JP6178461B2 - Carbon-carbon bond formation method - Google Patents

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本発明は、炭素−炭素結合を生成させるための炭素−炭素結合形成方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon-carbon bond forming method for generating a carbon-carbon bond.

鈴木−宮浦カップリング、薗頭カップリング、溝呂木−ヘックカップリングに代表されるパラジウム等の白金族金属を触媒に用いた炭素−炭素形成反応(カップリング反応)は、医薬中間体や液晶等の高機能材料の合成プロセスにおいて、近年、ますます重要性を増してきている。   The carbon-carbon formation reaction (coupling reaction) using platinum group metals such as palladium represented by Suzuki-Miyaura coupling, Sonogashira coupling, Mizorogi-Heck coupling as a catalyst is used for pharmaceutical intermediates and liquid crystals. In the process of synthesizing highly functional materials, in recent years it has become increasingly important.

従来、上記白金族金属触媒は、均一系で用いられることが多く、高い触媒活性を示してきたが、触媒の回収が困難である、製品が触媒である金属に汚染されてしまうといった欠点があった。そこで、上記触媒を担体に担持し、触媒の回収を容易にするとともに製品への金属汚染を低減した不均一触媒が開発されてきた。例えば、担体として粒子状イオン交換樹脂を用い、白金族金属を担持した触媒が特開2003−62468号公報や特開2011−136329号公報に開示されている。   Conventionally, the platinum group metal catalyst is often used in a homogeneous system and has exhibited high catalytic activity. However, there are drawbacks in that it is difficult to recover the catalyst and the product is contaminated with the metal that is the catalyst. It was. In view of this, heterogeneous catalysts have been developed in which the catalyst is supported on a carrier to facilitate recovery of the catalyst and reduce metal contamination of the product. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-62468 and 2011-136329 disclose a catalyst using a particulate ion exchange resin as a carrier and supporting a platinum group metal.

特開2003−62468号公報(特許請求の範囲)JP 2003-62468 A (Claims) 特開2011−136329号公報(特許請求の範囲)JP2011-136329A (Claims)

しかし、担体として用いられている粒子状イオン交換樹脂の粒子径は、通常、数百μmと大きいため、基質の拡散に時間を要し、反応速度が遅いといった欠点を有していた。   However, since the particle size of the particulate ion exchange resin used as a carrier is usually as large as several hundred μm, it has a drawback that it takes time to diffuse the substrate and the reaction rate is slow.

従って、本発明の目的は、炭素−炭素結合を効率よく形成させる方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for efficiently forming a carbon-carbon bond.

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、非粒子状有機多孔質イオン交換体に、白金族金属を担持することにより得られる白金族金属担持触媒は、従来のパラジウム、白金等の白金族金属が触媒として機能する炭素−炭素結合形成反応において、高い触媒活性を示し、そのため、効率よく反応を進行させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   In such a situation, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, platinum group metal-supported catalysts obtained by supporting a platinum group metal on a non-particulate organic porous ion exchanger include conventional palladium, platinum, etc. In the carbon-carbon bond forming reaction in which the platinum group metal functions as a catalyst, the present inventors have found that the catalyst activity is high, and therefore the reaction can be efficiently advanced, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明(1)は、白金族金属担持触媒の存在下、(1)芳香族ハロゲン化物と有機ホウ素化合物との反応、(2)芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物との反応、又は(3)芳香族ハロゲン化物とアルケニル基を有する化合物との反応を行い、炭素−炭素結合を形成させる炭素−炭素結合形成反応であり、
該白金族金属担持触媒が、非粒子状有機多孔質イオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属のナノ粒子が担持されている白金族金属担持触媒であり、該非粒子状有機多孔質イオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなり、連続骨格の厚みは1〜100μm、連続空孔の平均直径は1〜1000μm、全細孔容積は0.5〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、該白金族金属の担持量が、乾燥
状態で0.004〜20重量%であること、
を特徴とする炭素−炭素結合形成反応を提供するものである。
That is, the present invention (1) comprises (1) a reaction between an aromatic halide and an organic boron compound in the presence of a platinum group metal supported catalyst, and (2) an aromatic halide and a compound having an alkynyl group at the terminal. Reaction, or (3) a carbon-carbon bond forming reaction in which an aromatic halide and a compound having an alkenyl group are reacted to form a carbon-carbon bond,
The platinum group metal supported catalyst is a platinum group metal supported catalyst in which platinum group metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a non-particulate organic porous ion exchanger. The ion exchanger comprises a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1 to 1000 μm, and the total pore volume is 0.5 to 50 ml / g. Yes, the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, the ion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion exchanger, and the supported amount of the platinum group metal is , 0.004-20% by weight in a dry state,
The carbon-carbon bond formation reaction characterized by these is provided.

また、本発明(2)は、前記非粒子状有機多孔質イオン交換体が、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が1〜1000μmの共通の開口(メソポア)を有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が1〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする(1)の炭素−炭素結合形成反応を提供するものである。   Further, the present invention (2) is characterized in that the non-particulate organic porous ion exchanger has an open cell structure having a common pore (mesopore) having an average diameter of 1 to 1000 μm in the macropore and the macropore wall connected to each other. The total pore volume is 1 to 50 ml / g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange group is contained in the organic porous ion exchanger. The present invention provides the carbon-carbon bond forming reaction (1) characterized by being uniformly distributed.

また、本発明(3)は、前記非粒子状有機多孔質イオン交換体が、平均粒子径1〜50μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が20〜100μmの三次元的に連続した空孔を有し、全細孔容積が1〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする(1)の炭素−炭素結合形成反応を提供するものである。   Further, in the present invention (3), the non-particulate organic porous ion exchanger is formed by agglomerating organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm to form a three-dimensionally continuous skeleton part. Having a three-dimensionally continuous pore having an average diameter of 20 to 100 μm, a total pore volume of 1 to 10 ml / g, and an ion exchange capacity per weight in a dry state of 1 to 6 mg equivalent / g The ion-exchange group is uniformly distributed in the organic porous ion exchanger, and the carbon-carbon bond forming reaction according to (1) is provided.

また、本発明(4)は、前記非粒子状有機多孔質イオン交換体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積が0.5〜10ml/g、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であることを特徴とする(1)の炭素−炭素結合形成反応を提供するものである。   Further, the present invention (4) is a continuous macropore structure in which the non-particulate organic porous ion exchanger has bubble-shaped macropores overlapped, and the overlapping portion has an opening having an average diameter of 30 to 300 μm. The pore volume is 0.5 to 10 ml / g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion exchanger. In addition, in the SEM image of the cut surface of the continuous macropore structure (dry body), the skeleton part area appearing in the cross section is 25 to 50% in the image region, (1) carbon-carbon bond It provides a formation reaction.

また、本発明(5)は、前記非粒子状有機多孔質イオン交換体が、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.1〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が10〜200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする(1)の炭素−炭素結合形成反応を提供するものである。   In the invention (5), the non-particulate organic porous ion exchanger is an aromatic containing 0.1 to 5.0 mol% of a crosslinked structural unit in all the structural units into which an ion exchange group is introduced. A co-continuous structure composed of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm made of vinyl polymer and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm between the skeletons. The total pore volume is 0.5 to 10 ml / g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange groups are uniform in the organic porous ion exchanger. The carbon-carbon bond forming reaction according to (1), characterized in that the carbon-carbon bond forming reaction is distributed.

また、本発明(6)は、前記非粒子状有機多孔質イオン交換体が、連続骨格相と連続空孔相からなり、該骨格は、表面に固着する直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが4〜40μmの多数の突起体を有し、連続空孔の平均直径が10〜200μm、全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする(1)の炭素−炭素結合形成反応を提供するものである。   Further, in the present invention (6), the non-particulate organic porous ion exchanger is composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and the skeleton is a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm fixed to the surface or The organic porous body has a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm formed on the skeleton surface, an average diameter of continuous pores of 10 to 200 μm, and a total pore volume of 0.5 to 10 ml / The ion exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion exchanger (1 ) Of carbon-carbon bond formation.

本発明によれば、炭素−炭素結合を効率よく形成させる方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of forming a carbon-carbon bond efficiently can be provided.

第1のモノリスの形態例のSEM写真である。It is a SEM photograph of the example of the form of the 1st monolith. 第2のモノリスの形態例のSEM写真である。It is a SEM photograph of the example of the form of the 2nd monolith. 第3のモノリスの形態例のSEM写真である。It is a SEM photograph of the example of the form of the 3rd monolith. 図3のSEM写真の断面として表れる骨格部を転写した図である。It is the figure which transcribe | transferred the frame | skeleton part which appears as a cross section of the SEM photograph of FIG. 第4のモノリスの形態例のSEM写真である。It is a SEM photograph of the example of the form of the 4th monolith. 第4のモノリス及びモノリスイオン交換体の共連続構造の模式図である。It is a schematic diagram of the co-continuous structure of a 4th monolith and a monolith ion exchanger. モノリス中間体(4)の形態例のSEM写真である。It is a SEM photograph of the example of a form of a monolith intermediate (4). 突起体の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of a protrusion. 第5−1のモノリスの形態例のSEM写真である。It is a SEM photograph of the example of a form of the 5-1 monolith. 参考例1のモノリス中間体のSEM写真である。2 is a SEM photograph of the monolith intermediate of Reference Example 1. 参考例1のモノリスのSEM写真である。4 is a SEM photograph of the monolith of Reference Example 1. 参考例1のモノリスカチオン交換体のEPMA分析結果である。3 is an EPMA analysis result of a monolith cation exchanger of Reference Example 1. 参考例1のモノリスカチオン交換体のEPMA分析結果である。3 is an EPMA analysis result of a monolith cation exchanger of Reference Example 1. 参考例2の白金族金属担持触媒のEPMA分析結果である。4 is an EPMA analysis result of a platinum group metal supported catalyst of Reference Example 2. 参考例2の白金族金属担持触媒のTEM画像である。4 is a TEM image of a platinum group metal supported catalyst of Reference Example 2. 参考例4のモノリスアニオン交換体のEPMA分析結果である。4 is an EPMA analysis result of a monolith anion exchanger of Reference Example 4. 参考例4のモノリスアニオン交換体のEPMA分析結果である。4 is an EPMA analysis result of a monolith anion exchanger of Reference Example 4. 参考例5の白金族金属担持触媒のEPMA分析結果である。7 is an EPMA analysis result of a platinum group metal supported catalyst of Reference Example 5. 参考例5の白金族金属担持触媒のTEM画像である。6 is a TEM image of a platinum group metal supported catalyst of Reference Example 5.

