JP2022090478A - Method for producing catalyst for producing hydrogen peroxide by anthraquinone method - Google Patents

Method for producing catalyst for producing hydrogen peroxide by anthraquinone method Download PDF

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Abstract

To provide a method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by an anthraquinone method, and in which the catalyst has excellent performance, and the establishment of the production method is desired.SOLUTION: The present invention provides a production method, which is a method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by an anthraquinone method, and in which a carrier or a catalyst in which a transition metal is supported on the carrier is treated with an alkaline aqueous solution having a pH of 12 or higher.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法などに関し、より詳細には、ホウ素含有量が低減された、アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法などに関する。 The present invention relates to a method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method, and more particularly to a method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method, which has a reduced boron content.

現在工業的に行われている過酸化水素の主な製造方法は、アントラキノン、テトラヒドロアントラキノン、アルキルアントラキノンまたはアルキルテトラヒドロアントラキノン(以下、アントラキノン類と総称することがある。)を反応媒体とする、アントラキノン法である。アントラキノン類は、通常、極性有機溶媒と非極性有機溶媒の2種類の混合溶媒に溶解した状態で用いられる。この混合溶媒にアントラキノン類を溶かして調製した溶液は、作動溶液(WS:Working Solution)と呼ばれる。 Currently, the main industrial method for producing hydrogen peroxide is an anthraquinone method using anthraquinone, tetrahydroanthraquinone, alkylanthraquinone or alkyltetrahydroanthraquinone (hereinafter, collectively referred to as anthraquinones) as a reaction medium. Is. Anthraquinones are usually used in a state of being dissolved in two kinds of mixed solvents, a polar organic solvent and a non-polar organic solvent. A solution prepared by dissolving anthraquinones in this mixed solvent is called a working solution (WS).

アントラキノン法は、主に水添工程、酸化工程および抽出工程からなる。水添工程では、作動溶液中のアントラキノン類を触媒存在下で水素化し、対応するアントラヒドロキノン類を生成させる水添処理を実施する。次いで行われる酸化工程では、得られたアントラヒドロキノン類を空気または酸素を含む気体で酸化してアントラキノン類に戻すが、この時、過酸化水素が生成し、作動溶液に溶解する。続く抽出工程では、生成した過酸化水素を水により抽出し、作動溶液から分離する。図1に示すように、抽出工程後の作動溶液は、再び水添工程に戻され、酸化工程、抽出工程・・・と連続使用される。 The anthraquinone method mainly consists of a hydrogenation step, an oxidation step and an extraction step. In the hydrogenation step, hydrogenation treatment is carried out in which anthraquinones in the working solution are hydrogenated in the presence of a catalyst to produce corresponding anthraquinones. In the subsequent oxidation step, the obtained anthrahydroquinones are oxidized with air or a gas containing oxygen and returned to the anthraquinones. At this time, hydrogen peroxide is generated and dissolved in the working solution. In the subsequent extraction step, the generated hydrogen peroxide is extracted with water and separated from the working solution. As shown in FIG. 1, the working solution after the extraction step is returned to the hydrogenation step again and is continuously used in the oxidation step, the extraction step, and so on.

過酸化水素の製造工程を繰り返すうち、作動溶液中では、副反応によってアンスロンなどのアントラキノン誘導体が生じるようになる。アントラキノン誘導体の副生量は1パス当たりでは非常に少ないが、過酸化水素製造プロセスを繰り返すうちに作動溶液中に蓄積し、種々の障害を起こす原因となる。そのため、アントラキノン法を連続的に実施する場合には、図1に示すように、抽出工程後水添工程前に作動溶液の一部を抜き取って、これを再生する再生工程も行われる。 As the process of producing hydrogen peroxide is repeated, anthraquinone derivatives such as anthraquinones are produced by side reactions in the working solution. Although the amount of by-product of the anthraquinone derivative is very small per pass, it accumulates in the working solution as the hydrogen peroxide production process is repeated, causing various disorders. Therefore, when the anthraquinone method is continuously carried out, as shown in FIG. 1, a regeneration step of extracting a part of the working solution after the extraction step and before the hydrogenation step and regenerating the working solution is also performed.

アントラキノン法に用いる過酸化水素製造用触媒に関し、特許文献1~3には、アントラキノン法を連続的に実施したことにより劣化した触媒を再生する方法が開示されている。しかしながら、触媒そのものの性能を高める方法については開示されていない。 Regarding the catalyst for producing hydrogen peroxide used in the anthraquinone method, Patent Documents 1 to 3 disclose a method for regenerating a catalyst deteriorated by continuously carrying out the anthraquinone method. However, a method for enhancing the performance of the catalyst itself is not disclosed.

特開2007-314400JP-A-2007-314400 特開2007-297248JP-A-2007-297248 特開昭47-023386JP-A-47-0233386

アントラキノン法による過酸化水素製造用の触媒であって、優れた性能を有する触媒の製造方法の確立が望まれている。 It is desired to establish a method for producing a catalyst having excellent performance, which is a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method.

