JP2003010693A - Catalyst for manufacturing hydrogen peroxide - Google Patents

Catalyst for manufacturing hydrogen peroxide

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JP2003010693A
JP2003010693A JP2001203141A JP2001203141A JP2003010693A JP 2003010693 A JP2003010693 A JP 2003010693A JP 2001203141 A JP2001203141 A JP 2001203141A JP 2001203141 A JP2001203141 A JP 2001203141A JP 2003010693 A JP2003010693 A JP 2003010693A
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Japan
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catalyst
hydrogen peroxide
molecular sieve
mesopore molecular
platinum group
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JP2001203141A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Furuya
方彦 古谷
Keizo Tomokuni
敬三 友国
Hitoshi Nakajima
齋 中嶋
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Asahi Kasei Corp
Noguchi Institute
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Noguchi Institute
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a catalyst used for directly manufacturing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen and having excellent activity and selectivity, and to provide a method for manufacturing hydrogen peroxide using the catalyst. SOLUTION: The catalyst is constituted by supporting a platinum group metal on a meso-pore molecular sieve and the ratio of the platinum group metal is 1-30 mass % with respect to the sum total of the platinum group metal and the meso-pore molecular sieve. Hydrogen peroxide is directly manufactured from oxygen and hydrogen by the catalyst.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素及び酸素から
直接過酸化水素を製造するのに用いる触媒及びこの触媒
を用いた過酸化水素の製造方法に関する。更に詳しく
は、メソポア分子ふるいを担体として用いた白金金属触
媒及びこの触媒を用いた過酸化水素の製造方法に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalyst used for producing hydrogen peroxide directly from hydrogen and oxygen, and a method for producing hydrogen peroxide using this catalyst. More specifically, the present invention relates to a platinum metal catalyst using mesopore molecular sieve as a carrier and a method for producing hydrogen peroxide using this catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】過酸化水素はクリーンな酸化剤として、
種々の有機物及び無機物の酸化に用いられている。現
在、過酸化水素はアントラキノン法によって工業的に製
造されている。しかしながら、この方法は、比較的高価
な反応媒体を多量に必要とし、アントラキノン媒体の還
元、酸化、生成過酸化水素の抽出、精製、濃縮等多数の
工程が必要であり、プロセスが複雑になるという問題を
有している。更に、アントラキノンの損失等も問題とな
っている。
2. Description of the Related Art Hydrogen peroxide is a clean oxidant.
It is used for the oxidation of various organic and inorganic substances. Currently, hydrogen peroxide is industrially produced by the anthraquinone method. However, this method requires a large amount of a relatively expensive reaction medium and requires many steps such as reduction, oxidation of the anthraquinone medium, extraction of the produced hydrogen peroxide, purification and concentration, which makes the process complicated. I have a problem. Furthermore, loss of anthraquinone is also a problem.

【0003】これらの問題を解決するために、従来、貴
金属触媒存在下、水性媒体中で水素と酸素から過酸化水
素を製造する方法が提案されており、数%を越える濃度
の過酸化水素が生成するすることが示されている。例え
ば、特開昭63−156005号公報、特開平4−23
8802号公報、特開平4−285003号公報、特開
平5−17106号公報、特開平5−43206号公
報、特開平9−301705号公報等には、白金族金属
を活性炭、無定型シリカ、ゼオライト、希土類酸化物、
チタニア等、種々の担体に担持させて用いる方法が提案
されている。
In order to solve these problems, conventionally, a method of producing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen in an aqueous medium in the presence of a noble metal catalyst has been proposed. It has been shown to generate. For example, JP-A-63-156005 and JP-A-4-23.
8802, JP-A-4-285003, JP-A-5-17106, JP-A-5-43206, JP-A-9-301705 and the like, platinum group metal is activated carbon, amorphous silica, zeolite. , Rare earth oxides,
A method in which various carriers such as titania are supported and used has been proposed.

