JP2573597B2 - Solid acid catalyst and method for producing the same - Google Patents

Solid acid catalyst and method for producing the same

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JP2573597B2
JP2573597B2 JP62067098A JP6709887A JP2573597B2 JP 2573597 B2 JP2573597 B2 JP 2573597B2 JP 62067098 A JP62067098 A JP 62067098A JP 6709887 A JP6709887 A JP 6709887A JP 2573597 B2 JP2573597 B2 JP 2573597B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体酸触媒及びその製法に関する。詳しくは
本発明は優れた固体酸性を有する固体酸触媒及びその製
造方法に関する。
The present invention relates to a solid acid catalyst and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a solid acid catalyst having excellent solid acidity and a method for producing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在の化学工業プロセスの中には、硫酸、リン酸等の
鉱酸、塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素などの酸性物
質を触媒として使用するものが数多く存在しており、触
媒の分離、回収、再使用、廃水処理、装置の腐食、好ま
しくない副生成物の生成、生成物の着色など数多くの問
題点がある。このため鉱酸や塩化アルミニウム等に代わ
る固体酸触媒の開発が望まれている。
Many of the current chemical industry processes use mineral acids such as sulfuric acid and phosphoric acid, and acidic substances such as aluminum chloride and boron trifluoride as catalysts. There are many problems such as use, wastewater treatment, corrosion of equipment, formation of undesirable by-products, coloring of products. For this reason, development of a solid acid catalyst to replace mineral acid, aluminum chloride, and the like is desired.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

このような背景のもとで、金属の酸化物、複合酸化
物、例えばアルミナ、シリカ−アルミナあるいは金属の
硫酸塩、リン酸塩などの固体酸性が研究され、化学工業
プロセスへの適用が検討されている。また水存在下で使
用できるような固体酸触媒としてイオン交換樹脂、含水
酸化ニオブなどが提案されている。このうちイオン交換
樹脂触媒は、酸強度が弱いこと、樹脂が崩壊しやすいこ
と、適用範囲、特に温度において限界があるなどの欠点
を有する。また、含水酸化ニオブ触媒は、特開昭60−44
039によりその固体酸触媒としての特性が提案されてい
るが、適用温度範囲が400℃以下、好ましくは300℃以下
と、限界があり、さらにまたより触媒活性の向上が望ま
れる。
Against this background, solid oxides such as metal oxides and composite oxides such as alumina, silica-alumina or metal sulfates and phosphates have been studied, and their application to chemical industrial processes has been studied. ing. Further, as a solid acid catalyst which can be used in the presence of water, ion exchange resins, hydrated niobium oxide, and the like have been proposed. Among them, ion exchange resin catalysts have drawbacks such as low acid strength, easy disintegration of the resin, and limited application range, particularly temperature. Further, a hydrous niobium oxide catalyst is disclosed in JP-A-60-44.
039 proposes its properties as a solid acid catalyst, but there is a limit to the application temperature range of 400 ° C. or less, preferably 300 ° C. or less, and further improvement in catalytic activity is desired.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者らは、従来の触媒の上記欠点を解決するため
に鋭意検討を重ねた結果、種々の方法で水酸化タンタル
を調製し、これを酸及び又は水で洗浄したのち加熱処理
して得た水和水を含む酸化タンタル(以下、「含水酸化
タンタル」ともいう)は極めて強い固体酸性を発現し、
種々の酸触媒反応に有効であることを見出して、本発明
に到達した。
The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned disadvantages of the conventional catalyst, and as a result, prepared tantalum hydroxide by various methods, washed with acid and / or water, and then heat-treated. Tantalum oxide containing water of hydration (hereinafter also referred to as “hydrated tantalum”) exhibits extremely strong solid acidity,
The present invention was found to be effective for various acid-catalyzed reactions, and reached the present invention.

即ち本発明の要旨は、(1)水和水を含む酸化タンタ
ルから成ることを特徴とするオレフィンの水和反応、オ
レフィンの異性化反応、カルボン酸とアルコールとのエ
ステル化反応、ベックマン転位反応又はアルドール縮合
反応のための固体酸触媒、並びに(2)水酸化タンタル
を酸及び/又は水で洗浄したのち約600℃以下の温度で
加熱処理することを特徴とするオレフィンの水和反応、
オレフィンの異性化反応、カルボン酸とアルコールとの
エステル化反応、ベックマン転位反応又はアルドール縮
合反応のための固体酸触媒の製法、に存する。
That is, the gist of the present invention is (1) a hydration reaction of an olefin, which is composed of tantalum oxide containing water of hydration, an isomerization reaction of an olefin, an esterification reaction of a carboxylic acid and an alcohol, a Beckmann rearrangement reaction or A solid acid catalyst for the aldol condensation reaction, and (2) an olefin hydration reaction, which comprises subjecting tantalum hydroxide to washing with an acid and / or water and then heat-treating it at a temperature of about 600 ° C. or lower.
Olefin isomerization reaction, carboxylic acid-alcohol esterification reaction, Beckmann rearrangement reaction or aldol condensation reaction.