本発明は、以下の態様を提供し得る。
[1]アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法であって、
担体または前記担体に遷移金属を担持した触媒を、pH12以上のアルカリ水溶液で処理する、製造方法。
[2]前記アルカリ水溶液の濃度が、0.01~10質量%である、上記[1]に記載の製造方法。
[3]前記アルカリ水溶液が、強塩基水溶液である、上記[1]または[2]に記載の製造方法。
[4]前記強塩基水溶液が、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液および炭酸ナトリウム水溶液からなる群より選択される少なくとも1種である、上記[3]に記載の製造方法。
[5]20~100℃で処理する、上記[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]前記過酸化水素製造用触媒が、水素化反応触媒または再生触媒である、上記[1]~[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7]前記遷移金属が、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金およびニッケルからなる群から選択される少なくとも1種である、上記[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]処理対象の前記担体が、アルミナ、アルミナ・マグネシア、シリカおよびシリカ・アルミナからなる群から選択される少なくとも1種の担体または該担体とアルカリ土類金属酸化物との複合担体である、上記[1]~[7]のいずれかに記載の製造方法。
[9]前記アルカリ土類金属酸化物が、MgO、CaO、BaOおよびSrOからなる群から選択される少なくとも1種である、上記[8]に記載の製造方法。
[10]前記アルカリ水溶液のpHが13~14である、上記[1]~[9]のいずれかに記載の製造方法。
[11]前記担体または触媒が、未使用の担体または触媒である、上記[1]~[10]のいずれかに記載の製造方法。
[12]60℃より高く100℃より低い温度で処理する、上記[1]~[11]のいずれかに記載の製造方法。
[13]前記アルカリ水溶液の濃度が、0.1質量%以上0.5質量%未満である、上記[1]~[12]のいずれかに記載の製造方法。
[14]担体に遷移金属が担持されており、ホウ素含有量が0.001質量%以下である、過酸化水素製造用触媒。
[15]アントラキノン法において、上記[14]に記載の過酸化水素製造用触媒を使用する、過酸化水素の製造方法。
The present invention may provide the following aspects.
[1] A method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method.
A production method for treating a carrier or a catalyst in which a transition metal is supported on the carrier with an alkaline aqueous solution having a pH of 12 or higher.
[2] The production method according to the above [1], wherein the concentration of the alkaline aqueous solution is 0.01 to 10% by mass.
[3] The production method according to the above [1] or [2], wherein the alkaline aqueous solution is a strong base aqueous solution.
[4] The production method according to the above [3], wherein the strong base aqueous solution is at least one selected from the group consisting of a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution and a sodium carbonate aqueous solution.
[5] The production method according to any one of the above [1] to [4], which is treated at 20 to 100 ° C.
[6] The production method according to any one of [1] to [5] above, wherein the catalyst for producing hydrogen peroxide is a hydrogenation reaction catalyst or a regeneration catalyst.
[7] The production method according to any one of [1] to [6] above, wherein the transition metal is at least one selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium, platinum and nickel.
[8] The carrier to be treated is at least one carrier selected from the group consisting of alumina, alumina magnesia, silica and silica-alumina, or a composite carrier of the carrier and an alkaline earth metal oxide. The production method according to any one of the above [1] to [7].
[9] The production method according to the above [8], wherein the alkaline earth metal oxide is at least one selected from the group consisting of MgO, CaO, BaO and SrO.
[10] The production method according to any one of the above [1] to [9], wherein the pH of the alkaline aqueous solution is 13 to 14.
[11] The production method according to any one of [1] to [10] above, wherein the carrier or catalyst is an unused carrier or catalyst.
[12] The production method according to any one of [1] to [11] above, wherein the treatment is performed at a temperature higher than 60 ° C and lower than 100 ° C.
[13] The production method according to any one of [1] to [12] above, wherein the concentration of the alkaline aqueous solution is 0.1% by mass or more and less than 0.5% by mass.
[14] A catalyst for producing hydrogen peroxide, wherein a transition metal is supported on a carrier and the boron content is 0.001% by mass or less.
[15] A method for producing hydrogen peroxide using the catalyst for producing hydrogen peroxide according to the above [14] in the anthraquinone method.

本発明によれば、担体または触媒に含まれるホウ素成分を除去することで、過酸化水素の製造工程への悪影響の少ない優れた性能の触媒を製造することができる。また、優れた性能の触媒を用いてアントラキノン法により過酸化水素を製造することができる。 According to the present invention, by removing the boron component contained in the carrier or the catalyst, it is possible to produce a catalyst having excellent performance with less adverse effect on the hydrogen peroxide production process. Further, hydrogen peroxide can be produced by the anthraquinone method using a catalyst having excellent performance.

アントラキノン法による過酸化水素の製造工程を示す。The manufacturing process of hydrogen peroxide by the anthraquinone method is shown. 比較例1~6と実施例1~5における、pHとホウ素溶出量の関係を示す。The relationship between pH and the amount of boron elution in Comparative Examples 1 to 6 and Examples 1 to 5 is shown. 実施例6~8と比較例7における、pHとホウ素溶出量の関係を示す。The relationship between pH and the amount of boron elution in Examples 6 to 8 and Comparative Example 7 is shown. 実施例6~8における、洗浄温度とホウ素溶出量の関係を示す。The relationship between the washing temperature and the amount of boron elution in Examples 6 to 8 is shown.

アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法
本発明の一態様は、アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法(以下、本発明の製造方法と呼ぶことがある。)に関する。本発明の製造方法においては、担体または前記担体に遷移金属を担持した触媒をアルカリ水溶液で処理する。
Method for Producing Hydrogen Peroxide Production Catalyst by Anthraquinone Method One aspect of the present invention relates to a method for producing a hydrogen peroxide production catalyst by the anthraquinone method (hereinafter, may be referred to as the production method of the present invention). In the production method of the present invention, a carrier or a catalyst in which a transition metal is supported on the carrier is treated with an alkaline aqueous solution.

