JP2003024794A - Catalyst for producing hydrogen peroxide - Google Patents

Catalyst for producing hydrogen peroxide

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JP2003024794A
JP2003024794A JP2001210369A JP2001210369A JP2003024794A JP 2003024794 A JP2003024794 A JP 2003024794A JP 2001210369 A JP2001210369 A JP 2001210369A JP 2001210369 A JP2001210369 A JP 2001210369A JP 2003024794 A JP2003024794 A JP 2003024794A
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catalyst
hydrogen peroxide
producing hydrogen
platinum group
palladium
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Application number
JP2001210369A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Furuya
方彦 古谷
Keizo Tomokuni
敬三 友国
Hitoshi Nakajima
齊 中嶋
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Asahi Kasei Corp
Noguchi Institute
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Noguchi Institute
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst excellent in activity and selectivity for synthesizing hydrogen peroxide directly from hydrogen and oxygen and a method for producing hydrogen peroxide using the catalyst. SOLUTION: The catalyst for synthesizing hydrogen peroxide directly from oxygen and hydrogen comprising at least one element selected from platinum group elements, rare earth elements, titanium, niobium, nickel, molybdenum, and tungsten and the method for producing hydrogen peroxide using the catalyst are provided.

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、水素および酸素か
ら直接過酸化水素を製造するのに用いられる触媒および
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.

【0002】[0002]

【従来の技術】過酸化水素はクリーンな酸化剤として、
種々の有機物およ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、濃縮など多数
の工程が必要であり、プロセスが複雑になる問題を有し
ている。更に、アントラキノンの損失なども問題となっ
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, requires many steps such as reduction, oxidation of the anthraquinone medium, extraction of the produced hydrogen peroxide, purification, and concentration, which complicates the process. have. Furthermore, loss of anthraquinone is also a problem.

【0003】これらの問題を解決するため、従来、貴金
属触媒の存在下、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ことが示されている。例えば、
特開昭63−156005号公報、特開平4−2388
02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号公報などには、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
ニアなど種々の担体に担持させて用いる方法が、特開平
6−305715号公報および特開平7−33410号
公報には、錫、鉛、亜鉛、ガリウム、ビスマスなどで修
飾された白金族金属触媒を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, JP-A-4-2388
02, JP-A-4-285003, JP-A-5
In JP-17106, JP-A-5-43206, JP-A-9-301705, etc., a platinum group metal is used by being supported on various carriers such as activated carbon, amorphous silica, zeolite, rare earth oxides and titania. JP-A-6-305715 and JP-A-7-33410 propose a method using a platinum group metal catalyst modified with tin, lead, zinc, gallium, bismuth or the like.