【0004】しかしながら、これらの方法によると、高
濃度の過酸化水素を得るためには高圧条件で反応を行う
必要があった。しかし、高圧条件の採用は工業的に不利
であり、水素と酸素の反応という面から安全上も好まし
くなく、更に過酸化水素生成における水素の選択性も十
分でないという問題を有していた。
However, according to these methods, it was necessary to carry out the reaction under a high pressure condition in order to obtain a high concentration of hydrogen peroxide. However, the use of high-pressure conditions is industrially disadvantageous, is not preferable in terms of safety in terms of reaction between hydrogen and oxygen, and has a problem that hydrogen selectivity in hydrogen peroxide production is not sufficient.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとしている課題】本発明の目的は、
比較的低い圧力下で高い過酸化水素濃度及び水素選択性
を与える、酸素及び水素から直接過酸化水素を製造する
ための触媒を提供することである。本発明のもう一つの
目的は、この触媒を用いて効率的に過酸化水素を製造す
る方法を提供することである。
The object of the present invention is to:
It is to provide a catalyst for the production of hydrogen peroxide directly from oxygen and hydrogen, which gives high hydrogen peroxide concentration and hydrogen selectivity under relatively low pressure. Another object of the present invention is to provide a method for efficiently producing hydrogen peroxide using this catalyst.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
達成のため、鋭意検討を重ねた結果、メソポアシリカ分
子ふるいに白金属金属を担持させた触媒は、高濃度担持
にもかかわらず高分散、かつ、耐シンタリング性に優
れ、この触媒が水素及び酸素から直接過酸化水素を製造
する触媒として、極めて優れた触媒であることを見いだ
し、本発明に到達した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive studies in order to achieve the above object. As a result, a catalyst in which a white metal metal is supported on a mesopore silica molecular sieve is supported in a high concentration. They have found that the catalyst is highly dispersed and has excellent sintering resistance, and that this catalyst is a very excellent catalyst for directly producing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen, and thus reached the present invention.

【0007】即ち、本発明は、以下の通りである。 (1)白金族金属がメソポア分子ふるいに担持された触
媒であって、白金族金属の割合が白金族金属とメソポア
分子ふるいの総和に対して1〜30質量%であることを
特徴とする酸素及び水素から直接過酸化水素を製造する
ための触媒。 (2)メソポア分子ふるいが有機無機ハイブリッドシリ
カメソポア分子ふるいであることを特徴とする(1)に
記載の過酸化水素を製造するための触媒。 (3)白金族金属がパラジウムであることを特徴とする
(1)に記載の過酸化水素を製造するための触媒。 (4)水素及び酸素から直接過酸化水素を製造するに際
して、(1)に記載の過酸化水素を製造するための触媒
の存在下に反応させることを特徴とする過酸化水素の製
造方法。
That is, the present invention is as follows. (1) A catalyst in which a platinum group metal is supported on a mesopore molecular sieve, wherein the proportion of the platinum group metal is 1 to 30% by mass based on the total amount of the platinum group metal and the mesopore molecular sieve. And a catalyst for producing hydrogen peroxide directly from hydrogen. (2) The catalyst for producing hydrogen peroxide according to (1), wherein the mesopore molecular sieve is an organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieve. (3) The catalyst for producing hydrogen peroxide according to (1), wherein the platinum group metal is palladium. (4) A method for producing hydrogen peroxide, which comprises reacting in the presence of a catalyst for producing hydrogen peroxide described in (1) when producing hydrogen peroxide directly from hydrogen and oxygen.

【0008】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
メソポア分子ふるいとは、メソ孔領域、特に、直径1.
5〜10nmの単分散細孔を有する金属酸化物多孔体で
ある。金属酸化物を構成する元素としては、ケイ素、ア
ルミニウム、鉄、チタニウム、ニオブ、タンタル、ハフ
ニウム、ジルコニウム、錫、希土類等が挙げられる。金
属酸化物としては、前記の金属の酸化物の他に、ケイ素
を主成分とする各種メタロシリケート等も含まれる。ケ
イ素を主成分とする各種メタロシリケートとしては、例
えば、アルミニウム、ガリウム、4、5又は6族の遷移
金属元素、例えば、チタニウム、バナジウム、クロム、
マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコ
ニウム、ニオブ、モリブデン、タングステン等のメタロ
シリケートが挙げられる。これら金属酸化物のメソポア
分子ふるい中のケイ素に対する割合は、金属をMで表す
と、ケイ素/M原子比が5以上であり、好ましくは10
〜100である。
The present invention will be described in detail below. The mesopore molecular sieve of the present invention means a mesopore region, particularly a diameter of 1.
It is a metal oxide porous body having monodisperse pores of 5 to 10 nm. Examples of the element that constitutes the metal oxide include silicon, aluminum, iron, titanium, niobium, tantalum, hafnium, zirconium, tin, and rare earth elements. Examples of the metal oxide include various metallosilicates containing silicon as a main component in addition to the above-mentioned metal oxides. Examples of various metallosilicates containing silicon as a main component include, for example, aluminum, gallium, 4, 5 or 6 group transition metal elements such as titanium, vanadium and chromium.
Examples thereof include metallosilicates such as manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium, niobium, molybdenum and tungsten. The ratio of these metal oxides to silicon in the mesopore molecular sieve is such that when the metal is represented by M, the silicon / M atomic ratio is 5 or more, and preferably 10
~ 100.

