JP2013043125A - モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含む酸化物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の酸化物は、モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含有し、
Fe2+/(Fe2++Fe3+)の比が0.7以上1.0未満である。さらに、モリブデン12原子に対して、鉄の原子比bが5≦b≦11である好ましく、鉄の原子比bとコバルトの原子比cとの比(b/c)が0.5≦b/c≦11であることが好ましく、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5であることが好ましい。また、本発明の触媒は、前記酸化物を含む。
【選択図】なし
Description
モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含有し、
Fe2+/(Fe2++Fe3+)の比が0.7以上1.0未満である、酸化物。
モリブデン12原子に対して、鉄の原子比bが5≦b≦11である、[1]に記載の酸化物。
モリブデン12原子に対して、鉄の原子比bとコバルトの原子比cとの比(b/c)が0.5≦b/c≦11である、[1]又は[2]に記載の酸化物。
モリブデン12原子に対して、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5である、[1]〜[3]のいずれかに記載の酸化物。
前記酸化物がコバルトとモリブデンとの複合酸化物を含有し、
前記酸化物のX線回折において、少なくともコバルトとモリブデンとの複合酸化物の(002)面のX線回折角(2θ)が26.15°〜26.35°にピーク(最大強度)を示す、[1]〜[4]のいずれかに記載の酸化物。
下記組成式(1)で表される組成を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の酸化物。
[7]
[1]〜[6]のいずれかに記載の酸化物を含む触媒。
モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含む酸化物を形成する原料を混合して混合物を得る工程と、
得られた混合物を乾燥して乾燥体を得る工程と、
得られた乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る工程と、
得られた仮焼成体を本焼成して酸化物を得る工程とを含み、
前記酸化物において、モリブデン12原子に対する、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5、鉄の原子比bが5≦b≦11、鉄の原子比bとコバルトの原子比cの比(b/c)が0.5≦b/c≦11となるように各原料の混合割合を調整し、
前記仮焼成が酸化剤及び還元剤の存在下で行われ、
前記仮焼成及び前記本焼成が不活性ガス雰囲気で行われ、
前記本焼成が前記仮焼成の温度より高温で行われる、酸化物の製造方法。
[7]に記載の触媒を用いる、不飽和アルデヒドの製造方法。
[7]に記載の触媒を用いる、ブタジエンの製造方法。
[7]に記載の触媒を用いて、プロピレン、イソブチレン及びt−ブチルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種を酸化反応させる工程を含む、不飽和アルデヒドの製造方法。
[7]に記載の触媒を用いて、n−ブテンを酸化反応させる工程を含む、ブタジエンの製造方法。
本実施形態の酸化物は、モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含有し、Fe2+/(Fe2++Fe3+)の比が0.7以上1.0未満である。
本実施形態の酸化物は、モリブデン(以下「Mo」とも記す。)、ビスマス(以下「Bi」とも記す。)、鉄(以下「Fe」とも記す。)及びコバルト(以下「Co」とも記す。)を含有する。
Aはセシウム、ルビジウム及びカリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ元素を示し、酸化物において、複合化されなかったMoO3等の酸点を中和する役割を示すと考えられている。セシウム及び/又はルビジウムを含有するか否かは、後述するFe−Co−Mo−Oの結晶構造には影響しない。組成式(1)で表される組成において、Mo12原子に対するこれらのアルカリ元素の原子比dは、触媒活性の観点から、0.01≦d≦2である。アルカリ元素の原子比dを前記数値範囲に調整することにより、組成式(1)で表される組成を有する酸化物は、充分な触媒活性を発現する傾向にある。アルカリ元素の原子比dが前記範囲より多くなると酸化物が塩基性となり、例えば、該酸化物をオレフィンやアルコールの酸化反応の触媒として用いた場合、原料であるオレフィンやアルコールが触媒に吸着され難く、充分な触媒活性を発現できなくなる傾向にある。
モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含有する酸化物について、X線回折(XRD)でX線回折角2θ=5°〜60°の範囲を測定すると、コバルト及びモリブデンからなる複合酸化物に起因するピークが26.40°に示される。このコバルト及びモリブデンからなる複合酸化物に、鉄が固溶して複合すると、Co2+とFe2+とのイオン半径の違いによってこのピークのシフトが起こる。鉄が固溶して複合化した構造となるために、コバルト及びモリブデンからなる複合酸化物に起因するピークは、26.40°ではなく、26.40°−α°(0<α)に示される。
本実施形態の触媒は、上述の酸化物を含む。上述の酸化物を含む触媒は、不飽和アルデヒドやブタジエンを製造する際の触媒として好適に用いることができる。
本実施形態の酸化物の製造方法は、モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含む酸化物を形成する原料を混合して混合物を得る工程と、
得られた混合物を乾燥して乾燥体を得る工程と、
得られた乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る工程と、
得られた仮焼成体を本焼成して酸化物を得る工程とを含み、
前記酸化物において、モリブデン12原子に対する、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5、鉄の原子比bが5≦b≦11、鉄の原子比bとコバルトの原子比cの比(b/c)が0.5≦b/c≦11となるように各原料の混合割合を調整し、
前記仮焼成が酸化剤及び還元剤の存在下で行われ、
前記仮焼成及び前記本焼成が不活性ガス雰囲気で行われ、
前記本焼成が前記仮焼成の温度より高温で行われる。