被処理担体は、特に制限されないが、例えばシリカ、シリカ・アルミナ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、アルミナ・マグネシア、マグネシア、シリカ・チタニア、ゼオライト、活性炭、有機ポリマー、シリカ・アルミナ複合酸化物、シリカ・チタニア複合酸化物、アルミナ・チタニア複合酸化物、およびこれらの物理的混合物などを挙げることができる。また、被処理担体は、上記の担体とアルカリ土類金属酸化物との複合担体であってもよい。 The carrier to be treated is not particularly limited, and is, for example, silica, silica-alumina, alumina, titania, zirconia, alumina-magnesia, magnesia, silica-titania, zeolite, activated carbon, organic polymer, silica-alumina composite oxide, silica-titania. Examples include composite oxides, alumina-titania composite oxides, and physical mixtures thereof. Further, the carrier to be treated may be a composite carrier of the above carrier and an alkaline earth metal oxide.

好適には、被処理担体は、アルミナ、アルミナ・マグネシア、シリカおよびシリカ・アルミナからなる群から選択される少なくとも1種の担体または該担体とアルカリ土類金属酸化物との複合担体である。アルカリ土類金属としては、MgO、CaO、BaOおよびSrOからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。 Preferably, the carrier to be treated is at least one carrier selected from the group consisting of alumina, alumina magnesia, silica and silica-alumina, or a composite carrier of the carrier and an alkaline earth metal oxide. As the alkaline earth metal, at least one selected from the group consisting of MgO, CaO, BaO and SrO is preferable.

より好適には、被処理担体は、アルミナ・マグネシアである。 More preferably, the carrier to be treated is alumina magnesia.

アルミナ・マグネシアにおけるマグネシアの割合は1~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。 The ratio of magnesia in alumina / magnesia is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 5 to 15% by mass.

被処理担体の粒子径、粒子形状および全細孔容積は、特に制限はなく、水素化反応触媒や再生触媒を使用する反応器の形状などに応じて適宜選択することができる。 The particle size, particle shape, and total pore volume of the carrier to be treated are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the shape of the reactor using the hydrogenation reaction catalyst or the regeneration catalyst.

粒子形状としては、不定形、球状、円柱、三つ葉、四つ葉、リングなどが例示される。 Examples of the particle shape include amorphous, spherical, cylindrical, trefoil, four-leaf, and ring.

例えば、機械攪拌式または懸濁気泡塔式の反応器用とする場合、通常、被処理担体の粒子形状は、不定形または球状が好ましい。固定床式の水素化反応器用または再生反応容器用とする場合、球状粒子または破砕粒子が好ましく、ペレットがより好ましい。 For example, in the case of a mechanical stirring type or suspension bubble column type reactor, the particle shape of the carrier to be treated is usually preferably amorphous or spherical. For fixed-bed hydrogenation reactors or regeneration reaction vessels, spherical particles or crushed particles are preferred, and pellets are more preferred.

粒径は、メジアン径で1μm~10mmが好ましい。例えば、機械攪拌式または懸濁気泡塔式の反応器用とする場合、通常、被処理担体のメジアン径が1~200μmであることが好ましく、20~180μmであることがより好ましく、30~150μmであることがさらに好ましい。固定床式の水素化反応器用または再生反応容器用とする場合、メジアン径は0.1~10mmが好ましく、0.5~3mmがより好ましい。 The particle size is preferably 1 μm to 10 mm in median diameter. For example, in the case of a mechanical stirring type or suspension bubble column type reactor, the median diameter of the carrier to be treated is usually preferably 1 to 200 μm, more preferably 20 to 180 μm, and 30 to 150 μm. It is more preferable to have. For a fixed-bed hydrogenation reactor or a regeneration reaction vessel, the median diameter is preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.5 to 3 mm.

メジアン径は、その値が小さく、例えば1~200μmである場合、レーザー回折/散乱法で分析することができる。その値が大きく、例えば0.1~10mmである場合、マイクロスコープ画像の解析によって測定することができる。 When the median diameter is small, for example, 1 to 200 μm, it can be analyzed by a laser diffraction / scattering method. When the value is large, for example 0.1 to 10 mm, it can be measured by analysis of a microscope image.

全細孔容積としては、0.2~2.0ml/gが好ましい。 The total pore volume is preferably 0.2 to 2.0 ml / g.

全細孔容積は、BET法により測定することができる。 The total pore volume can be measured by the BET method.

遷移金属としては、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金およびニッケルからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。遷移金属は、単体であっても化合物であってもよい。化合物としては、反応条件下で容易に還元されて金属となる観点から、酸化物が好適である。遷移金属は、単体または酸化物であることが好ましい。 The transition metal is preferably at least one selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium, platinum and nickel. The transition metal may be a simple substance or a compound. As the compound, an oxide is suitable from the viewpoint that it is easily reduced to a metal under reaction conditions. The transition metal is preferably a simple substance or an oxide.

遷移金属は、通常、担体に対して0.1~10質量%の量で担持されることが好ましく、0.1~5質量%の量で担持されることがより好ましく、0.1~3質量%の量で担持されることが特に好ましい。 The transition metal is usually preferably supported in an amount of 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass, based on the carrier. It is particularly preferred that it be supported in an amount of mass%.

被処理担体または被処理触媒は、未使用のものであっても、アントラキノン法による過酸化水素製造に使用された使用済みのものであってもよいが、未使用のものであることが好ましい。 The carrier to be treated or the catalyst to be treated may be unused or used for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method, but it is preferably unused.