本発明の炭素−炭素結合形成反応は、白金族金属担持触媒の存在下、(1)芳香族ハロゲン化物と有機ホウ素化合物との反応、(2)芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物との反応、又は(3)芳香族ハロゲン化物とアルケニル基を有する化合物との反応を行い、炭素−炭素結合を形成させる炭素−炭素結合形成反応であり、
該白金族金属担持触媒が、非粒子状有機多孔質イオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属のナノ粒子が担持されている白金族金属担持触媒であり、該非粒子状有機多孔質イオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなり、連続骨格の厚みは1〜100μm、連続空孔の平均直径は1〜1000μm、全細孔容積は0.5〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、該白金族金属の担持量が、乾燥状態で0.004〜20重量%であること、
を特徴とする炭素−炭素結合形成反応である。
The carbon-carbon bond forming reaction of the present invention comprises (1) a reaction between an aromatic halide and an organoboron compound in the presence of a platinum group metal-supported catalyst, and (2) a compound having an alkynyl group at the terminal with the aromatic halide. Or (3) a carbon-carbon bond forming reaction in which a reaction between an aromatic halide and a compound having an alkenyl group is performed to form a carbon-carbon bond,
The platinum group metal supported catalyst is a platinum group metal supported catalyst in which platinum group metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a non-particulate organic porous ion exchanger. The ion exchanger comprises a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1 to 1000 μm, and the total pore volume is 0.5 to 50 ml / g. Yes, the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, the ion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion exchanger, and the supported amount of the platinum group metal is , 0.004-20% by weight in a dry state,
It is a carbon-carbon bond formation reaction characterized by these.

本発明の炭素−炭素結合形成反応に係る白金族金属担持触媒において、白金族金属が担持されている担体は、非粒状有機多孔質イオン交換体であるが、この非粒状有機多孔質イオン交換体とは、モノリス状有機多孔質イオン交換体である。モノリス状有機多孔質体は、骨格が有機ポリマーにより形成されており、骨格間に反応液の流路となる連通孔を多数有する多孔質体である。そして、モノリス状有機多孔質イオン交換体は、このモノリス状有機多孔質体の骨格中にイオン交換基が均一に分布するように導入されている多孔質体である。なお、本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「モノリス」と、「モノリス状有機多孔質イオン交換体」を単に「モノリスイオン交換体」とも言い、また、モノリスの製造における中間体(前駆体)である「モノリス状有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも言う。   In the platinum group metal supported catalyst according to the carbon-carbon bond forming reaction of the present invention, the support on which the platinum group metal is supported is a non-particulate organic porous ion exchanger. Is a monolithic organic porous ion exchanger. The monolithic organic porous body is a porous body having a skeleton formed of an organic polymer and a large number of communication holes serving as a flow path for a reaction solution between the skeletons. The monolithic organic porous ion exchanger is a porous body introduced so that ion exchange groups are uniformly distributed in the skeleton of the monolithic organic porous body. In the present specification, “monolithic organic porous material” is also simply referred to as “monolith”, and “monolithic organic porous ion exchanger” is also simply referred to as “monolith ion exchanger”, and is also an intermediate in the production of monoliths. The “monolithic organic porous intermediate” that is the body (precursor) is also simply referred to as “monolith intermediate”.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体は、モノリスにイオン交換基を導入することで得られるものであり、その構造は、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体であって、連続骨格の厚みは1〜100μm、連続空孔の平均直径は1〜1000μm、全細孔容積は0.5〜50ml/gである。   The monolith ion exchanger related to the platinum group metal supported catalyst is obtained by introducing an ion exchange group into the monolith, and its structure is an organic porous body composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase. The thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1 to 1000 μm, and the total pore volume is 0.5 to 50 ml / g.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体の乾燥状態での連続骨格の厚みは1〜100μmである。モノリスイオン交換体の連続骨格の厚みが、1μm未満であると、体積当りのイオン交換容量が低下するといった欠点のほか、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下し、触媒活性が低下するため好ま
しくない。一方、モノリスイオン交換体の連続骨格の厚みが、100μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、基質の拡散に時間を要するようになって触媒活性が低下するため好ましくない。なお、連続骨格の厚みは、SEM観察により決定される。
The thickness of the continuous skeleton in the dry state of the monolith ion exchanger according to the platinum group metal supported catalyst is 1 to 100 μm. When the thickness of the continuous skeleton of the monolith ion exchanger is less than 1 μm, the ion exchange capacity per volume decreases, and the mechanical strength decreases. Since the exchanger is greatly deformed, it is not preferable. Furthermore, the contact efficiency between the reaction solution and the monolith ion exchanger is lowered, and the catalytic activity is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the thickness of the continuous skeleton of the monolith ion exchanger exceeds 100 μm, the skeleton becomes too thick, and it takes time to diffuse the substrate, which is not preferable. The thickness of the continuous skeleton is determined by SEM observation.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、1〜1000μmである。モノリスイオン交換体の連続空孔の平均直径が、1μm未満であると通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、モノリスイオン交換体の連続空孔の平均直径が、1000μmを超えると、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、触媒活性が低下するため好ましくない。なお、モノリスイオン交換体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。   The average diameter of the continuous pores in the dry state of the monolith ion exchanger related to the platinum group metal supported catalyst is 1-1000 μm. If the average diameter of the continuous pores of the monolith ion exchanger is less than 1 μm, it is not preferable because the pressure loss during liquid passage increases. On the other hand, if the average diameter of the continuous pores of the monolith ion exchanger exceeds 1000 μm, the contact between the reaction solution and the monolith ion exchanger becomes insufficient and the catalytic activity is lowered, which is not preferable. In addition, the average diameter of the continuous void | hole in the dry state of a monolith ion exchanger is measured by the mercury intrusion method, and points out the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体の乾燥状態での全細孔容積は0.5〜50ml/gである。モノリスイオン交換体の全細孔容積が、0.5ml/g未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過液量が小さくなり、処理量が低下してしまうため好ましくない。一方、モノリスイオン交換体の全細孔容積が、50ml/gを超えると、体積当りのイオン交換容量が低下し、白金族金属ナノ粒子の担持量も低下し触媒活性が低下するため好ましくない。また、機械的強度が低下して、特に高速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形し、通液時の圧力損失が急上昇してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下するため、触媒活性の低下が顕著になる。なお、全細孔容積は、水銀圧入法で測定される。   The total pore volume in the dry state of the monolith ion exchanger according to the platinum group metal supported catalyst is 0.5 to 50 ml / g. If the total pore volume of the monolith ion exchanger is less than 0.5 ml / g, the pressure loss at the time of liquid passing is undesirably large, and further, the amount of permeate per unit cross-sectional area is small, This is not preferable because the processing amount decreases. On the other hand, if the total pore volume of the monolith ion exchanger exceeds 50 ml / g, the ion exchange capacity per volume decreases, the amount of platinum group metal nanoparticles supported decreases, and the catalytic activity decreases, which is not preferable. Further, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when the liquid is passed at a high speed, and the pressure loss at the time of the liquid passing increases rapidly. Furthermore, since the contact efficiency between the reaction solution and the monolith ion exchanger is reduced, the catalytic activity is significantly reduced. The total pore volume is measured by a mercury intrusion method.

このようなモノリスイオン交換体の構造例としては、特開2002−306976号公報や特開2009−62512号公報に開示されている連続気泡構造や、特開2009−67982号公報に開示されている共連続構造や、特開2009−7550号公報に開示されている粒子凝集型構造や、特開2009−108294号公報に開示されている粒子複合型構造等が挙げられる。   Examples of the structure of such a monolith ion exchanger are disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-306976 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-62512, and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-67982. Examples thereof include a co-continuous structure, a particle aggregation structure disclosed in JP2009-7550A, and a particle composite structure disclosed in JP2009-108294A.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。モノリスイオン交換体の乾燥状態でのイオン交換容量が、1mg当量/g未満では、担持できる白金族金属量が少なくなってしまうため好ましくなく、一方、6mg当量/gを超えると、イオン交換基導入反応が過酷な条件となり、モノリスの酸化劣化が著しく進んでしまうため好ましくない。モノリスイオン交換体がモノリスアニオン交換体の場合は、モノリスアニオン交換体には、アニオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。また、モノリスイオン交換体がモノリスカチオン交換体の場合は、モノリスカチオン交換体には、カチオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのカチオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。なお、イオン交換基が骨格表面のみに導入された多孔質体のイオン交換容量は、多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい500μg当量/gである。   The ion exchange capacity per weight in the dry state of the monolith ion exchanger according to the platinum group metal supported catalyst is 1 to 6 mg equivalent / g. If the ion exchange capacity in the dry state of the monolithic ion exchanger is less than 1 mg equivalent / g, the amount of platinum group metal that can be supported will be reduced, while if it exceeds 6 mg equivalent / g, ion exchange groups are introduced. This is not preferable because the reaction becomes harsh and the oxidation deterioration of the monolith is remarkably advanced. When the monolith ion exchanger is a monolith anion exchanger, an anion exchange group is introduced into the monolith anion exchanger, and the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g. When the monolith ion exchanger is a monolith cation exchanger, a cation exchange group is introduced into the monolith cation exchanger, and the cation exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g. is there. The ion exchange capacity of a porous material in which ion exchange groups are introduced only on the surface of the skeleton cannot be determined unconditionally depending on the type of the porous material or ion exchange groups, but is at most 500 μg equivalent / g.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体において、導入されているイオン交換基は、モノリスの表面のみならず、モノリスの骨格内部にまで均一に分布している。ここで言う「イオン交換基が均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμmオーダーで表面および骨格内部に均一に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況は、EPMAを用いることで簡単に確認される。また、イオン交換基が、モノリスの表面のみならず、モノリスの骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。   In the monolith ion exchanger related to the platinum group metal supported catalyst, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the monolith but also inside the skeleton of the monolith. Here, “ion exchange groups are uniformly distributed” means that the distribution of ion exchange groups is uniformly distributed on the surface and inside the skeleton in the order of at least μm. The distribution status of the ion exchange groups can be easily confirmed by using EPMA. In addition, if the ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the monolith but also within the skeleton of the monolith, the physical and chemical properties of the surface and the interior can be made uniform, so that they are resistant to swelling and shrinkage. Improves.