第1の工程では酸化物を構成する各金属元素の原料を混合して混合物(例えば、原料のスラリー又は混合粉体)を得る。また、最終的に得られる酸化物において、モリブデン12原子に対する、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5、鉄の原子比bが5≦b≦11、鉄の原子比bとコバルトの原子比cとの比(b/c)が0.5≦b/c≦11となるように各原料の混合割合を調整する。
第2の工程では、第1の工程で得られた混合物(例えば、原料スラリー)を乾燥して乾燥体(例えば、乾燥粒子)を得る。乾燥方法は、特に制限はなく一般に用いられている方法によって行うことができ、蒸発乾涸法、噴霧乾燥法、減圧乾燥法など任意の方法で行なうことができる。噴霧乾燥法では、通常工業的に実施される遠心方式、二流体ノズル方式及び高圧ノズル方式等の方法によって行うことができ、乾燥熱源としては、スチーム、電気ヒーター等によって加熱された空気を用いることが好ましい。この際、噴霧乾燥装置の乾燥機入口の温度は、好ましくは150〜400℃、より好ましくは180〜400℃、さらに好ましくは200〜350℃である。
第3の工程では、第2の工程で得られた乾燥体を焼成する。焼成は乾燥体に酸化剤及び還元剤の両方が含まれているため、発熱を抑えるために触媒量は極力少量で行うことが好ましく、酸化・還元のコントロールが精度よく実施できるようにすることが好ましい。窒素等の不活性ガスではなく、窒素で希釈された酸素や空気でも酸化・還元のコントロールは可能である。しかし、熱処理中に酸素が含まれていると還元剤が分解する時に発熱が起き、非常に危険であるだけでなく、還元するための焼成時間の正確なコントロールが必要となり、困難であるため、本実施形態の酸化物の製造方法において、焼成は不活性ガス雰囲気で行う。不活性ガスはヘリウム、アルゴン、窒素が挙げられるが、経済的な面から窒素が好ましい。
本実施形態の不飽和アルデヒドの製造方法は、上述の触媒を用いる。また、本実施形態のブタジエンの製造方法は、上述の触媒を用いる。
メタクロレインは、例えば、本実施形態の触媒を用いて、イソブチレン、t−ブチルアルコールの気相接触酸化反応を行うことにより得ることができる。気相接触酸化反応は、例えば、上述の触媒存在下に、1〜10容量%のイソブチレン、t−ブチルアルコール又は両者の混合ガスに対して分子状酸素濃度が1〜20容量%になるように、分子状酸素含有ガスと希釈ガスとを添加した混合ガスからなる原料ガスを、固定床反応器内の触媒層に250〜450℃の温度範囲及び常圧〜5気圧の圧力下、空間速度400〜4000/hr[Normal temperature pressure (NTP)条件下]で導入することで行うことができる。酸素と、イソブチレン、t−ブチルアルコール又は両者との混合ガスのモル比は、不飽和アルデヒドの収率を向上させるために反応器の出口酸素濃度を制御する観点から、好ましくは1.0〜2.0、より好ましくは1.1〜1.8、さらに好ましくは1.2〜1.8である。
アクロレインの製造方法は、例えば、上述の触媒を用い、プロピレンを気相接触酸化させる工程を含む。
ブタジエンは、例えば、上述の触媒を用いて、n−ブテンの気相接触酸化反応を行うことにより得ることができる。気相接触酸化反応は、酸化物触媒存在下に、1〜10容量%のn−ブテンに対して分子状酸素濃度が1〜20容量%になるように、分子状酸素含有ガスと希釈ガスとを添加した混合ガスからなる原料ガスを、固定床反応器内の触媒層に250〜450℃の温度範囲及び常圧〜5気圧の圧力下、空間速度400〜4000/hr[Normal temperature pressure (NTP)条件下]で導入することで行うことができる。
XRDの測定は、National Institute of Standards & Technologyが標準参照物質660として定めるところのLaB6化合物の(111)面、(200)面を測定し、それぞれの測定値を順に37.441°、43.506°となるように規準化した。
鉄の価数に関する情報はメスバウアー分光法(透過法)から得た。測定条件を下記に示す。
・鉄の価数の測定条件
(1)測定試料の調製:試料約55〜60mgをそのままの状態で測定した。
(2)装置の構成と仕様:図5のとおりとした。
(3)観測に用いた遷移:57Feの基底状態−最低励起状態間の遷移
(エネルギー:14.4[keV])
(4)測定方法:等加速度モード、室温、常圧下
(5)記憶装置:カード型マルチチャネルアナライザ
MCSモード512チャネル
(6)線源:57Co/Rhマトリクス、1.85[GBq]
(7)速度軸検量の方法:純鉄はくの室温でのスペクトルの6本の磁気分裂ピークのうち、内側4本のピーク中心位置をx2、x3、x4、x5[channel]として次式で求めた。
x0[channel]=(x2+x3+x4+x5)/4
r[mm/s/(channel)]=20.422/{3.0835(x5−x2)+0.8385(x4−x3)}
選択率=(生成した化合物のモル数/反応した原料のモル数)×100
収率=(生成した化合物のモル数/供給した原料のモル数)×100
[実施例1]
〔酸化物の製造〕
イオン交換水89.6gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水126.3gとの混合液に、三酸化モリブデン54.0gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液212.5g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.7g、及び15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.4gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを11.4g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、イソブチレンからメタクロレインを以下のとおり合成した。直径14mmのジャケット付SUS製反応管に、酸化物5.5gを充填し、反応温度430℃でイソブチレン8容量%、酸素12.8容量%、水蒸気3.0容量%及び窒素容量76.2%からなる混合ガスを120mL/min(NTP)の流量で通気し、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水98.2gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水138.3gとの混合液に、三酸化モリブデン59.1gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液48.0g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液141.0g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液88.1g、10質量%の水酸化セシウム液5.1g、及び10質量%の水酸化カリウム1.9gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを8.5