【0009】メソポア分子ふるいとして、有機無機ハイ
ブリッドシリカメソポア分子ふるいが好ましい。有機無
機ハイブリッドシリカメソポア分子ふるいとは、骨格を
形成するケイ素に結合した有機成分をケイ素に対して1
〜60当量%有する有機無機ハイブリッドメソポア分子
ふるいである。これら有機成分は、炭化水素基であり、
アルキル基、アリル基、アラルキル基が好ましい。アル
キル基としてはメチル基、アリル基としてはフェニル
基、アラルキル基としてはメチルフェニル基が特に好ま
しい。有機成分は触媒中のケイ素原子に対して1〜60
当量%、好ましくは5〜50当量%含まれる。これら有
機無機ハイブリッドシリカメソポア分子ふるいの骨格に
は、ケイ素以外に、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジ
ルコニウム、ホウ素等、他の金属酸化物を含むことがで
きる。これらの他の金属酸化物のメソポア分子ふるい中
のケイ素に対する割合は、他の金属をMで表すと、ケイ
素/M原子比が5以上であり、好ましくは10〜100
である。有機無機ハイブリッドメソポア分子ふるいは特
開平10−72212号公報等に記載された公知の方法
で製造できる。
As the mesopore molecular sieve, organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieve is preferable. The organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieve has an organic component bonded to silicon that forms the skeleton with respect to silicon.
It is an organic-inorganic hybrid mesopore molecular sieve having ˜60 equivalent%. These organic components are hydrocarbon groups,
An alkyl group, an allyl group and an aralkyl group are preferred. A methyl group as the alkyl group, a phenyl group as the allyl group, and a methylphenyl group as the aralkyl group are particularly preferable. The organic component is 1 to 60 with respect to the silicon atom in the catalyst.
Equivalent%, preferably 5 to 50 equivalent%. In addition to silicon, the skeleton of these organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieves may contain other metal oxides such as aluminum, titanium, niobium, zirconium, and boron. The ratio of these other metal oxides to silicon in the mesopore molecular sieve is such that when the other metal is represented by M, the silicon / M atomic ratio is 5 or more, preferably 10 to 100.
Is. The organic-inorganic hybrid mesopore molecular sieve can be produced by a known method described in JP-A-10-72212.

【0010】本発明において、好ましい触媒として、メ
ソポア分子ふるいに白金族金属をナノ粒子状(具体的に
は金属粒子サイズとしては1〜5nm)で担持した触媒
であって、白金族金属元素としては、ルテニウム、ロジ
ウム、パラジウム、イリジウム、白金等が挙げられ、パ
ラジウムを主体とするものがより好ましい。これらは単
独あるいは2種以上を組み合わせ用いられる。白金族金
属の割合は、白金族金属とメソポア分子ふるいの総和に
対して1〜30質量%であり、好ましくは2〜20質量
%、最も好ましくは2〜10質量%である。
In the present invention, a preferable catalyst is a catalyst in which a platinum group metal is supported on a mesopore molecular sieve in the form of nanoparticles (specifically, a metal particle size is 1 to 5 nm), and the platinum group metal element is , Ruthenium, rhodium, palladium, iridium, platinum and the like, and those containing palladium as a main component are more preferable. These may be used alone or in combination of two or more. The ratio of the platinum group metal is 1 to 30% by mass, preferably 2 to 20% by mass, and most preferably 2 to 10% by mass, based on the total amount of the platinum group metal and the mesopore molecular sieve.

【0011】これら白金族金属の担持方法としては、こ
れらの元素の可溶性塩、例えば、塩化物、酢酸塩、アン
ミン錯体等あるいはアセチルアセトネート等を、イオン
交換水、メタノール、アセトン等の有機溶媒に溶解さ
せ、含浸法又はイオン交換法により担持させる。次い
で、金属成分を担持した担体を充分乾燥する。乾燥は5
0〜150℃で真空乾燥することが好ましい。乾燥した
後、100〜300℃で水素又は水素と窒素の混合ガス
雰囲気下で還元処理して本発明の触媒を製造する。還元
処理としては、水溶液中でホルマリン、ヒドラジン等の
還元剤を用い処理してもよい。
As a method for supporting these platinum group metals, soluble salts of these elements, for example, chlorides, acetates, ammine complexes, etc., or acetylacetonate, etc. are added to organic solvents such as ion-exchanged water, methanol, acetone, etc. It is dissolved and supported by an impregnation method or an ion exchange method. Then, the carrier supporting the metal component is sufficiently dried. Dry 5
Vacuum drying is preferably performed at 0 to 150 ° C. After drying, the catalyst of the present invention is manufactured by reduction treatment at 100 to 300 ° C. under hydrogen or a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen. The reduction treatment may be performed using a reducing agent such as formalin and hydrazine in an aqueous solution.