【0004】しかしながら、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。高圧条
件の採用は工業的に不利であり、水素および酸素の反応
という面から、安全上も好ましくない。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, in order to obtain a high concentration of hydrogen peroxide, it was necessary to carry out the reaction under high pressure conditions. The use of high-pressure conditions is industrially disadvantageous, and is unfavorable in terms of safety from the viewpoint of reaction between hydrogen and oxygen. Further, there is a problem that hydrogen selectivity in producing hydrogen peroxide 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、
酸素および水素から直接過酸化水素を製造するに際し
て、比較的低い圧力下で、高い過酸化水素濃度および水
素選択性を与える触媒およびこの触媒を用いた効率的な
過酸化水素の製造方法を提供することである。
The object of the present invention is to:
Provided is a catalyst which gives a high hydrogen peroxide concentration and hydrogen selectivity under relatively low pressure when producing hydrogen peroxide directly from oxygen and hydrogen, and an efficient method for producing hydrogen peroxide using this catalyst. That is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、白金族金属
と希土類、チタン、ニオブ、ニッケル、モリブデンおよ
びタングステンから選ばれた少なくとも1種の元素とか
らなる触媒が、酸素および水素から直接過酸化水素を合
成する優れた触媒であることを見いだし、本発明に到達
した。即ち、本発明は以下の通りである。 (1)白金族金属と、希土類、チタン、ニオブ、ニッケ
ル、モリブデンおよびタングステンから選ばれた少なく
とも1種の元素とからなることを特徴とする酸素および
水素から直接過酸化水素を製造するのに用いる触媒。 (2)白金族金属が希土類、チタン、ニオブ、ニッケ
ル、モリブデンおよびタングステンから選ばれた少なく
とも1種の元素とともに担体に担持されていることを特
徴とする(1)に記載の過酸化水素を製造するのに用い
る触媒。 (3)白金族金属がパラジウムであることを特徴とする
(1)または(2)に記載の過酸化水素を製造するのに
用いる触媒。 (4)担体がメソポア分子ふるいであることを特徴とす
る(2)または(3)に記載の過酸化水素を製造するの
に用いる触媒。 (5)水素および酸素から直接過酸化水素を合成するに
際して、(1)〜(4)のいずれか1つに記載の触媒の
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。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive studies in order to achieve the above object, and as a result, at least one selected from platinum group metals and rare earths, titanium, niobium, nickel, molybdenum and tungsten. The inventors have found that a catalyst composed of one element is an excellent catalyst for directly synthesizing hydrogen peroxide from oxygen and hydrogen, and arrived at the present invention. That is, the present invention is as follows. (1) Used for producing hydrogen peroxide directly from oxygen and hydrogen, characterized by comprising a platinum group metal and at least one element selected from rare earths, titanium, niobium, nickel, molybdenum and tungsten catalyst. (2) The hydrogen peroxide according to (1), wherein the platinum group metal is supported on a carrier together with at least one element selected from rare earths, titanium, niobium, nickel, molybdenum and tungsten. The catalyst used to do this. (3) The catalyst used for producing hydrogen peroxide according to (1) or (2), wherein the platinum group metal is palladium. (4) The catalyst used for producing hydrogen peroxide according to (2) or (3), wherein the carrier is a mesopore molecular sieve. (5) A method for producing hydrogen peroxide, which comprises reacting in the presence of the catalyst according to any one of (1) to (4) when synthesizing hydrogen peroxide directly from hydrogen and oxygen.

【0007】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
触媒は、白金族金属と、希土類、チタン、ニオブ、ニッ
ケル、モリブデンおよびタングステンから選ばれた少な
くとも1種の元素(以下、修飾成分、という)とから構
成されることによって、水素および酸素から直接過酸化
水素を製造する際に優れた触媒機能が発揮されるもので
ある。本発明の触媒は白金族金属と修飾成分のみでも優
れた効果が発揮されるが、担体に担持して用いることが
好ましい。
The present invention will be described in detail below. The catalyst of the present invention comprises hydrogen and oxygen by being composed of a platinum group metal and at least one element selected from rare earths, titanium, niobium, nickel, molybdenum and tungsten (hereinafter referred to as a modifying component). It exhibits an excellent catalytic function when hydrogen peroxide is directly produced from. The catalyst of the present invention exhibits an excellent effect only with the platinum group metal and the modifying component, but it is preferably used by being supported on a carrier.

【0008】触媒成分を構成する白金族金属としては、
例えば、ルテニウム、ロジウム、ラジウム、イリジウ
ム、白金などが挙げられる。これらは単独あるいは2種
以上を組み合わせて用いられる。特に、パラジウムを主
体とするものが好ましい。白金族金属を担体に担持して
用いる場合、白金族金属の割合は、白金族金属と担体の
総和に対して、好ましくは0.1〜20質量%、より好
ましくは0.2〜10質量%、最も好ましくは0.5〜
5質量%である。
As the platinum group metal constituting the catalyst component,
Examples thereof include ruthenium, rhodium, radium, iridium and platinum. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, those mainly containing palladium are preferable. When the platinum group metal is used by being supported on the carrier, the proportion of the platinum group metal is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.2 to 10% by mass, based on the total amount of the platinum group metal and the carrier. , Most preferably 0.5 to
It is 5% by mass.