g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を4.0gとした以外は実施例1と同様の反応条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水93.5gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水131.7gとの混合液に、三酸化モリブデン56.3gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液110.9g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液110.6g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液88.9g、及び10質量%の水酸化カリウム液16.5gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを9.6g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を5.9gとした以外は実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水89.3gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水125.7gとの混合液に、三酸化モリブデン53.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液211.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.1g、及び10質量%の水酸化セシウム液4.7gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを11.4g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.7gとした以外は実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水98.3gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水138.5gとの混合液に三酸化モリブデン59.2gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液77.7g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液49.8g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液158.7g、及び10質量%の水酸化セシウム液5.1gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを8.9g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水98.2gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水138.3gの混合液に、三酸化モリブデン59.1gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液77.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液33.2g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液176.1g、及び10質量%の水酸化セシウム液3.1g、及び10質量%の水酸化ルビジウム液1.8gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを8.9g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水97.7gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水137.6gとの混合液に、三酸化モリブデン58.8gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液77.2g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液16.5g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液192.7g、10質量%の水酸化セシウム液5.1g、及び10質量%の水酸化カリウム液3.8gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを8.9g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
実施例3で得られた噴霧乾燥酸化物前駆体を窒素ガス雰囲気中で室温から昇温速度75℃/minで昇温し、250℃で3時間仮焼成し、仮焼成酸化物前駆体を得た。得られた仮焼成酸化物前駆体を窒素雰囲気中で530℃で3時間本焼成し、酸化物を得た。得られた酸化物の組成を表1に示し、酸化物における鉄の価数及び粉末X線回折の測定結果を表2に示す。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
実施例3で得られた噴霧乾燥酸化物前駆体を窒素ガス雰囲気中で室温から昇温速度0.14℃/minで昇温し、250℃で3時間仮焼成し、仮焼成酸化物前駆体を得た。得られた仮焼成酸化物前駆体を窒素雰囲気中で400℃で48時間本焼成し、酸化物を得た。得られた酸化物の組成を表1に示し、酸化物における鉄の価数及び粉末X線回折の測定結果を表2に示す。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.9gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
実施例3で得られた噴霧乾燥酸化物前駆体を窒素ガス雰囲気中で室温から昇温速度0.14℃/minで昇温し、250℃で3時間仮焼成し、仮焼成酸化物前駆体を得た。得られた仮焼成酸化物前駆体を窒素雰囲気中で640℃で30分本焼成し、酸化物を得た。得られた酸化物の組成を表1に示し、酸化物における鉄の価数及び粉末X線回折の測定結果を表2に示す。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を4.8gとした以外は実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
