JP5574216B2 - Method for producing sulfonic acid group-containing carbonaceous material - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸触媒として反応に使用したことによって活性が低下したスルホン酸基含有炭素質材料を再活性化することによる、スルホン酸基含有炭素質材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material by reactivating a sulfonic acid group-containing carbonaceous material whose activity has been reduced by using it as a solid acid catalyst in the reaction.

硫酸は種々の化学プロセスで使用されている重要な触媒である。しかし一般的に大量の硫酸を必要とすること、装置の腐食の問題があること、反応後の生成物からの硫酸の分離、回収、精製、再利用の工程、生成物中に残留する硫酸の中和、およびそれにより生成する塩の除去および廃棄、排水処理などの工程を必要とすること、さらにこれら工程では多くのエネルギーを要することなど多くの問題がある。硫酸等の鉱酸触媒に代えて固体酸触媒を使用すると、装置の腐食がなく、分離などの反応後の種々の工程が省略もしくは大幅に簡略化されることから、各種化学反応に対する触媒として有用であり、様々な固体酸が開発されている。代表的な固体酸としては、シリカ・アルミナ、結晶性アルミノ珪酸塩(ゼオライト)、ヘテロポリ酸などの無機化合物の他、強酸型イオン交換樹脂などの高分子化合物が知られている。   Sulfuric acid is an important catalyst used in various chemical processes. However, it generally requires a large amount of sulfuric acid, there is a problem of corrosion of the equipment, separation of sulfuric acid from the product after the reaction, recovery, purification, reuse process, sulfuric acid remaining in the product There are many problems such as the need for neutralization and the removal and disposal of the salt produced thereby, and wastewater treatment, and the fact that these steps require a lot of energy. Use of a solid acid catalyst instead of a mineral acid catalyst such as sulfuric acid is useful as a catalyst for various chemical reactions because there is no corrosion of the equipment and various steps after the reaction such as separation are omitted or greatly simplified. Various solid acids have been developed. Typical solid acids include inorganic compounds such as silica / alumina, crystalline aluminosilicate (zeolite) and heteropolyacid, as well as polymer compounds such as strong acid ion exchange resins.

オレフィンの水和反応はアルコール類やケトン類の製造等のために工業的に重要な反応であり、この反応には酸触媒が使用される。イソプロピルアルコールまたはメチルエチルケトンの原料である2−ブタノールは、プロピレンまたはn−ブテンの水和を利用した各種方法によって製造される。水和反応工程の多くのプロセスでは硫酸を触媒として使用しているが、前記の問題点の他に副生物が多い問題もあり、これらの問題を解消する目的で、固体酸触媒も一部使用されている。この場合、前記したシリカ・アルミナ、結晶性アルミノ珪酸塩(ゼオライト)のような無機固体酸触媒は一般には水の存在下には活性が低下することから使用されず、無機担体にリン酸を担持した触媒等が使用されるが、反応中にリン酸が担体上から脱離する問題がある。さらに架橋ポリスチレン骨格上にスルホン酸基を有するポリマーである強酸型イオン交換樹脂も使用されるが、高温使用においてスルホン酸基が脱離する、樹脂が軟化し形状を維持できない、ならびに高価であるなどの問題があり使用範囲が限定されている。耐熱性を有するフッ素置換オレフィンポリマーをベースとする超強固体酸「ナフィオン」(デュポン社登録商標)なども開発されているが、工業用途に利用するには高価過ぎる。   Olefin hydration is an industrially important reaction for the production of alcohols and ketones, and an acid catalyst is used for this reaction. 2-Butanol, which is a raw material of isopropyl alcohol or methyl ethyl ketone, is produced by various methods utilizing hydration of propylene or n-butene. Many processes in the hydration reaction process use sulfuric acid as a catalyst, but there are also problems with many by-products in addition to the above problems, and some solid acid catalysts are also used to solve these problems. Has been. In this case, inorganic solid acid catalysts such as silica / alumina and crystalline aluminosilicate (zeolite) are generally not used because their activity decreases in the presence of water, and phosphoric acid is supported on an inorganic carrier. However, there is a problem that phosphoric acid is detached from the support during the reaction. In addition, strong acid ion exchange resins that are polymers having sulfonic acid groups on the cross-linked polystyrene skeleton are also used, but the sulfonic acid groups are detached when used at high temperatures, the resin softens and cannot maintain its shape, and is expensive. The range of use is limited. An ultra-strong solid acid “Nafion” (registered trademark of DuPont) based on a fluorine-substituted olefin polymer having heat resistance has been developed, but it is too expensive for use in industrial applications.

ところで、二酸化炭素の排出量削減の観点から、再生可能な資源であるバイオマス材料を原料とする「バイオエタノール」が大きな注目を集めている。「バイオエタノール」はバイオマス材料を構成する主成分であるセルロース類を加水分解して単糖類を得、酵母等を用いて発酵することで生産される。バイオマス材料の有効活用という観点において、セルロース類の加水分解反応はきわめて重要な技術である。従来、この加水分解反応には硫酸を触媒とした「濃硫酸法」と「希硫酸法」のいずれかが使われている(非特許文献1)。「濃硫酸法」では濃硫酸中で多糖類が加水分解されるが、反応によって生成した単糖類や水溶性の加水分解物等の生成物と硫酸を分離するのに多大なエネルギーが必要となる。一方、100℃以上で希硫酸を用いる「希硫酸法」では、生成した単糖類や水溶性の加水分解物等の生成物と硫酸との分離にだけでなく、反応自体にも大きなエネルギーが必要とされる。硫酸法のこの様な問題点を解決するために固体酸触媒の応用が望まれているが、バイオマス材料を構成するセルロース、でんぷんなどの多糖類を加水分解し、酵母等で発酵可能な単糖類を効率的に得ることのできる固体酸触媒は存在しなかった。   By the way, from the viewpoint of reducing carbon dioxide emissions, “bioethanol” using biomass material, which is a renewable resource, as a raw material has attracted a great deal of attention. “Bioethanol” is produced by hydrolyzing cellulose, which is the main component of the biomass material, to obtain monosaccharides and fermenting them using yeast or the like. From the viewpoint of effective utilization of biomass materials, hydrolysis of celluloses is an extremely important technology. Conventionally, either a “concentrated sulfuric acid method” or a “dilute sulfuric acid method” using sulfuric acid as a catalyst has been used for this hydrolysis reaction (Non-patent Document 1). In the “concentrated sulfuric acid method”, polysaccharides are hydrolyzed in concentrated sulfuric acid, but enormous energy is required to separate sulfuric acid from products such as monosaccharides and water-soluble hydrolysates produced by the reaction. . On the other hand, in the “dilute sulfuric acid method” using dilute sulfuric acid at 100 ° C. or higher, not only the separation of the produced monosaccharides and water-soluble hydrolyzate and sulfuric acid, but also the reaction itself requires large energy. It is said. In order to solve such problems of the sulfuric acid method, the application of a solid acid catalyst is desired. However, monosaccharides that can be fermented by yeast by hydrolyzing polysaccharides such as cellulose and starch that constitute biomass materials There was no solid acid catalyst capable of efficiently obtaining.

そのような中、芳香族系化合物や石油系重質油、糖類などの天然物を炭化処理およびスルホン化処理することで得られるスルホン酸基含有炭素質材料が近年開発され(特許文献1)、固体酸触媒として種々の化学反応において高活性を示すこと、耐熱性に優れること、低コストであることなどから注目を集めている。これまで脂肪酸のエステル化反応、エステルの加水分解反応、アルキル化反応、オレフィンの水和反応等の触媒としての評価が試みられており、硫酸に匹敵する活性をもつことが確認されている(非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4、特許文献1、特許文献2)。また、前記したバイオマス原料の加水分解への応用も研究されている。   Under such circumstances, sulfonic acid group-containing carbonaceous materials obtained by carbonizing and sulfonating natural products such as aromatic compounds, petroleum heavy oils, and saccharides have recently been developed (Patent Document 1). As a solid acid catalyst, it has attracted attention because of its high activity in various chemical reactions, excellent heat resistance, and low cost. So far, evaluation as a catalyst for fatty acid esterification reaction, ester hydrolysis reaction, alkylation reaction, olefin hydration reaction, etc. has been attempted, and it has been confirmed that it has an activity comparable to that of sulfuric acid. (Patent Literature 2, Non-Patent Literature 3, Non-Patent Literature 4, Patent Literature 1, Patent Literature 2). In addition, application to hydrolysis of the above-described biomass raw materials has been studied.

しかしながら、スルホン酸基含有炭素質材料を触媒として高温で長時間使用すると、酸基含有量が低下し触媒活性が下がる。これは強酸性イオン交換樹脂においても同様である。触媒活性の低下したイオン交換樹脂は廃棄物として処分されるのみであり、その再活性化が問題となっている。スルホン酸基含有炭素質材料についても、触媒活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を廃棄処分するのではなく、再生して利用することが望ましい。しかしながら、現状において触媒活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料の再利用については全く提案されておらず、また再生する方法に関しても全く知見は得られていない。アルコールとオレフィンからのエーテル製造、例えばメチルターシャリーブチルエーテルあるいはメチルターシャリーアミルエーテルの製造に用いて活性の低下したカチオン交換樹脂をスルホン化試薬で処理して再活性化する方法が提案されている(例えば特許文献3)。しかしながらカチオン交換樹脂はスルホン酸基含有炭素質材料とは全く異なる構造を有しており、この提案をスルホン酸基含有炭素質材料に適用できない。
バイオニクス 2006年2月号 26〜33頁 堂免他,「カーボン系固体強酸の合成条件と触媒作用」,日本化学会第85回春季年会(2005),2B5−43 Hara,M.et al. Nature,438(10),178,November (2005) 原他,PETROTECH,29(6),411(2006) 特開2004−238311号公報 国際公開WO 2005/029508 A1号公報 特開平10−139919(特許請求の範囲の記載)
However, when a sulfonic acid group-containing carbonaceous material is used as a catalyst at a high temperature for a long time, the acid group content is lowered and the catalytic activity is lowered. The same applies to strongly acidic ion exchange resins. Ion exchange resins with reduced catalytic activity are only disposed of as waste, and their reactivation is a problem. As for the sulfonic acid group-containing carbonaceous material, it is desirable to recycle and use the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced catalytic activity, instead of discarding it. However, at present, there has been no proposal for reusing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced catalytic activity, and no knowledge has been obtained regarding the method of regenerating. A method has been proposed in which a cation exchange resin having reduced activity is used for the production of ether from alcohol and olefin, for example, methyl tertiary butyl ether or methyl tertiary amyl ether, and is reactivated by treatment with a sulfonation reagent ( For example, Patent Document 3). However, the cation exchange resin has a completely different structure from the sulfonic acid group-containing carbonaceous material, and this proposal cannot be applied to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material.
Bionics February 2006, pages 26-33 Domen et al., “Synthesis Conditions and Catalysis of Carbon-Based Solid Strong Acids”, The 85th Annual Meeting of the Chemical Society of Japan (2005), 2B5-43 Hara, M .; et al. Nature, 438 (10), 178, November (2005). Hara et al., PETROTECH, 29 (6), 411 (2006) Japanese Patent Laid-Open No. 2004-238111 International Publication WO 2005/029508 A1 JP-A-10-139919 (Description of Claims)

本発明は、固体酸触媒として反応に使用し、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を再活性化することによる、スルホン酸基含有炭素質材料方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a sulfonic acid group-containing carbonaceous material method that is used in a reaction as a solid acid catalyst and reactivates a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、反応に使用することにより固体酸触媒としての活性が低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、特定の処理に供することで再活性化できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have provided a sulfonic acid group-containing carbonaceous material whose activity as a solid acid catalyst has been lowered by using it for the reaction, by subjecting it to a specific treatment. The inventors have found that it can be reactivated, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、固体酸触媒として反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、硫酸存在下で加熱処理して再活性化する第1の工程を有する、スルホン酸基含有炭素質材料の製造方法を提供する。   That is, the present invention provides a sulfone group having a first step of reactivating a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity by being used as a solid acid catalyst in the reaction by heat treatment in the presence of sulfuric acid. A method for producing an acid group-containing carbonaceous material is provided.

