が製造される場合には、ガス状還元剤
、例えばH2 またはCOまたはエチレンだけが使用できる。
【0107】 多孔質セラミック担体成形体について貴金属被覆触媒を製造する際の被覆形成
メカニズムについては、───本発明はかゝるメカニズムに限定されないが──
─活性金属塩/還元剤の内部境界での迅速な還元がナノサイズ粒子を生じさせ、
これらが(安定剤での包み込み量も含めた)その大きさのために外側の被覆物に
固定されそして別の活性金属塩が成形体の内部領域から表面の方法に後から拡散
し、結果として被覆物の内部では還元剤前面が内部に進行した後ゆっくりと同様
に還元されそして担体上に析出されるものと推定される。
【0108】 本発明の別の長所は中でも、特に安定な被覆物を比較的厚く造ることができる
ことである。被覆物の厚さが5μm〜5000μmの範囲で得られるのが特に有
利である。
【0109】 1〜100nmの範囲内の平均粒子径を持つナノ粒子を孔中に、同様に被覆中
に含有する被覆触媒を得るのが有利である。即ち、被覆物の粒子は凝集していな
いかまたは僅かしか凝集していない。
【0110】 担体に、ナノサイズ粒子をその場で生じる前、間および/または後で別の活性
剤、特に酢酸アルカリ塩および場合によっては促進剤、例えばZr−、Ti−、
Cd−、Cu−、Ba−および/またはRe−化合物を適用してもよい。
【0111】 それ故に特に有利な変法は、前駆体の適用および/または還元の後、前または
間に1種類以上の活性剤および/または促進剤を適用するものである。
【0112】 本発明に従って製造できる幾つかの有利な触媒系、好ましくは被覆触媒は例え
ばパラジウムおよび金の他に活性剤として酢酸カリウムおよび/または促進剤と
してカドミウム−またはバリウム化合物を含有している。
【0113】 特に有利な触媒の金属含有量は次の値を有している: PD/K/Cd−およびPd/K/Ba−触媒のPd−含有量は一般に0.6
〜3.5重量%、好ましくは0.8〜3.0重量%、特に好ましくは1.0〜2
.5重量%である。
【0114】 Pd/Au/K−触媒のPd−含有量は一般に0.5〜2.0重量%、好まし
くは0.6〜1.5重量%である。
【0115】 三種類の触媒のK−含有量は一般に0.5〜4.0重量%、好ましくは1.5
〜3.0重量%である。
【0116】 Pd/K/Cd−触媒のCd−含有量は一般に0.1〜2.5重量%、好まし
くは0.4〜2.0重量%である。
【0117】 Pd/K/Ba−触媒のBa−含有量は一般に0.1〜2.0重量%、好まし
くは0.2〜1.0重量%である。
【0118】 Pd/K/Au−触媒のAu−含有量は一般に0.2〜1.0重量%、好まし
くは0.3〜0.8重量%である。
【0119】 担体粒子に担持すべき全ての元素(例えばPd/K/Au、Pd/K/Cd、
Pd/K/Ba)の内、少なくとも1種類の塩を適用しなければならない。1種
類の元素の複数種の塩を適用してもよいが、一般には3種類の元素の内のいずれ
かの正確に1種類の塩を適用する。必要な塩の量は1段階でまたは多重含浸処理
によって適用することができる。塩は公知の方法、例えば浸漬処理、吹き付け処
理、蒸着、漬け込みまたは沈殿処理によって担体に適用する。
【0120】 本発明の方法においては、勿論、貴金属塩、即ちPdおよびAuの塩だけを相
応するナノサイズ貴金属粒子に還元しそして非貴金属成分のK、Cd,Baは還
元しない。後者の成分は貴金属塩と一緒にまたは予めにまたは後で担体に適用し
てもよい。
【0121】 本発明の方法によれば通常は、最初にPd/Auより成る被覆を製造しそして
その後で酢酸カリウム溶液に浸漬する。その際にカリウムはペレット断面に均一
に分布する。
【0122】 担体上に複数の貴金属(PdおよびAu)を固定するべき場合には、本発明に
従って合金または構造化ナノ構造体、即ちパラジウムの上に金がまたは金の上に
パラジウムが載った状態で製造される。
【0123】 本発明の方法に従って製造される被覆触媒は沢山の不均一接触反応のために使
用することができる。
【0124】 これらには中でもアミノ化、水素化、脱水素、脱水素環化、ヒドロキシル化、
酸化、エポキシ化、骨格異性化および有機系分子を意図する様に転化するための
、これらの種類の反応の組合せがある。
【0125】 含浸処理されそして還元された成形体は───特に活性化後に───水素化、
酸化および異性化反応のため、特に選択的水素化反応および部分酸化のための被
覆触媒として使用される。
【0126】 これらの例には中でも以下のものがある:アリレンの選択的水素化、ブタジエ