【0009】本発明の触媒に用いる修飾成分元素の白金
族金属に対する比率は、好ましくは0.01〜10原子
比、より好ましくは0.05〜2原子比である。本発明
の触媒の調製方法は、触媒を担体に担持させない場合、
例えば、白金族金属元素の可溶性塩と、修飾成分として
用いる元素の可溶性塩の混合水溶液に、炭酸塩などを添
加してPHを調整し、共沈スラリーとする。次いで、水
素を用いる液中還元あるいはホルマリン、ヒドラジンな
どの還元剤を用いる還元法などによりスラリー状の触媒
とする。
The ratio of the modifying component element used in the catalyst of the present invention to the platinum group metal is preferably 0.01 to 10 atomic ratio, more preferably 0.05 to 2 atomic ratio. The method for preparing the catalyst of the present invention is such that when the catalyst is not supported on the carrier,
For example, the pH is adjusted by adding carbonate or the like to a mixed aqueous solution of a soluble salt of a platinum group metal element and a soluble salt of an element used as a modifying component to prepare a coprecipitation slurry. Next, a catalyst in the form of a slurry is prepared by reduction in liquid using hydrogen or a reduction method using a reducing agent such as formalin and hydrazine.

【0010】触媒を担体に担持させる場合には、白金族
成分と同時にあるいは別個に修飾成分を担体に担持させ
る方法がある。白金族金属を触媒に担持させるには、白
金族金属元素の可溶性塩をイオン交換水、メタノール、
アセトンなどの有機溶媒に溶解させ、含浸法あるいはイ
オン交換法により担体に担持し、白金族金属成分を担持
した担体を充分乾燥する。好ましくは50〜150℃で
真空乾燥する。次いで、100〜300℃で水素あるい
は水素と窒素の混合ガス雰囲気下で還元処理する。還元
処理には、水溶液中ホルマリン、ヒドラジンなどの還元
剤を用いることもできる。修飾成分と白金族金属とから
なる触媒を調整するには、修飾成分として用いる元素の
可溶性塩を、水、アルコール、アセトンなどに溶解さ
せ、白金族成分と同時にあるいは別個に含浸法などによ
り担体に担持させる。担持後、通常は前述のように還元
処理を行い、触媒を製造する。
When the catalyst is supported on the carrier, there is a method of supporting the modifying component on the carrier simultaneously with or separately from the platinum group component. In order to support the platinum group metal on the catalyst, a soluble salt of the platinum group metal element is deionized water, methanol,
It is dissolved in an organic solvent such as acetone, supported on a carrier by an impregnation method or an ion exchange method, and the carrier supporting the platinum group metal component is sufficiently dried. Vacuum drying is preferably performed at 50 to 150 ° C. Then, reduction treatment is performed at 100 to 300 ° C. under hydrogen or a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen. A reducing agent such as formalin or hydrazine in an aqueous solution can be used for the reduction treatment. In order to prepare a catalyst composed of a modifying component and a platinum group metal, a soluble salt of the element used as the modifying component is dissolved in water, alcohol, acetone, etc., and the platinum group component is simultaneously or separately applied to the carrier by an impregnation method or the like. Carry it. After loading, the catalyst is usually produced by the reduction treatment as described above.

【0011】白金族元素の可溶性塩としては、例えば、
塩化物、酢酸塩、アンミン錯体など、あるいはアセチル
アセトネートなどが挙げられる。修飾成分の元素の可溶
性塩としては、例えば、希土類塩化物、硝酸塩、塩化ニ
ッケル、硝酸ニッケル、シュウ酸チタン、シュウ酸ニオ
ブ、モリブデン酸、タングステン酸およびその塩、ニオ
ブ及びチタンの過酸化物、アルコキサイドなどが挙げら
れる。用いられる担体としては、シリカ、シリカ・アル
ミナ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ハフニア、Y
型、ベータ型、MFI型、MCM−22などのゼオライ
ト、希土類酸化物、メソポア分子ふるい、活性炭などの
多孔質担体が挙げられる。特に、メソポア分子ふるいが
好ましい。
Examples of soluble salts of platinum group elements include, for example,
Examples thereof include chlorides, acetates, ammine complexes, and acetylacetonates. Examples of the soluble salt of the modifying component element include rare earth chlorides, nitrates, nickel chloride, nickel nitrate, titanium oxalate, niobium oxalate, molybdic acid, tungstic acid and its salts, niobium and titanium peroxides, and alkoxides. And so on. As the carrier used, silica, silica-alumina, alumina, titania, zirconia, hafnia, Y
Type, beta type, MFI type, MCM-22 and other zeolites, rare earth oxides, mesopore molecular sieves, activated carbon and other porous carriers. In particular, a mesopore molecular sieve is preferable.