【0012】本発明の触媒は、高濃度の金属成分を含有
しているにもかかわらず、白金族金属が高分散し、耐シ
ンタリング性にも優れており、水素存在下の反応に極め
て有効である。本発明のメソポア分子ふるいは賦形して
用いることができる。賦形する場合は、金属酸化物又は
その前駆体をバインダーとして添加するのが好ましい。
バインダーとして添加する金属酸化物又はその前駆体と
しては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニ
ウム又はこれらの前駆体、例えば、シリカゾル、アルミ
ナゾル、ジルコニアゾルが好ましく、シリカゾルが最も
好ましい。
Although the catalyst of the present invention contains a high concentration of metal components, the platinum group metal is highly dispersed and has excellent sintering resistance, and is extremely effective for the reaction in the presence of hydrogen. Is. The mesopore molecular sieve of the present invention can be shaped and used. When shaping, it is preferable to add a metal oxide or its precursor as a binder.
As the metal oxide or its precursor added as a binder, silicon oxide, aluminum oxide, zirconium oxide or their precursors such as silica sol, alumina sol and zirconia sol are preferable, and silica sol is most preferable.

【0013】賦形方法としては、押し出し法、モノリス
構造体等にコートする方法等がある。賦形に用いるシリ
カ、アルミナ等のバインダーはメソポア分子ふるいに対
して、通常、5〜90質量%、好ましくは10〜80質
量%である。白金族金属は賦形の前又は後で担持するこ
とができる。本発明の触媒は、水素及び酸素から直接過
酸化水素を製造する触媒として好適である。水素及び酸
素から直接過酸化水素を製造する条件としては、酸素対
水素の分圧が50/1〜1/50の範囲で、できるだけ
爆発範囲外で反応させることが安全上好ましい。酸素の
代わりに空気等の酸素含有ガスを用いることもできる。
As a shaping method, there are an extrusion method, a method of coating a monolith structure and the like. The binder such as silica and alumina used for shaping is usually 5 to 90% by mass, preferably 10 to 80% by mass based on the mesopore molecular sieve. The platinum group metal can be supported before or after shaping. The catalyst of the present invention is suitable as a catalyst for producing hydrogen peroxide directly from hydrogen and oxygen. As a condition for directly producing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen, it is preferable in terms of safety that the partial pressure of oxygen to hydrogen is in the range of 50/1 to 1/50, and the reaction is carried out outside the explosion range as much as possible. An oxygen-containing gas such as air can be used instead of oxygen.

【0014】過酸化水素の製造に用いられる反応媒体
は、通常、水性媒体であるが、水と均一相をなす有機溶
媒、例えば、アルコール、アセトン、アセトニトリル等
との混合物も使用できる。反応媒体のpHは、中性〜酸
性に保つことが好ましい。通常、硫酸、燐酸、塩酸等の
鉱酸あるいは蟻酸、酢酸、プロピオン酸、トリフルオロ
酢酸等の有機酸を添加し、酸性に保持することが好まし
い。酸の濃度としては0.001〜0.5規定程度が好
ましい。反応温度は、通常、0〜70℃、好ましくは5
〜50℃である。反応圧力は、通常、大気圧〜20MP
a、好ましくは大気圧〜5MPaである。
The reaction medium used for the production of hydrogen peroxide is usually an aqueous medium, but it is also possible to use a mixture with an organic solvent which forms a homogeneous phase with water, for example, alcohol, acetone, acetonitrile and the like. The pH of the reaction medium is preferably kept neutral to acidic. Usually, it is preferable to add a mineral acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid or the like, or an organic acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid, trifluoroacetic acid and the like to keep the acidity. The acid concentration is preferably about 0.001 to 0.5 N. The reaction temperature is usually 0 to 70 ° C., preferably 5
~ 50 ° C. Reaction pressure is usually from atmospheric pressure to 20MP
a, preferably atmospheric pressure to 5 MPa.