以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の含水酸化タンタルの構造に関しては、その詳
細は不明であるが、非晶質もしくは結晶化の程度が低
く、実験式であらわすとTa2O5・nH2Oであり、ここで0
<n≦8、好ましくは0<n≦3である。
Although the details of the structure of the hydrous tantalum oxide of the present invention are unknown, it is amorphous or has a low degree of crystallization, and is expressed by an empirical formula as Ta 2 O 5 .nH 2 O, where 0
<N ≦ 8, preferably 0 <n ≦ 3.

本発明の含水酸化タンタルの製造に用いられる水酸化
タンタルの調製方法としては次のような方法が挙げられ
る。第一の方法は、5価のタンタルのハロゲン化物、例
えばTaCl5,TaBr5,TaI5,TaF5或いはオキシ塩化物TaOCl5
を加水分解する方法である。具体的にはTaCl5を濃塩酸
に溶解させたのち、熱水、アンモニア水或いは塩基性を
示す溶液、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウムな
どの水溶液を添加して水酸化タンタルの沈殿を生成せし
める方法が挙げられる。第二の方法は、5価のタンタル
のアルコキシド、例えばTa(OCH35,Ta(OC2H55,Ta
(OC3H7など、あるいはハロゲンを含むアルコキシ
ド、例えばTaCl(OCH34,TaCl2(OCH33TaCl(OC
2H5などを加水分解する方法である。具体的にはTa
(OC2H5をエタノールに溶解して水、アンモニア水
或いは塩基性溶液、例えば水酸化カリウム、水酸化ナト
リウムなどの水溶液を添加して水酸化タンタルの沈殿を
生成せしめる方法が挙げられる。第三の方法は3価のタ
ンタルのハロゲン化物、例えばTaBr3を加水分解して水
酸化タンタルを生成させる方法である。第四の方法は酸
化タンタル(水和水を含まないものを指す)Ta2O5をア
ルカリ金属の水酸化物或いは炭酸塩、硫酸塩、ピロ硫酸
塩、例えばKOH,K2CO3,NaOH,Na2CO3,K2SO4,K2S2O7,など
と溶融して得られたものを加水分解して水酸化タンタル
を得る方法である。
The method for preparing tantalum hydroxide used for producing the hydrous tantalum hydroxide of the present invention includes the following method. The first method is a pentavalent tantalum halide such as TaCl 5 , TaBr 5 , TaI 5 , TaF 5 or oxychloride TaOCl 5
Is a method of hydrolyzing. Specifically, after dissolving TaCl 5 in concentrated hydrochloric acid, hot water, aqueous ammonia or a solution exhibiting basicity, for example, an aqueous solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is added to form a precipitate of tantalum hydroxide. Method. The second method is an alkoxide of pentavalent tantalum, for example, Ta (OCH 3 ) 5 , Ta (OC 2 H 5 ) 5 , Ta
(OC 3 H 7 ) 5 or an alkoxide containing halogen such as TaCl (OCH 3 ) 4 , TaCl 2 (OCH 3 ) 3 TaCl (OC
2 H 5) 4 is a method for hydrolyzing such. Specifically, Ta
(OC 2 H 5 ) 5 is dissolved in ethanol, and water, ammonia water or a basic solution, for example, an aqueous solution of potassium hydroxide, sodium hydroxide or the like is added to form a precipitate of tantalum hydroxide. A third method is to hydrolyze a trivalent tantalum halide, for example, TaBr 3 to produce tantalum hydroxide. A fourth method is to convert tantalum oxide (which does not contain water of hydration) Ta 2 O 5 to an alkali metal hydroxide or carbonate, sulfate, pyrosulfate such as KOH, K 2 CO 3 , NaOH, In this method, tantalum hydroxide is obtained by hydrolyzing a material obtained by melting with Na 2 CO 3 , K 2 SO 4 , K 2 S 2 O 7 , and the like.

上記のようにして得られた水酸化タンタルはそのまま
では十分な固体酸性を有しておらず、先ず、酸及び/又
は水で洗浄する操作が必要である。この洗浄操作は恐ら
く、水酸化タンタルの調製の際に使用したアルカリ金
属、アンモニア等の塩基性物質の除去に効果があると考
えられる。酸及び/又は水による洗浄は、具体的には、
得られた水酸化タンタルを希薄な酸、好ましくは0.1〜3
N程度の塩酸、硝酸、硫酸等の鉱酸水溶液に分散して撹
拌するのが効果的であり、さらに好ましくは液を加熱し
て沸騰状態のもとで分散洗浄するのがよい。この場合、
酸の水溶液が濃厚すぎると水酸化タンタルの一部が溶解
して、除去されてしまうので好ましくない。洗浄は数回
繰り返し、今回毎に過或いは遠心分離等により、水酸
化タンタルと洗浄液とを分離するのが効果的である。希
薄な酸の洗浄の後は水中に分散させて洗浄し、例えば塩
酸を用いた場合、洗浄液中の塩素イオンが検出されなく
なるまで洗浄を繰り返した方が、最終的に得られる含水
酸化タンタル中への塩素の混入が抑制されるので好まし
い。
The tantalum hydroxide obtained as described above does not have sufficient solid acidity as it is, and first requires an operation of washing with acid and / or water. This washing operation is probably effective in removing basic substances such as alkali metals and ammonia used in the preparation of tantalum hydroxide. Washing with an acid and / or water is, specifically,
The obtained tantalum hydroxide is diluted with a dilute acid, preferably 0.1 to 3
It is effective to disperse the mixture in an aqueous solution of a mineral acid such as N, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, or the like, and stir the solution. More preferably, the solution is heated and dispersed and washed under a boiling condition. in this case,
If the aqueous solution of the acid is too thick, a part of the tantalum hydroxide is dissolved and removed, which is not preferable. The washing is repeated several times, and it is effective to separate the tantalum hydroxide and the washing solution each time by excessive or centrifugation. After washing with a dilute acid, it is dispersed in water and washed. This is preferable because the mixing of chlorine is suppressed.