ンの選択的水素化、アセチレンの選択的水素化、ブチノールの選択的水素化、オ
クタジエンからオクテンへの選択的水素化、ベンゼンからシクロヘキセンへの選
択的水素化、一酸化炭素の水素化、二酸化炭素の水素化、無水マレイン酸の水素
化、NOx からNH3 またはNH2 OHへの水素化、ニトリルからカルボン酸ア
ミドへの水素化、カルボン酸からアミンへの水素化、芳香族化合物のアミノ化、
特にベンゼンとアンモニウムとからアニリンを得る反応、アルデヒドおよびケト
ンからアミンへの還元的アミノ化、エチレンからアセトアルデヒドへのワッカー
合成、ブタンから無水マレイン酸を得る酸化、一酸化炭素の酸化、アルコールか
らアルデヒド、ケトンまたはカルボン酸への酸化、アルカンからアルコール、ア
ルデヒドおよびケトンへの酸化、アルデヒドとケトンとからカルボン酸への酸化
、芳香族化合物のヒドロキシル化、例えばベンゼンからフェノールへのまたはト
ルエンからクレゾールへの酸化、プロピレンからアクロレインあるいはアクリル
酸への酸化、アンモ酸化、例えばトルエンからベンゾニトリルへのまたはプロピ
レンからアクリルニトリルへのアンモ酸化、エポキシドはアルデヒド/ケトン類
に転化することができそして水素化条件のもとではアルコールに転化できる。例
えばスチレンオキシド誘導体は相応するフェニルアセトアルデヒドをあるいは水
素化条件のもとでフェニルエタノール類を得ることができる。
【0127】 本発明の方法で製造されるPd/Au−被覆触媒はエチレン、酢酸および酸素
または酸素含有ガスから気相で酢酸ビニルを製造する酢酸ビニル合成で特に有利
に使用することができる。
【0128】 酢酸ビニルの製造は一般に酢酸、エチレンおよび酸素または酸素含有ガスを1
00〜220℃、好ましくは120〜200℃の温度および1〜25bar、好
ましくは1〜20barの圧力にて既成触媒上に導くことによって行なわれ、そ
の際に未反応成分は循環させてもよい。酸素濃度は(酢酸不含ガス混合物を基準
として)10容量%以下に維持するのが有利である。しかしながら事情によって
は窒素または二酸化炭素の様な不活性ガスで希釈することも有利であり得る。特
に二酸化炭素は、反応の間に僅かの量生成するので、希釈に適している。
【0129】 酢酸ビニル(VAM)の合成に関しては、エチレン、酢酸および酸素からの合
成に使用される担持触媒、特に有利にはPdおよびアルカリ元素、好ましくはK
を含有していることが判っている。別の添加物といてはCd、AuまたはBaを
使用するのが有利である。
【0130】 金属塩は含浸処理、噴霧処理、蒸着処理、浸漬処理または沈殿処理によって担
体に適用することができる。
【0131】 Pd/Au/K−触媒の場合には、両方の貴金属を担体の上に被覆物の状態で
適用し、即ち貴金属を表面の狭い領域だけに分布させ、担体の内部領域には殆ど
貴金属が存在しない様にするのが有利であることが判っている。この触媒活性被
覆の層厚さは約0.1〜2mmである。
【0132】 被覆触媒によって、担体粒子が核にまで含浸され(“完全含浸され”)ている
かまたは能力が拡張されている触媒を使用する場合よりも、より高い選択率で方
法を実施することができる。
【0133】 場合には完全含浸された触媒に比較して反応条件を無変化のままに維持しそし
て単位反応容積および単位時間当りにより多い酢酸ビニルを製造することが可能
である。これによって、反応器の出口ガス中の酢酸ビニル含有量が比較的に多い
ので、得られる粗酢酸ビニルの後処理が容易に成る。このことは更に後処理段階
でエネルギーの節約をもたらす。適する後処理法は例えば米国特許第5,066
,365号明細書、ドイツ特許第3,422,575号明細書、同第3,408
,239号明細書、同第2,945,913号明細書、同第2,610,624
号明細書、米国特許第3,840,590号明細書に記載されている。これに対
して装置性能を一定に維持する場合には、反応温度を下げそしてそれによって同
じ総生産量でも反応を選択的に実施することができ、反応成分が節約される。こ
の場合、副生成物として生じそしてそれ故に排出するべき二酸化炭素の量 およ
びこの排出と関連する随伴エチレンの損失は僅かに成る。更にこの方法は触媒の
運転時間を延長させる。
【0134】 この反応のために、本発明は、ゾルを担体の孔中で還元反応によってその場で
製造することによって、即ちゾルの製造および担体への固定を一段階で同時に行
なうことによるゾル被覆担持触媒の一段階製法を提供している。この様に被覆の
厚さは要求に容易に適合させることができ、特に外から担体の孔の中へのゾルの