【0015】反応に用いられる触媒の使用量は、白金族
金属として、反応媒体1リットル当たり0.1〜100
0mg程度が用いられる。更に助触媒として、ハロゲン
化合物、例えば、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、
臭素酸ナトリウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭
化アンモニウム、沃化ナトリウム、沃化カリウム、沃化
アンモニウム等、好ましくは臭素酸ナトリウム、臭化ナ
トリウム、臭化カリウム、塩化アンモニウム等を添加す
るのが好ましい。添加量としては、通常、反応媒体1リ
ットルに対して、0.001mmol〜0.1molが
用いられる。反応の形式としては回分方式でも連続方式
でも行うことができる。また賦形触媒を用い固定床方式
でガス相、液相を供給する方式を採用することもでき
る。
The amount of the catalyst used in the reaction is 0.1 to 100 per liter of the reaction medium as a platinum group metal.
About 0 mg is used. Further, as a co-catalyst, a halogen compound such as sodium chloride, ammonium chloride,
Sodium bromate, sodium bromide, potassium bromide, ammonium bromide, sodium iodide, potassium iodide, ammonium iodide, etc., preferably sodium bromate, sodium bromide, potassium bromide, ammonium chloride, etc. are added. Is preferred. The addition amount is usually 0.001 mmol to 0.1 mol with respect to 1 liter of the reaction medium. The reaction can be performed in a batch system or a continuous system. It is also possible to adopt a method of supplying a gas phase and a liquid phase in a fixed bed method using a shaped catalyst.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に実施例等を挙げて本発明を
具体的に説明するが、本発明はこれら実施例等により何
ら限定されるものではない。本発明において、メソポア
分子ふるいの細孔径は窒素吸着法により測定する。白金
族金属の含有率は蛍光X線分析法(理学電機製RIX−
3000型)により測定する。反応液中の過酸化水素量
の測定はヨードメトリー法により求める。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below with reference to Examples and the like, but the present invention is not limited to these Examples and the like. In the present invention, the pore size of the mesopore molecular sieve is measured by the nitrogen adsorption method. The platinum group metal content is determined by a fluorescent X-ray analysis method (Rigaku Denki RIX-
3000 type). The amount of hydrogen peroxide in the reaction solution is measured by the iodometry method.

【0017】[0017]

【実施例1】テトラエトキシシラン124gをn−ドデ
シルアミン30gのエタノール240g−水300gの
混合溶液に加え、次いでアルミニウムイソプロポキシド
8.1gを徐徐に加え、白色沈殿が認められるまで攪拌
し、さらに、一夜静置した。白色沈殿をろ過、回収し、
乾燥して52gの白色粉末を得た。この乾燥粉末20g
を300℃で2時間、次いで550℃で3時間空気中で
仮焼し、テンプレートであるアルキルアミンを除去し、
シリカ・アルミナメソポア分子ふるいを得た。このもの
の比表面積は1100m2/g、細孔径は3.4nmで
あった。
Example 1 Tetraethoxysilane (124 g) was added to a mixed solution of n-dodecylamine (30 g), ethanol (240 g) and water (300 g), and aluminum isopropoxide (8.1 g) was gradually added thereto, and the mixture was stirred until a white precipitate was observed. , Let stand overnight. The white precipitate is filtered and collected,
After drying, 52 g of white powder was obtained. 20g of this dry powder
Is calcined in air at 300 ° C. for 2 hours and then at 550 ° C. for 3 hours to remove the template alkylamine,
A silica / alumina mesopore molecular sieve was obtained. This product had a specific surface area of 1100 m 2 / g and a pore size of 3.4 nm.

【0018】得られたメソポア分子ふるい13.5g
を、塩化パラジウム2.5gを塩酸水溶液(濃塩酸10
gを精製水100g)に溶解させた溶液に添加し、蒸発
乾固した。次いで150℃、2時間真空乾燥(〜1mm
Hg)した。次いで水素雰囲気下300℃、3時間還元
処理した後、精製水で充分に水洗後乾燥し、パラジウム
担持メソポア触媒を得た。この触媒のパラジウム含有率
は9.8質量%、比表面積は700m2/g、細孔径は
3.3nmであった。X線回折のPd回折ピークの半値
幅よりシラーの式で求めたパラジウムの平均粒子径は
3.0nmであり、ナノ粒子に分散していた。
13.5 g of the obtained mesopore molecular sieve
2.5 g of palladium chloride was added to a hydrochloric acid aqueous solution (concentrated hydrochloric acid 10
g was added to a solution dissolved in 100 g of purified water) and evaporated to dryness. Then vacuum dry at 150 ° C for 2 hours (~ 1mm
Hg). Then, after reduction treatment at 300 ° C. for 3 hours in a hydrogen atmosphere, the product was thoroughly washed with purified water and dried to obtain a palladium-supported mesopore catalyst. The palladium content of this catalyst was 9.8% by mass, the specific surface area was 700 m 2 / g, and the pore size was 3.3 nm. The average particle diameter of palladium determined by the Schiller's formula from the half-width of the Pd diffraction peak of X-ray diffraction was 3.0 nm, and it was dispersed in the nanoparticles.