洗浄後、過または遠心分離により水酸化タンタルを
分取し、乾燥し、加熱処理して本発明の目的とする固体
酸触媒が得られる。これらの操作において加熱処理の温
度が、本発明で提案している固体酸性にとって重要であ
り、本発明においては約600℃以下、好ましくは100〜50
0℃、より好ましくは200〜400℃の温度範囲で加熱処理
を行なう。
After washing, tantalum hydroxide is separated by filtration or centrifugation, dried, and heat-treated to obtain the solid acid catalyst intended for the present invention. In these operations, the temperature of the heat treatment is important for the solid acidity proposed in the present invention, and in the present invention, it is about 600 ° C. or less, preferably 100 to 50 ° C.
The heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C, more preferably 200 to 400 ° C.

第1表は種々の温度で加熱処理して得た含水酸化タン
タルの表面酸強度をHammett指示薬を用いて測定した結
果を示すものである。
Table 1 shows the results of measuring the surface acid strength of hydrous tantalum oxide obtained by heat treatment at various temperatures using a Hammett indicator.

第1表から明らかなように含水酸化タンタルは、処理
温度200℃から400℃の範囲でH0=−8.2(90%硫酸の酸
強度に相当)より強い酸強度を示し、さらに500℃以下
ではH0=−5.6(71%硫酸の酸強度に相当)より強い酸
強度を、600℃以下ではH0=−3.0(48%硫酸の酸強度に
相当)より強い酸強度を示している。
As is clear from Table 1, hydrous tantalum shows an acid strength higher than H 0 = −8.2 (corresponding to the acid strength of 90% sulfuric acid) in the processing temperature range of 200 ° C. to 400 ° C. The acid strength is higher than H 0 = −5.6 (corresponding to the acid strength of 71% sulfuric acid), and at 600 ° C. or lower, the acid strength is higher than H 0 = −3.0 (corresponding to the acid strength of 48% sulfuric acid).

通常の金属酸化物ではこのような強い酸強度を示すも
のは殆どなく、さらに含水酸化タンタルにおいては約60
0℃以下、特に200℃から400℃の広い温度範囲にわたっ
て強い酸強度を示すことが注目される。300℃以下の温
度で強い酸強度を示す固体酸触媒として前記した含水酸
化ニオブが提案されているが、より高温では急激に酸強
度が低下しており、したがってこのような高温を要する
反応には使用できない。この酸強度低下の原因の詳細は
まだ不明であるが、その原因の一つとして酸化ニオブの
結晶化が進行するためではないかと考えられる。一方、
酸化タンタルにおいては結晶化温度が酸化ニオブに比べ
て高温度であるのでより高い温度まで強い酸強度を示す
ものと推察される。この結晶化のおこる温度は示差熱分
析(以下、DTAという)により測定される。含水酸化タ
ンタル及び含水酸化ニオブについて本発明者らが測定し
た結果をそれぞれ第1図及び第2図に示した。
Almost no such metal oxide shows such a strong acid strength in ordinary metal oxides.
It is noted that it shows strong acid strength over a wide temperature range below 0 ° C, especially 200 ° C to 400 ° C. The above-mentioned hydrous niobium oxide has been proposed as a solid acid catalyst exhibiting a strong acid strength at a temperature of 300 ° C. or less.However, at higher temperatures, the acid strength sharply decreases, and therefore, for reactions requiring such high temperatures, I can not use it. The details of the cause of the decrease in acid strength are still unknown, but it is considered that one of the causes may be that crystallization of niobium oxide proceeds. on the other hand,
Since the crystallization temperature of tantalum oxide is higher than that of niobium oxide, it is presumed that the tantalum oxide shows a strong acid strength up to a higher temperature. The temperature at which this crystallization occurs is measured by differential thermal analysis (hereinafter referred to as DTA). The results measured by the present inventors for hydrous tantalum and hydrous niobium are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.

これらの図を比較すると含水酸化ニオブが酸化ニオブ
に結晶化するのが587℃であるのに対して、含水酸化タ
ンタルの酸化タンタルへの結晶化は730℃で起こってお
り、従ってより高温まで強い固体酸性を示すことが推察
される。
Comparing these figures, the hydrous niobium oxide crystallizes to niobium oxide at 587 ° C, whereas the crystallization of hydrous tantalum oxide to tantalum oxide occurs at 730 ° C and is therefore stronger at higher temperatures. It is presumed to show solid acidity.