アルカリ水溶液に含まれるアルカリ金属は、周期表第Ia族のアルカリ金属であればよい。アルカリ水溶液の調製に用いるアルカリ金属塩としては、例えば、LiOH、NaOH、NaCO、NaHCO、Na、Na、NaBO、NaNO、NaBO、NaHPO、NaPO、NaSiO、NaSi、NaSi、NaSnO、NaS、Na、NaWO、Al、KOH、BHK、KCO、KCN、KNO、COK、KHPO、KPO、K、KSnO、K1835、KSbS、CKSOなどが例示される。 The alkali metal contained in the alkaline aqueous solution may be any alkali metal of Group Ia of the periodic table. Examples of the alkali metal salt used for preparing the alkaline aqueous solution include LiOH, NaOH, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , Na 2 B 4 O 7 , Na 4 P 2 O 6 , NaBO 2 , NaNO 2 , NaBO 3 , and Na. 2 HPO 4 , Na 3 PO 4 , Na 2 SiO 3 , Na 6 Si 2 O 7 , Na 2 Si 3 O 7 , Na 2 SnO 3 , Na 2 S, Na 2 S 2 O 3 , Na 2 WO 3 , Al 2 K 2 O 4 , KOH, BH 4 K, K 2 CO 3 , KCN, KNO 2 , C 6 H 5 OK, K 2 HPO 4 , K 3 PO 4 , K 4 P 2 O 7 , K 2 SnO 3 , Examples thereof include K 18 H 35 O 2 , K 3 SbS 4 , and C 3 H 5 KS 2 O.

アルカリ水溶液は、好適には強塩基水溶液であり、より好適には水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液および炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選択される少なくとも1種である。 The alkaline aqueous solution is preferably a strong base aqueous solution, and more preferably at least one selected from the group consisting of a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution and a sodium carbonate aqueous solution.

アルカリ水溶液のpHは、12以上であり、好適には13~14である。pHが過度に低いと、処理対象の担体または触媒に含まれているホウ素を十分に除去することができない虞がある。 The pH of the alkaline aqueous solution is 12 or more, preferably 13 to 14. If the pH is excessively low, boron contained in the carrier or catalyst to be treated may not be sufficiently removed.

アルカリ水溶液の濃度は、pHが上記した範囲となるように適宜決定されるが、下限値は好適には0.01質量%であり、より好適には0.1質量%である。上限値は、好適には10質量%であり、より好適には5質量%であり、さらに好適には1質量%未満であり、特に好適には0.5質量%未満である。アルカリ水溶液の濃度の好適な数値範囲は、0.01~10質量%、0.01~5質量%、0.01質量%以上1質量%未満、0.01質量%以上0.5質量%未満、0.1~10質量%、0.1~5質量%、0.1質量%以上1質量%未満または0.1質量%以上0.5質量%未満である。 The concentration of the alkaline aqueous solution is appropriately determined so that the pH is in the above range, but the lower limit is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.1% by mass. The upper limit is preferably 10% by mass, more preferably 5% by mass, still more preferably less than 1% by mass, and particularly preferably less than 0.5% by mass. Suitable numerical ranges for the concentration of the alkaline aqueous solution are 0.01 to 10% by mass, 0.01 to 5% by mass, 0.01% by mass or more and less than 1% by mass, and 0.01% by mass or more and less than 0.5% by mass. , 0.1 to 10% by mass, 0.1 to 5% by mass, 0.1% by mass or more and less than 1% by mass, or 0.1% by mass or more and less than 0.5% by mass.

処理対象として、使用済みの触媒を用いる場合には、予め無極性有機溶媒または作動溶液に用いられる溶媒により洗浄処理し、次いで乾燥または水洗しておいてもよい。 When a used catalyst is used as the treatment target, it may be washed with a non-polar organic solvent or a solvent used for the working solution in advance, and then dried or washed with water.

本発明の製造方法においては、担体または担体に遷移金属を担持した触媒をアルカリ水溶液で処理する。処理は、担体または触媒をアルカリ水溶液に投入して一定時間接触させることにより行う。このとき、攪拌を行うことが好ましい。攪拌速度は、特に制限されず、反応系の大きさなどに応じて適宜決定することができる。 In the production method of the present invention, a carrier or a catalyst in which a transition metal is supported on a carrier is treated with an alkaline aqueous solution. The treatment is carried out by putting the carrier or the catalyst into an alkaline aqueous solution and contacting them for a certain period of time. At this time, it is preferable to perform stirring. The stirring speed is not particularly limited and can be appropriately determined depending on the size of the reaction system and the like.

処理時のアルカリ水溶液の温度は、20~100℃、20~90℃、30℃より高く100℃以下、60~100℃または60℃より高く100℃より低い温度が好ましい。あるいは、別の好適な態様においては、60℃以上が好ましい。加熱温度が過度に低いと、ホウ素成分の除去効率が低下する虞がある。 The temperature of the alkaline aqueous solution at the time of treatment is preferably 20 to 100 ° C., 20 to 90 ° C., higher than 30 ° C. and 100 ° C. or lower, 60 to 100 ° C. or higher than 60 ° C. and lower than 100 ° C. Alternatively, in another preferred embodiment, 60 ° C. or higher is preferable. If the heating temperature is excessively low, the efficiency of removing the boron component may decrease.

処理時間は、特に制限されず、反応系の大きさなどに応じて適宜決定することができるが、好ましくは約1分以上、より好ましくは30分以上、更に好ましくは30分~1時間である。 The treatment time is not particularly limited and can be appropriately determined depending on the size of the reaction system and the like, but is preferably about 1 minute or longer, more preferably 30 minutes or longer, still more preferably 30 minutes to 1 hour. ..

アルカリ水溶液による処理後の担体または触媒を、フィルターろ過などによりアルカリ水溶液と分離し、必要に応じて洗浄、乾燥などの後処理を行ってもよい。 The carrier or catalyst after treatment with the alkaline aqueous solution may be separated from the alkaline aqueous solution by filter filtration or the like, and post-treatment such as washing or drying may be performed as necessary.

担体を処理した場合には、その後、前述した遷移金属を公知の方法により担持させて、アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒を得る。 When the carrier is treated, the transition metal described above is then supported by a known method to obtain a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method.