白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、カチオン交換基又はアニオン交換基である。カチオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等が挙げられる。アニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。   The ion exchange group introduced into the monolith ion exchanger related to the platinum group metal supported catalyst is a cation exchange group or an anion exchange group. Examples of the cation exchange group include a carboxylic acid group, an iminodiacetic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a phosphoric ester group. Examples of anion exchange groups include trimethylammonium group, triethylammonium group, tributylammonium group, dimethylhydroxyethylammonium group, dimethylhydroxypropylammonium group, methyldihydroxyethylammonium group, quaternary ammonium group, tertiary sulfonium group, phosphonium group. Etc.

本発明の白金族金属担持触媒に係るモノリスイオン交換体において、連続骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1〜30モル%、好適には0.1〜20モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、30モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。該ポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリ
ビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
In the monolith ion exchanger according to the platinum group metal supported catalyst of the present invention, the material constituting the continuous skeleton is an organic polymer material having a crosslinked structure. The crosslink density of the polymer material is not particularly limited, but it contains 0.1 to 30 mol%, preferably 0.1 to 20 mol% of crosslinkable structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. Is preferred. If the cross-linking structural unit is less than 0.1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 30 mol%, it may be difficult to introduce an ion exchange group. The type of the polymer material is not particularly limited, and examples thereof include aromatic vinyl polymers such as polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, and polyvinyl naphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; Poly (halogenated polyolefin) such as vinyl chloride and polytetrafluoroethylene; Nitrile-based polymer such as polyacrylonitrile; Cross-linking weight of (meth) acrylic polymer such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate Coalescence is mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, a cross-linked polymer of an aromatic vinyl polymer because of the ease of forming a continuous structure, the ease of introducing ion exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids or alkalis. In particular, styrene-divinylbenzene copolymer and vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are preferable materials.

<モノリス状有機多孔質体及びモノリス状有機多孔質イオン交換体の形態例>
モノリスの形態例としては、以下に示す第1のモノリス〜第5のモノリスが挙げられる。また、モノリスイオン交換体としては、以下に示す第1のモノリスイオン交換体〜第5のモノリスイオン交換体が挙げられる。
<Examples of Monolithic Organic Porous Material and Monolithic Organic Porous Ion Exchanger>
Examples of the monolith include the following first to fifth monoliths. Examples of the monolith ion exchanger include the following first to fifth monolith ion exchangers.

<第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第1のモノリスイオン交換体は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が乾燥状態で1〜1000μmの共通の開口(メソポア)を有する連続気泡構造を有し、乾燥状態での全細孔容積が1〜50ml/gであり、イオン交換基を有しており、イオン交換基が均一に分布しており、乾燥状態の重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであるモノリスイオン交換体である。また、第1のモノリスは、イオン交換基が導入される前のモノリスであり、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が乾燥状態で1〜1000μmの共通の開口(メソポア)を有する連続気泡構造を有し、乾燥状態での全細孔容積が1〜50ml/gである有機多孔質体である。
<Description of First Monolith and First Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the first monolith ion exchanger serving as a support for the platinum group metal particles is a common one having an average diameter of 1 to 1000 μm in a dry state inside the macropore and the macropore wall connected to each other. It has an open cell structure with openings (mesopores), the total pore volume in the dry state is 1 to 50 ml / g, has ion exchange groups, and the ion exchange groups are uniformly distributed, It is a monolithic ion exchanger having an ion exchange capacity per weight in a dry state of 1 to 6 mg equivalent / g. The first monolith is a monolith before the ion exchange group is introduced, and has a common pore (mesopore) having an average diameter of 1 to 1000 μm in a dry state in the macropore and the macropore wall connected to each other. It is an organic porous body having an open cell structure and a total pore volume of 1 to 50 ml / g in a dry state.

第1のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径1〜1000μm、好ましくは10〜200μm、特に好ましくは20〜100μmの共通の開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体であり、その大部分がオープンポア構造のものである。オープンポア構造は、水を流せば該マクロポアと該メソポアで形成される気泡内が流路となる。マクロポアとマクロポアの重なりは、1個のマクロポアで1〜12個、多くのものは3〜10個である。図1には、第1のモノリ
スイオン交換体の形態例の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示すが、図1に示す第1のモノリスイオン交換体は、多数の気泡状のマクロポアを有しており、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が共通の開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体となっており、その大部分がオープンポア構造である。メソポアの乾燥状態での平均直径が1μm未満であると、通液時の圧力損失が著しく大きくなってしまうため好ましくなく、メソポアの乾燥状態での平均直径が1000μmを越えると、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。第1のモノリスイオン交換体の構造が上記のような連続気泡構造となることにより、マクロポア群やメソポア群を均一に形成できると共に、特開平8−252579号公報等に記載されるような粒子凝集型多孔質体に比べて、細孔容積や比表面積を格段に大きくすることができる。
In the first monolithic ion exchanger, bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is in a dry state with a common opening (mesopore) having an average diameter of 1 to 1000 μm, preferably 10 to 200 μm, particularly preferably 20 to 100 μm. A continuous macropore structure, most of which has an open pore structure. In the open pore structure, when water is flowed, the inside of bubbles formed by the macropores and the mesopores becomes a flow path. The number of overlapping macropores is 1 to 12 for one macropore, and 3 to 10 for many. FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of an embodiment of the first monolith ion exchanger. The first monolith ion exchanger shown in FIG. 1 has a large number of bubble-like macropores. The cell-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is a continuous macropore structure having a common opening (mesopore), most of which has an open pore structure. If the average diameter in the dry state of the mesopores is less than 1 μm, the pressure loss at the time of passing the liquid becomes undesirably large, and if the average diameter in the dry state of the mesopores exceeds 1000 μm, the reaction solution and the monolithic ion The contact with the exchanger becomes insufficient, and the catalytic activity decreases, which is not preferable. When the structure of the first monolith ion exchanger is an open cell structure as described above, the macropore group and the mesopore group can be formed uniformly, and the particle aggregation as described in JP-A-8-252579 is also possible. The pore volume and specific surface area can be remarkably increased compared to the type porous body.

なお、本発明では、乾燥状態の第1のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られる細孔分布曲線の極大値を指す。   In the present invention, the average diameter of the opening of the first monolith in the dry state and the average diameter of the opening of the first monolith ion exchanger in the dry state are measured by the mercury intrusion method, and are obtained by the mercury intrusion method. The maximum value of the pore distribution curve.

第1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、1〜50ml/g、好適には2〜30ml/gである。全細孔容積が1ml/g未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が50ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下するため、触媒効果も低下してしまうため好ましくない。全細孔容積は、従来の粒子状多孔質イオン交換樹脂では、せいぜい0.1〜0.9ml/gであるから、それを越える従来には無い1〜50ml/gの高細孔容積、高比表面積のものが使用できる。   The total pore volume per weight of the first monolith ion exchanger in the dry state is 1 to 50 ml / g, preferably 2 to 30 ml / g. If the total pore volume is less than 1 ml / g, it is not preferable because the pressure loss at the time of liquid passing increases, and further, the permeation amount per unit cross-sectional area decreases, and the processing capacity decreases. Absent. On the other hand, if the total pore volume exceeds 50 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when the liquid is passed at a high flow rate. Furthermore, since the contact efficiency between the reaction solution, the monolith ion exchanger, and the platinum group metal particles supported thereon decreases, the catalytic effect also decreases, which is not preferable. In the conventional particulate porous ion exchange resin, the total pore volume is 0.1 to 0.9 ml / g at the most. Those having a specific surface area can be used.

第1のモノリスイオン交換体において、骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。   In the first monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, it may be difficult to introduce an ion exchange group.

第1のモノリスイオン交換体の骨格を構成する有機ポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビ
ニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記有機ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular in the kind of organic polymer material which comprises the frame | skeleton of a 1st monolith ion exchanger, For example, fragrances, such as a polystyrene, poly (alpha-methyl styrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene Acrylic vinyl polymers; Polyolefins such as polyethylene and polypropylene; Poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; Nitrile polymers such as polyacrylonitrile; Polymethyl methacrylate, Polyglycidyl methacrylate, Polyethyl acrylate And a crosslinked polymer such as a (meth) acrylic polymer. The organic polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or two or more kinds of polymers. It may be blended. Among these organic polymer materials, the cross-linking weight of the aromatic vinyl polymer is determined by the ease of forming a continuous macropore structure, the ease of introduction of ion exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids or alkalis. A styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.

第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第2のモノリスイオン
交換体〜第5のモノリスイオン交換体においても同様である。イオン交換基は、カチオン交換基又はアニオン交換基であり、カチオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等が挙げられ、また、アニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。
The ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger is the same in the second monolith ion exchanger to the fifth monolith ion exchanger. The ion exchange group is a cation exchange group or an anion exchange group, and examples of the cation exchange group include a carboxylic acid group, an iminodiacetic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a phosphoric acid ester group. Exchange groups include quaternary ammonium groups such as trimethylammonium group, triethylammonium group, tributylammonium group, dimethylhydroxyethylammonium group, dimethylhydroxypropylammonium group, methyldihydroxyethylammonium group, tertiary sulfonium group, phosphonium group, etc. Is mentioned.