実施例1で得られた噴霧乾燥酸化物前駆体を空気雰囲気中で室温から昇温速度0.14℃/minで昇温し、250℃で3時間仮焼成し、仮焼成酸化物前駆体を得た。得られた仮焼成酸化物前駆体を空気雰囲気中で530℃で3時間本焼成し、酸化物を得た。得られた酸化物の組成を表1に示し、酸化物における鉄の価数及び粉末X線回折の測定結果を表2に示す。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を5.9gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水95.9gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水135.0gとの混合液に、三酸化モリブデン57.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液166.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液121.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液31.0g、10質量%の水酸化セシウム液15.0g、及び水酸化カリウム液1.9gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを9.9g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を4.5gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水97.2gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水136.8gとの混合液に、三酸化モリブデン58.5gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液76.8g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液13.1g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液200.4g、及び10質量%の水酸化セシウム液5.1gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを9.0g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.3gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水125.7gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水89.3gとの混合液に三酸化モリブデン53.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液211.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.1g、及び10質量%の水酸化セシウム液4.7gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを11.4g、還元剤として酒石酸を35.3g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.7gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
約90℃の温水199.1gにヘプタモリブデン酸アンモニウム67.4gを溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液211.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.1g、及び10質量%の水酸化セシウム液4.7gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを11.4g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.7gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水125.7gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水89.3gとの混合液に、三酸化モリブデン53.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液211.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.1g、及び10質量%の水酸化セシウム液4.7gを混合して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.7gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水89.3gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水125.7gとの混合液に、三酸化モリブデン53.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液211.6g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.1g、及び10質量%の水酸化セシウム液4.7gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを11.4g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
実施例3で得られた噴霧乾燥酸化物前駆体を空気雰囲気中で室温から昇温速度0.14℃/minで昇温し、250℃で3時間仮焼成し、仮焼成酸化物前駆体を得た。得られた仮焼成酸化物前駆体を窒素ガス雰囲気中で520℃で8時間本焼成し、酸化物を得た。得られた酸化物の組成を表1に、粉末X線回折の測定結果を表2に示す。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
〔酸化物の製造〕
実施例3で得られた仮焼成酸化物前駆体を空気雰囲気中で520℃で8時間本焼成し、酸化物を得た。得られた酸化物の組成を表1に示し、酸化物における鉄の価数及び粉末X線回折の測定結果を表2に示す。
実施例4及び7並びに比較例2及び6で得られた酸化物のX線回折ピークを図1に示す。また、図1におけるX線回折ピークの2θ=25〜27°の範囲の拡大図を図2に示す。図1及び2から、実施例4及び7で得られた酸化物のX線回折において、コバルトとモリブデンとの複合酸化物の(002)面のX線回折角(2θ)は、順に26.24°、26.16°にピークを示すことがわかった。すなわち、実施例4及び7で得られた酸化物において、CoとMoとの複合酸化物に、さらに2価のFeが固溶することによって、複合化されたCo2+−Fe2+−Mo−Oの3成分系の新しい結晶構造が新たに形成されたと考えられる。一方、比較例2及び6で得られた酸化物のX線回折において、コバルトとモリブデンとの複合酸化物の(002)面のX線回折角(2θ)は、共に26.38°にピークを示すことがわかった。すなわち、比較例2及び6で得られた酸化物において、Co2+−Fe2+−Mo−Oの3成分系の新しい結晶構造は形成されなかったと考えられる。
