JP2005095864A - 低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒、該触媒の製造方法及び該触媒を用いた低級脂肪族カルボン酸エステルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が担体に担持された触媒において、該触媒のアンモニア脱離スペクトルで測定される全酸量が該触媒単位質量あたり0.08mmol/g〜10.0mmol/gであり、且つ該スペクトル測定時の温度が100℃〜300℃の範囲でアンモニアが脱離する酸量が全体の70%以上であることを特徴とする低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒、その製造方法及びそれを用いた低級脂肪族カルボン酸エステルの製造方法。
【選択図】 なし
Description
Mz H3-nz[PW12O40]・xH2 O
Mz H4-nz[SiMo12O40]・xH2 O
Mz H3-nz[PMo12O40]・xH2 O
Mz H4-nz[SiWy Mo12-yO40]・xH2 O
Mz H3-nz[PWy Mo12-yO40]・xH2 O
(式中、xは水和水の数を示し、0〜35の範囲である。yはヘテロポリ酸構造中のW数を示し、1〜11の範囲の整数である。Mはヘテロポリ酸の水素原子の一部又は全部を置換する金属イオン又はオニウムイオンであり、zはMの置換数を示し、0〜4の範囲であり、nはMの価数を示す)
〔3〕 ヘテロポリ酸の水素原子の一部又は全部を置換する金属イオン又はオニウムイオンが、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、マグネシウム及びアンモニウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記〔1〕又は〔2〕に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒。
ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を担体に担持して、担体担持触媒を得る工程
第2工程
第1工程で得られた担体担持触媒を乾燥して、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒を得る工程
〔6〕 第1工程におけるヘテロポリ酸の塩の担持が、該ヘテロポリ酸の塩の均一溶液を用いて行われることを特徴とする上記〔5〕に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の製造方法。
まず、本発明(I)について説明する。
Mz H4-nz[SiW12O40]・xH2 O
リンタングステン酸及びその塩
Mz H3-nz[PW12O40]・xH2 O
ケイモリブデン酸及びその塩
Mz H4-nz[SiMo12O40]・xH2 O
リンモリブデン酸及びその塩
Mz H3-nz[PMo12O40]・xH2 O
ケイタングストモリブデン酸及びその塩
Mz H4-nz[SiWy Mo12-yO40]・xH2 O
リンタングストモリブデン酸及びその塩
Mz H3-nz[PWy Mo12-yO40]・xH2 O
(式中、xは水和水の数を示し、0〜35の範囲である。yはヘテロポリ酸構造中のW数を示し、1〜11の範囲の整数である。Mはヘテロポリ酸の水素原子の一部又は全部を置換する金属イオン或いはオニウムイオンであり、zはMの置換数を示し、0〜4の範囲であり、nはMの価数を示す)
より好ましくは、ポリ原子がタングステンからなるヘテロポリ酸及びヘテロポリ酸の塩であり、具体的には、例えば、以下のものである。
Mz H4-nz[SiW12O40]・xH2 O
リンタングステン酸及びその塩
Mz H3-nz[PW12O40]・xH2 O
また、本発明(I)におけるヘテロポリ酸の塩としては、上記ヘテロポリ酸の水素原子の一部又は全部を置換した金属塩又はオニウム塩であれば特に制限はない。
本発明(II)は、本発明(I)の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の製造方法であって、以下の第1工程及び第2工程を含むことを特徴とする方法である。
ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を担体に担持して、担体担持触媒を得る工程
第2工程
第1工程で得られた担体担持触媒を乾燥して、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒を得る工程
まず、第1工程について説明する。第1工程は、ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を担体に担持して、担体担持触媒を得る工程である。
本発明(III)は、本発明(I)の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の存在下に、炭素数3以上6以下の低級オレフィンと低級脂肪族カルボン酸とを気相で反応させることを特徴とする低級脂肪族カルボン酸エステルの製造方法である。
下記の例で用いた全ての担体は、前処理として、110℃、空気下で、4時間乾燥を行ったものである。
下記の例で用いた水は、全て脱イオン水である。
下記の例で用いた担体は、全てシリカ担体(富士シリシア化学株式会社製、CARiACT Q−6)(比表面積280m2 /g、細孔容積1.0cm 3 /g)である。
下記の例で用いたケイタングステン酸26水和物[H4 SiW12O40・26H2 O]は、日本無機化学工業製のものである。
実施例1
ケイタングステン酸・26水和物(40.4g)及び硝酸リチウム1水和物(3.35g)を秤り取り、イオン交換水を用いて均一に溶解させ、40mlにメスアップすることにより、ヘテロポリ酸塩の水溶液を得た。次いで、シリカ担体63.2gに含浸し、全量を吸収させた。
硝酸リチウム1水和物の量(3.35g)を2.51gに変えた以外は、実施例1と同様に操作し、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒2を得た。
硝酸リチウム1水和物の量(3.35g)を1.67gに変えた以外は、実施例1と同様に操作し、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒3を得た。
硝酸リチウム1水和物の量(3.35g)を0.84gに変えた以外は、実施例1と同様に操作し、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒4を得た。
硝酸リチウム1水和物の量(3.35g)を0.01gに変えた以外は、実施例1と同様に操作し、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒5を得た。
シリカ担体を、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒6とした。