かくして、アントラキノン法による過酸化水素の製造に用いられる触媒を製造することができる。本発明の製造方法により得られた触媒においては、従来不純物として含まれていたホウ素成分の含有量が低減されている。そのため、ホウ素成分による過酸化水素の製造工程への悪影響を低減することができる。 Thus, the catalyst used for the production of hydrogen peroxide by the anthraquinone method can be produced. In the catalyst obtained by the production method of the present invention, the content of the boron component, which was conventionally contained as an impurity, is reduced. Therefore, it is possible to reduce the adverse effect of the boron component on the manufacturing process of hydrogen peroxide.

本発明の製造方法により得られる触媒は、アントラキノン法の水添工程(水素化反応工程ともいう)で水素化反応触媒として使用することもでき、再生工程で再生触媒として使用することもできる。再生触媒として使用することが好ましい。 The catalyst obtained by the production method of the present invention can be used as a hydrogenation reaction catalyst in a hydrogenation step (also referred to as a hydrogenation reaction step) of the anthraquinone method, or can be used as a regeneration catalyst in a regeneration step. It is preferable to use it as a regeneration catalyst.

過酸化水素製造用触媒
本発明の別の態様は、担体に遷移金属が担持されており、ホウ素含有量が少ない、過酸化水素製造用触媒(以下、本発明の触媒と呼ぶことがある。)に関し、好適にはアントラキノン法による過酸化水素製造用触媒に関する。好適には、本発明の触媒は、本発明の製造方法により製造されたものである。
Hydrogen peroxide production catalyst Another aspect of the present invention is a hydrogen peroxide production catalyst in which a transition metal is supported on a carrier and the boron content is low (hereinafter, may be referred to as a catalyst of the present invention). The present invention preferably relates to a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method. Preferably, the catalyst of the present invention is produced by the production method of the present invention.

ホウ素含有量は、好適には、0.001質量%以下である。下限は、0.000質量%以上であり、より好適には0.000質量%より大である。 The boron content is preferably 0.001% by mass or less. The lower limit is 0.000% by mass or more, and more preferably greater than 0.000% by mass.

このようにホウ素含有量が少ない触媒をアントラキノン法による過酸化水素の製造、特に水添工程または再生工程で使用すると、生成する過酸化水素にホウ素成分が混入することを防ぐことができる。 When such a catalyst having a low boron content is used in the production of hydrogen peroxide by the anthraquinone method, particularly in the hydrogen peroxide step or the regeneration step, it is possible to prevent the boron component from being mixed in the produced hydrogen peroxide.

本発明の触媒における「担体」と「遷移金属」の詳細は、「アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法」の項で説明したとおりである。 The details of the "carrier" and the "transition metal" in the catalyst of the present invention are as described in the section "Method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method".

アントラキノン法による過酸化水素の製造
本発明の別の態様は、アントラキノン法において、本発明の触媒を使用する、過酸化水素の製造方法(以下、本発明の過酸化水素の製造方法と呼ぶことがある。)を提供する。
Production of Hydrogen Peroxide by Anthraquinone Method Another aspect of the present invention is a method for producing hydrogen peroxide using the catalyst of the present invention in the anthraquinone method (hereinafter, referred to as the method for producing hydrogen peroxide of the present invention). There is.).

アントラキノン法では、アントラキノン類を有機溶媒に溶解させた作動溶液を用いる。 In the anthraquinone method, an working solution in which anthraquinones are dissolved in an organic solvent is used.

使用するアントラキノン類としては、アントラキノン、テトラヒドロアントラキノン、アルキルアントラキノン、アルキルテトラヒドロアントラキノンが挙げられる。以下、アントラキノンとアルキルアントラキノンを、(アルキル)アントラキノンと総称することがある。また、テトラヒドロアントラキノンとアルキルテトラヒドロアントラキノンを、(アルキル)テトラヒドロアントラキノンと総称することがある。(アルキル)アントラキノンおよび(アルキル)テトラヒドロアントラキノンは、各々が複数の(アルキル)アントラキノンおよび(アルキル)テトラヒドロアントラキノンの混合物であってもよい。(アルキル)アントラキノンとしては、アントラキノン、エチルアントラキノン、t-ブチルアントラキノン、アミルアントラキノンなどが例示される。(アルキル)テトラヒドロアントラキノンとしては、テトラヒドロアントラキノン、エチルテトラヒドロアントラキノン、t-ブチルテトラヒドロアントラキノン、アミルテトラヒドロアントラキノンなどが例示される。 Examples of anthraquinones used include anthraquinone, tetrahydroanthraquinone, alkyl anthraquinone, and alkyltetrahydroanthraquinone. Hereinafter, anthraquinone and alkyl anthraquinone may be collectively referred to as (alkyl) anthraquinone. Further, tetrahydroanthraquinone and alkyl tetrahydroanthraquinone may be collectively referred to as (alkyl) tetrahydroanthraquinone. The (alkyl) anthraquinone and the (alkyl) tetrahydroanthraquinone may each be a mixture of multiple (alkyl) anthraquinones and (alkyl) tetrahydroanthraquinones. Examples of the (alkyl) anthraquinone include anthraquinone, ethyl anthraquinone, t-butyl anthraquinone, and amyl anthraquinone. Examples of the (alkyl) tetrahydroanthraquinone include tetrahydroanthraquinone, ethyl tetrahydroanthraquinone, t-butyl tetrahydroanthraquinone, and amyltetrahydroanthraquinone.

アントラキノン類が有するアルキル基としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましく、エチル基、ブチル基またはアミル基が特に好ましい。 As the alkyl group contained in the anthraquinones, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and an ethyl group, a butyl group or an amyl group is particularly preferable.