【0019】[0019]

【実施例2】テトラエトキシシラン83.2gとメチル
トリエトキシシラン36.6gをドデシルアミン30g
とエタノール240g−水300gの混合液に加え、白
色沈殿が認められるまで攪拌し、さらに、一夜静置し
た。白色沈殿をろ過回収し、乾燥して54gの白色粉末
を得た。この乾燥粉末20gを濃塩酸2ml含むエタノ
ール1リットルを用い60℃で抽出操作を2回繰り返
し、n−ドデシルアミンを抽出した。抽出物を乾燥し、
メチル基を有するケイ素原子が33モル%のメチル基含
有メソポア分子ふるい14gが得られた。このメソポア
分子ふるいの比表面積は900m2/g、細孔径は1.
9nmであった。
Example 2 83.2 g of tetraethoxysilane and 36.6 g of methyltriethoxysilane were added to 30 g of dodecylamine.
Was added to a mixed solution of 240 g of ethanol and 300 g of water, and the mixture was stirred until a white precipitate was observed, and further left to stand overnight. The white precipitate was collected by filtration and dried to obtain 54 g of white powder. 20 g of this dry powder was extracted twice with 1 liter of ethanol containing 2 ml of concentrated hydrochloric acid at 60 ° C. to extract n-dodecylamine. Dry the extract,
14 g of methyl group-containing mesopore molecular sieves having 33 mol% of silicon atoms having methyl groups were obtained. The specific surface area of this mesopore molecular sieve is 900 m 2 / g and the pore size is 1.
It was 9 nm.

【0020】得られたメソポア分子ふるい10gを塩酸
酸性エタノールー水(エタノール含量25質量%、濃塩
酸10質量%)溶液50gに塩化パラジウム0.877
gを添加、溶解させた。これを加熱して、蒸発乾固さ
せ、実施例1と同様に処理して、パラジウム担持メチル
基ハイブリッドシリカ・アルミナメソポア分子ふるい触
媒を得た。この触媒のパラジウムの含有率は4.9質量
%で、パラジウムの平均粒子径は2.0nm未満であっ
た。
10 g of the obtained mesopore molecular sieve was added to 50 g of a solution of hydrochloric acid-acidified ethanol-water (ethanol content 25% by mass, concentrated hydrochloric acid 10% by mass) and palladium chloride 0.877.
g was added and dissolved. This was heated, evaporated to dryness, and treated in the same manner as in Example 1 to obtain a palladium-supported methyl group hybrid silica / alumina mesopore molecular sieve catalyst. The palladium content of this catalyst was 4.9% by mass, and the average particle diameter of palladium was less than 2.0 nm.

【0021】[0021]

【実施例3】アルミニウムイソプロポキサイドに替えて
テトラエトキシチタン4.53gをプロパノール5gに
溶解させものを用いた以外は実施例1と同様に処理して
シリカ・チタニアメソポア分子ふるいを得た。このもの
の比表面積は980m2/g、細孔径は3.2nm、シ
リカ/チタニア原子比は32であった。得られたメソポ
ア分子ふるいを用いて、実施例2と同様にパラジウムを
担持させ、パラジウム担持メソポア触媒を得た。この触
媒のパラジウム含有率は4.9質量%であり、比表面積
は800m2/g、細孔径は2.8nmであった。X線
回折のPd回折ピークの半値幅よりシラーの式で求めた
パラジウムの平均粒子径は2.6nmであり、ナノ粒子
に分散していた。
Example 3 A silica-titania mesopore molecular sieve was obtained in the same manner as in Example 1 except that 4.53 g of tetraethoxy titanium was dissolved in 5 g of propanol instead of aluminum isopropoxide. This had a specific surface area of 980 m 2 / g, a pore size of 3.2 nm, and a silica / titania atomic ratio of 32. Using the obtained mesopore molecular sieve, palladium was supported in the same manner as in Example 2 to obtain a palladium-supported mesopore catalyst. The palladium content of this catalyst was 4.9% by mass, the specific surface area was 800 m 2 / g, and the pore size was 2.8 nm. The average particle diameter of palladium determined by the Schiller's formula from the half-width of the Pd diffraction peak of X-ray diffraction was 2.6 nm, and it was dispersed in the nanoparticles.