従来、触媒活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料は、固体酸触媒としては使用できず有効な利用法は見出されていなかった。これに対して本発明によれば、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を上記第1の工程において再活性化することで、固体酸触媒として十分に再利用可能な程度にスルホン酸基含有炭素質材料を再活性化することができる。つまり、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法は、触媒活性の低下が要因で廃棄される触媒を大幅に削減することができる点、従来廃棄物とされていたスルホン酸基含有炭素質材料を再利用できるという資源の有効利用の点、および、従来に比べ安価にスルホン酸基含有炭素質材料を得ることができる点で非常に有用である。   Conventionally, a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced catalytic activity cannot be used as a solid acid catalyst, and an effective utilization method has not been found. On the other hand, according to the present invention, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity is reactivated in the first step, so that the sulfonic acid group is sufficiently reusable as a solid acid catalyst. The contained carbonaceous material can be reactivated. In other words, the method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention can greatly reduce the amount of catalyst discarded due to a decrease in catalytic activity, and the sulfonic acid group-containing carbon that has been conventionally regarded as waste. This is very useful in terms of the effective use of resources, in which a carbonaceous material can be reused, and in that a sulfonic acid group-containing carbonaceous material can be obtained at a lower cost than in the past.

本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法は、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、スルホン酸基含有炭素質材料の存在下に水に不溶の多糖類を加水分解し、単糖類および/または水溶性の多糖類の製造を行うことによって得られるものであり、第1の工程が、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、未反応であり且つ水に不溶の多糖類の共存下、硫酸存在下で加熱処理する第2の工程を含むことが好ましい。   In the method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity hydrolyzes a polysaccharide insoluble in water in the presence of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material, It is obtained by producing monosaccharides and / or water-soluble polysaccharides. In the first step, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity is converted into an unreacted and insoluble in water. It is preferable to include a second step of heat treatment in the presence of sulfuric acid in the presence of polysaccharides.

また、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法は、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、スルホン酸基含有炭素質材料の存在下に水に不溶の多糖類を加水分解し、単糖類および/または水溶性の多糖類の製造を行うことによって得られるものであり、第1の工程が、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、未反応であり且つ水に不溶の多糖類の共存下で炭化処理する第3の工程と、該第3の工程における炭化処理後のスルホン酸基含有炭素質材料を硫酸で加熱処理する第4の工程とを含むことが好ましい。   Further, the method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention is such that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity hydrolyzes a water-insoluble polysaccharide in the presence of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material. In the first step, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity is converted into unreacted and water by the production of monosaccharide and / or water-soluble polysaccharide. It is preferable to include a third step of carbonizing in the presence of an insoluble polysaccharide and a fourth step of heat-treating the sulfonic acid group-containing carbonaceous material after carbonization in the third step with sulfuric acid. .

また、本発明においては、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料として、カルボン酸とアルコールによるエステル化反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を好ましく用いることができる。   In the present invention, a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity due to being used in an esterification reaction with a carboxylic acid and an alcohol is preferably used as the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity. it can.

また、本発明においては、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料として、カルボン酸とオレフィンによるエステル化反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を好ましく用いることができる。   In the present invention, a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity due to being used in an esterification reaction with a carboxylic acid and an olefin is preferably used as the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity. it can.

また、本発明においては、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料として、エステルの加水分解反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を好ましく用いることができる。   In the present invention, as the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity, a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity due to use in the ester hydrolysis reaction can be preferably used.

また、本発明においては、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料として、オレフィンの水和反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を好ましく用いることができる。   In the present invention, as the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity, a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity due to use in the hydration reaction of olefins can be preferably used.

本発明においては、第1の工程を経て得られるスルホン酸基含有炭素質材料が、0.5mmol/g以上のスルホン酸基含有量を有するものであることが好ましい。   In the present invention, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained through the first step preferably has a sulfonic acid group content of 0.5 mmol / g or more.

また、第1の工程を経て得られるスルホン酸基含有炭素質材料は、1mmol/g以上の酸基含有量を示すものであることが好ましい。   In addition, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained through the first step preferably exhibits an acid group content of 1 mmol / g or more.

また、本発明は、上記本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法により得られたスルホン酸基含有炭素質材料を固体酸触媒として用い、オレフィンの水和反応、エーテル化反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応よりなる群から選ばれる少なくとも1つの反応を行う方法を提供する。 Further, the present invention uses an olefin hydration reaction, an etherification reaction, a carboxylic acid, using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by the method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention as a solid acid catalyst. There is provided a method of performing at least one reaction selected from the group consisting of an esterification reaction between an alcohol and an alcohol, and a hydrolysis reaction of an organic compound containing an ester bond or an ether bond .

本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法により得られたスルホン酸基含有炭素質材料は、固体酸触媒として十分に再利用可能な程度に再活性化されたものであるため、所定の反応において固体酸触媒として十分に機能し得る。また、反応に伴い生じる廃棄物の大幅な削減が可能になる、および従来に比べ安価にスルホン酸基含有炭素質材料を得ることができるなどの効果が奏される。   Since the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by the method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention has been reactivated to such a degree that it can be sufficiently reused as a solid acid catalyst, It can function well as a solid acid catalyst in the reaction. In addition, it is possible to significantly reduce the waste generated by the reaction and to obtain a sulfonic acid group-containing carbonaceous material at a lower cost than in the past.

本発明によれば、スルホン酸基含有炭素質材料を再利用することができるため、廃棄触媒の大幅な削減が可能となる。さらにスルホン酸基含有炭素質材料製造に必要な原料が大幅に削減され、環境に対する負荷がより少ないスルホン酸基含有炭素質材料の製造が可能となる。
また、バイオマスの加水分解反応の如く、反応原料がセルロースのような、水に不溶の多糖類である場合、反応後の混合物から未反応のバイオマス固体と固体酸触媒を分離することは実質的に不可能であり、従来の固体酸触媒は全て廃棄物とならざるを得ない。しかしながら、固体酸触媒としてスルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒を用いた場合は、未反応のバイオマスもスルホン酸基含有炭素質材料の出発原料となりうるので、それらを分離することなく、そのまま硫酸中で加熱処理することにより、炭化・スルホン化されてスルホン酸基含有炭素質材料とすることができるため、きわめて合理的である。このことも本発明の大きな効果である。公知の固体酸触媒であるカチオン交換樹脂をセルロース等水に不溶な多糖類の加水分解に用いた場合、活性の低下したカチオン交換樹脂と水に不要な未反応多糖類を分離できない。従って、活性の低下したカチオン交換樹脂は廃棄せざるを得ない。これに反し、本発明で用いるスルホン酸基含有炭素質材料は、未反応の、水に不溶な多糖類と混合した状態で再活性化することができ、固体酸触媒の再利用が可能となる。
According to the present invention, since the sulfonic acid group-containing carbonaceous material can be reused, the waste catalyst can be greatly reduced. Furthermore, the raw materials required for producing the sulfonic acid group-containing carbonaceous material are greatly reduced, and it becomes possible to produce a sulfonic acid group-containing carbonaceous material with less environmental burden.
Further, when the reaction raw material is a polysaccharide insoluble in water, such as cellulose, as in the hydrolysis reaction of biomass, it is substantially possible to separate the unreacted biomass solid and the solid acid catalyst from the mixture after the reaction. It is impossible and all conventional solid acid catalysts must be waste. However, when a solid acid catalyst made of a sulfonic acid group-containing carbonaceous material is used as the solid acid catalyst, unreacted biomass can also be a starting material for the sulfonic acid group-containing carbonaceous material, so without separating them, It is extremely reasonable because it can be carbonized and sulfonated into a sulfonic acid group-containing carbonaceous material by heat treatment in sulfuric acid as it is. This is also a great effect of the present invention. When a cation exchange resin, which is a known solid acid catalyst, is used to hydrolyze a polysaccharide insoluble in water such as cellulose, it is not possible to separate a cation exchange resin with reduced activity from an unreacted polysaccharide unnecessary for water. Therefore, the cation exchange resin with reduced activity must be discarded. On the other hand, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material used in the present invention can be reactivated in a state where it is mixed with an unreacted, water-insoluble polysaccharide, and the solid acid catalyst can be reused. .

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

(スルホン酸基含有炭素質材料)
本発明でいうスルホン酸基含有炭素質材料とは、スルホン酸基を有し、ダイヤモンドや黒鉛のような明確な結晶構造を有さない炭素質材料を意味する。特開2004−238311号公報に記載されている固体酸や国際公開WO2005/029508A1号公報に記載されているスルホン酸基導入無定形炭素はその典型的な一例であり、本発明における「スルホン酸基含有炭素質材料」も同様に定義される。その製造方法については目的とする反応に適したものであれば特に制限は無く、例えば国際公開WO 2005/029508A1号公報に記載されている方法や、特開2004−238311号公報に記載されている方法で製造することができる。
(Sulfonic acid group-containing carbonaceous material)
The sulfonic acid group-containing carbonaceous material referred to in the present invention means a carbonaceous material having a sulfonic acid group and not having a clear crystal structure such as diamond or graphite. Typical examples of the solid acid described in JP-A No. 2004-238111 and the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon described in International Publication No. WO2005 / 029508A1 are “sulfonic acid groups” in the present invention. “Contained carbonaceous material” is defined similarly. The production method is not particularly limited as long as it is suitable for the intended reaction. For example, the method described in International Publication WO 2005 / 029508A1 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-238111 is described. It can be manufactured by the method.

好ましいスルホン酸基含有炭素質材料としては、例えば、ラマン分光法によるスペクトルにおいて、GバンドとDバンドの両方が検出される炭素である場合には、GバンドとDバンドの積分強度比(I(D)/I(G))が0.7以下であればよいが、0.65以下であることが好ましく、0.6以下であることが更に好ましい。またスルホン酸基含有炭素質材料を製造する原料によっては、これらのスペクトルが現れないものもあるがその様な物も好ましく使用できる。セルロースを原料とするスルホン酸基含有炭素質材料の場合は、この数値は0.1〜0.7であればよい。本明細書中で、Dバンド、Gバンド、及びこれらの積分強度は以下のように定義される。
Dバンドは、炭素六員環におけるA1g breathing modeの振動であり、そのピークトップは1350cm−1〜1360cm−1に現れる。Gバンドは、炭素六員環のE2g modeの振動であり、そのピークトップは1580cm−1〜±5cm−1に現れる。両者のピークの和からなるラマンスペクトルをガウシアン、あるいはガウシアン−ローレンツイアンで2つにピーク分割し、得られたDバンド、Gバンドの積分強度をそれぞれの積分強度とする。
As a preferable sulfonic acid group-containing carbonaceous material, for example, in a spectrum by Raman spectroscopy, when both G band and D band are detected, an integrated intensity ratio (I ( D) / I (G)) may be 0.7 or less, preferably 0.65 or less, and more preferably 0.6 or less. Some raw materials for producing the sulfonic acid group-containing carbonaceous material do not show these spectra, but such materials can be preferably used. In the case of a sulfonic acid group-containing carbonaceous material using cellulose as a raw material, this numerical value may be 0.1 to 0.7. In this specification, the D band, the G band, and their integrated intensities are defined as follows.
The D band is vibration of A1g breathing mode in the carbon six-membered ring, and the peak top appears at 1350 cm −1 to 1360 cm −1 . G band is a vibration of E2g mode of six-membered carbon ring, the peak top appears at 1580cm -1 ~ ± 5cm -1. A Raman spectrum composed of the sum of both peaks is divided into two peaks by Gaussian or Gaussian-Lorentzian, and the obtained integrated intensities of the D band and G band are taken as the integrated intensities.