有機溶媒としては、非極性溶媒と極性溶媒のいずれも使用可能であるが、非極性溶媒と極性溶媒の混合溶媒が好ましい。非極性溶媒としては、芳香族炭化水素類、具体的には、ベンゼンまたは炭素数1~5のアルキル置換基を含むベンゼン誘導体などが挙げられる。ベンゼン誘導体としては、例えばプソイドクメンが挙げられる。極性溶媒としては、ジイソブチルカルビノールなどの高級アルコール、カルボン酸エステル、四置換尿素、環状尿素、トリオクチルリン酸などが例示される。好ましい有機溶媒は、芳香族炭化水素と高級アルコールとの組み合わせ、または、芳香族炭化水素とシクロヘキサノール、アルキルシクロヘキサノールのカルボン酸エステルもしくは四置換尿素の組み合わせである。 As the organic solvent, either a non-polar solvent or a polar solvent can be used, but a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent is preferable. Examples of the non-polar solvent include aromatic hydrocarbons, specifically, benzene or a benzene derivative containing an alkyl substituent having 1 to 5 carbon atoms. Examples of the benzene derivative include pseudocumene. Examples of the polar solvent include higher alcohols such as diisobutylcarbinol, carboxylic acid esters, tetrasubstituted ureas, cyclic ureas, and trioctylphosphoric acid. A preferred organic solvent is a combination of an aromatic hydrocarbon and a higher alcohol, or a combination of an aromatic hydrocarbon and a cyclohexanol, a carboxylic acid ester of an alkylcyclohexanol or a tetrasubstituted urea.

非極性有機溶媒と極性有機溶媒を混合する場合、混合比(体積)は、非極性有機溶媒:極性有機溶媒=9:1~1:9が好ましく、8:2~2:8がより好ましく、4:6~6:4が特に好ましい。 When the non-polar organic solvent and the polar organic solvent are mixed, the mixing ratio (volume) is preferably non-polar organic solvent: polar organic solvent = 9: 1 to 1: 9, more preferably 8: 2 to 2: 8. 4: 6 to 6: 4 is particularly preferable.

図1を参照し、アントラキノン法では、作動溶液に水素を添加する水添処理を行う。これにより、作動溶液中のアントラキノン類を水素化し、対応するアントラヒドロキノン類を生成させる(水添工程)。次いで、得られたアントラヒドロキノン類を空気または酸素を含む気体で酸化してアントラキノン類に戻すが、この時、過酸化水素が生成し、作動溶液に溶解する(酸化工程)。次いで、生成した過酸化水素を水で抽出し、作動溶液から分離する(抽出工程)。過酸化水素は、その後、常法に従っての精製工程と濃縮工程に供され、製品化される。一方、抽出工程後の作動溶液は、水添工程に供され、以後、酸化工程、抽出工程・・・に繰り返し使用される。 With reference to FIG. 1, in the anthraquinone method, hydrogenation treatment is performed in which hydrogen is added to the working solution. As a result, the anthraquinones in the working solution are hydrogenated to produce the corresponding anthraquinones (hydrogenation step). Next, the obtained anthrahydroquinones are oxidized with air or a gas containing oxygen and returned to the anthraquinones. At this time, hydrogen peroxide is generated and dissolved in the working solution (oxidation step). Then, the generated hydrogen peroxide is extracted with water and separated from the working solution (extraction step). Hydrogen peroxide is then subjected to a purification step and a concentration step according to a conventional method to be commercialized. On the other hand, the working solution after the extraction step is subjected to a hydrogenation step, and thereafter, it is repeatedly used in an oxidation step, an extraction step, and so on.

抽出工程後水添工程前には、必要に応じて、作動溶液の一部を抜き取って、これを再生する再生工程を行うことができる。作動溶液の再生は、過酸化水素の連続製造によって生じる副生物を蒸留や化学反応などの公知の手段により除去し、不純物除去後の作動溶液を過酸化水素製造工程に戻すことにより行うことができる。 After the extraction step and before the hydrogenation step, if necessary, a regeneration step of extracting a part of the working solution and regenerating it can be performed. The regeneration of the working solution can be carried out by removing by-products generated by the continuous production of hydrogen peroxide by known means such as distillation and chemical reaction, and returning the working solution after removing impurities to the hydrogen peroxide production step. ..

水添工程においては、作動溶液に触媒を添加し、水素化反応に供する。水素化反応触媒として、本発明の触媒を用いることが好ましい。触媒の使用量は、反応系の大きさなどに応じて適宜決定することができるが、作動溶液中の触媒スラリー濃度として1~100g/l、特に5~100g/lの量で使用することが好ましい。 In the hydrogenation step, a catalyst is added to the working solution and subjected to a hydrogenation reaction. It is preferable to use the catalyst of the present invention as the hydrogenation reaction catalyst. The amount of the catalyst used can be appropriately determined depending on the size of the reaction system and the like, but the catalyst slurry concentration in the working solution may be 1 to 100 g / l, particularly 5 to 100 g / l. preferable.

再生工程においては、蒸留によって回収した有機溶媒、アントラキノン、テトラアントラキノンを使用して作動溶液を調製し、これを触媒に接触させてもよく、回収していないそのままの有機溶媒、アントラキノン、テトラアントラキノンを触媒に接触させてもよい。再生触媒として、本発明の触媒を用いることが好ましい。 In the regeneration step, a working solution may be prepared using the organic solvent, anthraquinone, and tetraanthraquinone recovered by distillation, and the working solution may be brought into contact with the catalyst. It may be brought into contact with the catalyst. It is preferable to use the catalyst of the present invention as the regeneration catalyst.