実施例4で得られた酸化物のメスバウアースペクトルを図3に示し、比較例6で得られた酸化物のメスバウアースペクトルを図4に示す。
得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を3.5gとした以外は、実施例1と同様の反応条件でメタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表3に示す。
[実施例11]
〔メタクロレインの合成〕
実施例4で得られた酸化物を触媒として使用し、t−ブチルアルコールからメタクロレインを以下のとおり合成した。直径14mmのジャケット付SUS製反応管に、酸化物4.0gを充填し、反応温度430℃でt−ブチルアルコール8容量%、酸素12.8容量%、水蒸気3.0容量%及び窒素容量76.2%からなる混合ガスを120mL/min(NTP)の流量で通気し、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。
〔メタクロレインの合成〕
比較例6で得られた酸化物を触媒として使用し、反応管に充填した酸化物の量を4.6gとした以外は、実施例11と同様の反応条件でt−ブチルアルコールからメタクロレインを合成した。反応評価結果を表4に示す。
[実施例12]
〔酸化物の製造〕
イオン交換水89.5gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水126.1gとの混合液に、三酸化モリブデン53.9gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液212.2g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.6g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.3g、及び10質量%の水酸化セシウム液1.4gを混合した液に、還元剤としてポリカルボン酸アンモニウムを11.4g添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、プロピレンからアクロレインを合成した。触媒20mLを内径15mmのSUS製ジャケット付反応管に充填し、プロピレン濃度10容量%、水蒸気濃度17容量%及び空気濃度73容量%の原料ガスを通気し、反応温度320℃にてアクロレイン合成反応を実施した。反応評価結果を表7に示す。
〔酸化物の製造〕
イオン交換水89.5gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水126.1gとの混合液に、三酸化モリブデン53.9gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液212.2g、15質量%の平均粒子径22nmの酸化コバルト水分散液75.6g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液80.3g、及び10質量%の水酸化セシウム液1.4gを添加して溶液(B液)を得た。
得られた酸化物を触媒として使用し、該触媒20mLを反応管に充填した以外は、実施例12と同様の反応条件でプロピレンからアクロレインを合成した。反応評価結果を表7に示す。
[実施例13]
〔ブタジエンの合成〕
実施例4で得られた酸化物を触媒として使用し、n−ブテンからブタジエンを以下のとおり合成した。直径14mmのジャケット付SUS製反応管に、酸化物4.0gを充填し、反応温度360℃でn−ブテン8容量%、酸素12.8容量%、窒素容量79.2%からなる混合ガスを120mL/min(NTP)の流量で通気し、ブタジエン合成反応を行った。反応評価結果を表8に示す。
〔ブタジエンの合成〕
比較例6で得られた酸化物を触媒として使用した以外は、実施例13と同様の反応条件でn−ブテンからブタジエンを合成した。反応評価結果を表8に示す。
Claims (12)
- モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含有し、
Fe2+/(Fe2++Fe3+)の比が0.7以上1.0未満である、酸化物。 - モリブデン12原子に対して、鉄の原子比bが5≦b≦11である、請求項1に記載の酸化物。
- モリブデン12原子に対して、鉄の原子比bとコバルトの原子比cとの比(b/c)が0.5≦b/c≦11である、請求項1又は2に記載の酸化物。
- モリブデン12原子に対して、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の酸化物。
- 前記酸化物がコバルトとモリブデンとの複合酸化物を含有し、
前記酸化物のX線回折において、少なくともコバルトとモリブデンとの複合酸化物の(002)面のX線回折角(2θ)が26.15°〜26.35°にピーク(最大強度)を示す、請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸化物。 - 下記組成式(1)で表される組成を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の酸化物。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の酸化物を含む触媒。
- モリブデン、ビスマス、鉄及びコバルトを含む酸化物を形成する原料を混合して混合物を得る工程と、
得られた混合物を乾燥して乾燥体を得る工程と、
得られた乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る工程と、
得られた仮焼成体を本焼成して酸化物を得る工程とを含み、
前記酸化物において、モリブデン12原子に対する、ビスマスの原子比aが0.5≦a≦5、鉄の原子比bが5≦b≦11、鉄の原子比bとコバルトの原子比cの比(b/c)が0.5≦b/c≦11となるように各原料の混合割合を調整し、
前記仮焼成が酸化剤及び還元剤の存在下で行われ、
前記仮焼成及び前記本焼成が不活性ガス雰囲気で行われ、
前記本焼成が前記仮焼成の温度より高温で行われる、酸化物の製造方法。 - 請求項7に記載の触媒を用いる、不飽和アルデヒドの製造方法。
- 請求項7に記載の触媒を用いる、ブタジエンの製造方法。
- 請求項7に記載の触媒を用いて、プロピレン、イソブチレン及びt−ブチルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種を酸化反応させる工程を含む、不飽和アルデヒドの製造方法。
- 請求項7に記載の触媒を用いて、n−ブテンを酸化反応させる工程を含む、ブタジエンの製造方法。
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