【0012】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、希土類など
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
なども含まれる。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または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、タングステンなどのメタロシリケートなどが挙げら
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 mesopore molecular sieve is a metal oxide porous body having a mesopore region, in particular, monodisperse pores having a diameter of 1.5 to 10 nm. As the elements constituting the metal oxide, silicon, aluminum, iron, titanium, niobium,
Examples thereof include tantalum, hafnium, zirconium, tin and rare earths. Examples of the metal oxide include various metallosilicates containing silicon as a main component, in addition to the above metal oxides. As various metallosilicates containing silicon as a main component, for example, aluminum, gallium,
Examples include transition metal elements of Groups 4, 5 or 6 such as metallosilicates of titanium, vanadium, chromium, 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 to 100.

【0013】これらメソポア分子ふるいの合成方法とし
ては、米国特許第5098684号明細書、同第510
2643号明細書、同第5108725号明細書、特表
平5−503499号公報などに、長鎖のアルキル基を
有する4級アンモニウム塩またはフォスフォニウム塩を
テンプレートとし用い、水熱合成により合成する方法が
開示されている。メソポア分子ふるいに属する有機無機
ハイブリッドシリカメソポア分子ふるいも担体として同
様に用いられる。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。
Methods for synthesizing these mesopore molecular sieves include US Pat. Nos. 5,098,684 and 5,510.
No. 2643, No. 5108725, and Japanese Patent Publication No. 5-503499, and the like is synthesized by hydrothermal synthesis using a quaternary ammonium salt or phosphonium salt having a long-chain alkyl group as a template. A method is disclosed. Organic-inorganic hybrid silica belonging to mesopore molecular sieves Mesopore molecular sieves are likewise used as carriers. The organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieve is an organic-inorganic hybrid mesopore molecular sieve having an organic component bonded to silicon forming a skeleton in an amount of 1 to 60% by weight based on silicon. These organic components are hydrocarbon groups, preferably alkyl groups, allyl groups and aralkyl groups. 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 contained in an amount of 1 to 60 equivalent%, preferably 5 to 50 equivalent% based on the silicon atom in the catalyst.

【0014】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、前述のメタロシ
リケートとして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1
0−72212号公報などに記載された公知の方法で製
造できる。
In addition to silicon, the skeleton of these organic-inorganic hybrid silica mesopore molecular sieves can contain other metal oxides as the above-mentioned metallosilicates. 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, and preferably 10 to 100.
Organic-inorganic hybrid mesopore molecular sieves are disclosed in
It can be produced by a known method described in, for example, 0-72212.

【0015】本発明の触媒は、水素および酸素から直接
過酸化水素を合成する触媒として好適である。水素およ
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
素の代わりに空気などの酸素含有ガスを用いることもで
きる。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、アセトニトリルなどとの
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、塩酸などの鉱
酸あるいは蟻酸、酢酸、プロピオン酸、トリフルオロ酢
酸などの有機酸を添加し、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℃が用いられる。反応圧力は、通常、大気圧〜2
0MPa、好ましくは大気圧〜5MPaである。
The catalyst of the present invention is suitable as a catalyst for directly synthesizing hydrogen peroxide 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. The reaction medium used for the production of hydrogen peroxide is usually an aqueous medium, but it is also possible to use a mixture of water and an organic solvent forming a homogeneous phase, 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 or hydrochloric acid or an organic acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid or trifluoroacetic acid to maintain 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 is used. The reaction pressure is usually from atmospheric pressure to 2
It is 0 MPa, preferably atmospheric pressure to 5 MPa.