本発明の過酸化水素の製造方法により得られる過酸化水素においては、ホウ素成分の含有量が低減されている。 In the hydrogen peroxide obtained by the method for producing hydrogen peroxide of the present invention, the content of the boron component is reduced.

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

ホウ素除去量の測定方法
後述の実施例および比較例において、ホウ素除去量(単位:μg-B/g-触媒)を次のようにして測定した。
ろ液中のホウ素をICP-OES(Perkin Elmer製Optima 2100 DV)を用いて定量した。測定条件は、以下の通りとした。
測定条件:
測定波長: 249.677nm(B)
ガス流量
プラズマ:15L/min
補助:0.2L/min
キャリヤー:0.7L/min
RF出力: 1300W
サンプル流量:1.5ml/min
繰り返し数:3回
次いで、ろ液中のホウ素量の値を用い、下記式に基づきホウ素溶出量を算出した。
ホウ素溶出量(μg-B/g-触媒)=ろ液中のホウ素濃度(μg-B/L)×洗浄液の使用量(L)/触媒量(g)
Method for measuring the amount of boron removed In the examples and comparative examples described later, the amount of boron removed (unit: μg-B / g-catalyst) was measured as follows.
Boron in the filtrate was quantified using ICP-OES (Optima 2100 DV, manufactured by Perkin Elmer). The measurement conditions were as follows.
Measurement condition:
Measurement wavelength: 249.677nm (B)
Gas flow rate
Plasma: 15L / min
Auxiliary: 0.2L / min
Carrier: 0.7L / min
RF output: 1300W
Sample flow rate: 1.5 ml / min
Number of repetitions: 3 times Then, using the value of the amount of boron in the filtrate, the amount of boron elution was calculated based on the following formula.
Boron elution amount (μg-B / g-catalyst) = Boron concentration in filtrate (μg-B / L) x Cleaning liquid usage amount (L) / Catalyst amount (g)

調製例1:担体の調製
塩化マグネシウム・6水和物〔和光純薬工業(株)製〕の飽和溶液500mlにγ-アルミナ〔住友化学(株)製 商品名:KHD-12〕200gを含浸させ、30℃で攪拌した。アンモニア水溶液を添加してpH9~11となるように調製し、γ-アルミナに水酸化マグネシウムを添着して、焼成後の酸化マグネシウムの質量比率が10質量%になるように固定化した。得られた固体を水溶液から分離し、600℃で24時間焼成し、担体としてAl-MgO(MgO=10質量%)を得た。
Preparation Example 1: Preparation of carrier A saturated solution of magnesium chloride hexahydrate [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] is impregnated with 200 g of γ-alumina [trade name: KHD-12, manufactured by Sumitomo Chemical Industries, Ltd.]. , Stirred at 30 ° C. An aqueous ammonia solution was added to prepare the pH to be 9 to 11, and magnesium hydroxide was added to γ-alumina to immobilize the magnesium oxide after firing so that the mass ratio of magnesium oxide was 10% by mass. The obtained solid was separated from the aqueous solution and calcined at 600 ° C. for 24 hours to obtain Al2O3 - MgO (MgO = 10% by mass) as a carrier.

調製例2:触媒の調製
調製例1で得られた担体Al-MgO 50gを1.7質量%の塩化パラジウム塩酸水溶液50mlに含浸(混合)させ、80℃の湯浴中で攪拌することにより担体にパラジウムを担持させた。
デカンテーションにより、Pd/Al-MgOと塩化パラジウム塩酸水溶液を分離した。
Pd/Al-MgOに純水50mlを加え、水酸化ナトリウム水溶液を加え、pH10~11に保ちながら37%ホルマリンを5ml添加し、60℃の湯浴中でパラジウムを還元した。
デカンテーションにて上澄み液を除去後、固体を純水で洗浄し、触媒として1質量%Pd/Al-MgOを得た。
Preparation Example 2: Preparation of catalyst 50 g of the carrier Al 2O 3 -MgO obtained in Preparation Example 1 is impregnated (mixed) with 50 ml of a 1.7 mass% palladium chloride hydrochloric acid aqueous solution, and stirred in a hot water bath at 80 ° C. As a result, palladium was supported on the carrier.
By decantation, Pd / Al 2O 3 -MgO and an aqueous solution of palladium chloride in hydrochloric acid were separated.
50 ml of pure water was added to Pd / Al 2O 3 -MgO, an aqueous sodium hydroxide solution was added, 5 ml of 37% formalin was added while maintaining the pH at 10-11, and palladium was reduced in a hot water bath at 60 ° C.
After removing the supernatant by decantation, the solid was washed with pure water to obtain 1% by mass Pd / Al 2O 3 -MgO as a catalyst.

比較例1
超純水で洗浄したポリプロピレン(PP)容器に、調製例1で得られた担体Al-MgO(MgO=10質量%)を2.5g、洗浄液として0.00035質量%の塩酸水溶液、即ちpH4の塩酸水溶液を50g加え、マグネチックスターラーで26℃にて1時間撹拌した。得られた担体入り洗浄液を0.5μmのシリンジフィルターでろ過処理し、処理済みの担体とろ液とを得た。
Comparative Example 1
2.5 g of the carrier Al 2O 3 -MgO (MgO = 10% by mass) obtained in Preparation Example 1 in a polypropylene (PP) container washed with ultrapure water, and a 0.00035% by mass hydrochloric acid aqueous solution as a washing liquid. That is, 50 g of an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of 4 was added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer at 26 ° C. for 1 hour. The obtained carrier-containing cleaning liquid was filtered through a 0.5 μm syringe filter to obtain a treated carrier and a filtrate.