本発明の含水酸化タンタルは単独で用いても、あるい
は他の成分と共存させて用いてもよく、例えばシリカ、
アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ
或いはこれらの複合物があげられる。さらにまた含水酸
化タンタルあるいは含水酸化タンタルと前記した成分と
の複合物を硫酸、リン酸またはフッ化水素酸等で前処理
したのち、低温で加熱処理することにより、触媒性能を
高められる場合もある。
The hydrous tantalum oxide of the present invention may be used alone or in combination with other components, for example, silica,
Alumina, titanium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, or a composite thereof may be used. Furthermore, after pretreatment of hydrous tantalum or a composite of hydrous tantalum and the above-mentioned components with sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, or the like, the catalyst performance may be enhanced by heat treatment at a low temperature in some cases. .

本発明の含水酸化タンタル触媒は通常知られている酸
触媒反応に触媒として使用できる。また、液相、気相い
ずれの反応にも使用することができる。そのような反応
の例を具体的に記すと、 オレフィンの水和反応。さらに具体的には炭素数2
から9のオレフィンの水和反応による対応するアルコー
ル類の生成。
The hydrous tantalum catalyst of the present invention can be used as a catalyst in a commonly known acid catalyzed reaction. Further, it can be used for both liquid phase and gas phase reactions. A specific example of such a reaction is the hydration reaction of an olefin. More specifically, carbon number 2
Of the corresponding alcohols by hydration of the olefins from 9

アルコールの脱水反応。さらに具体的には炭素数2
から9のアルコールの脱水反応による対応するオレフィ
ンの生成。
Dehydration reaction of alcohol. More specifically, carbon number 2
Formation of the corresponding olefins by dehydration of the alcohols from 1 to 9.

オレフィンの異性化反応。さらに具体的には炭素数
4から8のオレフィンの異性化反応。
Olefin isomerization reaction. More specifically, an isomerization reaction of an olefin having 4 to 8 carbon atoms.

カルボン酸とアルコールとのエステル化反応。さら
に具体的には炭素数2から5の飽和または不飽和カルボ
ン酸と炭素数1から4の飽和または不飽和アルコールと
のエステル化反応。
Esterification reaction between carboxylic acid and alcohol. More specifically, an esterification reaction of a saturated or unsaturated carboxylic acid having 2 to 5 carbon atoms with a saturated or unsaturated alcohol having 1 to 4 carbon atoms.

上記の逆反応であるエステルの加水分解反応。 An ester hydrolysis reaction which is the reverse reaction of the above.

クライゼン縮合反応。さらに具体的には酢酸または
プロピオン酸とホルムアルデヒドとの反応によるアクリ
ル酸またはメタクリル酸の製造。
Claisen condensation reaction. More specifically, the production of acrylic acid or methacrylic acid by the reaction of acetic acid or propionic acid with formaldehyde.

などが挙げられる。そのほかにも芳香族化合物のアルキ
ル化反応、不飽和炭化水素の重合反応、ベックマン転位
反応、アルドール縮合反応などに使用することができ
る。
And the like. In addition, it can be used for an alkylation reaction of an aromatic compound, a polymerization reaction of an unsaturated hydrocarbon, a Beckmann rearrangement reaction, an aldol condensation reaction, and the like.

また、触媒の最適形状は反応の様式に依存するが、成
型触媒を希望する場合、通常おこなわれている成型方法
を採用することができる。
Although the optimum shape of the catalyst depends on the reaction mode, when a molded catalyst is desired, a usual molding method can be employed.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明を実施例によりさらに具体的に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に
よってその範囲を制約されるものではない。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited by the following examples unless it exceeds the gist of the present invention.

実施例1 五塩化タンタル(三津和化学社製)25gをエタノール2
50ml中に溶解させた。なお、エタノールは予めモレキュ
ラーシーブにより水分を除去したものを用いた。この溶
液に水酸化カリウム(含量85%)23.1gをエタノール250
mlに溶解して得た液を少量ずつ滴下して白色の沈殿を生
成させた。このエタノール中で白色沈殿を1日静置して
熟成をおこなった。続いて遠心分離器により白色沈殿と
上澄み液とを分離した。1N塩酸水溶液1中にこの沈殿
物を分散させ、液を加熱沸騰させて1時間保持した。室
温まで冷却したのち遠心分離器により沈殿物と液とを分
離した。再び同様に1N塩酸水溶液中での煮沸分散洗浄を
1時間行なった。続いて脱イオン水1中での煮沸分散
洗浄を3回(各回とも1時間)繰り返した。各回の洗浄
ごとに遠心分離を行ない、沈殿物と液とを分離した。最
終の洗浄後の液に硝酸銀水溶液を滴下したところ、白濁
せず、塩素イオンの存在は認められなかった。
Example 1 25 g of tantalum pentachloride (Mitsuwa Kagaku) was added to ethanol 2
Dissolved in 50 ml. In addition, ethanol from which water was removed by a molecular sieve in advance was used. 23.1 g of potassium hydroxide (content 85%) was added to this solution with ethanol 250
The solution obtained by dissolving the solution in ml was added dropwise little by little to produce a white precipitate. The white precipitate was allowed to stand in this ethanol for one day to ripen. Subsequently, a white precipitate and a supernatant were separated by a centrifuge. This precipitate was dispersed in 1N hydrochloric acid aqueous solution 1, and the solution was heated to boiling and held for 1 hour. After cooling to room temperature, the precipitate and the liquid were separated by a centrifuge. Again, boiling dispersion washing in a 1N hydrochloric acid aqueous solution was performed again for 1 hour. Subsequently, boiling dispersion washing in deionized water 1 was repeated three times (each time was one hour). After each washing, centrifugation was performed to separate the precipitate from the liquid. When an aqueous solution of silver nitrate was added dropwise to the solution after the final washing, the solution did not become cloudy and the presence of chloride ions was not recognized.