第1のモノリスイオン交換体において(第2のモノリスイオン交換体〜第5のモノリスイオン交換体においても同じ)、導入されているイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。ここで言う「イオン交換基が均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμmオーダーで表面および骨格内部に均一に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況は、EPMAを用いることで確認される。また、イオン交換基が、モノリスの表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。   In the first monolith ion exchanger (the same applies to the second monolith ion exchanger to the fifth monolith ion exchanger), the introduced ion exchange group is not only the surface of the porous body but also the porous body. It is evenly distributed within the skeleton. Here, “ion exchange groups are uniformly distributed” means that the distribution of ion exchange groups is uniformly distributed on the surface and inside the skeleton in the order of at least μm. The distribution state of the ion exchange groups is confirmed by using EPMA. In addition, if the ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the monolith but also within the skeleton of the porous body, the physical and chemical properties of the surface and the interior can be made uniform, so that the swelling and shrinkage can be achieved. The durability against is improved.

第1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が、上記範囲にあることにより、触媒内部のpHなど触媒活性点の周りの環境を変えることができ、これにより触媒活性が高くなる。第1のモノリスイオン交換体がモノリスアニオン交換体の場合は、第1のモノリスアニオン交換体には、アニオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。また、第1のモノリスイオン交換体がモノリスカチオン交換体の場合は、第1のモノリスカチオン交換体には、カチオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのカチオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。なお、イオン交換基が表面のみに導入された多孔質体のイオン交換容量は、多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい500μg当量/gである。   The ion exchange capacity per weight in the dry state of the first monolith ion exchanger is 1 to 6 mg equivalent / g. When the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the above range, the environment around the catalyst active point such as the pH inside the catalyst can be changed, thereby increasing the catalyst activity. When the first monolith ion exchanger is a monolith anion exchanger, anion exchange groups are introduced into the first monolith anion exchanger, and the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg. Equivalent / g. When the first monolith ion exchanger is a monolith cation exchanger, a cation exchange group is introduced into the first monolith cation exchanger, and the cation exchange capacity per weight in a dry state is 1 ~ 6 mg equivalent / g. Note that the ion exchange capacity of the porous body in which the ion exchange group is introduced only on the surface cannot be determined unconditionally depending on the kind of the porous body or the ion exchange group, but is at most 500 μg equivalent / g.

<第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の製造方法>
第1のモノリスの製造方法としては、特に制限されないが、特開2002−306976号公報記載の方法に準じた、製造方法の一例を以下示す。すなわち、第1のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び必要に応じて重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを得、これを重合させてモノリスを形成することにより得られる。このような、第1のモノリスの製造方法は、モノリスの多孔構造の制御が容易である点で、好ましい。
<Method for producing first monolith and first monolith ion exchanger>
Although it does not restrict | limit especially as a manufacturing method of a 1st monolith, An example of the manufacturing method according to the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-306976 is shown below. That is, the first monolith is prepared by mixing an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water and a polymerization initiator as necessary to obtain a water-in-oil emulsion and polymerizing the emulsion. Is obtained. Such a manufacturing method of the first monolith is preferable in that the porous structure of the monolith can be easily controlled.

第1のモノリスの製造で用いられるイオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、カルボン酸基、スルホン酸基等のイオン交換基及び四級アンモニウム基等のアニオン交換基のいずれも含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーを指すものである。これらモノマーの具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、本発明においては、ジビニ
ルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%とすることが、後の工程でイオン交換基を定量的に導入し、かつ、実用的に十分な機械的強度を確保できる点で好ましい。
The oil-soluble monomer containing no ion exchange group used in the production of the first monolith does not contain any ion exchange group such as carboxylic acid group or sulfonic acid group and anion exchange group such as quaternary ammonium group, This refers to a lipophilic monomer that has a low solubility in water. Specific examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, isoprene, chloroprene, vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, tetrafluoroethylene. , Acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl acetate, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate , Butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, glycidyl methacrylate, ethylene glycol dimethyl ester Acrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, in the present invention, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and its content is preferably 0.3 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer. Is preferably 0.3 to 5 mol% from the viewpoint of quantitatively introducing ion-exchange groups in a later step and securing a practically sufficient mechanical strength.

第1のモノリスの製造で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。また、必ずしも必須ではないが、モノリスの気泡形状やサイズを制御するために、メタノール、ステアリルアルコール等のアルコール;ステアリン酸等のカルボン酸;オクタン、ドデカン、トルエン等の炭化水素;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテルを系内に共存させることもできる。   The surfactant used in the production of the first monolith is not particularly limited as long as it can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. There is no limitation, such as sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan monooleate Nonionic surfactants; Anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; lauryldimethylbetaine, etc. It can be used sex surfactant. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. The water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added may vary depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but it cannot be generally stated, but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%. Moreover, although not necessarily essential, in order to control the bubble shape and size of the monolith, alcohols such as methanol and stearyl alcohol; carboxylic acids such as stearic acid; hydrocarbons such as octane, dodecane and toluene; tetrahydrofuran, dioxane and the like Cyclic ether can coexist in the system.

また、第1のモノリスの製造において、重合によりモノリスを形成する際、必要に応じて用いられる重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。ただし、場合によっては、重合開始剤を添加しなくても加熱のみや光照射のみで重合が進行する系もあるため、そのような系では重合開始剤の添加は不要である。   In the production of the first monolith, when forming the monolith by polymerization, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is suitably used as the polymerization initiator used as necessary. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, azobisisobutyronitrile, azobisdimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanenitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, persulfate Examples include potassium, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, and tetramethylthiuram disulfide. However, in some cases, there is a system in which the polymerization proceeds only by heating or light irradiation without adding a polymerization initiator, and in such a system, the addition of the polymerization initiator is unnecessary.

第1のモノリスの製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサー、ホモジナイザー、高圧ホモジナイザーや、被処理物を混合容器に入れ、該混合容器を傾斜させた状態で公転軸の周りに公転させながら自転させることで、被処理物を攪拌混合する、所謂遊星式攪拌装置等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。これらの混合装置のうち、遊星式攪拌装置はW/Oエマルジョン中の水滴を均一に生成させることがで
き、その平均径を幅広い範囲で任意に設定できるため、好ましく用いられる。
In the production of the first monolith, the mixing method for mixing the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water and a polymerization initiator to form a water-in-oil emulsion is not particularly limited. Without mixing each component at once, oil-soluble monomer, surfactant and oil-soluble polymerization initiator oil-soluble component and water or water-soluble polymerization initiator water-soluble component separately After uniformly dissolving, a method of mixing each component can be used. There is no particular limitation on the mixing apparatus for forming the emulsion, and ordinary mixers, homogenizers, high-pressure homogenizers, and objects to be treated are placed in a mixing container, and the mixing container is tilted and revolved around the revolution axis. While rotating, a so-called planetary stirring device that stirs and mixes the object to be processed can be used, and an appropriate device may be selected to obtain the desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily. Among these mixing apparatuses, the planetary stirring apparatus is preferably used because it can uniformly generate water droplets in the W / O emulsion and can arbitrarily set the average diameter within a wide range.

第1のモノリスの製造において、このようにして得られた油中水滴型エマルジョンを重合させる重合条件は、モノマーの種類、開始剤系により様々な条件が選択できる。例えば
、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間、加熱重合させればよく、開始剤として過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、0〜30℃で1〜48時間重合させればよい。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノール等の溶剤でソックスレー抽出し、未反応モノマーと残留界面活性剤を除去して第1のモノリスを得る。
In the production of the first monolith, various polymerization conditions for polymerizing the water-in-oil emulsion thus obtained can be selected depending on the type of monomer and the initiator system. For example, when azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, potassium persulfate, or the like is used as a polymerization initiator, it can be heated and polymerized at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. When hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, etc. are used as initiators, polymerization can be carried out at 0-30 ° C. for 1-48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. That's fine. After completion of the polymerization, the content is taken out and subjected to Soxhlet extraction with a solvent such as isopropanol to remove the unreacted monomer and the remaining surfactant to obtain a first monolith.

第1のモノリスイオン交換体の製造方法としては、特に制限されず、上記第1のモノリスの製造方法において、イオン交換基を含まないモノマーに代えて、イオン交換基を含むモノマー、例えば、上記イオン交換基を含まない油溶性モノマーに、カルボン酸基、スルホン酸基等のイオン交換基が導入されているモノマーを用いて重合させ、一段階でモノリスイオン交換体にする方法、イオン交換基を含まないモノマーを用いて重合させ第1のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入する方法などが挙げられる。これらの方法のうち、イオン交換基を含まないモノマーを用いて重合させ第1のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入する方法は、モノリスイオン交換体の多孔構造の制御が容易であり、イオン交換基の定量的導入も可能であるため好ましい。   The method for producing the first monolith ion exchanger is not particularly limited. In the first monolith production method, instead of the monomer not containing an ion exchange group, a monomer containing an ion exchange group, for example, the above ion An oil-soluble monomer that does not contain an exchange group is polymerized using a monomer into which an ion exchange group such as a carboxylic acid group or a sulfonic acid group is introduced to form a monolith ion exchanger in one step, including an ion exchange group For example, a method in which a monomer is polymerized to form a first monolith and then an ion exchange group is introduced. Among these methods, the method of polymerizing using a monomer not containing an ion exchange group to form the first monolith and then introducing the ion exchange group makes it easy to control the porous structure of the monolith ion exchanger. It is preferable because quantitative introduction of ion exchange groups is possible.