【0022】[0022]

【実施例4】水素及び酸素から直接過酸化水素を製造す
る触媒に実施例1で調製したパラジウム担持メソポア触
媒を用いた。反応は300mlのオートクレーブ(テフ
ロン(登録商標)内張り)に硫酸0.05mol/L、
臭化ナトリウム0.006mol/Lを含む精製水20
ml及び触媒7.2mgを添加し、チッソ置換後、水素
で置換し、室温で1時間撹拌後、再びチッソ置換した。
チッソを0.5MPa、酸素を0.36MPa、水素を
0.03MPa導入し、10℃の水冷浴にセットし、撹
拌下反応させた。1時間毎に減少した圧に相当する水素
を添加した。3時間反応後の水溶液中の過酸化水素濃度
は0.4質量%であった。水素の選択性は75%であっ
た。
Example 4 The palladium-supported mesopore catalyst prepared in Example 1 was used as a catalyst for directly producing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen. The reaction was carried out in a 300 ml autoclave (Teflon (registered trademark) lining) with sulfuric acid 0.05 mol / L,
Purified water 20 containing 0.006 mol / L of sodium bromide
ml and a catalyst (7.2 mg) were added, and the atmosphere was replaced with hydrogen and then replaced with hydrogen.
Nitrogen was introduced at 0.5 MPa, oxygen was introduced at 0.36 MPa, hydrogen was introduced at 0.03 MPa, and the mixture was set in a water cooling bath at 10 ° C. and reacted under stirring. Hydrogen was added every hour corresponding to a reduced pressure. The hydrogen peroxide concentration in the aqueous solution after the reaction for 3 hours was 0.4% by mass. The hydrogen selectivity was 75%.

【0023】[0023]

【実施例5】実施例2で調製したパラジウム担持メチル
基含有シリカ・アルミナメソポア分子ふるい10.8m
gを触媒として用いた以外は実施例4と同様に過酸化水
素の製造反応を行った。その結果、3時間反応後の過酸
化水素の濃度は0.54質量%、水素の選択性は80
%、6時間反応後の過酸化水素濃度は1.3質量%であ
った。
Example 5 Palladium-supported methyl group-containing silica / alumina mesopore molecular sieve 10.8 m prepared in Example 2
A hydrogen peroxide production reaction was carried out in the same manner as in Example 4 except that g was used as a catalyst. As a result, the hydrogen peroxide concentration after the reaction for 3 hours was 0.54% by mass, and the hydrogen selectivity was 80.
%, The hydrogen peroxide concentration after the reaction for 6 hours was 1.3% by mass.

【0024】[0024]

【実施例6】実施例3で調製したパラジウム担持シリカ
・チタニアメソポア分子ふるい10.8mgを触媒とし
て用いた以外は実施例4と同様に過酸化水素の製造反応
を行った。その結果、3時間反応後の過酸化水素の濃度
は0.41質量%であった。
Example 6 A hydrogen peroxide production reaction was carried out in the same manner as in Example 4 except that 10.8 mg of the silica-titania mesopore molecular sieve supporting palladium prepared in Example 3 was used as a catalyst. As a result, the concentration of hydrogen peroxide after the reaction for 3 hours was 0.41% by mass.

【0025】[0025]

【比較例1】市販のシリカ担体(日揮化学製N−602
A)を粉砕し、ふるい分けし、45μmパスのものを用
い、実施例2同様に但し、パラジウムを担持した触媒を
調製した。この触媒のパラジウム担持量は5質量%、パ
ラジウムの平均粒子径は14nmであった。この触媒を
用いて実施例4同様に過酸化水素の製造反応を行った。
その結果、3時間反応後の過酸化水素濃度は0.3質量
%、6時間反応時の過酸化水素濃度は0.62質量%で
あった。
Comparative Example 1 Commercially available silica carrier (N-602 manufactured by JGC Kagaku)
A) was crushed and sieved, and a 45 μm pass was used to prepare a catalyst supporting palladium in the same manner as in Example 2. The amount of palladium supported on this catalyst was 5% by mass, and the average particle diameter of palladium was 14 nm. Using this catalyst, a hydrogen peroxide production reaction was carried out in the same manner as in Example 4.
As a result, the hydrogen peroxide concentration after reacting for 3 hours was 0.3% by mass, and the hydrogen peroxide concentration after reacting for 6 hours was 0.62% by mass.