次に沈殿物を真空乾燥器中で120℃、6時間乾燥し
た。乾燥後の白色粉末の重量は、16.6gであった。この
白色粉末を乾燥空気流通下で種々の温度(200℃、300
℃、400℃、500℃、600℃及び800℃)で加熱処理した。
なお加熱処理後、Hammett指示薬により酸強度を測定し
たところ、前記第1表に示した結果を得た。
Next, the precipitate was dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 6 hours. The weight of the white powder after drying was 16.6 g. This white powder is dried at various temperatures (200 ° C, 300
° C, 400 ° C, 500 ° C, 600 ° C and 800 ° C).
After the heat treatment, the acid strength was measured using a Hammett indicator, and the results shown in Table 1 were obtained.

実施例2 五塩化タンタル(三津和化学社製)5gを濃塩酸50ml中
に溶解させたのち、脱塩水500ml中に少量ずつ滴下する
と液は白濁した。この液を加熱して沸騰させると、液の
白濁の程度が高まり、白色不溶物の生成が増大した。時
々水を加えながら沸騰状態のもとで2時間保持した。冷
却後、室温で1日静置熟成した。白色沈殿物を遠心分離
により液と分離したのち実施例1と同様に沈殿物の洗浄
を繰り返し、続いて乾燥した。得られた白色粉末を乾燥
空気流通下で種々の温度で加熱処理した。なおHammett
指示薬による酸強度測定結果は前記第1表とほぼ同様で
あった。
Example 2 After dissolving 5 g of tantalum pentachloride (manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd.) in 50 ml of concentrated hydrochloric acid, the solution became cloudy when added dropwise in 500 ml of demineralized water. When this liquid was heated and boiled, the degree of cloudiness of the liquid increased, and the generation of white insolubles increased. It was kept for 2 hours under boiling conditions with occasional addition of water. After cooling, the mixture was aged at room temperature for 1 day. After the white precipitate was separated from the liquid by centrifugation, washing of the precipitate was repeated in the same manner as in Example 1 and subsequently dried. The obtained white powder was heat-treated at various temperatures under flowing dry air. Hammett
The results of the acid strength measurement using the indicator were almost the same as those in Table 1 above.

比較例1 含水酸化ニオブ(CBMMインターナショナル社製AD−38
2)を乾燥空気流通下で2種の温度(300℃及び600℃)
で加熱処理した。Hammett指示薬による酸強度測定結果
を第2表に示す。この結果は特開昭60−44039に示され
たものとよく一致している。
Comparative Example 1 Hydrous Niobium (AD-38 manufactured by CBMM International)
2) The two kinds of temperature (300 ℃ and 600 ℃) under the flow of dry air
Was heated. Table 2 shows the results of acid strength measurement using the Hammett indicator. This result is in good agreement with that shown in JP-A-60-44039.

比較例2 市販のシリカ−アルミナ成型品(日揮化学社製N631H;
SiO2/Al2O3重量比約70/30)を破砕して粉末としたもの
を、乾燥空気流通下で固体酸性が強まることの知られて
いる400℃で加熱処理した。酸強度を第2表に示した。
Comparative Example 2 Commercially available silica-alumina molded product (N631H manufactured by JGC Chemicals;
The powder obtained by crushing SiO 2 / Al 2 O 3 ( weight ratio: about 70/30) was heat-treated at 400 ° C., which is known to increase solid acidity, in flowing dry air. Table 2 shows the acid strength.

比較例3 SiCl4及びTiCl4の混合物を加熱分解してシリカ−チタ
ニア触媒を得た(Si/Ti原子比=95/5)。これを乾燥空
気流通下、300℃で加熱処理した。この酸強度を第2表
に示した。
Comparative Example 3 A mixture of SiCl 4 and TiCl 4 was thermally decomposed to obtain a silica-titania catalyst (Si / Ti atomic ratio = 95/5). This was heat-treated at 300 ° C. under flowing dry air. The acid strength is shown in Table 2.

反応例1 メタクリル酸とメタノールとの気相エステル化反応を
固体酸触媒によるモデル反応としてとりあげ、触媒の性
能を評価した。この反応は生成するメタクリル酸メチル
(以下、MMAという)が合成樹脂塗料などの原料として
有用であり、工業的に重要な反応の1つである。原料お
よび生成物は重合し易く、これを考慮すると、上記エス
テル化反応は可及的に温和な条件下で、しかも短時間で
完結させることが好ましく、そのために高活性の触媒の
開発が望まれている。
Reaction Example 1 The gas phase esterification reaction between methacrylic acid and methanol was taken as a model reaction using a solid acid catalyst, and the performance of the catalyst was evaluated. In this reaction, generated methyl methacrylate (hereinafter, referred to as MMA) is useful as a raw material for a synthetic resin paint and the like, and is one of industrially important reactions. The raw material and the product are easily polymerized. In view of this, it is preferable that the above-mentioned esterification reaction is completed under as mild a condition as possible and in a short time. Therefore, it is desired to develop a highly active catalyst. ing.