スルホン酸基含有炭素質材料の酸基含有量は1.0mmol/g以上であることが好ましく、1.6mmol/g以上であることがより好ましく、3mmol/g以上であることが更に好ましい。酸基の含有量が前記範囲の下限未満の場合には、加水分解反応に対する活性が不十分となる傾向にある。なお、酸基含有量の上限は特に限定されない。   The acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is preferably 1.0 mmol / g or more, more preferably 1.6 mmol / g or more, and still more preferably 3 mmol / g or more. When the content of the acid group is less than the lower limit of the above range, the activity for the hydrolysis reaction tends to be insufficient. In addition, the upper limit of acid group content is not specifically limited.

また、スルホン酸基含有炭素質材料のスルホン酸基含有量は0.5mmol/g以上であることが好ましく、1.0mmol/g以上であることがより好ましく、1.5mmol/g以上であることが更に好ましい。スルホン酸基含有量が前記範囲の下限未満の場合には、加水分解反応に対する活性が不十分となる傾向にある。なお、スルホン酸基含有量の上限は特に限定されない。   The sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 1.0 mmol / g or more, and 1.5 mmol / g or more. Is more preferable. When the sulfonic acid group content is less than the lower limit of the above range, the activity for the hydrolysis reaction tends to be insufficient. In addition, the upper limit of sulfonic acid group content is not specifically limited.

スルホン酸基含有炭素質材料の硫黄/炭素原子比(モル比)はスルホン酸基含有炭素質材料に付加、導入されたスルホン酸基含有量の尺度となる。本発明のスルホン酸基含有炭素質材料の硫黄/炭素元子比(モル比)は1.5×10−2以上であることが好ましい。この範囲の下限未満の場合には、加水分解反応に対する活性が不十分となる傾向にある。The sulfur / carbon atomic ratio (molar ratio) of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is a measure of the sulfonic acid group content added to and introduced into the sulfonic acid group-containing carbonaceous material. The sulfur / carbon element ratio (molar ratio) of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention is preferably 1.5 × 10 −2 or more. If it is less than the lower limit of this range, the activity for the hydrolysis reaction tends to be insufficient.

また、本発明のスルホン酸基含有炭素質材料は、X線回折パターンからはいかなる構造も確認することができず、実質的に無定形である。   Further, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material of the present invention cannot be confirmed from any structure from the X-ray diffraction pattern, and is substantially amorphous.

スルホン酸基含有炭素質材料は、国際公開WO第2005/029508号に記載されているように、有機化合物を濃硫酸又は発煙硫酸中で加熱処理することにより製造することができる。
濃硫酸又は発煙硫酸中の有機化合物の加熱処理は、窒素、アルゴン等の不活性ガス気流中、あるいは乾燥空気中で行うことがスルホン酸密度の高いスルホン酸基含有炭素質材料を製造する上で必要である。より好ましい処理は有機化合物を加えた濃硫酸又は発煙硫酸に窒素、アルゴン等の不活性ガス、あるいは乾燥空気を吹き込みながら加熱を行うことである。濃硫酸と芳香族化合物の反応によって芳香族スルホン酸と水が生成するが、この反応は平衡反応である。したがって反応系内の水が増えると、逆反応が早く進むため、炭素質材料に導入されるスルホン酸の量が著しく低下する。不活性ガスや乾燥空気気流中で反応を行うか、反応系にこれらのガスを吹き込みながら反応を行い、水を反応系から積極的に除去することによって高いスルホン酸密度をもつ無定形炭素を合成することができる。
The sulfonic acid group-containing carbonaceous material can be produced by subjecting an organic compound to heat treatment in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid, as described in International Publication WO 2005/029508.
Heat treatment of an organic compound in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid is performed in an inert gas stream such as nitrogen or argon, or in dry air to produce a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a high sulfonic acid density. is necessary. A more preferable treatment is to perform heating while blowing an inert gas such as nitrogen or argon or dry air into concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to which an organic compound is added. Aromatic sulfonic acid and water are produced by the reaction of concentrated sulfuric acid and an aromatic compound, and this reaction is an equilibrium reaction. Therefore, when the amount of water in the reaction system increases, the reverse reaction proceeds faster, so that the amount of sulfonic acid introduced into the carbonaceous material is significantly reduced. Amorphous carbon with a high sulfonic acid density is synthesized by reacting in an inert gas or in a dry air stream, or reacting while blowing these gases into the reaction system, and actively removing water from the reaction system. can do.

加熱処理においては、有機化合物の部分炭化、環化及び縮合などを進行させると共に、スルホン化を起こさせる。従って、加熱処理温度は、前記反応を進行させる温度であれば特に限定されないが、工業的には、50℃〜450℃、好ましくは60〜350℃、さらに好ましくは80℃〜200℃である。処理温度が50℃未満の場合、有機化合物の縮合、炭化が十分でなく、炭素の形成が不十分であること、スルホン酸基が充分に導入されないことがあり、また、処理温度が350℃を超えると、スルホン酸基の熱分解が起きる場合がある。出発原料が多環式芳香族炭化水素の場合には炭化およびスルホン化処理を同時に1工程で行うことが好ましい。
加熱処理時間は、使用する有機化合物や処理温度などによって適宜選択できるが、通常、1〜50時間、好ましくは5〜20時間である。
使用する濃硫酸又は発煙硫酸の量は特に限定されないが、有機化合物1モルに対し、通常、2.6〜50.0モル、好適には6.0〜36.0モルである。
In the heat treatment, partial carbonization, cyclization, condensation and the like of the organic compound are allowed to proceed, and sulfonation is caused. Accordingly, the heat treatment temperature is not particularly limited as long as the reaction is allowed to proceed, but industrially, it is 50 ° C to 450 ° C, preferably 60 ° C to 350 ° C, and more preferably 80 ° C to 200 ° C. When the treatment temperature is less than 50 ° C., condensation and carbonization of the organic compound is not sufficient, carbon formation is insufficient, sulfonic acid groups may not be sufficiently introduced, and the treatment temperature is 350 ° C. If it exceeds, thermal decomposition of the sulfonic acid group may occur. When the starting material is a polycyclic aromatic hydrocarbon, it is preferable to perform carbonization and sulfonation in one step at the same time.
Although heat processing time can be suitably selected according to the organic compound to be used, processing temperature, etc., it is 1-50 hours normally, Preferably it is 5-20 hours.
Although the quantity of the concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to be used is not specifically limited, It is 2.6-50.0 mol normally with respect to 1 mol of organic compounds, Preferably it is 6.0-36.0 mol.

有機化合物としては、芳香族炭化水素類を使用することができるが、それ以外の有機化合物、例えば、グルコース、砂糖(スクロース)、セルロースのような天然物も好適に使用できる。ポリエチレン、ポリアクリルアミドのような合成高分子化合物、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂のような合成樹脂を使用してもよい。これらセルロース、ヘミセルロース、リグニン、リグノセルロースなど木質系材料は、得られるスルホン酸基含有炭素質材料の熱安定性が高いことから好ましい。また、草本類や木本類など、精製してない繊維素物質も原料として使用できる。   Aromatic hydrocarbons can be used as the organic compound, but other organic compounds such as natural products such as glucose, sugar (sucrose), and cellulose can also be suitably used. Synthetic polymer compounds such as polyethylene and polyacrylamide, and synthetic resins such as phenol resins and resorcinol resins may be used. These woody materials such as cellulose, hemicellulose, lignin and lignocellulose are preferred because the resulting sulfonic acid group-containing carbonaceous material has high thermal stability. In addition, non-refined fiber materials such as herbs and woods can be used as raw materials.

芳香族炭化水素類は、多環式芳香族炭化水素類でも単環式芳香族炭化水素類でもよく、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ペリレン、コロネンなどを使用することができ、好適には、ナフタレンなどを使用することができる。また、フェノール樹脂なども好適に用いることができる。フェノール樹脂などの合成高分子材料は、得られるスルホン酸基含有炭素質材料の酸基含有量が高いことから好ましい。有機化合物は、一種類だけを使用してもよいが、二種類以上を組み合わせて使用してもよい。また、必ずしも精製された有機化合物を使用する必要はなく、例えば、芳香族炭化水素類を含む重油、ピッチ、タール、アスファルトなどを使用してもよい。   The aromatic hydrocarbons may be polycyclic aromatic hydrocarbons or monocyclic aromatic hydrocarbons, and for example, benzene, naphthalene, anthracene, perylene, coronene, etc. can be used, preferably Naphthalene or the like can be used. Moreover, a phenol resin etc. can also be used suitably. Synthetic polymer materials such as phenol resins are preferred because the resulting sulfonic acid group-containing carbonaceous material has a high acid group content. Only one type of organic compound may be used, but two or more types may be used in combination. Further, it is not always necessary to use a purified organic compound, and for example, heavy oil containing aromatic hydrocarbons, pitch, tar, asphalt and the like may be used.

グルコース、セルロース等の天然物や合成高分子化合物を原料とするときは、濃硫酸又は発煙硫酸中での加熱処理の前に、これらの原料を不活性ガス気流中で加熱し、部分炭化させておくことが好ましい。このときの加熱温度は、通常、100〜600℃であり、処理時間は、通常、1分〜100時間、好ましくは2〜30時間である。炭化処理の温度が前記範囲の下限に満たない場合には、これをスルホン化処理して得られるスルホン酸基含有炭素質材料の耐熱性が劣る、あるいは水又は有機物への溶解分が多いなどの問題を生じる傾向にある。温度が前記範囲の上限を超える温度の場合には、これをスルホン化処理する際に十分な量のスルホン酸基を付与することができず、得られるスルホン酸基含有炭素質材料の種々の反応に対する触媒活性が不十分なものとなる傾向にある。炭化処理の時間が前記範囲の下限に満たない場合には、これをスルホン化処理して得られるスルホン酸基含有炭素質材料の耐熱性が劣る、あるいは水または有機物等への溶解分が多いなどの問題を生じる傾向にある。一方、前記範囲の上限の時間で必要な炭化は十分進行しており、それを超える時間をかけることは不要であると同時に余分なエネルギーを消費することとなり好ましくない。   When using natural products such as glucose and cellulose or synthetic polymer compounds as raw materials, these materials are heated in an inert gas stream and partially carbonized before heat treatment in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. It is preferable to keep it. The heating temperature at this time is usually 100 to 600 ° C., and the treatment time is usually 1 minute to 100 hours, preferably 2 to 30 hours. When the temperature of the carbonization treatment is less than the lower limit of the above range, the heat resistance of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by sulfonation treatment is inferior, or there are many components dissolved in water or organic matter. It tends to cause problems. When the temperature is higher than the upper limit of the above range, a sufficient amount of sulfonic acid groups cannot be imparted when sulfonating this, and various reactions of the resulting sulfonic acid group-containing carbonaceous material It tends to be insufficient in catalytic activity. When the carbonization time is less than the lower limit of the above range, the heat resistance of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by sulfonating the carbonized material is inferior, or the amount dissolved in water or organic matter is large. Tend to cause problems. On the other hand, the necessary carbonization proceeds sufficiently in the upper limit of the above range, and it is not necessary to spend more time than that, and at the same time, excess energy is consumed, which is not preferable.