拡散が機械的分級効果によっても妨害されるゾル浸漬技術の場合よりも厚い被覆
厚さが可能である。更に担体に貴金属をより多く適用することが可能となり、後
処理段階が省かれそして高希釈溶液での多大なエネルギーを必要とする処理が回
避される。場合によっては、担体中の孔構造が完全に限定されている場合には担
体の孔の大きさによってコロイドの大きさを正確に調整することができ、その結
果、単一モードのコロイド分布を簡単に造れる。ゾルを製造するために必要な精
巧で清潔な装置および溶剤(二度蒸留水)はその場で製造する場合には全く必要
ない。ゾル中の不純物は粒子のサイズを大きくしたり粒子を凝集させる。
【0135】 公知技術に従う予備含浸処理の再の金属塩でのシェル様適用並びに例えば真空
下での乾燥の際の迅速な水の除去は本発明の還元法の他にシェル状被覆の形成を
必要としあるいは必要な場合には、被覆の厚さを更に薄くすることを可能とする
【0136】 本発明の触媒は本質的に均一な活性金属分布および慣用に製造されるVAM−
触媒よりも貴金属が多い分散物を有している。この高分散物は貴金属粒子の凝集
量が少ないので長期間の運転中、十分に維持され、それによって本発明の触媒の
不活性化はゆっくりとなりそして長い運転時間活性である。本発明の製法は実質
的に単一モードでそして非常に狭い粒度分布をもたらすのに有利である。
【0137】 更に平均貴金属粒子径は慣用の触媒の場合よりも著しく小さい。これは高い活
性金属表面積をもたらし、従って高い触媒活性をもたらす。
【0138】 以下の実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定
されない。
【0139】
【実施例】
実施例1 300m2 /gのBET−表面積を有する200gのSiO2 (Siliperl AF1
25、製造元: Engelhard)に、500mLの水に3.33g(18.8mmol)
の塩化パラジウムおよび1.85g(4.7mmol)の金酸を溶解した塩酸溶
液をコーティング装置中で30〜32℃の温度で不連続的に35分にわたって吹
き付ける。次いで担体粒子を乾燥しそして200mLの水に溶解した20gのク
エン酸三カリウム水和物を25分にわたって吹き付ける。10回転/分のドラム
回転速度で吹き付けを1barで不連続的に実施する。入口温度(温風温度)は
60℃であり、生成物温度は32〜30℃である。400μmの被覆厚さの均一
に含浸した被覆触媒を得る。
【0140】 TEMによってナノサイズ粒子の直径を測定する。平均粒子径は30nmであ
る。
【0141】 実施例2 実施例1と同じ20gの担体に335mgの塩化パラジウムおよび186mg
の金酸の溶液を浸漬処理によって含浸させ、乾燥する。19.6mLの水中で1
.52gのクエン酸二水和物に65℃で浸漬し、65℃で3時間放置した後に乾
燥する。
【0142】 相応する数のペレットに切断した後に、被覆厚さを光学顕微鏡およびXPS−
ライン−スキャン(line scans) によって測定する。被覆厚さは1mmである。
【0143】 ナノサイズ粒子の直径はTEMによって測定する。平均粒子直径は40nmで
ある。
【0144】 実施例3 20gのSiO2 −担体(Aerosil 200 、製造元: Degussa)に、325mg(
1.89mmol)の塩化パラジウムおよび189mg(0.473mmol)
の金酸の溶液を浸漬によって含浸処理しそして乾燥する。この担体を19mLの
水に浸漬によって湿潤させそして10mLの水中で1.68gのクエン酸三カリ
ウムに浸漬しそして乾燥する。
【0145】 相応する数のペレットに切断した後に、被覆厚さをREMで測定する。
【0146】 被覆厚さは140μmである。
【0147】 ナノサイズ粒子の直径はTEMによって測定する。平均粒子直径は60nmで
ある。
【0148】 実施例4 塩化パラジウム(335mg)および金酸(186mg)を水(19.6mL
)に溶解しそしてSiliperl AF125のSiO2 −担体(10.0g)をこれに浸漬
して適用する。この担体を乾燥しそして蟻酸カリウム(0.5g)およびスルフ
ァニル酸ナトリウム(0.2g)の水溶液に浸漬しそして乾燥する。Pd/Au
−比はPd:Au=8:2である。
【0149】 実施例5 186mgの金酸をSiliperl AF125に浸漬処理により含浸させ、120℃で乾
燥しそしてクエン酸塩溶液(19.6mL)で還元する。12時間後に暗い灰色
のパール状を乾燥し、後で60℃の温かい酢酸パラジウムの酢酸溶液(424m