【0016】反応に用いられる触媒の使用量は、白金族
金属成分として、反応媒体1リットル当たり0.1〜1
000mg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、沃化アンモニウムなど、好ましくは臭素酸ナトリウ
ム、臭化ナトリウム、臭化カリウム又は塩化アンモニウ
ムを添加するのが好ましい。添加量は、通常、反応媒体
1リットルに対して、0.001mmol〜0.1mo
lである。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 1 per liter of the reaction medium as the platinum group metal component.
About 000 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 bromic acid Preference is given to adding sodium, sodium bromide, potassium bromide or ammonium chloride. The addition amount is usually 0.001 mmol to 0.1 mo with respect to 1 liter of the reaction medium.
It is l. 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.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に実施例により本発明を具体
的に説明するが、本発明はこれら実施例などにより何ら
限定されるものではない。本発明において、触媒の細孔
径は窒素吸着法により測定する。金属成分の含有量は蛍
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策定はヨードメト
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, but the present invention is not limited to these Examples. In the present invention, the pore size of the catalyst is measured by the nitrogen adsorption method. The content of the metal component is measured by a fluorescent X-ray analysis method (Rig-3000 RIX-3000 model). The amount of hydrogen peroxide in the reaction solution is determined by the iodometry method.

【0018】[0018]

【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
混合溶液に加えた。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2
0gを300℃で2時間、次いで、550℃で3時間空
気中で仮焼し、n−ドデシルアミンを除去してシリカ・
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 1 124 g of tetraethoxysilane was added to a mixed solution of 30 g of n-dodecylamine and 240 g of ethanol-300 g of water. Then, 8.1 g of aluminum isopropoxide was gradually added, and the mixture was stirred until a white precipitate was observed, and the mixture was allowed to stand overnight. The white precipitate was collected by filtration and dried to obtain 52 g of white powder. This dry powder 2
0 g was calcined in air at 300 ° C. for 2 hours and then at 550 ° C. for 3 hours to remove n-dodecylamine to remove silica.
An 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.

【0019】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
乾固して150℃、2時間真空乾燥(真空度 〜1mm
Hg下)した。次いで、水素雰囲気下300℃、3時間
還元処理し、十分に精製水で水洗後乾燥してパラジウム
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
2.8nmであり、ナノ粒子に分散していた。次いで、
このパラジウム担持触媒1gをタングステン酸ナトリウ
ム・2水塩31mgを水10mlに溶解させた溶液に含
浸し、蒸発乾固、乾燥した。その後、水素雰囲気下30
0℃、3時間還元処理し、タングステン修飾パラジウム
触媒を得た。蛍光X線分析よりW/Pdの原子比は0.
102であった。
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 to 100 g of purified water), evaporated to dryness and vacuum dried at 150 ° C. for 2 hours (vacuum degree ˜1 mm
Hg)). Then, reduction treatment was carried out at 300 ° C. for 3 hours in a hydrogen atmosphere, and the resultant 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 2.8 nm, and the palladium was dispersed in the nanoparticles. Then
1 g of this palladium-supported catalyst was impregnated with a solution of 31 mg of sodium tungstate dihydrate in 10 ml of water, evaporated to dryness and dried. After that, under hydrogen atmosphere 30
Reduction treatment was performed at 0 ° C. for 3 hours to obtain a tungsten-modified palladium catalyst. From the fluorescent X-ray analysis, the atomic ratio of W / Pd is 0.
It was 102.

【0020】[0020]

【実施例2】タングステン酸ナトリウム水溶液に替え
て、ニオブペンタエトキサイド29.9mgをエタノー
ル10mlに溶解させたものを用いた以外は実施例1と
同様に調製して、ニオブ修飾パラジウム触媒を得た。N
b/Pd原子比は0.098であった。
Example 2 A niobium-modified palladium catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that 29.9 mg of niobium pentaethoxide was dissolved in 10 ml of ethanol instead of the sodium tungstate aqueous solution. . N
The b / Pd atomic ratio was 0.098.

【0021】[0021]

【実施例3】タングステン酸ナトリウム水溶液に替え
て、チタンテトラエトキサイド21mgをエタノール1
0mlに溶解させたものを用いた以外は実施例1と同様
に調製して、チタン修飾パラジウム触媒を得た。Ti/
Pd原子比は0.099であった。
Example 3 Instead of the sodium tungstate aqueous solution, 21 mg of titanium tetraethoxide was added to ethanol 1
A titanium-modified palladium catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0 ml was used. Ti /
The Pd atomic ratio was 0.099.