炭化およびスルホン化処理工程後には、好ましくは熱水で洗浄することにより余剰の硫酸を除去し、さらに乾燥することによって、本発明で用いるスルホン酸基含有炭素質材料を得ることができる。熱水による洗浄は、例えばソックスレー抽出法等により、約100℃での還流下で行うのが簡便である。加圧下にさらなる高温で洗浄することにより、洗浄時間を短縮することも可能である。   After the carbonization and sulfonation treatment steps, excess sulfuric acid is preferably removed by washing with hot water and further dried to obtain the sulfonic acid group-containing carbonaceous material used in the present invention. Washing with hot water is conveniently performed under reflux at about 100 ° C., for example, by a Soxhlet extraction method. It is also possible to shorten the washing time by washing at a higher temperature under pressure.

芳香族炭化水素類、又はこれを含む重油、ピッチ、タール、アスファルトなどを原料とする場合、濃硫酸又は発煙硫酸中での加熱処理の後、生成物を真空加熱することが好ましい。これは、過剰の硫酸を除去すると共に、生成物の炭化・固化を促進させ、生成物の収率を増加させる。真空排気は排気速度10L/min以上、到達圧力100torr以下の排気装置を用いることが好ましい。好ましい加熱温度は140〜300℃、より好ましい温度は200〜280℃である。この温度における真空排気の時間は、通常2〜20時間である。   When using aromatic hydrocarbons or heavy oil containing the same, pitch, tar, asphalt, etc. as raw materials, it is preferable to heat the product in vacuum after heat treatment in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. This removes excess sulfuric acid, promotes carbonization and solidification of the product, and increases the yield of the product. For evacuation, it is preferable to use an evacuation apparatus having an evacuation speed of 10 L / min or more and an ultimate pressure of 100 torr or less. A preferable heating temperature is 140 to 300 ° C, and a more preferable temperature is 200 to 280 ° C. The evacuation time at this temperature is usually 2 to 20 hours.

(スルホン酸基含有炭素質材料を固体酸として使用する反応)
以上のようにして得られるスルホン酸基含有炭素質材料は、固体酸触媒として各種化学反応に有用な程度の酸強度および酸基含有量を有している。本発明に用いるスルホン酸基含有炭素質材料は、オレフィンの水和反応やエーテル化反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応等の各種極性条件下での反応の触媒に特に有用である。即ち、反応基質にアルコール、カルボン酸、水等の極性物質を用いる反応において、優れた活性および耐性を示すので、これら極性反応の触媒として有用である。
(Reaction using sulfonic acid group-containing carbonaceous material as solid acid)
The sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained as described above has an acid strength and an acid group content that are useful for various chemical reactions as a solid acid catalyst. The sulfonic acid group-containing carbonaceous material used in the present invention includes an olefin hydration reaction and an etherification reaction, an esterification reaction between a carboxylic acid and an alcohol, and a hydrolysis reaction of an organic compound containing an ester bond or an ether bond. It is particularly useful as a catalyst for reactions under various polar conditions. That is, in a reaction using a polar substance such as alcohol, carboxylic acid, water, etc. as a reaction substrate, it exhibits excellent activity and resistance and is useful as a catalyst for these polar reactions.

また、スルホン酸基含有炭素質材料は多糖類を加水分解することが可能なので、多糖類から単糖類および/または他の多糖類を製造するための触媒としても用いることができる。
使用する多糖類は、加水分解されエタノール発酵に利用可能な単糖類や他の多糖類等、水溶性の低重合糖を生成するものであれば特に限定されず、β1−4グリコシド結合を有する分子を含む材料、例えばセルロース、ヘミセルロース、リグノセルロース、セロビオースなどの水に不溶の天然高分子材料が好適に使用できる。またセロビオース、セロトリオースなどの水溶性のβ1−4グリコシド結合を有する分子を含む材料も用いることができる。
でんぷん(アミロース、アミロペクチン)、デキストリン、マルトース等も例示できる。また、多糖類は精製されたものでなくてもよく、例えば、植物など多糖類を含む天然有機物原料を使用してもよい。例えば木材質(廃材を含む)、古紙、稲藁、麦藁、もみ殻、竹、バガス(さとうきび圧搾残)、とうもろこし穂軸、サゴヤシ(でんぷん搾りかす)、リンター、綿、パルプなどもまた原料として供することが可能である。
ここで言う加水分解物である低重合体糖とは、水溶性多糖類もしくは実際に水に溶解している多糖類を示す。例えばβ1−4グリコシド結合にて結合しているグルコース多量体であれば、グルコース骨格が2〜10程度の繰り返し構造からなる多糖類を示す。
In addition, since the sulfonic acid group-containing carbonaceous material can hydrolyze the polysaccharide, it can also be used as a catalyst for producing monosaccharides and / or other polysaccharides from the polysaccharide.
The polysaccharide to be used is not particularly limited as long as it generates a water-soluble low-polymerized sugar, such as a monosaccharide or other polysaccharide that can be hydrolyzed and used for ethanol fermentation, and is a molecule having a β1-4 glycoside bond. For example, water-insoluble natural polymer materials such as cellulose, hemicellulose, lignocellulose, and cellobiose can be suitably used. A material containing a molecule having a water-soluble β1-4 glycosidic bond such as cellobiose or cellotriose can also be used.
Examples include starch (amylose, amylopectin), dextrin, maltose and the like. Further, the polysaccharide may not be purified, and for example, a natural organic material containing a polysaccharide such as a plant may be used. For example, wood (including waste), waste paper, rice straw, wheat straw, rice husk, bamboo, bagasse (sugar cane press residue), corn cobs, sago palm (starch starch), linter, cotton, pulp, etc. are also used as raw materials. It is possible.
The low polymer sugar which is a hydrolyzate here refers to a water-soluble polysaccharide or a polysaccharide actually dissolved in water. For example, if it is a glucose multimer couple | bonded by (beta) 1-4 glycosidic bond, the glucose skeleton will show the polysaccharide which consists of a repeating structure about 2-10.

上記のよう製造されたスルホン酸基含有炭素質材料は固体酸触媒として優れたものであるが、上記のような酸触媒反応に継続使用すると反応供給物中の不純物や他の物質による汚染、或いはスルホン酸基の脱離などにより活性が低下する。使用中のスルホン酸基含有炭素質材料を用いて製造操作をこれ以上継続することが、作業性や経済性の面で好ましくないと使用者が判断したときに再活性操作を行う。活性低下の状況は実際の反応における反応率の低下あるいは酸基含有量の低下などで判断する。   The sulfonic acid group-containing carbonaceous material produced as described above is excellent as a solid acid catalyst, but if used continuously in the acid catalyst reaction as described above, contamination by impurities and other substances in the reaction feed, or The activity decreases due to elimination of the sulfonic acid group. When the user determines that it is not preferable in terms of workability and economy to continue the production operation using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material in use, the reactivation operation is performed. The state of the activity decrease is judged by a decrease in the reaction rate in the actual reaction or a decrease in the acid group content.

(再活性化)
再活性化は、反応に使用して活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を硫酸存在下で加熱処理することにより行われる。使用する硫酸は、濃硫酸あるいは発煙硫酸のいずれも使用することができる。好ましくは、85質量%以上の濃度を有する濃硫酸あるいは0〜40質量%の三酸化硫黄含有量を有する発煙硫酸を使用することができる。なお、スルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒をセルロース等の非水溶性多糖類の加水分解反応に用いた場合は、生成した単糖類および水溶性多糖類は水溶液として反応系外に分離できるが、原料セルロース等の多糖類が固体で水に不溶であるため、使用済みの、活性が低下したスルホン酸基含有炭素質材料と未反応のセルロース等の多糖類を分離できない。この場合は、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料と未反応のセルロース等の水に不溶の多糖類が共存したままで、硫酸中で加熱処理することにより再活性化することができる。
(Reactivation)
The reactivation is performed by heat-treating the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity used in the reaction in the presence of sulfuric acid. As the sulfuric acid used, either concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid can be used. Preferably, concentrated sulfuric acid having a concentration of 85% by mass or more or fuming sulfuric acid having a sulfur trioxide content of 0 to 40% by mass can be used. When a solid acid catalyst comprising a sulfonic acid group-containing carbonaceous material is used for the hydrolysis reaction of a water-insoluble polysaccharide such as cellulose, the produced monosaccharide and water-soluble polysaccharide are separated from the reaction system as an aqueous solution. However, since polysaccharides such as raw material cellulose are solid and insoluble in water, used sulfonic acid group-containing carbonaceous materials having reduced activity and polysaccharides such as unreacted cellulose cannot be separated. In this case, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity can be reactivated by heat treatment in sulfuric acid while coexisting insoluble polysaccharides such as unreacted cellulose in water.

使用する濃硫酸又は発煙硫酸の量は特に限定されないが、硫酸処理を行う使用済みスルホン酸基含有炭素質材料の量の1〜500倍(質量比)、好ましくは2〜100倍である。この範囲の下限に満たない場合には、十分に再活性化が行われず、得られる再活性化スルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する触媒活性が不十分なものとなる。一方、この範囲の上限を超える場合には、必要以上の濃硫酸又は発煙硫酸を使用することとなり、使用済みの硫酸の処理を含めコスト上昇をもたらす。   The amount of concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to be used is not particularly limited, but is 1 to 500 times (mass ratio), preferably 2 to 100 times, the amount of used sulfonic acid group-containing carbonaceous material subjected to sulfuric acid treatment. When the lower limit of this range is not reached, the reactivation is not sufficiently performed, and the resulting reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material has insufficient catalytic activity for various chemical reactions. On the other hand, if the upper limit of this range is exceeded, excessive concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid will be used, resulting in an increase in cost including the treatment of used sulfuric acid.

硫酸処理の温度は、40〜250℃、好ましくは80〜200℃である。処理温度がこの範囲の下限に満たない場合には、再活性化が十分に行われず、得られる活性化スルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する触媒活性が不十分なものとなる傾向にある。またこの範囲の上限を超える温度の場合には、使用済みのスルホン酸基含有炭素質材料に付加しているスルホン酸基が分解する傾向となる。また、硫酸処理により新たに付加したスルホン酸基が分解する可能性が生ずる。さらには硫酸処理の操作が困難となる。   The temperature of the sulfuric acid treatment is 40 to 250 ° C, preferably 80 to 200 ° C. When the treatment temperature is less than the lower limit of this range, reactivation is not sufficiently performed, and the resulting activated sulfonic acid group-containing carbonaceous material tends to have insufficient catalytic activity for various chemical reactions. It is in. When the temperature exceeds the upper limit of this range, the sulfonic acid group added to the used sulfonic acid group-containing carbonaceous material tends to decompose. In addition, the newly added sulfonic acid group may be decomposed by the sulfuric acid treatment. Furthermore, the sulfuric acid treatment operation becomes difficult.