g、1.89mmol)に浸漬処理する。乾燥は減圧乾燥器で行い、そこにおい
て120℃でPd−塩を熱的に還元する。
【0150】 TMEによってナノサイズ粒子の直径を測定する。平均直径は20nmである
【0151】 実施例6 325mgの塩化パラジウムおよび186mgの金酸を水に溶解する。20g
の担体(Siliperl AF125)を丸底フラスコ(250mL)に最初に導入しそして
金酸溶液および塩化パラジウム溶液(19.6mL)に浸漬する。次いでこの担
体を120℃で4時間に渡って乾燥する。粘性のクエン酸カリウム溶液(10m
L)に浸漬し、良く震盪しそして再度乾燥する。
【0152】 被覆は75μmの厚さを有し、黒色である。
【0153】 実施例7 金酸(189mg,0.473mmol)および塩化パラジウム(325mg
,1.89mmol)を水に溶解する。SiO2 −担体(20.0g;BASF
社のTyp D11−10)をこの溶液に浸漬し、次いで120℃で5時間乾燥
する。冷却した後に種々の担体に水(A=16mL、D=19mL)を添加し、
クエン酸三カリウム溶液(10mL中1.68g)を侵入拡散させる。水を添加
する間に担体はベージュ色から白色に変色する。担体を120℃で5時間乾燥さ
せる。
【0154】 反応器試験: 実施例および比較例で製造した触媒を36mLの充填容量の管状の固定床微量
反応器(microreactor)で試験する。ガスを流量制御装置(MFCs)を通して計
量供給し、酢酸は液体流量装置(LFC)(製造元:Bronkhorst社) を用いて計
量供給する。ガスと酢酸との混合は充填物の充填されたガス混合管で行なう。反
応器排出物を常圧に圧力開放しそしてガス冷却器に導入する。集められる凝集液
をガスクロマトグラフィー(GC)でオフライン分析する。凝縮できないガスは
オンラインGCによって定量的に測定される。
【0155】 測定前に、触媒は反応器中で次の通り活性化する: 触媒をN2 雰囲気で常圧で約25℃から155℃に加熱する。
【0156】 同時にガス温度を150℃にそしてガス混合物を160℃に加熱する。この条
件を数時間維持する。
【0157】 次いでエチレンを供給しそして圧力を10barに高める。30分後に酢酸を
計量供給しそしてこの条件を数時間維持する。
【0158】 活性化の後に触媒を次の通り使用しそして測定する: 酸素をガス混合管の下流に添加しそして酸素濃度を段階的に4.8容量%(第
一測定点)およびしばらくして5.2容量%(第二測定点)に高める。常に、発
火性のエチレン/O2 −混合物の爆発限界を超えない様に注意するべきである。
同時に反応器温度を170℃に高める。
【0159】 反応は常にガスクロマトグラフィーで監視する。
【0160】 均一に反応が進行している時に、即ち反応温度が一定しておりそして生成物ガ
ス流中の酢酸ビニルおよびCO2 の濃度が同じままである時に、サンプルを採取
する。
【0161】 約1時間の期間の間に1つの液体サンプルと複数の気体サンプルを採取する。
【0162】 生成物ガス流をガスメーターで測定する。
【0163】 試験の終了後に最初に酸素濃度を段階的に減少させる。
【0164】 使用した触媒の組成を表1に示す。得られる反応器データを表2に示す。
【0165】 表1:触媒データ ┌────┬────────┬───────┬──────┬─────┐ │実施例 │ 前駆体 │ 還元剤 │ 安定剤 │被覆厚さ │ │/比較例│ │ │ - │ (μm) │ ├────┼────────┼───────┼──────┼─────┤ │ 2 │PdCl2,HAuCl4 │クエン酸−Na│ - │ 1000 │ ├────┼────────┼───────┼──────┼─────┤ │ 3 │PdCl2,HAuCl4 │クエン酸−K │ - │ 140 │ ├────┼────────┼───────┼──────┼─────┤ │ 4 │PdCl2,HAuCl4 │蟻酸−K │スルファニル酸-Na │ 250 │ ├────┼────────┼───────┼──────┼─────┤ │ 5 │HAuCl4,Pd(OAc)2 │クエン酸−K │ - │ 200 │ ├────┼────────┼───────┼──────┼─────┤ │ 6 │PdCl2,HAuCl4 │クエ酸-K (粘性) │ - │ 75 │ ├────┼────────┼───────┼──────┼─────┤ │ 7 │PdCl2,HAuCl4 │クエン酸−K │ - │ 150 │ └────┴────────┴───────┴──────┴─────┘ 表2:微量反応器での触媒作用 ┌────┬─────┬────┬────┬───┬───┬─────┐ │実施例 │ 組成 │ 担体 │O2供給 │被覆法│選択率│ STY │ │/比較例│ │ │濃度(%) │ │ (%) │[g/L* 時] │ ├────┼─────┼────┼────┼───┼───┼─────┤ │ 2 │Pd/Au=4:1 │Siliperl│ 4.8 │含浸 │ 90.3 │ 93 │ ├────┼─────┼────┼────┼───┼───┼─────┤ │ 3 │Pd/Au=4:1 │Aerosil │ 4.8 │含浸 │ 90.7 │ 110 │ │ │ │200 │ │ │ │ │ ├────┼─────┼────┼────┼───┼───┼─────┤ │ 4 │Pd/Au=4:1 │Siliperl│ 4.8 │含浸 │ 86.3 │ 49 │ ├────┼─────┼────┼────┼───┼───┼─────┤ │ 5 │Pd/Au=4:1 │Siliperl│ 4.8 │含浸 │ 92.0 │ 147 │ ├────┼─────┼────┼────┼───┼───┼─────┤ │ 6 │Pd/Au=4:1 │Siliperl│ 4.8 │含浸 │ 89.7 │ 110 │ ├────┼─────┼────┼────┼───┼───┼─────┤ │ 7 │Pd/Au=4:1 │D11-10 │ 4.8 │含浸 │ 88.9 │ 70 │ └────┴─────┴────┴────┴───┴───┴─────┘ 本発明の別の長所および実施態様は特許請求の範囲から誘導できる。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年2月10日(2000.2.10)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項5
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項6
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項7
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項8
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項9
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項10
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項11
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項12
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項13
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正14】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項14
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正15】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項15
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正16】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】 米国特許第5,536,693号明細書には、Pd−Au、Cd、Bi、Cu
、Mn、Fe、Co、Ce、Uより成る流動床用VAM−触媒が開示されている
。これはPd−Mで予備含浸処理した固定床触媒前駆体を粉砕しそして“シリカ
”、“アルミナ”、“ジルコニア”、“チタニア”より成るバインダーと配合す
ることによって製造される。 英国特許出願公開第2,006,261号明細書にはFischer−Tro
psch合成のためのRu含有触媒が開示されている。
【手続補正17】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0034
【補正方法】変更
【補正内容】
【0034】