【0026】[0026]

【実施例7】実施例1で調製した触媒及び比較例1で調
製した触媒を500℃、5時間水素気流中で加熱処理を
行う、シンタリング促進試験を行った。その結果、実施
例1の触媒のパラジウム粒子径の増大は認められなかっ
た。一方、比較例1の触媒では14nmから20nmへ
粒子径の増加が認められた。その結果、本発明の触媒
は、高濃度担持にもかかわらず極めて高分散で、かつ、
耐シンタリング性を有していることが判明した。
Example 7 A sintering promotion test was conducted in which the catalyst prepared in Example 1 and the catalyst prepared in Comparative Example 1 were heat-treated in a hydrogen stream at 500 ° C. for 5 hours. As a result, no increase in the palladium particle size of the catalyst of Example 1 was observed. On the other hand, in the catalyst of Comparative Example 1, an increase in particle size was observed from 14 nm to 20 nm. As a result, the catalyst of the present invention has an extremely high dispersion despite the high concentration loading, and
It was found to have sintering resistance.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の触媒は、活性成分である白金属
金属が高い濃度で担持されているにもかかわらず、高分
散し、かつ、安定性に優れ、水素及び酸素から直接過酸
化水素を製造する際に、比較的低い圧力で、高い過酸化
水素生成性能を発揮する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The catalyst of the present invention is highly dispersed and excellent in stability, even though the white metal metal as an active ingredient is supported at a high concentration, and hydrogen peroxide and hydrogen peroxide directly It exhibits high hydrogen peroxide production performance at a relatively low pressure when producing.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 齋 神奈川県横浜市旭区川島町2950−25 Fターム(参考) 4G069 AA03 BA07A BA07B BC16A BC16B BC22A BC38A BC50A BC50B BC51A BC52A BC55A BC56A BC66A BC69A BC70A BC71A BC72A BC72B BC74A BC75A BD05A BD05B CB81 EC04Y EC14Y FC08 ZA35A ZA35B ZA37A ZA37B ZA38A ZA43A ZA43B ZF05A ZF05B   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Sai Nakajima             2950-25 Kawashima-cho, Asahi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term (reference) 4G069 AA03 BA07A BA07B BC16A                       BC16B BC22A BC38A BC50A                       BC50B BC51A BC52A BC55A                       BC56A BC66A BC69A BC70A                       BC71A BC72A BC72B BC74A                       BC75A BD05A BD05B CB81                       EC04Y EC14Y FC08 ZA35A                       ZA35B ZA37A ZA37B ZA38A                       ZA43A ZA43B ZF05A ZF05B

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 白金族金属がメソポア分子ふるいに担持
された触媒であって、白金族金属の割合が白金族金属と
メソポア分子ふるいの総和に対して1〜30質量%であ
ることを特徴とする酸素及び水素から直接過酸化水素を
製造するための触媒。
1. A catalyst in which a platinum group metal is supported on a mesopore molecular sieve, wherein the proportion of the platinum group metal is 1 to 30% by mass based on the total amount of the platinum group metal and the mesopore molecular sieve. A catalyst for producing hydrogen peroxide directly from oxygen and hydrogen.
【請求項2】 メソポア分子ふるいが有機無機ハイブリ
ッドシリカメソポア分子ふるいであることを特徴とする
請求項1記載の過酸化水素を製造するための触媒。
2. The catalyst for producing hydrogen peroxide according to claim 1, wherein the mesopore molecular sieve is an organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieve.
【請求項3】 白金族金属がパラジウムであることを特
徴とする請求項1記載の過酸化水素を製造するための触
媒。
3. The catalyst for producing hydrogen peroxide according to claim 1, wherein the platinum group metal is palladium.
【請求項4】 水素及び酸素から直接過酸化水素を製造
するに際して、請求項1記載の過酸化水素を製造するた
めの触媒の存在下に反応させることを特徴とする過酸化
水素の製造方法。
4. A method for producing hydrogen peroxide, which comprises reacting in the presence of a catalyst for producing hydrogen peroxide according to claim 1 when directly producing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7718710B2 (en) 2006-03-17 2010-05-18 Headwaters Technology Innovation, Llc Stable concentrated metal colloids and methods of making same
WO2013068340A1 (en) 2011-11-07 2013-05-16 Solvay Sa A catalyst for direct synthesis of hydrogen peroxide

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