第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法としては、特に制限はなく、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができる。例えば、四級アンモニウム基を導入する方法としては、モノリスがスチレン−ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導入した後、三級アミンと反応させ導入する方法;モノリスをクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合により製造し、三級アミンと反応させ導入する方法;モノリスにラジカル開始基や連鎖移動基を導入し、N,N,N−トリメチルアンモニウムエチルアクリレートやN,N,N−トリメチルアンモニウムプロピルアクリルアミドをグラフト重合する方法;同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換により四級アンモニウム基を導入する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、四級アンモニウム基を導入する方法としては、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体にクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導
入した後、三級アミンと反応させる方法やクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合によりモノリスを製造し、三級アミンと反応させる方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するアニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。また、例えば、スルホン酸基を導入する方法としては、モノリスがスチレン−ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロ硫酸や濃硫酸、発煙硫酸を用いてスルホン化する方法;モノリスに均一にラジカル開始基や連鎖移動基を骨格表面及び骨格内部に導入し、スチレンスルホン酸ナトリウムやアクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸をグラフト重合する方法;同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換によりスルホン酸基を導入する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、クロロ硫酸を用いてスチレン−ジビニルベンゼン共重合体にスルホン酸を導入する方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するカチオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as a method to introduce | transduce an ion exchange group into a 1st monolith, Well-known methods, such as a polymer reaction and graft polymerization, can be used. For example, as a method of introducing a quaternary ammonium group, if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer or the like, a chloromethyl group is introduced with chloromethyl methyl ether or the like and then reacted with a tertiary amine for introduction; Monolith is produced by copolymerization of chloromethylstyrene and divinylbenzene and introduced by reacting with a tertiary amine; radical initiation group or chain transfer group is introduced into monolith, and N, N, N-trimethylammonium ethyl acrylate or N , N, N-trimethylammonium propylacrylamide; a method of grafting glycidyl methacrylate in the same manner and then introducing a quaternary ammonium group by functional group conversion. Among these methods, the method of introducing a quaternary ammonium group includes a method of introducing a chloromethyl group into a styrene-divinylbenzene copolymer with chloromethyl methyl ether and then reacting with a tertiary amine, or chloromethylstyrene. A method of producing a monolith by copolymerization with divinylbenzene and reacting with a tertiary amine is preferable in that the ion exchange groups can be introduced uniformly and quantitatively. Examples of anion exchange groups to be introduced include quaternary ammonium groups such as trimethylammonium group, triethylammonium group, tributylammonium group, dimethylhydroxyethylammonium group, dimethylhydroxypropylammonium group, methyldihydroxyethylammonium group, and tertiary sulfonium. Group, phosphonium group and the like. Further, for example, as a method for introducing a sulfonic acid group, if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer or the like, a method of sulfonation using chlorosulfuric acid, concentrated sulfuric acid, or fuming sulfuric acid; And a method of grafting sodium styrene sulfonate or acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid by introducing a chain transfer group into the skeleton surface or inside the skeleton; Similarly, after graft polymerization of glycidyl methacrylate, the sulfonic acid group is converted by functional group conversion. The method etc. which introduce | transduce are mentioned. Among these methods, the method of introducing sulfonic acid into the styrene-divinylbenzene copolymer using chlorosulfuric acid is preferable in that the ion exchange groups can be introduced uniformly and quantitatively. Examples of the cation exchange group to be introduced include cation exchange groups such as a carboxylic acid group, an iminodiacetic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a phosphoric acid ester group.

<第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第2のモノリスイオン交換体は、粒子凝集型モノリスであり、平均粒子径が乾燥状態で1〜50μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が
乾燥状態で20〜100μmの三次元的に連続した空孔を有し、乾燥状態での全細孔容積が1〜10ml/gである有機多孔質体であり、イオン交換基を有しており、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。また、第2のモノリスは、イオン交換基が導入される前のモノリスであり、粒子凝集型モノリスであり、平均粒子径が乾燥状態で1〜50μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が乾燥状態で20〜100μmの三次元的に連続した空孔を有し、乾燥状態での全細孔容積が1〜10ml/gである有機多孔質体である有機多孔質体である。
<Description of Second Monolith and Second Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the second monolith ion exchanger serving as a carrier for the platinum group metal particles is a particle aggregation type monolith, and an organic polymer particle having an average particle diameter of 1 to 50 μm in the dry state is aggregated. Thus, a three-dimensionally continuous skeleton portion is formed, and there are three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm in the dry state between the skeletons, and the total pore volume in the dry state is 1 It is an organic porous body of 10 ml / g, has an ion exchange group, has an ion exchange capacity per weight in a dry state of 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange group is an organic porous material. It is a monolithic ion exchanger that is uniformly distributed in the ion exchanger. The second monolith is a monolith before the ion exchange group is introduced, and is a particle aggregation type monolith. The organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm in a dry state are aggregated to form a three-dimensional view. A continuous skeleton portion is formed, and the average diameter between the skeletons is three-dimensionally continuous pores of 20 to 100 μm in a dry state, and the total pore volume in the dry state is 1 to 10 ml / g. It is an organic porous body which is an organic porous body.

第2モノリスイオン交換体の基本構造は、架橋構造単位を有する平均粒子径が乾燥状態で1〜50μm、好ましくは1〜30μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が乾燥状態で20〜100μm、好ましくは20〜90μmの三次元的に連続した空孔を有する粒子凝集型構造であり、当該三次元的に連続した空孔が液体や気体の流路となる。図2には、第2のモノリスイオン交換体の形態例のSEM写真を示すが、図2に示す第2のモノリスイオン交換体は、有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に三次元的に連続した空孔を有する粒子凝集型構造である。有機ポリマー粒子の平均粒子径が乾燥状態で1μm未満であると、骨格間の連続した空孔の平均直径が乾燥状態で20μm未満と小さくなってしまうため好ましくなく、50μmを超えると、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。また、骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径が乾燥状態で20μm未満であると、反応液を透過させた際の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、一方、100μmを越えると、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。   The basic structure of the second monolith ion exchanger is that the organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm, preferably 1 to 30 μm in a dry state, having a crosslinked structural unit aggregate to form a three-dimensional continuous skeleton portion And a particle aggregation type structure having three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm, preferably 20 to 90 μm in a dry state between the skeletons, and the three-dimensionally continuous pores are liquid Or a gas flow path. FIG. 2 shows an SEM photograph of a form example of the second monolith ion exchanger. The second monolith ion exchanger shown in FIG. 2 is a skeleton part in which organic polymer particles are aggregated to be three-dimensionally continuous. Is a particle aggregation type structure having three-dimensionally continuous pores between the skeletons. If the average particle size of the organic polymer particles is less than 1 μm in the dry state, the average diameter of the continuous pores between the skeletons becomes less than 20 μm in the dry state, which is not preferable. Contact with the monolith ion exchanger becomes insufficient, and as a result, the catalytic activity is lowered, which is not preferable. Further, if the average diameter of the three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons is less than 20 μm in the dry state, it is not preferable because the pressure loss when the reaction solution is permeated increases. Exceeding this ratio is not preferable because the contact between the reaction solution and the monolith ion exchanger becomes insufficient and the catalytic activity is lowered.

なお、第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の骨格部分を構成する有機ポリマー粒子の乾燥状態での平均粒子径は、SEMを用いることで簡便に測定される。具体的には、乾燥状態の第2のモノリスイオン交換体の断面の任意に抽出した部分のSEM写真を撮り、そのSEM写真中の全粒子の有機ポリマー粒子の直径を測定して、それらの平均値を平均粒子径とする。   In addition, the average particle diameter in the dry state of the organic polymer particle which comprises the frame | skeleton part of a 2nd monolith and a 2nd monolith ion exchanger is simply measured by using SEM. Specifically, an SEM photograph of an arbitrarily extracted portion of the cross section of the second monolith ion exchanger in the dry state is taken, the diameters of the organic polymer particles of all the particles in the SEM photograph are measured, and the average of them is measured. The value is the average particle size.

また、乾燥状態の第2のモノリスの骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径又は乾燥状態の第2のモノリスイオン交換体の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径は、水銀圧入法により求められ、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。   In addition, the average diameter of three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the second monolith in the dry state or the three-dimensionally continuous voids existing between the skeletons of the second monolith ion exchanger in the dry state. The average diameter of the pores is obtained by the mercury intrusion method, and indicates the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method.

第2のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、1〜10ml/gである。全細孔容積が1ml/g未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が10ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまう点で、好ましくない。   The total pore volume per weight in the dry state of the second monolith ion exchanger is 1 to 10 ml / g. If the total pore volume is less than 1 ml / g, it is not preferable because the pressure loss at the time of liquid passing increases, and further, the permeation amount per unit cross-sectional area decreases, and the processing capacity decreases. Absent. On the other hand, if the total pore volume exceeds 10 ml / g, the mechanical strength is lowered, and this is not preferable in that the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when the liquid is passed at a high flow rate.

第2のモノリスイオン交換体において、骨格部分の材料は、架橋構造単位を有する有機ポリマー材料である。すなわち、該有機ポリマー材料は、ビニルモノマーからなる構成単位と、分子中に2個以上のビニル基を有する架橋剤構造単位とを有するものであり、該ポリマー材料は、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、1〜5モル%、好適には1〜4モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、5モル%を越えると、上記骨格
間に三次元的に連続して存在する空孔径が小さくなってしまい、圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。
In the second monolith ion exchanger, the material of the skeleton portion is an organic polymer material having a crosslinked structural unit. That is, the organic polymer material has a constitutional unit composed of a vinyl monomer and a cross-linking agent structural unit having two or more vinyl groups in the molecule, and the polymer material comprises all the constitutions constituting the polymer material. It is preferable that 1 to 5 mol%, preferably 1 to 4 mol% of a crosslinked structural unit is contained with respect to the unit. When the cross-linking structural unit is less than 1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 5 mol%, the pore diameter that exists three-dimensionally continuously between the skeletons is reduced. Therefore, the pressure loss increases, which is not preferable.

第2のモノリスイオン交換体の骨格を構成するポリマー材料の種類は、特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルベンジルクロライド
等のスチレン系ポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー;スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、粒子凝集構造の形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
The type of the polymer material constituting the skeleton of the second monolith ion exchanger is not particularly limited, and examples thereof include styrene polymers such as polystyrene, poly (α-methylstyrene), and polyvinylbenzyl chloride; polyolefins such as polyethylene and polypropylene Poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile polymers such as polyacrylonitrile; (meth) acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate; styrene -A divinylbenzene copolymer, a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer, etc. are mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single monomer and a crosslinking agent, or may be a polymer obtained by polymerizing a plurality of monomers and a crosslinking agent, and two or more kinds of polymers are blended. It may be a thing. Among these organic polymer materials, styrene-divinylbenzene copolymer is used because of its easy formation of particle aggregate structure, ease of ion exchange group introduction and high mechanical strength, and high stability against acid or alkali. Preferred materials include a polymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer.