【0022】[0022]

【実施例4】タングステン酸ナトリウム水溶液に替え
て、硝酸イッテリビウム4水塩40.5mgを精製水1
0mlに溶解させたものを用いた以外は実施例1と同様
に調製して、イッテリビウム修飾パラジウム触媒を得
た。Yb/Pd原子比は0.10であった。
Example 4 In place of the aqueous sodium tungstate solution, 40.5 mg of ytterbium nitrate tetrahydrate was added to purified water 1
The ytterbium-modified palladium catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the solution dissolved in 0 ml was used. The Yb / Pd atomic ratio was 0.10.

【0023】[0023]

【実施例5】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
のエタノール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除去し、乾燥してメチル
基を有するケイ素が全ケイ素に対して33モル%のメチ
ル基含有メソポア分子ふるい14gを得た。得られたメ
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 5 83.2 g of tetraethoxysilane and 36.6 g of methyltriethoxysilane were added to 30 g of dodecylamine.
Of ethanol (240 g) -water (300 g) was added, and the mixture was stirred until a white precipitate was observed, and the mixture was allowed 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 remove n-dodecylamine by extraction, and dried to obtain 33 mol% of silicon having a methyl group based on the total silicon. 14 g of methyl group-containing mesopore molecular sieves were obtained. The specific surface area of the obtained mesopore molecular sieve was 900 m 2 / g, and the pore size was 1.9 nm.

【0024】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%、濃塩酸1
0質量%)溶液50gに塩化パラジウム0.877gを
添加、溶解させ、加熱し、蒸発乾固させた。実施例1同
様に処理し、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量は4.9質量%、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 hydrochloric acid-acidic ethanol-water (ethanol content 25%, concentrated hydrochloric acid 1
0.877 g of palladium chloride was added to 50 g of the solution (0 mass%), dissolved, heated, and evaporated to dryness. The same treatment as in Example 1 was carried out 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.

【0025】このパラジウム担持触媒を、タングステン
酸ナトリウム20mgを精製水10mlに溶解させた溶
液を用いる以外は実施例1と同様にして調製し、タング
ステン修飾パラジウム触媒を得た。このもののW/Pd
原子比は0.13であった。
This palladium-supported catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution prepared by dissolving 20 mg of sodium tungstate in 10 ml of purified water was used to obtain a tungsten-modified palladium catalyst. W / Pd of this thing
The atomic ratio was 0.13.

【0026】[0026]

【実施例6】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、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
ラジウム含有量は4.9質量%、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 6 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 loaded in the same manner as in Example 2 to obtain a palladium-loaded mesopore catalyst. The catalyst had a palladium content of 4.9% by mass and a specific surface area of 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.

【0027】このPd担持触媒1gを実施例5と同様に
タングステン酸ナトリウムで処理し、タングステン修飾
パラジウム触媒を得た。このもののW/Pd原子比は
0.12であった。
1 g of this Pd-supported catalyst was treated with sodium tungstate in the same manner as in Example 5 to obtain a tungsten-modified palladium catalyst. The W / Pd atomic ratio of this product was 0.12.

【0028】[0028]