【発明が解決しようとする課題】 従って本発明の課題は、多孔質担体粒子に元素の周期律表の第IbおよびVIII
b族の遷移元素が属する、Ruを除いた金属群から選択される1種類以上の金属
を有する触媒の合理的な製造方法を提供することである。
【手続補正18】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0039
【補正方法】変更
【補正内容】
【0039】 元素の周期律表のIbおよび VIIb族の遷移元素群の、Ruを除いた金属から
選択される1 種類以上の金属を多孔質担体粒子上に有する触媒を製造する方法に
おいて、 第一段階で、周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素の、Ruを除いた金属
の化合物よりなる化合物群から選択される1種類以上の前駆体を多孔質担体に適
用し;そして 第二段階で、少なくとも1種類の前駆体が適用された多孔質担体を少なくとも1
種類の還元剤で処理して担体の多孔質の孔中でその場で造られるナノ金属粒子を
得る; ことによって、公知の方法を方法を実施する合理性および普遍的な実用性に関し
て並びに得られる方法生成物の品質に関して容易に予期できない程に改善する方
法が特に有利に提供される。
【手続補正19】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0054
【補正方法】変更
【補正内容】
【0054】 本発明の方法では、周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素の、Ruを除
いた金属の化合物よりなる化合物群から選択される1種類以上の前駆体が多孔質
担体に適用される。
【手続補正20】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0059
【補正方法】変更
【補正内容】
【0059】 本発明の方法の特に有利な変法では、銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、
ロジウム、オスミウム、イリジウム、パラジウムおよび白金よりなる群から選択
される金属の1種類以上の化合物を担体に適用する。
【手続補正21】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0060
【補正方法】変更
【補正内容】
【0060】 これらの内でもPd、Au、Pt、Ag、Rh、Cu、Ir、Niおよび/ま
たはCoの化合物が特に有利である。中でもPd、Au、Pt、Agおよび/ま
たはRhの化合物が有利である。
【手続補正22】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0061
【補正方法】変更
【補正内容】
【0061】 本発明の方法の別の有利な変法では、1種類以上のパラジウム化合物だけをま
たは1種類以上のパラジウム化合物を銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、ロ
ジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金よりなる群から選択される金属の1
種類以上の化合物と一緒に担体に適用するものである。
【手続補正23】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0084
【補正方法】変更
【補正内容】
【0084】 有利に使用される他の可溶性金属化合物、特に水溶性塩には四塩化金(III) 酸[HAuCl4 ]、酢酸金(III)[Au(OAc)3 ]、金酸カリウム[K AuO2 ]、六塩化白金(IV)酸水和物、六塩化イリジウム(IV)酸水和物および/
または塩化ロジウム(III)水和物がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07C 69/15 C07C 69/15 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 キューライン・クラウス ドイツ連邦共和国 D−65779 ケルクハ イム、ファザーネンストラーセ、41 (72)発明者 マンツ・アンドレーアス ドイツ連邦共和国 D−76547 ズィンツ ハイム、ナハティガレンヴェーク、4 (72)発明者 フィッシャー・ローラント ドイツ連邦共和国 D−69151 ネッカル ゲミュント、ゴットロープ−カム−ストラ ーセ、1