第2のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。   The ion exchange group introduced into the second monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.

第2のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体と同様に、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。   In the second monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also inside the skeleton of the porous body, as in the first monolith ion exchanger. Yes.

第2のモノリスイオン交換体のイオン交換容量は、乾燥状態での重量当り1〜6mg当量/gである。第2のモノリスイオン交換体は、圧力損失を低く押さえたままで重量当りのイオン交換容量を格段に大きくすることができる。乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が、上記範囲にあることにより、触媒内部のpHなど触媒活性点の周りの環境を変えることができ、これにより触媒活性が高くなる。第2のモノリスイオン交換体がモノリスアニオン交換体の場合は、第2のモノリスアニオン交換体には、アニオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。また、第2のモノリスイオン交換体がモノリスカチオン交換体の場合は、第2のモノリスカチオン交換体には、カチオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのカチオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。   The ion exchange capacity of the second monolith ion exchanger is 1 to 6 mg equivalent / g per weight in the dry state. The second monolith ion exchanger can significantly increase the ion exchange capacity per weight while keeping the pressure loss low. When the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the above range, the environment around the catalyst active point such as the pH inside the catalyst can be changed, thereby increasing the catalyst activity. When the second monolith ion exchanger is a monolith anion exchanger, anion exchange groups are introduced into the second monolith anion exchanger, and the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg. Equivalent / g. When the second monolith ion exchanger is a monolith cation exchanger, a cation exchange group is introduced into the second monolith cation exchanger, and the cation exchange capacity per weight in a dry state is 1 ~ 6 mg equivalent / g.

<第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の製造方法>
第2のモノリスの製造方法としては、ビニルモノマー、特定量の架橋剤、有機溶媒および重合開始剤とを混合し、静置状態でこれを重合させることにより、第2のモノリスを得る方法が挙げられる。
<Method for Producing Second Monolith and Second Monolith Ion Exchanger>
As a method for producing the second monolith, a method of obtaining a second monolith by mixing a vinyl monomer, a specific amount of a crosslinking agent, an organic solvent and a polymerization initiator and polymerizing them in a stationary state can be mentioned. It is done.

第2のモノリスの製造に用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルト
ルエン、ビニルベンジルクロライド等のスチレン系モノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジ
エン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メ
タクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチ
ルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用される。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等のスチレン系モノマーである。
The vinyl monomer used for the production of the second monolith is not particularly limited as long as it is a lipophilic monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Specific examples of these vinyl monomers include styrene monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene and vinyl benzyl chloride; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; butadiene, isoprene and chloroprene. Diene monomers; Halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; Nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; Vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; Methyl acrylate and Acrylic Ethyl acetate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate And (meth) acrylic monomers such as benzyl methacrylate and glycidyl methacrylate. These monomers are used singly or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is a styrenic monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.

第2のモノリスの製造に用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好ましい。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用される。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤の使用量({架橋剤/(ビニルモノマー+架橋剤)}×100)は、1〜5モル%、好ましくは1〜4モル%である。架橋剤の使用量は得られるモノリスの多孔構造に大きな影響を与え、架橋剤の使用量が5モル%を超えると、骨格間に形成される連続空孔の大きさが小さくなってしまうため好ましくない。一方、架橋剤使用量が1モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足し、通液時に大きく変形したり、モノリスの破壊を招いたりするため好ましくない。   The cross-linking agent used for the production of the second monolith preferably contains at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and has high solubility in an organic solvent. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents are used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of crosslinking agent used ({crosslinking agent / (vinyl monomer + crosslinking agent)} × 100) relative to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent is 1 to 5 mol%, preferably 1 to 4 mol%. The use amount of the crosslinking agent has a great influence on the porous structure of the resulting monolith, and if the use amount of the crosslinking agent exceeds 5 mol%, the size of the continuous pores formed between the skeletons is preferably reduced. Absent. On the other hand, when the amount of the crosslinking agent used is less than 1 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, and the monolith is greatly deformed during liquid passage or the monolith is destroyed, which is not preferable.

第2のモノリスの製造に用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、エチレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等の鎖状エーテル類;ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類等が挙げられる。これらのうち、アルコール類が、静置重合により粒子凝集構造が形成されやすくなると共に、三次元的に連続した空孔が大きくなるため好ましい。また、ベンゼンやトルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用される。   The organic solvent used for the production of the second monolith is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the cross-linking agent but does not dissolve the polymer produced by polymerization of the vinyl monomer, in other words, for the polymer produced by polymerization of the vinyl monomer. It is a poor solvent. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, alcohols such as ethylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin; chain ethers such as diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether; hexane, octane, decane, dodecane, etc. And the like. Among these, alcohols are preferable because the particle aggregation structure is easily formed by stationary polymerization and the three-dimensional continuous pores are increased. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like benzene and toluene, it is used with the said poor solvent, and when the usage-amount is small, it is used as an organic solvent.

第2のモノリスの製造に用いられる重合開始剤としては、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好ましい。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-ア
ゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過
酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する重合開始剤の使用量({重合開始剤/(ビニルモノマー+架橋剤)}×100)は、約0.01〜5モル%である。
As the polymerization initiator used for the production of the second monolith, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferable. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile). Nitrile), 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid), 1,1 ' -Azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide and the like. The amount of polymerization initiator used varies greatly depending on the type of monomer, polymerization temperature, etc., but the amount of polymerization initiator used relative to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent ({polymerization initiator / (vinyl monomer + crosslinking agent)} × 100) is about 0.01 to 5 mol%.

第2のモノリスの製造においては、重合条件として、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件を選択することができる。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。重合終了後、内容物を取
り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して第2のモノリスを得る。
In the production of the second monolith, various conditions can be selected as polymerization conditions depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, etc. are used as initiators In a sealed container under an inert atmosphere, heat polymerization may be performed at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours. After completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as acetone to obtain a second monolith for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent.

第2のモノリスの製造において、有機溶媒に溶解したビニルモノマーの重合が早く進む条件で行えば、平均粒子径1μmに近い有機ポリマー粒子が沈降し凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成させることができる。ビニルモノマーの重合が早く進む条件とは、ビニルモノマー、架橋剤、重合開始剤及び重合温度などにより異なり一概には決定できないものの、架橋剤を増やす、モノマー濃度を高くする、温度を高くするなどである。このような重合条件を加味して、平均粒子径1〜50μmの有機ポリマー粒子を凝集させる重合条件を適宜決定すればよい。また、その骨格間に平均直径が20〜100μmの三次元的に連続した空孔を形成するには、前述の如く、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤の使用量を特定量とすればよい。また、モノリスの全細孔容積を1〜5ml/gとするには、ビニルモノマー、架橋剤、重合開始剤及び重合温度などにより異なり一概には決定できないものの、概ね有機溶媒、モノマー及び架橋剤の合計使用量に対する有機溶媒使用量({有機溶媒/(有機溶媒+モノマー+架橋剤)}×100)が、30〜80重量%、好適には40〜70重量%のような条件で重合すればよい。   In the production of the second monolith, if the polymerization of the vinyl monomer dissolved in the organic solvent proceeds fast, organic polymer particles with an average particle diameter of 1 μm settle and aggregate to form a three-dimensional continuous skeleton. Can be made. The conditions under which the polymerization of the vinyl monomer proceeds rapidly vary depending on the vinyl monomer, the crosslinking agent, the polymerization initiator, the polymerization temperature, etc., but cannot be determined unconditionally, but increase the crosslinking agent, increase the monomer concentration, increase the temperature, etc. is there. Taking such polymerization conditions into consideration, the polymerization conditions for aggregating organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm may be appropriately determined. In addition, in order to form three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm between the skeletons, as described above, the amount of crosslinking agent used should be a specific amount with respect to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent. That's fine. Moreover, in order to set the total pore volume of the monolith to 1 to 5 ml / g, depending on the vinyl monomer, the crosslinking agent, the polymerization initiator, the polymerization temperature, etc. If the amount of organic solvent used relative to the total amount used ({organic solvent / (organic solvent + monomer + crosslinking agent)} × 100) is polymerized under conditions such as 30 to 80% by weight, preferably 40 to 70% by weight Good.

第2のモノリスイオン交換体の製造方法としては、上記の第2のモノリスの製造方法において、イオン交換基を含むモノマー、例えば、イオン交換基を含まないビニルモノマーに、カルボン酸基、スルホン酸基等のイオン交換基が導入されているモノマーを用いて重合させ、一段階でモノリスイオン交換体にする方法、イオン交換基を含まないビニルモノマーを用いて重合させ第2のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入する方法などが挙げられる。   As a method for producing the second monolith ion exchanger, in the above-mentioned method for producing the second monolith, a monomer containing an ion exchange group, for example, a vinyl monomer not containing an ion exchange group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group Polymerization using a monomer having an ion exchange group introduced therein to form a monolith ion exchanger in one step, polymerization using a vinyl monomer containing no ion exchange group to form a second monolith, And a method of introducing an ion exchange group.

第2のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。   The method for introducing ion exchange groups into the second monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.

<第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第3のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であり、イオン交換基を有しており、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。また、第3のモノリスは、イオン交換基が導入される前のモノリスであり、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%である有機多孔質体である有機多孔質体である。
<Description of Third Monolith and Third Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the third monolith ion exchanger serving as a carrier for the platinum group metal particles has bubble-shaped macropores overlapped with each other, and the overlapping portion has an opening with an average diameter of 30 to 300 μm in a dry state. A continuous macropore structure having a total pore volume of 0.5 to 10 ml / g in a dry state, and a skeletal part appearing in a cross section in a SEM image of a cut surface of the continuous macropore structure (dry body) The area is 25 to 50% in the image area, has an ion exchange group, and the ion exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange group is an organic porous ion. It is a monolithic ion exchanger that is uniformly distributed in the exchanger. The third monolith is a monolith before the ion exchange group is introduced, and is a continuous macropore structure in which bubble-like macropores overlap each other, and this overlapping portion becomes an opening having an average diameter of 30 to 300 μm in a dry state. Yes, the total pore volume in the dry state is 0.5 to 10 ml / g, and in the SEM image of the cut surface of the continuous macropore structure (dry body), the skeleton area shown in the cross section is in the image region. It is an organic porous body which is an organic porous body which is 25 to 50%.