硫酸処理の時間は適宜選択できるが、5分を超え、かつ10時間以下の範囲で行うのが好ましい。硫酸処理の時間がこの範囲の下限に満たない場合には、再活性化が十分に進行せず、そのため得られる再活性化スルホン酸基含有炭素質材料は、固体酸触媒としては活性が不十分なものとなる。一方、この範囲の上限の時間で必要な再活性化は十分進行しており、それを超える時間を掛けることは不要である。   The time for the sulfuric acid treatment can be selected as appropriate, but it is preferably over 5 minutes and not longer than 10 hours. When the sulfuric acid treatment time is less than the lower limit of this range, the reactivation does not proceed sufficiently, and the resulting reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material has insufficient activity as a solid acid catalyst. It will be something. On the other hand, the necessary reactivation is sufficiently advanced in the upper limit of this range, and it is not necessary to spend more time.

硫酸処理工程後には、好ましくは、熱水で洗浄することにより余剰の硫酸を除去し、さらに乾燥することにより、完成した再活性化スルホン酸基含有炭素質材料を得ることができる。熱水による洗浄は、一般的な洗浄手法を採用できるが、例えばソックスレー抽出法等により、約100℃での還流下で行うのが簡便である。加圧下にさらなる高温で洗浄することにより、洗浄時間を短縮することも可能である。
なお、硫酸処理の前に活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料、或いはスルホン酸基含有炭素質材料と未反応非水溶性多糖類の混合物を予め乾燥しておくと、残存する水分やアルコール等による硫酸の希釈が防止され、効果的な硫酸処理を行ううえで好ましい。
After the sulfuric acid treatment step, excess sulfuric acid is preferably removed by washing with hot water, and further dried to obtain a completed reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material. For washing with hot water, a general washing technique can be adopted, but it is easy to carry out the washing under reflux at about 100 ° C. by, for example, a Soxhlet extraction method. It is also possible to shorten the washing time by washing at a higher temperature under pressure.
It should be noted that if the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a decreased activity before the sulfuric acid treatment or a mixture of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material and the unreacted water-insoluble polysaccharide is dried in advance, residual moisture or alcohol This is preferable for effective sulfuric acid treatment because it prevents dilution of sulfuric acid by the like.

前記したごとく、スルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒をセルロース等の非水溶性多糖類の加水分解反応に用いた場合は、原料が固体で水に不溶であるため、使用済みの、活性が低下したスルホン酸基含有炭素質材料と未反応のセルロース等の非水溶性多糖類を分離できない。この場合も、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料と未反応のセルロース等の非水溶性多糖類を混合したままで、硫酸中で加熱処理することにより再活性化することができる。しかしながら、固体酸触媒として用いたスルホン酸基含有炭素質材料に対する原料セルロース等の非水溶性多糖類の比率が大きい場合には、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料に対する未反応のセルロース等の非水溶性多糖類の比率が大きくなる。この様な場合は、スルホン酸基含有炭素質材料と未反応のセルロース等の非水溶性多糖類の混合物を、硫酸処理する前に炭化処理を行うことも可能である。   As described above, when a solid acid catalyst composed of a sulfonic acid group-containing carbonaceous material is used for the hydrolysis reaction of a water-insoluble polysaccharide such as cellulose, the raw material is solid and insoluble in water. The water-insoluble polysaccharide such as unreacted cellulose cannot be separated from the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity. Also in this case, it can be reactivated by heat treatment in sulfuric acid while mixing the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity and a non-water-soluble polysaccharide such as unreacted cellulose. However, when the ratio of water-insoluble polysaccharides such as raw material cellulose to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material used as the solid acid catalyst is large, unreacted cellulose to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity, etc. The ratio of the water-insoluble polysaccharide increases. In such a case, it is possible to carbonize the mixture of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material and the water-insoluble polysaccharide such as unreacted cellulose before the sulfuric acid treatment.

炭化処理の条件は、基本的には新規なスルホン酸基含有炭素質材料を製造するときと変わらない。具体的には、炭化は窒素雰囲気下、250〜600℃、1〜50hrで行うことができる。炭化処理の温度が前記範囲の下限に満たない場合には、スルホン酸基含有炭素質材料と共存するセルロース等の非水溶性多糖類の炭化が十分進行せず、これを硫酸処理しても再活性して得られるスルホン酸基含有炭素質材料の耐熱性が劣る、あるいは水又は有機物への溶解分が多いなどの問題を生じる傾向にある。一方、前記範囲の上限を超える温度の場合には、これを硫酸処理しても十分な量のスルホン酸基を付与することができず、得られる再活性化スルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する触媒活性が不十分なものとなる傾向にある。また、炭化処理の時間が前記範囲の下限に満たない場合には、これを硫酸処理しても再活性化が不十分で得られるスルホン酸基含有炭素質材料の耐熱性が劣る、あるいは水または有機物等への溶解分が多いなどの問題を生じる。一方、前記範囲の上限の時間で必要な炭化は十分進行しており、それを超える時間をかけることは不要である。   The conditions for the carbonization treatment are basically the same as when producing a novel sulfonic acid group-containing carbonaceous material. Specifically, carbonization can be performed in a nitrogen atmosphere at 250 to 600 ° C. and 1 to 50 hours. When the temperature of the carbonization treatment is less than the lower limit of the above range, the carbonization of the water-insoluble polysaccharide such as cellulose coexisting with the sulfonic acid group-containing carbonaceous material does not proceed sufficiently, and even if this is treated with sulfuric acid, it is regenerated. The sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by activation tends to have problems such as inferior heat resistance or a large amount dissolved in water or organic matter. On the other hand, when the temperature exceeds the upper limit of the above range, a sufficient amount of the sulfonic acid group cannot be imparted even if this is treated with sulfuric acid. The catalytic activity for the chemical reaction tends to be insufficient. Also, when the carbonization time is less than the lower limit of the above range, the heat resistance of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by insufficient reactivation even if this is treated with sulfuric acid is inferior, or water or This causes problems such as a large amount dissolved in organic matter. On the other hand, the necessary carbonization proceeds sufficiently in the upper limit of the range, and it is not necessary to spend more time.

(酸基含有量について)
固体酸触媒として使用するスルホン酸基含有炭素質材料の酸基含有量(反応に供する前の酸基含有量)は、好ましくは1.0mmol/g以上、より好ましくは1.6mmol/g以上である。1.0mmol/g未満では固体酸触媒としての性能が不十分となる傾向にある。
したがって、本発明において、再活性化後により得られるスルホン酸基含有炭素質材料の酸基含有量は、好ましくは1.0mmol/g、以上、より好ましくは1.6mmol/g以上である。酸基の含有量が1.0mmol/g未満の場合には、得られる再生スルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する固体酸触媒としての活性が不十分となる傾向にある。
なお、ここでいう酸基含有量とは、スルホン酸基含有炭素質材料に対して中和滴定手法(例えば、逆滴定法)により測定するものであり、スルホン化処理により生成するスルホン酸基と、炭化処理時および/またはスルホン化処理時に生成するカルボン酸基およびフェノール性水酸基を併せたものの含有量を指す。
(About acid group content)
The acid group content (acid group content before being subjected to the reaction) of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material used as the solid acid catalyst is preferably 1.0 mmol / g or more, more preferably 1.6 mmol / g or more. is there. If it is less than 1.0 mmol / g, the performance as a solid acid catalyst tends to be insufficient.
Therefore, in the present invention, the acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained after reactivation is preferably 1.0 mmol / g or more, more preferably 1.6 mmol / g or more. When the acid group content is less than 1.0 mmol / g, the obtained regenerated sulfonic acid group-containing carbonaceous material tends to have insufficient activity as a solid acid catalyst for various chemical reactions.
In addition, acid group content here is what is measured by neutralization titration method (for example, back titration method) with respect to sulfonic acid group containing carbonaceous material, and sulfonic acid group produced | generated by sulfonation treatment and The content of the carboxylic acid group and the phenolic hydroxyl group formed during carbonization and / or sulfonation.

(スルホン酸基含有量について)
固体酸触媒として使用するスルホン酸基含有炭素質材料のスルホン酸基含有量(反応に供する前の酸基含有量)は、好ましくは0.5mmol/g以上、より好ましくは1.0mmol/g以上である。0.5mmol/g未満では固体酸触媒としての性能が不十分となる傾向にある。
したがって、本発明において、再活性化により得られるスルホン酸基含有炭素質材料のスルホン酸基含有量は、好ましくは0.5mmol/g、以上、より好ましくは1.0mmol/g以上である。スルホン酸基含有量が0.5mmol/g未満の場合には、得られる再生スルホン酸基含有炭素質材料の種々の化学反応に対する固体酸触媒としての活性が不十分となる傾向にある。
なお、ここでいうスルホン酸基含有量とは、後述するように塩化ナトリウム溶液を用いたイオン交換容量測定により求められるものである。
(About sulfonic acid group content)
The sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material used as the solid acid catalyst (acid group content before being subjected to the reaction) is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 1.0 mmol / g or more. It is. If it is less than 0.5 mmol / g, the performance as a solid acid catalyst tends to be insufficient.
Therefore, in the present invention, the sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by reactivation is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 1.0 mmol / g or more. When the sulfonic acid group content is less than 0.5 mmol / g, the activity of the resulting regenerated sulfonic acid group-containing carbonaceous material as a solid acid catalyst for various chemical reactions tends to be insufficient.
In addition, sulfonic acid group content here is calculated | required by the ion exchange capacity | capacitance measurement using a sodium chloride solution so that it may mention later.

(X線回折分析)
再活性化後のスルホン酸基含有炭素質材料は、反応に使用する前の新スルホン酸基含有炭素質材料と同じく、X線回折パターンからはいかなる構造も確認することができず、実質的に無定形である。
(X-ray diffraction analysis)
As with the new sulfonic acid group-containing carbonaceous material before use in the reaction, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material after the reactivation cannot substantially confirm any structure from the X-ray diffraction pattern. It is amorphous.

以上のようにして再活性化して得られるスルホン酸基含有炭素質材料は、廃棄される触媒を有効に利用できるだけでなく、再生方法が簡便なため低コストでスルホン酸基含有炭素質材料を得ることが可能である上に、新スルホン酸基含有炭素質材料と同程度或いはそれ以上の酸強度および酸基含有量を有している。   The sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by reactivation as described above can not only effectively use the discarded catalyst, but also obtain a sulfonic acid group-containing carbonaceous material at a low cost because the regeneration method is simple. In addition, it has an acid strength and an acid group content comparable to or higher than those of the new sulfonic acid group-containing carbonaceous material.

以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example at all.