【実施例7】水素および酸素から直接過酸化水素を合成
するのに用いる触媒として、実施例1で調製したタング
ステン修飾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20mlおよび触媒
10mg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た。チッソを0.5MP
a,酸素を0.36MPa、水素を0.03MPa導入
し、10℃の水冷浴にセットし、撹拌下で反応させた。
1時間毎に減少した圧に相当する水素を添加して反応さ
せた。3時間反応後の水溶液中の過酸化水素濃度は0.
55質量%で、水素の選択性は75%であった。6時間
反応させた時の過酸化水素濃度は1.6質量%であっ
た。
Example 7 The tungsten-modified palladium-supported mesopore catalyst prepared in Example 1 was used as a catalyst for directly synthesizing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen. The reaction was carried out using a 300 ml autoclave (Teflon (registered trademark)).
20 ml of purified water containing 0.05 mol / L of sulfuric acid and 0.006 mol / L of sodium bromide and 10 mg of a catalyst were added to the inner liner), and after substitution with nitrogen, substitution with hydrogen was carried out, and after substitution for 1 hour at room temperature, substitution with nitrogen was performed again. 0.5MP for Chisso
a, oxygen of 0.36 MPa and hydrogen of 0.03 MPa were introduced, and the mixture was set in a water cooling bath at 10 ° C. and reacted under stirring.
The reaction was performed by adding hydrogen corresponding to the reduced pressure every hour. After the reaction for 3 hours, the hydrogen peroxide concentration in the aqueous solution was 0.
At 55% by weight, the hydrogen selectivity was 75%. The hydrogen peroxide concentration after reacting for 6 hours was 1.6% by mass.

【0029】[0029]

【実施例8】実施例2で調製したニオブ修飾パラジウム
担持触媒10mgを触媒として用いた以外は実施例7と
同様にして過酸化水素の合成反応を行った。その結果、
3時間反応の過酸化水素の濃度は0.58質量%であっ
た。
Example 8 A hydrogen peroxide synthesis reaction was carried out in the same manner as in Example 7 except that 10 mg of the niobium-modified palladium-supported catalyst prepared in Example 2 was used as a catalyst. as a result,
The hydrogen peroxide concentration in the reaction for 3 hours was 0.58% by mass.

【0030】[0030]

【実施例9】実施例3で調製したチタン修飾パラジウム
担持触媒10mgを触媒として用いた以外は実施例7と
同様にして過酸化水素の合成反応を行った。その結果、
3時間反応の過酸化水素の濃度は0.45質量%であっ
た。
Example 9 A hydrogen peroxide synthesis reaction was carried out in the same manner as in Example 7 except that 10 mg of the titanium-modified palladium-supported catalyst prepared in Example 3 was used as a catalyst. as a result,
The concentration of hydrogen peroxide in the reaction for 3 hours was 0.45% by mass.

【0031】[0031]

【実施例10】実施例7同様に但し、実施例4で調製し
たイッテリビウム修飾パラジウム担持触媒10mgを触
媒として用いた以外は実施例7と同様にして過酸化水素
の合成反応を行った。その結果、3時間反応の過酸化水
素の濃度は0.48質量%であった。
Example 10 A hydrogen peroxide synthesis reaction was carried out in the same manner as in Example 7 except that 10 mg of the ytterbium-modified palladium-supported catalyst prepared in Example 4 was used as a catalyst. As a result, the hydrogen peroxide concentration in the reaction for 3 hours was 0.48% by mass.

【0032】[0032]

【実施例11】実施例5で調製したタングステン修飾パ
ラジウム担持メチル基含有メソポア分子ふるい触媒10
mgを触媒として用いた以外は実施例7と同様に、但
し、触媒の分散性向上のためエタノール2gを添加し、
水過酸化水素の合成反応を行った。その結果、3時間反
応の過酸化水素の濃度は0.9質量%、6時間反応後で
は2質量%であった。
Example 11 Tungsten-modified palladium-supported methyl group-containing mesopore molecular sieve catalyst 10 prepared in Example 5
Same as Example 7 except that mg was used as the catalyst, except that 2 g of ethanol was added to improve the dispersibility of the catalyst,
A synthetic reaction of aqueous hydrogen peroxide was performed. As a result, the concentration of hydrogen peroxide in the reaction for 3 hours was 0.9% by mass, and after the reaction for 6 hours was 2% by mass.

【0033】[0033]

【実施例12】実施例6で調製したタングステン修飾パ
ラジウム担持触媒10mgを触媒とした以外は実施例7
と同様にして、水過酸化水素の合成反応を行った。結
果、3時間反応の過酸化水素の濃度は0.5質量%であ
った。
Example 12 Example 7 except that 10 mg of the tungsten-modified palladium-supported catalyst prepared in Example 6 was used as the catalyst.
In the same manner as above, a synthetic reaction of water hydrogen peroxide was performed. As a result, the hydrogen peroxide concentration in the reaction for 3 hours was 0.5% by mass.