比較例2~6、実施例1~5
洗浄液と処理温度を表1の条件とした点以外は、比較例1と同様にして、処理済みの担体とろ液とを得た。
Comparative Examples 2 to 6, Examples 1 to 5
A treated carrier and a filtrate were obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the cleaning liquid and the treatment temperature were set as the conditions in Table 1.

実施例1~5と比較例1~6におけるホウ素溶出量を表1に示す。また、pHとホウ素溶出量の関係を図2に示す。

Figure 2022090478000001
Table 1 shows the amount of boron elution in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6. The relationship between pH and the amount of boron elution is shown in FIG.
Figure 2022090478000001

実施例6
超純水で洗浄したポリプロピレン(PP)容器に、調製例2で得られた触媒1質量%-Pd/Al-MgO(MgO=10質量%)2.5gと、洗浄液として0.39質量%の水酸化ナトリウム水溶液、即ちpH13の水酸化ナトリウム水溶液50gとを加え、マグネチックスターラーで、26℃にて1時間撹拌した。得られた触媒入り洗浄液を0.5μmのシリンジフィルターでろ過処理し、処理済みの触媒とろ液を得た。
Example 6
In a polypropylene (PP) container washed with ultrapure water, 2.5 g of the catalyst 1% by mass-Pd / Al2O 3 - MgO (MgO = 10% by mass) obtained in Preparation Example 2 and 0.39 as a washing liquid. A mass% sodium hydroxide aqueous solution, that is, 50 g of a pH 13 sodium hydroxide aqueous solution was added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer at 26 ° C. for 1 hour. The obtained catalyst-containing cleaning liquid was filtered through a 0.5 μm syringe filter to obtain a treated catalyst and filtrate.

実施例7,8、比較例7
洗浄液と処理温度を表2の条件とした点以外は実施例6と同様にして、処理済みの触媒とろ液とを得た。
Examples 7 and 8, Comparative Example 7
The treated catalyst and filtrate were obtained in the same manner as in Example 6 except that the cleaning liquid and the treatment temperature were set as the conditions in Table 2.

実施例6~8と比較例7におけるホウ素溶出量を表2に示す。pHとホウ素溶出量の関係を図3に示す。洗浄温度とホウ素溶出量の関係を図4に示す。 Table 2 shows the amount of boron elution in Examples 6 to 8 and Comparative Example 7. The relationship between pH and the amount of boron elution is shown in FIG. The relationship between the washing temperature and the amount of boron elution is shown in FIG.

Figure 2022090478000002
Figure 2022090478000002

Claims (15)

アントラキノン法による過酸化水素製造用触媒の製造方法であって、
担体または前記担体に遷移金属を担持した触媒を、pH12以上のアルカリ水溶液で処理する、製造方法。
It is a method for producing a catalyst for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method.
A production method for treating a carrier or a catalyst in which a transition metal is carried on the carrier with an alkaline aqueous solution having a pH of 12 or higher.
前記アルカリ水溶液の濃度が、0.01~10質量%である、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the concentration of the alkaline aqueous solution is 0.01 to 10% by mass. 前記アルカリ水溶液が、強塩基水溶液である、請求項1または2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the alkaline aqueous solution is a strong base aqueous solution. 前記強塩基水溶液が、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液および炭酸ナトリウム水溶液からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項3に記載の製造方法。 The production method according to claim 3, wherein the strong base aqueous solution is at least one selected from the group consisting of a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution and a sodium carbonate aqueous solution. 20~100℃で処理する、請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the product is treated at 20 to 100 ° C. 前記過酸化水素製造用触媒が、水素化反応触媒または再生触媒である、請求項1~5のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the catalyst for producing hydrogen peroxide is a hydrogenation reaction catalyst or a regeneration catalyst. 前記遷移金属が、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金およびニッケルからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein the transition metal is at least one selected from the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium, platinum and nickel. 処理対象の前記担体が、アルミナ、アルミナ・マグネシア、シリカおよびシリカ・アルミナからなる群から選択される少なくとも1種の担体または該担体とアルカリ土類金属酸化物との複合担体である、請求項1~7のいずれか一項に記載の製造方法。 The carrier to be treated is at least one carrier selected from the group consisting of alumina, alumina magnesia, silica and silica-alumina, or a composite carrier of the carrier and an alkaline earth metal oxide. The manufacturing method according to any one of 7 to 7. 前記アルカリ土類金属酸化物が、MgO、CaO、BaOおよびSrOからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項8に記載の製造方法。 The production method according to claim 8, wherein the alkaline earth metal oxide is at least one selected from the group consisting of MgO, CaO, BaO and SrO. 前記アルカリ水溶液のpHが13~14である、請求項1~9のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 9, wherein the pH of the alkaline aqueous solution is 13 to 14. 前記担体または触媒が、未使用の担体または触媒である、請求項1~10のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 10, wherein the carrier or catalyst is an unused carrier or catalyst. 60℃より高く100℃より低い温度で処理する、請求項1~11のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 11, wherein the treatment is performed at a temperature higher than 60 ° C and lower than 100 ° C. 前記アルカリ水溶液の濃度が、0.1質量%以上0.5質量%未満である、請求項1~12のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 12, wherein the concentration of the alkaline aqueous solution is 0.1% by mass or more and less than 0.5% by mass. 担体に遷移金属が担持されており、ホウ素含有量が0.001質量%以下である、過酸化水素製造用触媒。 A catalyst for producing hydrogen peroxide, wherein a transition metal is supported on a carrier and the boron content is 0.001% by mass or less. アントラキノン法において、請求項14に記載の過酸化水素製造用触媒を使用する、過酸化水素の製造方法。
A method for producing hydrogen peroxide using the catalyst for producing hydrogen peroxide according to claim 14 in the anthraquinone method.
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