(スルホン酸基含有炭素質材料の分析方法)
実施例および比較例で得られた各スルホン酸基含有炭素質材料について、以下の分析を実施した。
1.粉末X線回折分析
分析にはマックサイエンス社製X線回折装置(MXP18VAHF)を使用した。
2.酸基含有量の測定
逆滴定法により測定した。
3.元素分析
分析にはElementar Vario ELを使用した。結果を硫黄原子と炭素原子の比(S/C比)で表した。この値はスルホン酸基含有炭素質材料に付加、導入されたスルホン酸基含有量の尺度となる。
4.スルホン酸基含有量の測定
前述のようにスルホン酸基含有量は、塩化ナトリウム溶液を用いたイオン交換容量測定により求めた。所定量のスルホン酸基含有炭素質材料を塩化ナトリウム溶液に加え入れて一定時間撹拌し、スルホン酸基のプロトンとナトリウムイオンとを交換させた。イオン交換により生成したHClの量を中和滴定により定量して、スルホン酸基含有量を求めた。
イオン交換反応は下記式(1)で示される。
R−SOH+NaCl→R−SONa+HCl (1)
(式中、Rはスルホン酸基含有炭素質材料からスルホン酸基を除いた残基を示す)。
(Method for analyzing sulfonic acid group-containing carbonaceous material)
The following analysis was performed about each sulfonic acid group containing carbonaceous material obtained by the Example and the comparative example.
1. Powder X-ray diffraction analysis An X-ray diffractometer (MXP18VAHF) manufactured by Mac Science was used for the analysis.
2. Measurement of acid group content The acid group content was measured by a back titration method.
3. Elemental analysis Elementary Vario EL was used for the analysis. The results were expressed as the ratio of sulfur atoms to carbon atoms (S / C ratio). This value is a measure of the sulfonic acid group content added to and introduced into the sulfonic acid group-containing carbonaceous material.
4). Measurement of sulfonic acid group content As described above, the sulfonic acid group content was determined by ion exchange capacity measurement using a sodium chloride solution. A predetermined amount of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material was added to the sodium chloride solution and stirred for a certain period of time to exchange sulfonic acid group protons and sodium ions. The amount of HCl produced by ion exchange was quantified by neutralization titration to determine the sulfonic acid group content.
The ion exchange reaction is represented by the following formula (1).
R—SO 3 H + NaCl → R—SO 3 Na + HCl (1)
(In the formula, R represents a residue obtained by removing a sulfonic acid group from a sulfonic acid group-containing carbonaceous material).

[比較例1]
(スルホン酸基含有炭素質材料の調製)
グルコース40gを容量1000mlナス型フラスコに取り、窒素流通下に400℃、5hr加熱処理して10.7gの炭化物を得た。この黒色粉末状の炭化物3.0gに97質量%濃度の濃硫酸278gを加え、窒素雰囲気下で150℃, 2hr加熱処理してスルホン化を行った。スルホン化後、黒色固形物をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して約100℃で熱水を還流させて洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、黒色粉末のスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料α−1」という。)を得た。
[Comparative Example 1]
(Preparation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material)
40 g of glucose was placed in a 1000 ml eggplant type flask and heated at 400 ° C. for 5 hr under a nitrogen stream to obtain 10.7 g of carbide. 278 g of 97% by mass concentrated sulfuric acid was added to 3.0 g of this black powdered carbide, and sulfonation was carried out by heating at 150 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. After sulfonation, the black solid was filtered through a glass filter, and the washing was repeated by refluxing hot water at about 100 ° C. using a Soxhlet extractor, and it was confirmed that sulfuric acid was not detected in the washing solution. This was dried to obtain a black powdery sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1”).

スルホン酸基含有炭素質材料α−1に対して前記の各種分析を行った。各種物性の測定結果を表1に示す。粉末X線回折分析の回折パターンからは構造を特定できるピークは検出されず、実質的にアモルファスであることがわかった。   The various analyzes described above were performed on the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1. Table 1 shows the measurement results of various physical properties. From the diffraction pattern of the powder X-ray diffraction analysis, a peak capable of specifying the structure was not detected, and it was found to be substantially amorphous.

(スルホン酸基含有炭素質材料α−1を用いたアルコールのエステル化反応)
内容積100mlのナス型フラスコ中に、エタノールを30ml仕込み、酢酸をアルコールに対してモル比で1/50になるように添加し、スルホン酸基含有炭素質材料α−1を0.20g加えて加熱した。攪拌しながら還流温度(80℃)にて2hr反応させた後、水浴で急冷し、反応を停止した。反応終了後、反応後のスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料α−2」という。)を反応液から分離し、TCD検出器付きガスクロマトグラフにより生成物の定量分析を行った。また、分離したスルホン酸基含有炭素質材料α−2を触媒として、同条件にてエステル化反応を再度実施した。各反応の単位触媒量、単位時間当たりに換算した酢酸エチルの生成量およびスルホン酸基含有炭素質材料α−2の性状を表2に示す。本結果より、スルホン酸基含有炭素質材料α−2はスルホン酸基含有炭化水素材料α−1に比べて活性、物性ともに劣化したことが確認された。
(Esterification reaction of alcohol using sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1)
Into an eggplant-shaped flask having an internal volume of 100 ml, 30 ml of ethanol was added, acetic acid was added at a molar ratio of 1/50 with respect to alcohol, and 0.20 g of sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1 was added. Heated. The mixture was reacted at reflux temperature (80 ° C.) for 2 hours with stirring, and then quenched in a water bath to stop the reaction. After completion of the reaction, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material after the reaction (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-2”) is separated from the reaction solution, and the product is quantified by gas chromatography with a TCD detector. Analysis was carried out. Further, the esterification reaction was performed again under the same conditions using the separated sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-2 as a catalyst. Table 2 shows the unit catalyst amount of each reaction, the amount of ethyl acetate converted per unit time, and the properties of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-2. From this result, it was confirmed that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-2 was deteriorated in both activity and physical properties as compared with the sulfonic acid group-containing hydrocarbon material α-1.

[実施例1]
(スルホン酸基含有炭素質材料α−2の再活性化)
スルホン酸基含有炭素質材料α−2に97質量%濃度の濃硫酸10gを加えて150℃で2hr加熱処理して再活性化した。加熱処理後のスルホン酸基含有炭素質材料をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して還流下(約100℃)で熱水による洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、再活性化したスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料A」という。)を得た。
[Example 1]
(Reactivation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-2)
To the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-2, 10 g of concentrated sulfuric acid having a concentration of 97% by mass was added and heat-treated at 150 ° C. for 2 hours for reactivation. The heat-treated sulfonic acid group-containing carbonaceous material is filtered through a glass filter and repeatedly washed with hot water under reflux (about 100 ° C.) using a Soxhlet extractor, so that sulfuric acid is not detected in the washing solution. It was confirmed. This was dried to obtain a reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material A”).

(スルホン酸基含有炭素質材料Aの分析)
スルホン酸基含有炭素質材料Aに対して各種分析を行った。結果を表2に示す。
本結果より、再活性化により得られたスルホン酸基含有炭素質材料Aにおいては、スルホン酸基含有炭素質材料α−1と同等にまで物性が回復したことが確認された。
(Analysis of sulfonic acid group-containing carbonaceous material A)
Various analyzes were performed on the sulfonic acid group-containing carbonaceous material A. The results are shown in Table 2.
From this result, in the sulfonic acid group containing carbonaceous material A obtained by reactivation, it was confirmed that the physical properties were recovered to the same level as the sulfonic acid group containing carbonaceous material α-1.

(スルホン酸基含有炭素質材料Aを用いたアルコールのエステル化反応)
スルホン酸基含有炭素質材料Aを用いた以外は前記比較例1のスルホン酸基含有炭素質材料α−1を用いたアルコールのエステル化反応と同条件にてエステル化反応を実施した。単位触媒量、単位時間当たりに換算した酢酸エチルの生成量を表2に示す。この結果から、再活性化により、エステル化反応に対するスルホン酸基含有炭素質材料の活性が大幅に回復したことが確認された。
(Esterification reaction of alcohol using sulfonic acid group-containing carbonaceous material A)
The esterification reaction was carried out under the same conditions as the alcohol esterification reaction using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1 of Comparative Example 1 except that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material A was used. Table 2 shows the unit catalyst amount and the amount of ethyl acetate produced per unit time. From this result, it was confirmed that the activity of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material for the esterification reaction was significantly recovered by reactivation.

[比較例2]
(スルホン酸基含有炭素質材料α−1を用いたエステルの加水分解反応)
内容積100mlのナス型フラスコ中に、酢酸エチルを2.6g(0.030モル)仕込み、水を27g(酢酸エチルに対してモル比で50倍)添加し、スルホン酸基含有炭素質材料α−1を0.2g加えて加熱した。攪拌しながら還流温度(80℃)にて2時間反応させた後、氷浴で急冷し、反応を停止した。反応終了後、反応後のスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料α−3」という。)を反応液から分離し、TCD検出器付きガスクロマトグラフにより生成物の定量分析を行った。スルホン酸基含有炭素質材料α−3を触媒として、同条件にてエステルの加水分解反応を再度実施した。各反応の酢酸エチルの酢酸への転化率(生成酢酸/仕込み酢酸エチル、モルベース)およびスルホン酸基含有炭素質材料α−3の性状を表3に示す。本結果より、スルホン酸基含有炭素質材料α−3はスルホン酸基含有炭素質材料α−1に比べて活性、物性ともに劣化したことが確認された。
[Comparative Example 2]
(Ester hydrolysis reaction using sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1)
2.6 g (0.030 mol) of ethyl acetate is charged into an eggplant-shaped flask having an internal volume of 100 ml, and 27 g of water (molar ratio with respect to ethyl acetate is 50 times) is added to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α. 0.2 g of -1 was added and heated. The mixture was reacted at reflux temperature (80 ° C.) for 2 hours with stirring, and then quenched in an ice bath to stop the reaction. After completion of the reaction, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material after the reaction (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-3”) is separated from the reaction solution, and the product is quantified by gas chromatography with a TCD detector. Analysis was carried out. The ester hydrolysis reaction was again carried out under the same conditions using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-3 as a catalyst. Table 3 shows the conversion ratio of ethyl acetate to acetic acid in each reaction (produced acetic acid / charged ethyl acetate, molar basis) and the properties of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-3. From these results, it was confirmed that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-3 was deteriorated in both activity and physical properties as compared with the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1.

[実施例2]
(スルホン酸基含有炭素質材料α−3の再活性化)
スルホン酸基含有炭素質材料α−3に97質量%濃硫酸10gを加えて150℃で2hr加熱処理して再活性化した。加熱処理後、スルホン酸基含有炭素質材料をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して還流下(約100℃)で熱水による洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、再活性化したスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料B」という。)を得た。
[Example 2]
(Reactivation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-3)
10 g of 97 mass% concentrated sulfuric acid was added to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-3, and the mixture was reactivated by heat treatment at 150 ° C. for 2 hours. After the heat treatment, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is filtered through a glass filter and repeatedly washed with hot water under reflux (about 100 ° C.) using a Soxhlet extractor, so that sulfuric acid is not detected in the washing solution. It was confirmed. This was dried to obtain a reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material B”).

(スルホン酸基含有炭素質材料Bの分析)
スルホン酸基含有炭素質材料Bに対して各種分析を行った。結果を表3に示す。本結果より、再活性化により得られたスルホン酸基含有炭素質材料Bにおいては、スルホン酸基含有炭素質材料α−1と同等にまで物性が回復したことが確認された。
(Analysis of sulfonic acid group-containing carbonaceous material B)
Various analyzes were performed on the sulfonic acid group-containing carbonaceous material B. The results are shown in Table 3. From this result, it was confirmed that the physical properties of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material B obtained by reactivation recovered to the same level as the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1.