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 元素の周期律表のIbおよび VIIb族の遷移元素群の金属か
    ら選択される1 種類以上の金属を多孔質担体粒子上に有する触媒を製造する方法
    において、 第一段階で、周期律表の第IbおよびVIIIb族の遷移元素の金属の化合物よりな
    る化合物群から選択される1種類以上の前駆体を多孔質担体に適用し;そして 第二段階で、少なくとも1種類の前駆体が適用された多孔質担体を少なくとも1
    種類の還元剤で処理して担体の多孔質の孔中でその場で造られるナノ金属粒子を
    得る; ことを特徴とする、上記方法。
  2. 【請求項2】 粉末、シート状物、テープ状物、膜状物、棒状物、板状物、
    タブレット状物、タイヤ状物、モノリス状物、球状物、チップ状物、環状物、中
    実押出成形物、中空押出成形物、星状物または他の成形体の形の二酸化珪素、酸
    化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、上述の化合物の酸化物混
    合物、上述の化合物の混合酸化物および/または珪酸アルミニウムよりなる不活
    性の多孔質の、好ましくはナノ多孔質の担体を使用する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 ステッピング処理、噴霧処理、浸漬処理、含浸処理、噴霧乾
    燥処理、ハイコーティング処理(hi-coating) または流動床コーティング処理、
    特に含浸処理によって金属化合物を多孔質担体に適用する請求項1または2に記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウ
    ム、オスミウム、イリジウム、パラジウムおよび白金よりなる群から選択される
    金属の1種類以上の化合物を担体に適用する請求項1〜3のいずれか一つに記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 1種類以上のパラジウム化合物だけをまたは1種類以上のパ
    ラジウム化合物を銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム
    、オスミウム、イリジウムおよび白金よりなる群から選択される金属の1種類以
    上の化合物と一緒に担体に適用する請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項6】 1種類以上のパラジウム化合物を1種類以上の金化合物と一
    緒に担体に適用する請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項7】 クエン酸塩、例えばクエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム
    、クエン酸アンモニウム;ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸ナトリ
    ウム、アルカリ金属硼化水素、例えばナトリウム硼化水素、カリウム硼化水素;
    ガス状還元剤、例えば水素、一酸化炭素;ホルムアルデヒド、蟻酸塩、酢酸塩、
    蓚酸塩、スルファニレート、例えばヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム;
    および一価または多価アルコール、例えばエタノール、エチレングリコールより
    なる群から選択される1種類以上の還元剤を使用する請求項1〜6のいずれか一
    つに記載の方法。
  8. 【請求項8】 還元剤としてクエン酸カリウム、クエン酸ナトリウムおよび
    /またはクエン酸アンモニウムを使用する請求項1〜7のいずれか一つに記載の
    方法。
  9. 【請求項9】 多孔質の、好ましくはナノ多孔質の担体に金属化合物の溶液
    を適用する請求項1〜8のいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項10】 水溶液、有機溶剤に溶解した溶液またはそれらの混合物を
    担体に適用する請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 溶剤として水を使用する請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 有機溶剤としてメタノール、エタノール、エチレングリコ