【0034】[0034]

【比較例1】実施例1で調製したパラジウム担持触媒
(未修飾)を用い、実施例7同様にして過酸化水素合成
反応を行った。その結果、過酸化水素濃度は0.36質
量%であった。
Comparative Example 1 Using the palladium-supported catalyst (unmodified) prepared in Example 1, a hydrogen peroxide synthesis reaction was carried out in the same manner as in Example 7. As a result, the hydrogen peroxide concentration was 0.36% by mass.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の触媒は、水素および酸素から直
接過酸化水素を製造するのに用いた場合、比較的低圧で
反応を行うことができ、高濃度の過酸化水素が得られ、
優れた水素選択性を発揮する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY When the catalyst of the present invention is used for producing hydrogen peroxide directly from hydrogen and oxygen, the reaction can be carried out at a relatively low pressure and a high concentration of hydrogen peroxide can be obtained.
Exhibits excellent hydrogen selectivity.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 齊 神奈川県横浜市旭区川島町2950−25 Fターム(参考) 4G069 AA03 BC07A BC22A BC31A BC35A BC38A BC44B BC50A BC50B BC51A BC54A BC55A BC55B BC56A BC58A BC59A BC60A BC60B BC62A BC66A BC67A BC68A BC69A BC70A BC71A BC72A BC72B BC74A BC75A CB81 EC05Y EC13Y EC14Y ZA35A ZA35B ZA37A ZA37B ZA38A ZA43A ZA43B ZF05A ZF05B    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Sai Nakamura             2950-25 Kawashima-cho, Asahi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term (reference) 4G069 AA03 BC07A BC22A BC31A                       BC35A BC38A BC44B BC50A                       BC50B BC51A BC54A BC55A                       BC55B BC56A BC58A BC59A                       BC60A BC60B BC62A BC66A                       BC67A BC68A BC69A BC70A                       BC71A BC72A BC72B BC74A                       BC75A CB81 EC05Y EC13Y                       EC14Y ZA35A ZA35B ZA37A                       ZA37B ZA38A ZA43A ZA43B                       ZF05A ZF05B

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 白金族金属と、希土類、チタン、ニオ
ブ、ニッケル、モリブデンおよびタングステンから選ば
れた少なくとも1種の元素とからなることを特徴とする
酸素および水素から直接過酸化水素を製造するのに用い
る触媒。
1. A method for producing hydrogen peroxide directly from oxygen and hydrogen, which comprises a platinum group metal and at least one element selected from rare earths, titanium, niobium, nickel, molybdenum and tungsten. Catalyst used for.
【請求項2】 白金族金属が希土類、チタン、ニオブ、
ニッケル、モリブデンおよびタングステンから選ばれた
少なくとも1種の元素とともに担体に担持されているこ
とを特徴とする請求項1記載の過酸化水素を製造するの
に用いる触媒。
2. The platinum group metal is rare earth, titanium, niobium,
The catalyst used for producing hydrogen peroxide according to claim 1, which is supported on a carrier together with at least one element selected from nickel, molybdenum and tungsten.
【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または2記載の過酸化水素を製造する
のに用いる触媒。
3. The catalyst used for producing hydrogen peroxide according to claim 1, wherein the platinum group metal is palladium.
【請求項4】 担体がメソポア分子ふるいであることを
特徴とする請求項2または3記載の過酸化水素を製造す
るのに用いる触媒。
4. The catalyst used for producing hydrogen peroxide according to claim 2 or 3, wherein the carrier is a mesopore molecular sieve.
【請求項5】 水素および酸素から直接過酸化水素を製
造するに際して、請求項1〜4のいずれか1項に記載の
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。
5. A method for producing hydrogen peroxide, which comprises reacting in the presence of the catalyst according to any one of claims 1 to 4 when directly producing hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190086941A (en) * 2018-01-15 2019-07-24 한국과학기술연구원 Catalyst, catalyst composition comprising pd-ni alloy and methods for synthesizing of hydrogen peroxide using them

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