(スルホン酸基含有炭素質材料Bを用いたエステルの加水分解反応)
スルホン酸基含有炭素質材料Bを用いた以外は前記比較例2のスルホン酸基含有炭素質材料α−1を用いたエステルの加水分解反応と同条件にてエステルの加水分解反応を実施した。酢酸エチルの酢酸への転化率を表3に示す。この結果から、再活性化により、エステルの加水分解反応に対するスルホン酸基含有炭素質材料の活性が大幅に回復したことが確認された。
(Hydrolysis reaction of ester using sulfonic acid group-containing carbonaceous material B)
The ester hydrolysis reaction was carried out under the same conditions as the ester hydrolysis reaction using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1 of Comparative Example 2 except that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material B was used. Table 3 shows the conversion rate of ethyl acetate to acetic acid. From this result, it was confirmed that the activity of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material for the hydrolysis reaction of the ester was significantly recovered by the reactivation.

[比較例3]
(スルホン酸基含有炭素質材料の調製)
セルロース(Aldrich社製310697)40gを用いる他は前記スルホン酸基含有炭素質材料α−1の調製と同様の製法により、スルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料β−1」という。)を得た。
[Comparative Example 3]
(Preparation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material)
A sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material β”) was prepared in the same manner as the preparation of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material α-1 except that 40 g of cellulose (Aldrich 310697) was used. -1 ").

スルホン酸基含有炭素質材料β−1に対して前記の各種分析を行った。スルホン酸基含有炭素質材料β−1に対する各種分析結果を表1に示す。粉末X線回折分析の回折パターンからは構造を特定できるピークは検出されず、実質的にアモルファスであることがわかった。   The various analyzes described above were performed on the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1. Various analysis results for the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1 are shown in Table 1. From the diffraction pattern of the powder X-ray diffraction analysis, a peak capable of specifying the structure was not detected, and it was found to be substantially amorphous.

(スルホン酸基含有炭素質材料β−1を用いたセルロースの加水分解反応)
内容積10mlのナスフラスコに、蒸留水1000μl、セルロース粉末0.025gを仕込み、スルホン酸基含有炭素質材料β−1を0.30g加えて密閉し700rpmで攪拌しながらオイルバス中で120℃まで昇温し2hr加水分解反応を行った。反応終了後、反応液を冷却した後に遠心分離により固液分離し、さらにマイクロフィルターにてろ過を行い、得られた液体中のグルコース量を液体クロマトグラフにより定量分析を行った。単位触媒量、単位時間当たりに換算したグルコースの生成量を表4に示す。
(Hydrolysis reaction of cellulose using sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1)
To an eggplant flask having an internal volume of 10 ml, charged with 1000 μl of distilled water and 0.025 g of cellulose powder, added 0.30 g of sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1 and sealed, and stirred at 700 rpm up to 120 ° C. in an oil bath. The temperature was raised and a 2 hr hydrolysis reaction was carried out. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled and then subjected to solid-liquid separation by centrifugation, followed by filtration with a microfilter, and the amount of glucose in the obtained liquid was quantitatively analyzed with a liquid chromatograph. Table 4 shows the amount of glucose produced per unit catalyst amount and unit time.

分離された固形分(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料β−2」という。)に蒸留水1000μlを加え入れ、同条件にてセルロースの加水分解反応を再度実施した。本反応によるグルコースの生成量を表4に示す。表4の結果から、スルホン酸基含有炭素質材料β−2におけるセルロースの加水分解活性がスルホン酸基含有炭素質材料β−1よりも低下したことが分かる。   1000 μl of distilled water was added to the separated solid (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-2”), and the hydrolysis reaction of cellulose was performed again under the same conditions. Table 4 shows the amount of glucose produced by this reaction. From the results of Table 4, it can be seen that the hydrolysis activity of cellulose in the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-2 is lower than that of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1.

[実施例3]
(スルホン酸基含有炭素質材料β−2の再活性化)
スルホン酸基含有炭素質材料β−2(固形分として約0.32g)に97質量%濃硫酸16gを加えて150℃で2hr加熱処理して再活性化した。加熱処理後、スルホン酸基含有炭素質材料をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して還流下(約100℃)で熱水による洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、再活性化したスルホン酸基含有炭素質材料(以下、スルホン酸基含有炭素質材料C」という。)を得た。
(スルホン酸基含有炭素質材料Cの分析)
スルホン酸基含有炭素質材料Cに対して各種分析を行った。本結果より、再活性化によってスルホン酸基含有炭素質材料βとほぼ同等の物性にまで回復したことが確認された。
[Example 3]
(Reactivation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-2)
16 g of 97% by mass concentrated sulfuric acid was added to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-2 (about 0.32 g as a solid content), and the mixture was reactivated by heating at 150 ° C. for 2 hours. After the heat treatment, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is filtered through a glass filter and repeatedly washed with hot water under reflux (about 100 ° C.) using a Soxhlet extractor, so that sulfuric acid is not detected in the washing solution. It was confirmed. This was dried to obtain a reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as sulfonic acid group-containing carbonaceous material C).
(Analysis of sulfonic acid group-containing carbonaceous material C)
Various analyzes were performed on the sulfonic acid group-containing carbonaceous material C. From this result, it was confirmed that the physical properties were almost the same as those of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β by reactivation.

(再活性化スルホン酸基含有炭素質材料Cを用いたセルロースの加水分解反応)
再活性化スルホン酸基含有炭素質材料Cを用いた以外は、前記のスルホン酸基含有炭素質材料β−1を用いたセルロースの加水分解反応と同条件にてセルロースの加水分解反応を実施した。単位触媒量、単位時間当たりに換算したグルコースの生成量を表4に示す。本結果より、再活性化により得られたスルホン酸基含有炭素質材料Cにおいては、スルホン酸基含有炭素質材料β−1とほぼ同程度にまで加水分解活性が回復したことが確認された。
(Hydrolysis reaction of cellulose using reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material C)
The cellulose hydrolysis reaction was carried out under the same conditions as the cellulose hydrolysis reaction using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1 except that the reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material C was used. . Table 4 shows the amount of glucose produced per unit catalyst amount and unit time. From this result, in the sulfonic acid group-containing carbonaceous material C obtained by reactivation, it was confirmed that the hydrolysis activity was recovered to almost the same level as that of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material β-1.

[比較例4]
(スルホン酸基含有炭素質材料の調製)
ノボラック型フェノール樹脂(大日本インキ化学工業(株)製TD−739A)50gを容量1000mlナス型フラスコに取り、窒素流通下に450℃、5hr加熱処理して39gの炭化物を得た。この黒色粉末状の炭化物5.0gに三酸化硫黄を10質量%含有する発煙硫酸150gを加え、窒素雰囲気下で140℃,2hr加熱処理してスルホン化を行った。スルホン化後、黒色固形物をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して約100℃で熱水を還流させて洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、黒色粉末のスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料γ−1」という。)を得た。スルホン酸基含有炭素質材料γ−1のスルホン酸基含有量を表1に示す。
[Comparative Example 4]
(Preparation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material)
50 g of novolak type phenolic resin (TD-739A, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) was placed in a 1000 ml eggplant type flask and heat-treated at 450 ° C. for 5 hours under nitrogen flow to obtain 39 g of carbide. 150 g of fuming sulfuric acid containing 10% by mass of sulfur trioxide was added to 5.0 g of this black powdered carbide, and sulfonation was performed by heating at 140 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. After sulfonation, the black solid was filtered through a glass filter, and the washing was repeated by refluxing hot water at about 100 ° C. using a Soxhlet extractor, and it was confirmed that sulfuric acid was not detected in the washing solution. This was dried to obtain a black powdery sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1”). Table 1 shows the sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1.

(スルホン酸基含有炭素質材料γ−1を用いたオレフィンのエステル化反応)
スルホン酸基含有炭素質材料γ−1を触媒として用いてオレフィンのエステル化反応を行った。100ccの撹拌機付きオートクレーブに、酢酸36.1g(0.6モル)を仕込み、スルホン酸基含有炭素質材料γ−1を0.5g加えて密閉し、プロピレンを16.7g(0.4モル)封入した。窒素により2.0MPaに圧力を調整した後、500rpmで撹拌しながら80℃まで昇温し、4時間エステル化反応を行なった。反応終了後は、反応液を冷却してから、スルホン酸基含有炭素質材料と反応液とを分離してFID−GCにより定量分析を行い、酢酸イソプロピルの生成量を確認した。
分離した使用済みのスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料γ−2」という。)を用いて、同条件にてオレフィンのエステル化反応を再度実施し、酢酸イソプロピルの生成量を確認した。各反応の酢酸イソプロピルの生成量、および用いたスルホン酸基含有炭素質材料γ−2のスルホン酸基含有量を表5に示す。本結果より、新スルホン酸基含有炭素質材料γ−1に比べてスルホン酸基含有炭素質材料γ−2は活性、物性ともに劣化したことが確認された。
(Olefin esterification reaction using sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1)
Olefin esterification reaction was performed using sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1 as a catalyst. To a 100 cc autoclave equipped with a stirrer, 36.1 g (0.6 mol) of acetic acid was added, 0.5 g of sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1 was added and sealed, and 16.7 g (0.4 mol) of propylene was added. ) Enclosed. After adjusting the pressure to 2.0 MPa with nitrogen, the temperature was raised to 80 ° C. while stirring at 500 rpm, and an esterification reaction was performed for 4 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material and the reaction solution were separated, and quantitative analysis was performed by FID-GC to confirm the amount of isopropyl acetate produced.
Using the separated used sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-2”), the olefin esterification reaction was performed again under the same conditions, and isopropyl acetate The production amount of was confirmed. Table 5 shows the amount of isopropyl acetate produced in each reaction and the sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-2 used. From this result, it was confirmed that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-2 was deteriorated in both activity and physical properties as compared with the new sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1.

[実施例4]
(スルホン酸基含有炭素質材料γ−2の再活性化)
スルホン酸基含有炭素質材料γ−2に三酸化硫黄を10質量%含有する発煙硫酸5gを加えて150℃で2hr加熱処理して再活性化した。加熱処理後、スルホン酸基含有炭素質材料をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して還流下(約100℃)で熱水による洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、再活性化したスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料D」という。)を得た。
[Example 4]
(Reactivation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-2)
5 g of fuming sulfuric acid containing 10% by mass of sulfur trioxide was added to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-2, and the mixture was reactivated by heat treatment at 150 ° C. for 2 hours. After the heat treatment, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is filtered through a glass filter and repeatedly washed with hot water under reflux (about 100 ° C.) using a Soxhlet extractor, so that sulfuric acid is not detected in the washing solution. It was confirmed. This was dried to obtain a reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material D”).

スルホン酸基含有炭素質材料Dのスルホン酸基含有量を測定した。結果を表5に示す。本結果より、再活性化によってスルホン酸基含有炭素質材料γ−1とほぼ同等の物性にまで回復したことが確認された。   The sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material D was measured. The results are shown in Table 5. From this result, it was confirmed that the physical properties were almost the same as those of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1 by reactivation.

(スルホン酸基含有炭素質材料Dを用いたオレフィンのエステル化反応)
スルホン酸基含有炭素質材料Dを用いたこと以外は、前記のスルホン酸基含有炭素質材料γ−1を用いたオレフィンのエステル化反応と同条件にて、オレフィンのエステル化反応を実施した。酢酸イソプロピルの生成量を表5に示す。本結果より、スルホン酸基含有炭素質材料Dは新スルホン酸基含有炭素質材料γ−1とほぼ同等にまで活性が回復していることが確認された。
(Olefin esterification reaction using sulfonic acid group-containing carbonaceous material D)
Except for using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material D, an olefin esterification reaction was carried out under the same conditions as the olefin esterification reaction using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1. Table 5 shows the amount of isopropyl acetate produced. From this result, it was confirmed that the activity of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material D was recovered to almost the same level as the new sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1.