アンモニア昇温脱離スペクトル測定は、日本ベル製TPD−ATを用いて行った。サンプル管として、サンプル充填部が10mmφである石英製サンプル管を使用した。粉砕した低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒を、100mgを正確に秤り取り、サンプル管に充填し、装置に取り付けた。前処理を、150℃のヘリウムを50ml/分で60分間流通させて行い、その後100℃に降温した。サンプル部のガス流通を停止し、0.1Torr以下にまで真空引きを行った。その後、アンモニアを100Torrになるように添加し、100Torrに達した所で、10分間保持した。その後、触媒に吸着されないアンモニアを取り除くために、100℃で120分間真空引きし、次いでマススペクトルの測定を開始し、ヘリウムを50ml/分で30分間流通させた。その際、マススペクトルのベースが安定化することを確認した。次いで、10℃/分で、700℃まで昇温することにより、アンモニア脱離スペクトルの測定を行った。
実施例1、実施例2、比較例1〜4で得た低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒1〜6を、それぞれ、10ml用い、SUS316L製反応管(内径25mm)に充填し、触媒層の反応ピーク温度150℃、反応圧力0.4MPaG(ゲージ圧)で、1−ブテン:酢酸:水:窒素の容量比=10:8:4.5:77.5の割合で混合したガスを、GHSV2000hr-1にて導入して、1−ブテンと酢酸から酢酸エステルを得る反応を行った。
ガスクロマトグラフィー:島津ガスクロマトグラフ用ガスサンプラー(MGS−4;計量管1ml)付ガスクロマトグラフィー(島津製作所製GC−14B)
カラム:パックドカラム Unicarbon A−400 80/100メッシュ 長さ2m
キャリアーガス:ヘリウム(流量23ml/分)
温度条件:検出器及び気化室温度が130℃、カラム温度は40℃から95℃へ昇温速度40℃/分で昇温した。
2.捕集液の分析
捕集液の分析分析は内部標準法を用い、反応液10mlに対し、内部標準として1,4−ジオキサンを1ml添加したものを分析液として、その内の0.4μlを注入して行った。
カラム:キャピラリーカラムTC−WAX(長さ30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)
キャリアーガス:窒素(スプリット比20、カラム流量1ml/分)
温度条件:検出器及び気化室温度が200℃、カラム温度は、分析開始から7min間は40℃に保持し、その後10℃/分の昇温速度で230℃まで昇温し、230℃で5分間保持した。
得られた結果を下記の表3に示す。
= 生成物の時間当たりの生成量(mol/h)÷触媒量(L)
選択率(%)
= 生成物の生成量÷反応で消費された低級オレフィンの消費量×100
表3中における重合体とは、ブテンが重合したオクテン類を示す。
Claims (11)
- 炭素数3以上6以下の低級オレフィンと低級脂肪族カルボン酸とを気相で反応させて低級脂肪族カルボン酸エステルを製造するのに用いる、ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が担体に担持された触媒において、該触媒のアンモニア脱離スペクトルで測定される酸量が該触媒単位質量あたり0.08mmol/g〜10.0mmol/gであり、且つ該スペクトル測定時の温度が100℃〜300℃の範囲でアンモニアが脱離する酸量が全体の70%以上であることを特徴とする低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒。
- ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が、以下のいずれかの式で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒。
Mz H4-nz[SiW12O40]・xH2 O
Mz H3-nz[PW12O40]・xH2 O
Mz H4-nz[SiMo12O40]・xH2 O
Mz H3-nz[PMo12O40]・xH2 O
Mz H4-nz[SiWy Mo12-yO40]・xH2 O
Mz H3-nz[PWy Mo12-yO40]・xH2 O
(式中、xは水和水の数を示し、0〜35の範囲である。yはヘテロポリ酸構造中のW数を示し、1〜11の範囲の整数である。Mはヘテロポリ酸の水素原子の一部又は全部を置換する金属イオン又はオニウムイオンであり、zはMの置換数を示し、0〜4の範囲であり、nはMの価数を示す) - ヘテロポリ酸の水素原子の一部又は全部を置換する金属イオン又はオニウムイオンが、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、マグネシウム及びアンモニウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒。
- ヘテロポリ酸の水素原子の置換率が60%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒。
- 以下の第1工程及び第2工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載した低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の製造方法。
第1工程
ヘテロポリ酸及びそれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を担体に担持して、担体担持触媒を得る工程
第2工程
第1工程で得られた担体担持触媒を乾燥して、低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒を得る工程 - 第1工程におけるヘテロポリ酸の塩の担持が、該ヘテロポリ酸の塩の均一溶液を用いて行われることを特徴とする請求項5に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の製造方法。
- 第1工程におけるヘテロポリ酸の塩の担持が、まずヘテロポリ酸の均一溶液を用いてヘテロポリ酸を担持し、次いで塩を形成する元素を含む化合物の均一溶液を用いて該元素を担持して、結果として担体上にヘテロポリ酸の塩を形成することにより行われることを特徴とする請求項5に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の製造方法。
- 第1工程におけるヘテロポリ酸の塩の担持が、まず塩を形成する元素を含む化合物の均一溶液を用いて該元素を担持し、次いでヘテロポリ酸の均一溶液を用いてヘテロポリ酸を担持して、結果として担体上にヘテロポリ酸の塩を形成することにより行われることを特徴とする請求項5に記載の低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載した低級脂肪族カルボン酸エステル製造用触媒の存在下に、炭素数3以上6以下の低級オレフィンと低級脂肪族カルボン酸とを気相で反応させることを特徴とする低級脂肪族カルボン酸エステルの製造方法。
- 炭素数3以上6以下の低級オレフィンが、プロピレン、1−ブテン、cis−ブテン、trans−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ブテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン及び3−ヘキセンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項9に記載の低級脂肪族カルボン酸エステルの製造方法。
- 低級脂肪族カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項9に記載の低級脂肪族カルボン酸エステルの製造方法。
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