実施例1に記したように調製し、300℃で加熱処理し
た含水酸化タンタル1mlを触媒としてパイレックスガラ
ス製反応器に入れ、反応温度200℃のもとでメタクリル
酸/メタノール=1/4(モル比)混合物をマイクロフィ
ーダーで導入し、窒素をキヤリアーガスとして空間速度
約2,500hr-1で反応させた。なお、反応物の供給量はメ
タクリル酸4.15mmol/hr、メタノール16.59mmol/hr、窒
素91.76mmol/hrである。反応生成物を冷却したメチルセ
ロソルブ−水(1:1)溶液中に捕集し、酸滴定及びガス
クロマトグラフィーにより分析した結果は、 反応開始後0.5hr経過MMA生成量4.05mmol/hr 反応開始後2hr経過MMA生成量3.99mmol/hr 反応開始後5hr経過MMA生成量3.74mmol/hr であった。メタクリル酸に対する単流収率は各々、97.7
%(0.5hr)、96.2%(2hr)、90.1%(5hr)、選択率
はいずれもほぼ100%であった。また、メタノールの脱
水によるジメチルエーテルの生成は検出されず、メタノ
ールはMMAと合計して99%以上が回収された。
1 ml of hydrous tantalum oxide prepared as described in Example 1 and heat-treated at 300 ° C. was placed in a Pyrex glass reactor as a catalyst, and methacrylic acid / methanol = 1/4 (mole) at a reaction temperature of 200 ° C. Ratio) The mixture was introduced with a micro feeder, and reacted at a space velocity of about 2,500 hr -1 using nitrogen as a carrier gas. The supply amounts of the reactants were 4.15 mmol / hr of methacrylic acid, 16.59 mmol / hr of methanol, and 91.76 mmol / hr of nitrogen. The reaction product was collected in a cooled methyl cellosolve-water (1: 1) solution and analyzed by acid titration and gas chromatography. The result of the reaction was 0.5 hours after the start of the reaction. The amount of MMA produced was 4.05 mmol / hr after the start of the reaction. The amount of MMA produced after 2 hours was 3.99 mmol / hr. The amount of MMA produced after 5 hours from the start of the reaction was 3.74 mmol / hr. The single stream yield for methacrylic acid was 97.7
% (0.5 hr), 96.2% (2 hr), 90.1% (5 hr), and the selectivity was almost 100%. In addition, no dimethyl ether was produced by dehydration of methanol, and more than 99% of methanol was recovered in total with MMA.

同様の反応条件のもとで、前記したようにして調製さ
れた触媒の活性を試験したところ、第3表に掲げた結果
を得た。
When the activity of the catalyst prepared as described above was tested under the same reaction conditions, the results shown in Table 3 were obtained.

以上の結果をみると、本発明の含水酸化タンタル固体
酸触媒が高いMMA収率を保っており、すぐれた性能を有
していることが明らかである。
From the above results, it is clear that the hydrous tantalum-containing solid acid catalyst of the present invention maintains a high MMA yield and has excellent performance.

第3表 触媒性能評価 (メタクリル酸とメタノールとの気相エステル化反応) 反応温度:200℃、SV:2,500hr-1 触媒量:1ml 供給量:メタクリル酸/メタノール/窒素=4.15/16.59
/91.76(mmol/hr) 反応例2 触媒間の活性の差をより明確にするために、反応例1
で述べた気相エステル化反応を空間速度を高めて行なっ
た。すなわち、反応例1と同様の反応温度、原料供給量
のもとで、触媒量のみを1/5の0.2mlとして空間速度を約
12,500hr-1とした。触媒として実施例1に記したように
して調製された含水酸化タンタルを種々の温度(200
℃、300℃、400℃、500℃、600℃及び800℃)で加熱処
理したもの、及び比較例1に記した含水酸化ニオブを30
0℃及び600℃で加熱処理したものを用いた。反応結果を
第4表に示した。なお、反応生成物中にジメチルエーテ
ルは検出されず、メタノールはMMAと合計して99%以上
が回収された。
Table 3 Evaluation of catalytic performance (gas phase esterification reaction between methacrylic acid and methanol) Reaction temperature: 200 ° C, SV: 2,500 hr -1 Catalyst amount: 1 ml Supply amount: methacrylic acid / methanol / nitrogen = 4.15 / 16.59
/91.76 (mmol / hr) Reaction Example 2 In order to clarify the difference in activity between catalysts, Reaction Example 1
The gas phase esterification reaction described in the above was carried out at an increased space velocity. That is, under the same reaction temperature and raw material supply amount as in Reaction Example 1, the space velocity was reduced to about 1/5 of 0.2 ml,
12,500hr -1 . The hydrous tantalum oxide prepared as described in Example 1 as a catalyst was treated at various temperatures (200
C., 300.degree. C., 400.degree. C., 500.degree. C., 600.degree. C. and 800.degree.
Heat treated at 0 ° C. and 600 ° C. was used. The reaction results are shown in Table 4. Note that no dimethyl ether was detected in the reaction product, and more than 99% of methanol was recovered in total with MMA.