[比較例5]
(スルホン酸基含有炭素質材料γ−1を用いたオレフィン水和反応)
内容積100ccの攪拌機付きオートクレーブ型反応器に、蒸留水18.0g(1.0モル)とジオキサン(溶媒)15.0gを仕込み、スルホン酸基含有炭素質材料γ−1を0.2g加えて密閉し、窒素置換した後プロピレンを10.5g(0.25モル)封入した。その後、窒素により2.5Mpaまで圧力を上昇させ、500rpmで攪拌しながら120℃まで昇温し、温度を120℃に保ったまま1.5hr水和反応を行った。反応終了後、反応液を冷却し、FID−GCにより生成物の定量分析を行った。その結果、単位触媒量、単位時間当たりに換算した2−プロパノールの生成量は、0.54mmol/g−cat./hrであった。結果を表6に示す。
分離した使用済みのスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料γ−3」という。)を用いて、同条件にてオレフィン水和反応を再度実施し、2−プロパノールの生成量を確認した。単位触媒量、単位時間当たりに換算し2−プロパノールの生成量、およびスルホン酸基含有炭素質材料γ−3のスルホン酸基含有量を表6に示す。本結果より、スルホン酸基含有炭素質材料γ−3はスルホン酸基含有炭素質材料γ−1に比べて活性、物性ともに劣化したことが確認された。
[Comparative Example 5]
(Olefin hydration reaction using sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1)
Into an autoclave reactor equipped with a stirrer with an internal volume of 100 cc, 18.0 g (1.0 mol) of distilled water and 15.0 g of dioxane (solvent) were added, and 0.2 g of a sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1 was added. After sealing and purging with nitrogen, 10.5 g (0.25 mol) of propylene was sealed. Thereafter, the pressure was increased to 2.5 Mpa with nitrogen, the temperature was raised to 120 ° C. while stirring at 500 rpm, and the hydration reaction was performed for 1.5 hr while maintaining the temperature at 120 ° C. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, and the product was quantitatively analyzed by FID-GC. As a result, the amount of 2-propanol converted per unit catalyst amount per unit time was 0.54 mmol / g-cat. / Hr. The results are shown in Table 6.
Using the separated used sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-3”), the olefin hydration reaction was performed again under the same conditions, and 2-propanol The production amount of was confirmed. Table 6 shows the unit catalyst amount, the amount of 2-propanol produced per unit time, and the sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-3. From these results, it was confirmed that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-3 was deteriorated in both activity and physical properties as compared with the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1.

[実施例5]
(スルホン酸基含有炭素質材料γ−3の再活性化)
スルホン酸基含有炭素質材料γ−3に三酸化硫黄を10質量%含有する発煙硫酸5gを加えて150℃で2hr加熱処理して再活性化させた。加熱処理後、スルホン酸基含有炭素質材料をガラスフィルターにてろ過し、ソックスレー抽出器を使用して還流下(約100℃)で熱水による洗浄を繰り返し行い、洗浄液中に硫酸が検出されなくなることを確認した。これを乾燥し、再活性化したスルホン酸基含有炭素質材料(以下、「スルホン酸基含有炭素質材料E」という。)を得た。
[Example 5]
(Reactivation of sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-3)
5 g of fuming sulfuric acid containing 10% by mass of sulfur trioxide was added to the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-3, and the mixture was reactivated by heat treatment at 150 ° C. for 2 hours. After the heat treatment, the sulfonic acid group-containing carbonaceous material is filtered through a glass filter and repeatedly washed with hot water under reflux (about 100 ° C.) using a Soxhlet extractor, so that sulfuric acid is not detected in the washing solution. It was confirmed. This was dried to obtain a reactivated sulfonic acid group-containing carbonaceous material (hereinafter referred to as “sulfonic acid group-containing carbonaceous material E”).

スルホン酸基含有炭素質材料Eのスルホン酸基含有量を測定した。結果を表6に示す。本結果より、再活性化によってスルホン酸基含有炭素質材料γ−1とほぼ同等の物性にまで回復したことが確認された。   The sulfonic acid group content of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material E was measured. The results are shown in Table 6. From this result, it was confirmed that the physical properties were almost the same as those of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1 by reactivation.

(スルホン酸基含有炭素質材料Eを用いたオレフィン水和反応)
スルホン酸基含有炭素質材料Eを用いたこと以外は、前記のスルホン酸基含有炭素質材料γ−1を用いたオレフィン水和反応と同条件にて、オレフィン水和反応を実施した。単位触媒量、単位時間当たりに換算した2−プロパノールの生成量を表6に示す。本結果より、スルホン酸基含有炭素質材料Eはスルホン酸基含有炭素質材料γ−1とほぼ同等の活性をもつことが確認された。
(Olefin hydration reaction using sulfonic acid group-containing carbonaceous material E)
Except for using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material E, the olefin hydration reaction was carried out under the same conditions as the olefin hydration reaction using the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1. Table 6 shows the unit catalyst amount and the amount of 2-propanol produced per unit time. From this result, it was confirmed that the sulfonic acid group-containing carbonaceous material E has substantially the same activity as the sulfonic acid group-containing carbonaceous material γ-1.

以上の実施例により、各種反応に使用し活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料について、本発明に係る所定の加熱処理することによって、固体酸触媒としての活性を十分に向上させることができ、新品の触媒と同様に再度使用することが可能になることがわかる。   By the above examples, the activity as a solid acid catalyst can be sufficiently improved by subjecting the sulfonic acid group-containing carbonaceous material, which has been used in various reactions, to have reduced activity, to the predetermined heat treatment according to the present invention. It turns out that it becomes possible to use again like a new catalyst.

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本発明により、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料からなる固体酸触媒を再活性することが可能になり、当該スルホン酸基含有炭素質材料を繰り返し使用することが可能になる。その結果、触媒のコストを低減することが可能になり、ひいては固体酸触媒を用いて得られる製品の製造費用を低減できる。また、廃触媒が低減されることにより廃棄物が減少し、環境に対する影響をも低減することが可能になる。特に、セルロース等の水不溶性多糖類の加水分解に使用したときには、未反応のセルロース等の水不溶性多糖類の共存下で再活性できるので、バイオエタノールの工業的生産に有利である。   According to the present invention, it becomes possible to reactivate a solid acid catalyst comprising a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity, and the sulfonic acid group-containing carbonaceous material can be used repeatedly. As a result, it is possible to reduce the cost of the catalyst, and thus the manufacturing cost of the product obtained using the solid acid catalyst can be reduced. Further, by reducing the waste catalyst, the waste is reduced, and the influence on the environment can be reduced. In particular, when used for hydrolysis of water-insoluble polysaccharides such as cellulose, it can be reactivated in the presence of water-insoluble polysaccharides such as unreacted cellulose, which is advantageous for industrial production of bioethanol.

Claims (10)

固体酸触媒として反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、硫酸存在下で加熱処理して再活性化する第1の工程を有する、スルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   A sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a first step of reactivating a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a decreased activity by being used in the reaction as a solid acid catalyst in the presence of sulfuric acid Manufacturing method. 前記活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、スルホン酸基含有炭素質材料の存在下に水に不溶の多糖類を加水分解し、単糖類および/または水溶性の多糖類の製造を行うことによって得られるものであり、
前記第1の工程が、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、未反応であり且つ水に不溶の多糖類の共存下、硫酸存在下で加熱処理する第2の工程を含む、請求項1に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。
The sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity hydrolyzes a water-insoluble polysaccharide in the presence of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material to produce a monosaccharide and / or a water-soluble polysaccharide. Is obtained by
The first step includes a second step of heat-treating the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity in the presence of sulfuric acid in the presence of an unreacted polysaccharide insoluble in water. Item 2. A method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material according to Item 1.
前記活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、スルホン酸基含有炭素質材料の存在下に水に不溶の多糖類を加水分解し、単糖類および/または水溶性の多糖類の製造を行うことによって得られるものであり、
前記第1の工程が、活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料を、未反応であり且つ水に不溶の多糖類の共存下で炭化処理する第3の工程と、該第3の工程における炭化処理後のスルホン酸基含有炭素質材料を硫酸で加熱処理する第4の工程とを含む、請求項1に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。
The sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity hydrolyzes a water-insoluble polysaccharide in the presence of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material to produce a monosaccharide and / or a water-soluble polysaccharide. Is obtained by
In the third step, the first step includes carbonizing the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity in the presence of a polysaccharide that is unreacted and insoluble in water; and A method for producing a sulfonic acid group-containing carbonaceous material according to claim 1, comprising a fourth step of heat-treating the sulfonic acid group-containing carbonaceous material after carbonization treatment with sulfuric acid.
前記活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、カルボン酸とアルコールによるエステル化反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料である、請求項1に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   2. The sulfonic acid according to claim 1, wherein the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity is a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having a reduced activity as a result of being used in an esterification reaction with a carboxylic acid and an alcohol. A method for producing a group-containing carbonaceous material. 前記活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、カルボン酸とオレフィンによるエステル化反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料である、請求項1に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   2. The sulfonic acid according to claim 1, wherein the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity is a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity as a result of being used in an esterification reaction with a carboxylic acid and an olefin. A method for producing a group-containing carbonaceous material. 前記活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、エステルの加水分解反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料である、請求項1に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   2. The sulfonic acid group-containing carbon material according to claim 1, wherein the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity is a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity as a result of being used in an ester hydrolysis reaction. A method for producing quality materials. 前記活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料が、オレフィンの水和反応に用いられたことによって活性の低下したスルホン酸基含有炭素質材料である、請求項1に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   2. The sulfonic acid group-containing carbon material according to claim 1, wherein the sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity is a sulfonic acid group-containing carbonaceous material having reduced activity due to being used in an olefin hydration reaction. A method for producing quality materials. 前記第1の工程を経て得られるスルホン酸基含有炭素質材料が、0.5mmol/g以上のスルホン酸基含有量を有するものである、請求項1〜7のいずれか1項に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   The sulfone according to any one of claims 1 to 7, wherein the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained through the first step has a sulfonic acid group content of 0.5 mmol / g or more. A method for producing an acid group-containing carbonaceous material. 前記第1の工程を経て得られるスルホン酸基含有炭素質材料が、1mmol/g以上の酸基含有量を示すものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のスルホン酸基含有炭素質材料の製造方法。   The sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained through the first step has a sulfonic acid group-containing content according to any one of claims 1 to 8, wherein the sulfonic acid group-containing carbonaceous material exhibits an acid group content of 1 mmol / g or more. A method for producing a carbonaceous material. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法により得られたスルホン酸基含有炭素質材料を固体酸触媒として用い、オレフィンの水和反応、エーテル化反応、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応、及びエステル結合又はエーテル結合を含有する有機化合物の加水分解反応よりなる群から選ばれる少なくとも1つの反応を行う方法。 Use of the sulfonic acid group-containing carbonaceous material obtained by the method according to any one of claims 1 to 9 as a solid acid catalyst, olefin hydration reaction, etherification reaction, esterification of carboxylic acid and alcohol A method of performing at least one reaction selected from the group consisting of a reaction and a hydrolysis reaction of an organic compound containing an ester bond or an ether bond .
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