第3のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径30〜300μm、好ましくは30〜200μm、特に好ましくは40〜100μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体である。図3には、第3のモノリスイオン交換体の形態例のSEM写真を示すが、図3に示す第3のモノリスイオン交換体は、多数の気泡状のマクロポアを有しており、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が共通の開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体となっており、その大部分がオープンポア構造である。乾燥状態での開口の平均直径が30μm未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、乾燥状態での
開口の平均直径が大き過ぎると、反応液とモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。
In the third monolith ion exchanger, bubble-like macropores overlap each other, and the overlapping portion is a continuous state having an average diameter of 30 to 300 μm, preferably 30 to 200 μm, particularly preferably 40 to 100 μm in a dry state. Macropore structure. FIG. 3 shows an SEM photograph of an example of the third monolith ion exchanger. The third monolith ion exchanger shown in FIG. 3 has a large number of bubble-like macropores. The macropores overlap each other, and the overlapping portion is a continuous macropore structure in which a common opening (mesopore) is formed, and most of them have an open pore structure. If the average diameter of the openings in the dry state is less than 30 μm, the pressure loss at the time of passing the liquid increases, which is not preferable. If the average diameter of the openings in the dry state is too large, the reaction liquid and the monolith ion exchanger Further, the contact with the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the catalytic activity is lowered, which is not preferable.

なお、乾燥状態の第3のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第3のモノリスイオン交換体の開口の平均直径及び、以下に述べる第3のモノリスの製造のI工程で得られる、乾燥状態の第3のモノリス中間体(3)の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。   Incidentally, the average diameter of the opening of the third monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the third monolith ion exchanger in the dry state, and the dry state obtained in step I of the production of the third monolith described below The average diameter of the opening of the third monolith intermediate (3) is measured by the mercury intrusion method and indicates the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method.

第3のモノリスイオン交換体では、連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、25〜50%、好ましくは25〜45%である。断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、25%未満であると、細い骨格となり、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下し、触媒効果が低下するため好ましくなく、50%を超えると、骨格が太くなり過ぎ、通液時の圧力損失が増大するため好ましくない。   In the third monolith ion exchanger, in the SEM image of the cut surface of the continuous macropore structure (dried body), the skeleton part area appearing in the cross section is 25 to 50%, preferably 25 to 45% in the image region. . When the area of the skeleton part shown in the cross section is less than 25% in the image region, the skeleton becomes a thin skeleton, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when liquid is passed at a high flow rate. Therefore, it is not preferable. Furthermore, the contact efficiency between the reaction liquid and the monolith ion exchanger and the platinum group metal particles supported on the reaction liquid is lowered, and the catalytic effect is lowered, which is not preferable. If it exceeds 50%, the skeleton becomes too thick and the liquid is passed through. This is not preferable because the pressure loss increases.

SEM画像を得るための条件は、切断面の断面に表れる骨格部が鮮明に表れる条件であればよく、例えば倍率100〜600、写真領域が約150mm×100mmである。SEM観察は、主観を排除した第3のモノリスイオン交換体の任意の切断面の任意の箇所で撮影された切断箇所や撮影箇所が異なる3枚以上、好ましくは5枚以上の画像で行うのがよい。切断される第3のモノリスイオン交換体は、電子顕微鏡に供するため、乾燥状態のものである。SEM画像における切断面の骨格部を図3及び図4を参照して説明する。また、図4は、図3のSEM写真の断面として表れる骨格部を転写したものである。図3及び図4中、概ね不定形状で且つ断面で表れるものは本発明の「断面に表れる骨格部(符号12)」であり、図3に表れる円形の孔は開口(メソポア)であり、また、比較的大きな曲率や曲面のものはマクロポア(図4中の符号13)である。図4の断面に表れる骨格部面積は、矩形状画像領域11中、28%である。このように、骨格部は明確に判断できる。   The conditions for obtaining the SEM image may be any conditions as long as the skeleton part that appears in the cross section of the cut surface appears clearly. For example, the magnification is 100 to 600, and the photographic area is about 150 mm × 100 mm. The SEM observation is performed on three or more images, preferably five or more images, taken at arbitrary locations on an arbitrary cut surface of the third monolith ion exchanger excluding subjectivity and at different locations. Good. The third monolith ion exchanger to be cut is in a dry state for use in an electron microscope. The skeleton part of the cut surface in the SEM image will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a transcribed skeleton that appears as a cross section of the SEM photograph of FIG. In FIGS. 3 and 4, what is generally indeterminate and shown in cross section is the “skeleton part (reference numeral 12)” in the present invention, the circular hole shown in FIG. 3 is an opening (mesopore), and A relatively large curvature or curved surface is a macropore (reference numeral 13 in FIG. 4). The skeleton part area appearing in the cross section of FIG. 4 is 28% in the rectangular image region 11. Thus, the skeleton can be clearly determined.

SEM画像において、切断面の断面に表れる骨格部の面積の測定方法としては、特に制限されず、当該骨格部を公知のコンピューター処理などを行い特定した後、コンピューターなどによる自動計算又は手動計算による算出方法が挙げられる。手動計算としては、不定形状物を、四角形、三角形、円形又は台形などの集合物に置き換え、それらを積層して面積を求める方法が挙げられる。   In the SEM image, the method for measuring the area of the skeletal part appearing in the cross section of the cut surface is not particularly limited, and after specifying the skeleton part by performing known computer processing, etc., calculation by automatic calculation or manual calculation by a computer or the like A method is mentioned. The manual calculation includes a method in which an indefinite shape is replaced with an aggregate such as a quadrangle, a triangle, a circle, or a trapezoid, and the areas are obtained by stacking them.

また、第3のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、0.5〜10ml/g、好ましくは0.8〜8ml/gである。全細孔容積が0.5ml/g未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が10ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下するため、触媒効果も低下してしまうため好ましくない。   Further, the total pore volume per weight in the dry state of the third monolith ion exchanger is 0.5 to 10 ml / g, preferably 0.8 to 8 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the pressure loss at the time of liquid passing is increased, which is not preferable. Further, the amount of permeated fluid per unit cross-sectional area is reduced, and the processing capacity is reduced. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the total pore volume exceeds 10 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when the liquid is passed at a high flow rate. Furthermore, since the contact efficiency between the reaction solution, the monolith ion exchanger, and the platinum group metal particles supported thereon decreases, the catalytic effect also decreases, which is not preferable.

第3のモノリスイオン交換体において、骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的
強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。
In the third monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, it may be difficult to introduce an ion exchange group.

第3のモノリスイオン交換体の骨格を構成するポリマー材料の種類は、特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニ
ルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、イオン交換基を導入する場合は、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
The type of the polymer material constituting the skeleton of the third monolith ion exchanger is not particularly limited. For example, the aromatic material such as polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene, etc. Acrylic vinyl polymers; Polyolefins such as polyethylene and polypropylene; Poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; Nitrile polymers such as polyacrylonitrile; Polymethyl methacrylate, Polyglycidyl methacrylate, Polyethyl acrylate And a crosslinked polymer such as a (meth) acrylic polymer. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, it is easy to form a continuous macropore structure. Therefore, a crosslinked polymer of an aromatic vinyl polymer is preferable, and a styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.

第3のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。   The ion exchange group introduced into the third monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.

第3のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。   In the third monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also within the skeleton of the porous body.

第3のモノリスイオン交換体は、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gである。第3のモノリスイオン交換体は、開口径を更に大きくすると共に、連続マクロポア構造体の骨格を太くする(骨格の壁部を厚くする)ことができるため、圧力損失を低く押さえたままで体積当りのイオン交換容量を飛躍的に大きくすることができる。乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が、上記範囲にあることにより、触媒内部のpHなど触媒活性点の周りの環境を変えることができ、これにより触媒活性が高くなる。第3のモノリスイオン交換体がモノリスアニオン交換体の場合は、第3のモノリスアニオン交換体には、アニオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。また、第3のモノリスイオン交換体がモノリスカチオン交換体の場合は、第3のモノリスカチオン交換体には、カチオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのカチオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。   The third monolith ion exchanger has an ion exchange capacity per weight in the dry state of 1 to 6 mg equivalent / g. The third monolith ion exchanger can further increase the opening diameter and thicken the skeleton of the continuous macropore structure (thicken the skeleton wall), so that the pressure loss per volume can be kept low. The ion exchange capacity can be dramatically increased. When the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the above range, the environment around the catalyst active point such as the pH inside the catalyst can be changed, thereby increasing the catalyst activity. When the third monolith ion exchanger is a monolith anion exchanger, an anion exchange group is introduced into the third monolith anion exchanger, and the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg. Equivalent / g. When the third monolith ion exchanger is a monolith cation exchanger, a cation exchange group is introduced into the third monolith cation exchanger, and the cation exchange capacity per weight in a dry state is 1 ~ 6 mg equivalent / g.

<第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体の製造方法>
第3のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が5〜16ml/gの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(3)とも記載する。)を得るI工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(3)の存在下に重合を行い、モノリス中間体(3)の骨格より太い骨格を有する第3のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<Method for Producing Third Monolith and Third Monolith Ion Exchanger>
The third monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion exchange groups, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form a total pore. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate (hereinafter also referred to as monolith intermediate (3)) having a continuous macropore structure having a volume of 5 to 16 ml / g, vinyl monomer, at least two or more in one molecule Obtained in Steps II and II of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the vinyl monomer and the crosslinking agent, but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. The mixture was allowed to stand and polymerized in the presence of the monolith intermediate (3) obtained in the step I, and the mixture had a skeleton thicker than the skeleton of the monolith intermediate (3). III to obtain a monolithic, obtained by performing.