第4表に示した結果より含水酸化タンタルは触媒活性
が高く、また含水酸化ニオブよりも高温で処理しても触
媒活性が高いことから、広い温度範囲にわたって使用で
きることが明らかである。
From the results shown in Table 4, it is clear that hydrous tantalum has a high catalytic activity and that it can be used over a wide temperature range because it has a high catalytic activity even when treated at a higher temperature than hydrous niobium.

実施例3 実施例1に記したようにして調製した沈殿物(120℃
での真空乾燥済)5gを1N H2SO4水溶液50ml中に1日浸漬
した。次に液を分離した固体を真空乾燥器中で120℃、
6時間乾燥した。乾燥後の白色粉末およびこれを乾燥空
気流通下で300℃で加熱処理して得たもののHammett指示
薬による酸強度は第5表に示す通りであった。
Example 3 Precipitate prepared as described in Example 1 (120 ° C.
5 g) was immersed for 1 day in 50 ml of a 1N H 2 SO 4 aqueous solution. Next, the solid from which the liquid was separated was dried at 120 ° C. in a vacuum dryer.
Dried for 6 hours. The acid strength of the dried white powder and the powder obtained by heat-treating it at 300 ° C. under flowing dry air at 300 ° C. were as shown in Table 5 using a Hammett indicator.

反応例3 シクロヘキサノンオキシムをε−カプロラクタムに変
換する反応はベックマン転位反応といわれる。この反応
に対する本発明の固体酸触媒の性能を評価した。
Reaction Example 3 A reaction for converting cyclohexanone oxime to ε-caprolactam is called a Beckmann rearrangement reaction. The performance of the solid acid catalyst of the present invention for this reaction was evaluated.

実施例1に記したように調製し、300℃で加熱処理し
た含水酸化タンタルおよび実施例3に記したように調製
し、300℃で加熱処理した、硫酸処理含水酸化タンタル
(H2SO4/含水酸化タンタルという)各々0.35mlを触媒と
してパイレックスガラス製反応器に入れ、反応温度250
℃のもとでシクロヘキサノンオキシムのベンゼン溶液を
マイクロフィーダーで導入し、窒素をキヤリアーガスと
して空間速度5800hr-1で反応させた。なお反応物の供給
量および組成は、次のとおりであった。
Hydrous tantalum hydroxide prepared as described in Example 1 and heat treated at 300 ° C. and sulfuric acid treated hydrous tantalum prepared as described in Example 3 and heat treated at 300 ° C. (H 2 SO 4 / 0.35 ml of each catalyst (referred to as hydrous tantalum oxide) was placed in a Pyrex glass reactor as a catalyst, and the reaction temperature was 250
At 0 ° C., a benzene solution of cyclohexanone oxime was introduced by a microfeeder, and reacted at a space velocity of 5800 hr −1 using nitrogen as a carrier gas. The supply amounts and compositions of the reactants were as follows.

シクロヘキサノンオキシム:ベンゼン:窒素 =0.913:11.86:78.52(mmol/hr) =1:13:86(mol%) 反応生成物は冷却したテトラエチレングリコールジメ
チルエーテル中に捕集し、ガスクロマトグラフィーによ
り定量分析した。反応結果を第6表に示す。
Cyclohexanone oxime: benzene: nitrogen = 0.913: 11.86: 78.52 (mmol / hr) = 1:13:86 (mol%) The reaction product was collected in cooled tetraethylene glycol dimethyl ether and quantitatively analyzed by gas chromatography. . Table 6 shows the reaction results.

反応例4 アセトンのアルドール縮合反応は酸または塩基を触媒
とする反応である。この反応に対する本発明の固体酸触
媒の性能を評価した。
Reaction Example 4 The aldol condensation reaction of acetone is a reaction using an acid or a base as a catalyst. The performance of the solid acid catalyst of the present invention for this reaction was evaluated.

内容積100mlの撹拌器付オートクレーブ中にアセトン2
0ml、実施例1に記したように調製し、300℃で加熱処理
した含水酸化タンタル1gを触媒として入れ、窒素ガスで
置換をおこなったのち、150℃で1時間反応をおこなっ
た。反応終了後、反応生成物をガスクロマトグラフィー
により分析し、下記の結果を得た。
Acetone 2 in an autoclave with a stirrer of 100 ml
0 ml, prepared as described in Example 1, 1 g of hydrous tantalum hydroxide heated at 300 ° C. was added as a catalyst, and the mixture was purged with nitrogen gas and reacted at 150 ° C. for 1 hour. After the completion of the reaction, the reaction product was analyzed by gas chromatography, and the following results were obtained.

アセトン転化率 15.9% メシチルオキシド選択率 84.3% イソメシチルオキシド選択率 6.3% ジアセトンアルコール選択率 2.0% 反応例5 1−ブテンの気相異性化反応を固体酸触媒のモデル反
応としてとりあげ、触媒の性能を評価した。
Acetone conversion 15.9% Mesityl oxide selectivity 84.3% Isomesityl oxide selectivity 6.3% Diacetone alcohol selectivity 2.0% Reaction Example 5 The gas phase isomerization reaction of 1-butene is taken as a model reaction of a solid acid catalyst, The performance of was evaluated.