    ール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドお
    よび/またはテトラヒドロフランまたはこれらの物質と水との混合物を使用する
    請求項10に記載の方法。
  13. 【請求項13】 酢酸パラジウム(II)、塩化パラジウム(II)、硝酸パラ
    ジウム(II)および四塩化パラジウム(II)酸−ナトリウム[Na2 PdCl4 ]よりなるPd前駆体の群から選択される可溶性のパラジウム化合物、特に水溶
    性塩を使用する請求項9〜12のいずれか一つに記載の方法。
  14. 【請求項14】 四塩化金(III)酸、酢酸金(III)[Au(OAc)3 ]、
    金酸カリウム[KAuO2 ]、六塩化白金(IV)酸水和物、六塩化イリジウム(I
    V)酸水和物、塩化ルテニウム(III)、硝酸ルテニウム(III)および/または塩
    化ロジウム(III)水和物よりなる金属前駆体群から選択される可溶性金属化合物
    、特に水溶性塩を使用する請求項9〜13のいずれか一つに記載の方法。
  15. 【請求項15】 多孔質の、特にナノ多孔質の担体への前駆体の適用および
    /または前駆体が適用された担体の還元を1種類または複数種のコロイド安定剤
    の存在下に実施する請求項1〜14のいずれか一つに記載の方法。
  16. 【請求項16】 コロイド安定剤としてベタイン、PVP、クエン酸塩、蓚
    酸塩、蟻酸塩、スルファニレート、PVAおよびPAAよりなる群から選択され
    る1種類または複数種の化合物を添加する請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 コロイド安定剤としておよび還元剤として同時に作用する
    1種類または複数種の化合物を使用する請求項15または16に記載の方法。
  18. 【請求項18】 還元剤およびコロイド安定剤としてクエン酸カリウム、ク
    エン酸ナトリウムおよび/またはクエン酸アンモニウムを使用する請求項17に
    記載の方法。
  19. 【請求項19】 第一段階および第二段階を続けて実施する請求項1〜18
    のいずれか一つに記載の方法。
  20. 【請求項20】 少なくとも1種類の金属化合物を適用した多孔質の、好ま
    しくはナノ多孔質の担体を還元反応の前に乾燥段階に付す請求項19に記載の方
    法。
  21. 【請求項21】 前駆体が適用された多孔質の、好ましくはナノ多孔質の担
    体を単離、精製または乾燥の各工程なしに、第一段階および第二段階をワンポッ
    ト法で実施する請求項1〜18のいずれか一つに記載の方法。
  22. 【請求項22】 表面に近い被覆物領域で担体の孔中で金属化合物が還元さ
    れて場合によっては安定化されたナノサイズ粒子の状態の相応する金属または合
    金として、被覆触媒を得る様に前駆体の適用および/または還元を実施する請求
    項1〜21のいずれか一つに記載の方法。
  23. 【請求項23】 5μm〜5000μmの範囲内の被覆物の厚さを得る請求
    項22に記載の方法。
  24. 【請求項24】 孔中におよび/または被覆物中に1〜100nmの範囲内
    の平均粒度を有する金属粒子および/または合金粒子を有する触媒を得る請求項
    1〜23のいずれか一つに記載の方法。
  25. 【請求項25】 前駆体の適用および/または還元の後、前または間に1種
    類または複数種の活性剤および/または促進剤を適用する請求項1〜24のいず
    れか一つに記載の方法。
  26. 【請求項26】 その場での還元を室温と150℃との間の温度で実施する
    請求項1〜25のいずれか一つに記載の方法。
  27. 【請求項27】 請求項22〜26のいずれか一つに記載の方法で得られる
    触媒をエチレン、酢酸および酸素または酸素含有ガスよりなるガス相中で酢酸ビ
    ニルを製造するために用いる方法。
JP2000509520A 1997-08-13 1998-08-01 多孔質担体に担持されたナノサイズの金属粒子より成る、酢酸ビニル製造用触媒、特にエチレンと酢酸とからの気相酸化反応で酢酸ビニルを得るための触媒の製造方法 Expired - Fee Related JP4999225B2 (ja)

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