実施例1に記したように調製し、300℃で加熱処理し
た含水酸化タンタル1mlを触媒としてパイレックスガラ
ス製反応器に入れ、反応温度100℃のもとで1−ブテン
/窒素=40/60(モル比)の混合物を供給し、空間速度1
0,000hr-1で反応させた(反応例No.5−2)。反応器出
口に接続したガスクロマトグラフィーにより直接に反応
生成物の定量分析をおこなったところ、ブテン類の組成
は、 1−ブテン:t−2−ブテン:C−2−ブテン =93.8:2.8:3.4(%) であった。これは、 1−ブテン転化率 6.2 % 生成した2−ブテンのシス/トランス比 1.21 に相当する。なお炭素数4以外の化合物は検出されなか
った。
1 ml of hydrous tantalum oxide prepared as described in Example 1 and heat-treated at 300 ° C. was placed in a Pyrex glass reactor as a catalyst at a reaction temperature of 100 ° C., and 1-butene / nitrogen = 40/60 ( (Molar ratio) mixture, space velocity 1
The reaction was performed at 0,000 hr- 1 (Reaction Example No. 5-2). When the reaction product was directly subjected to quantitative analysis by gas chromatography connected to the reactor outlet, the composition of butenes was as follows: 1-butene: t-2-butene: C-2-butene = 93.8: 2.8: 3.4 (%) Met. This corresponds to a cis / trans ratio of 1.21 of 1-butene conversion of 6.2% of 2-butene formed. Compounds other than those having 4 carbon atoms were not detected.

また、同様の反応条件のもとで前記した様にして調製
された第7表に示す触媒の性能を評価したところ(反応
例No.5−1、5−3、5−4及び5−5)、第7表に示
す結果を得た。
In addition, the performance of the catalysts prepared as described above under the same reaction conditions as shown in Table 7 was evaluated (Reaction Examples No. 5-1, 5-3, 5-4 and 5-5). ) And the results shown in Table 7 were obtained.

反応例6 イソブテンの液相水和反応によるt−ブチルアルコー
ル合成をモデル反応としてとりあげ、触媒の性能を評価
した。
Reaction Example 6 Synthesis of t-butyl alcohol by a liquid phase hydration reaction of isobutene was taken as a model reaction, and the performance of the catalyst was evaluated.

内容積200mlの撹拌器付オートクレーブ中に水19.4g、
ブチルセロソルブ(溶媒)57.8g及び実施例1に記した
ように調製し、200℃で加熱処理した含水酸化タンタル
2.5gを入れ、窒素ガスで置換したのち、イソブテン51.7
mmolを導入した。反応は150℃で16時間おこない、生成
物をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、t
−ブチルアルコール生成量は11.8mmolであった。これ
は、原料イソブテンの22.8mol%に相当する。
19.4 g of water in an autoclave with a stirrer having an internal volume of 200 ml,
57.8 g of butyl cellosolve (solvent) and hydrous tantalum hydroxide prepared as described in Example 1 and heat-treated at 200 ° C
After adding 2.5 g and replacing with nitrogen gas, isobutene 51.7
mmol was introduced. The reaction was carried out at 150 ° C. for 16 hours, and the product was analyzed by gas chromatography.
The amount of -butyl alcohol produced was 11.8 mmol. This corresponds to 22.8 mol% of the starting isobutene.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の含水酸化タンタル触媒は広い温度範囲にわた
って強い酸強度を示し、種々の酸触媒反応に対して好適
に使用することができる。
The hydrous tantalum catalyst of the present invention exhibits strong acid strength over a wide temperature range and can be suitably used for various acid catalyzed reactions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は含水酸化タンタルの示差熱分析曲線であり、第
2図は含水酸化ニオブの示差熱分析曲線である。
FIG. 1 is a differential thermal analysis curve of hydrous tantalum oxide, and FIG. 2 is a differential thermal analysis curve of hydrous niobium oxide.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 45/72 C07C 45/72 49/17 9049−4H 49/17 E 67/08 9546−4H 67/08 69/54 9546−4H 69/54 Z C07D 201/04 C07D 201/04 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number in the agency FI Technical indication location C07C 45/72 C07C 45/72 49/17 9049-4H 49/17 E 67/08 9546-4H 67/08 69 / 54 9546-4H 69/54 Z C07D 201/04 C07D 201/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水和水を含む酸化タンタルから成ることを
特徴とするオレフィンの水和反応、オレフィンの異性化
反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、ベ
ックマン転位反応又はアルドール縮合反応のための固体
酸触媒。
An olefin hydration reaction, an olefin isomerization reaction, an esterification reaction between a carboxylic acid and an alcohol, a Beckmann rearrangement reaction or an aldol condensation reaction characterized by comprising tantalum oxide containing water of hydration. Solid acid catalyst.
【請求項2】水酸化タンタルを酸及び/又は水で洗浄し
たのち約600℃以下の温度で加熱処理することを特徴と
するオレフィンの水和反応、オレフィンの異性化反応、
カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、ベックマ
ン転位反応又はアルドール縮合反応のための固体酸触媒
の製法。
2. An olefin hydration reaction, an olefin isomerization reaction, characterized in that tantalum hydroxide is washed with an acid and / or water and then heated at a temperature of about 600 ° C. or less.
A method for producing a solid acid catalyst for an esterification reaction, a Beckmann rearrangement reaction or an aldol condensation reaction between a carboxylic acid and an alcohol.
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