第3のモノリスの製造方法において、I工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行えばよい。   In the third method for producing a monolith, the step I may be performed according to the method described in JP-A-2002-306976.

第3のモノリスの製造方法に係るI工程のモノリス中間体(3)の製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%とすることが、イオン交換基を導入する場合に、イオン交換基量を定量的に導入できるため好ましい。   In the production of the monolith intermediate (3) in the step I according to the third monolith production method, examples of the oil-soluble monomer containing no ion exchange group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a quaternary ammonium group. Examples thereof include an oleophilic monomer that does not contain an ion exchange group and has low solubility in water. Preferable examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and the content thereof is 0.3 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer, preferably 0.3 to 5 mol% is preferable because the amount of ion-exchange groups can be quantitatively introduced when ion-exchange groups are introduced.

第3のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含
まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。
The surfactant used in step I according to the third monolith production method can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. If it is a thing, there will be no restriction in particular, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan Nonionic surfactants such as monooleate; anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; lauryl dimethi Amphoteric surfactants such as rubetaine can be used. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. The water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added may vary depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but it cannot be generally stated, but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%.

また、第3のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。   Further, in the step I according to the third method for producing a monolith, a polymerization initiator may be used as necessary when forming the water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, azobisisobutyronitrile, azobisdimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanenitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, persulfate Examples include potassium, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, and tetramethylthiuram disulfide.

第3のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノ
マー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。
As the mixing method when forming the water-in-oil emulsion by mixing an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator in the step I according to the third monolith production method. There is no particular limitation, a method of mixing each component at once, an oil-soluble monomer, a surfactant, an oil-soluble component that is an oil-soluble polymerization initiator, and water or a water-soluble polymerization initiator that is water-soluble For example, a method of mixing each component separately after uniformly dissolving the components can be used. There is no particular limitation on the mixing apparatus for forming the emulsion, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, or the like can be used, and an appropriate apparatus may be selected to obtain the desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily.

第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(3)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(3)の構造を型と
して骨太の骨格を有する多孔構造が形成される。また、モノリス中間体(3)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。特に、全細孔容積が10〜16ml/gと大きい場合には、連続マクロポア構造を維持するため、架橋構造単位を2モル%以上含有していることが好ましい。一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。
The monolith intermediate (3) obtained in the step I according to the third monolith production method has a continuous macropore structure. When this coexists in the polymerization system, a porous structure having a thick skeleton with the structure of the monolith intermediate (3) as a mold is formed. The monolith intermediate (3) is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is as large as 10 to 16 ml / g, in order to maintain a continuous macropore structure, it is preferable to contain 2 mol% or more of cross-linked structural units. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, it may be difficult to introduce ion exchange groups, which is not preferable.

第3のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(3)のポリマー材料の種類としては、特に制限はなく、前述の第1のモノリスのポリマー材料と同じものが挙げられる。これにより、モノリス中間体(3)の骨格に同様のポリマーを形成して、骨格を太らせ均一な骨格構造の第3のモノリスを得ることができる。   In the step I relating to the third method for producing a monolith, the type of the polymer material of the monolith intermediate (3) is not particularly limited, and examples thereof include the same as the polymer material of the first monolith described above. Thereby, the same polymer can be formed in the skeleton of the monolith intermediate (3), and the skeleton can be thickened to obtain a third monolith having a uniform skeleton structure.

第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(3)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、5〜16ml/g、好適には6〜16ml/gである。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、流体透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が連続マクロポア構造から逸脱するため好ましくない。モノリス中間体(3)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね1:5〜1:20とすればよい。   The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (3) obtained in Step I according to the third monolith production method is 5 to 16 ml / g, preferably 6 to 16 ml / g. . If the total pore volume is too small, the total pore volume of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too small, and the pressure loss during fluid permeation increases, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume is too large, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer deviates from the continuous macropore structure, which is not preferable. In order to make the total pore volume of the monolith intermediate (3) within the above numerical range, the ratio of monomer to water may be set to approximately 1: 5 to 1:20.

また、第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(3)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で20〜200μmである。乾燥状態での開口の平均直径が20μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、200μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、反応液とモノリスアニオン交換体との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(3)は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。   In addition, in the monolith intermediate (3) obtained in step I according to the third method for producing a monolith, the average diameter of openings (mesopores), which is an overlapping portion of macropores and macropores, is 20 to 200 μm in a dry state. If the average diameter of the opening in the dry state is less than 20 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes small, and the pressure loss during liquid passage becomes large, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 200 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, resulting in insufficient contact between the reaction solution and the monolith anion exchanger, resulting in a decrease in catalytic activity. Therefore, it is not preferable. The monolith intermediate (3) preferably has a uniform structure with uniform macropore size and opening diameter, but is not limited to this, and the nonuniform macropore larger than the uniform macropore size in the uniform structure. May be scattered.

第3のモノリスの製造方法に係るII工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。   The II step relating to the third monolith production method includes a vinyl monomer, a cross-linking agent having at least two vinyl groups in one molecule, and a polymer formed by polymerization of the vinyl monomer while dissolving the vinyl monomer and the cross-linking agent. Is a step of preparing a mixture comprising an insoluble organic solvent and a polymerization initiator. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.

第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体(3)と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、
ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘ
キシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。
The vinyl monomer used in step II according to the third monolith production method is not particularly limited as long as it is a lipophilic vinyl monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Although not, it is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolith intermediate (3) that coexists in the polymerization system. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene,
Aromatic vinyl monomers such as vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; Diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene; Vinyl chloride, vinyl bromide and chloride Halogenated olefins such as vinylidene and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate , Methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, glyceryl methacrylate Gilles et al. (Meth) acrylic monomer. These monomers can be used singly or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.

第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(3)に対して、重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍である。ビニルモノマー添加量がモノリス中間体に対して3倍未満であると、生成したモノリスの骨格(モノリス骨格の壁部の厚み)を太くできず、また、イオン交換基を導入する場合、導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、開口径が小さくなり、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。   The addition amount of the vinyl monomer used in Step II according to the third monolith production method is 3 to 50 times, preferably 4 to 40 times, by weight with respect to the monolith intermediate (3) that coexists during polymerization. . If the amount of vinyl monomer added is less than 3 times that of the monolith intermediate, the resulting monolith skeleton (thickness of the wall of the monolith skeleton) cannot be increased, and when an ion exchange group is introduced, Since the ion exchange capacity per volume becomes small, it is not preferable. On the other hand, when the addition amount of vinyl monomer exceeds 50 times, the opening diameter becomes small, and the pressure loss during liquid passage becomes large, which is not preferable.

第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して0.3〜10モル%、特に0.3〜5モル%であることが好ましい。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入量が減少してしまう場合があるため好ましくない。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体(3)の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。   As the crosslinking agent used in Step II according to the third monolith production method, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is preferably from 0.3 to 10 mol%, particularly preferably from 0.3 to 5 mol%, based on the total amount of the vinyl monomer and the crosslinking agent. When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, the amount of ion-exchange groups introduced may decrease, which is not preferable. In addition, it is preferable to use the said crosslinking agent usage-amount so that it may become substantially equal to the crosslinking density of the monolith intermediate (3) coexisted at the time of vinyl monomer / crosslinking agent polymerization. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution is biased in the produced monolith, and cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.

第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、セロソルブ、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が30〜80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が30重量%未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が第3のモノリスの範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合
が暴走する恐れがあるため好ましくない。
The organic solvent used in Step II of the third monolith production method is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer, in other words, the vinyl monomer is polymerized. It is a poor solvent for the polymer produced. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Alcohols such as hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin; diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, cellosolve, methyl cellosolve, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene Chain (poly) ethers such as glycol and polytetramethylene glycol; hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dode Chain saturated hydrocarbons such as down, ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, esters such as ethyl propionate. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the vinyl monomer is 30 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the vinyl monomer concentration is less than 30% by weight, the polymerization rate is lowered, and the monolith structure after polymerization deviates from the range of the third monolith. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.

第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤としては、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル
)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−
メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)
、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約0.01〜5%の範囲で使用することができる。
As the polymerization initiator used in Step II according to the third method for producing a monolith, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-
Methylbutyronitrile), 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid)
1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide and the like. The amount of the polymerization initiator used varies greatly depending on the type of monomer, polymerization temperature, etc., but can be used in a range of about 0.01 to 5% with respect to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent.

第3のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(3)の存在下に重合を行い、該モノリス中間体(3)の骨格より太い骨格を有する第3のモノリスを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体(3)は、第3のモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っており、上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体(3)を存在させると、第3のモノリスが得られる。   In step III according to the third method for producing a monolith, the mixture obtained in step II is allowed to stand, and polymerization is performed in the presence of the monolith intermediate (3) obtained in step I. This is a step of obtaining a third monolith having a skeleton thicker than the skeleton of the body (3). The monolith intermediate (3) used in Step III plays an extremely important role in creating the third monolith, and when the monolith intermediate (3) having a continuous macropore structure is present in the polymerization system, A third monolith is obtained.

第3のモノリスの製造方法において、反応容器の内容積は、モノリス中間体(3)を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体(3)を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体(3)が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の骨太のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体(3)に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。
第3のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(3)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(3)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(3)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、骨太の骨格を有する第3のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(3)の骨格内で重合が進行する。
In the third method for producing a monolith, the internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as the monolith intermediate (3) is large enough to be present in the reaction vessel, and the monolith intermediate (3 ) May be any of those in which a gap is formed around the monolith in plan view and those in which the monolith intermediate (3) enters the reaction vessel without any gap. Of these, the thick monolith after polymerization is not pressed from the inner wall of the container and enters the reaction container without any gap, and the monolith is not distorted, and the reaction raw materials are not wasted and efficient. Even when the internal volume of the reaction vessel is large and there are gaps around the monolith after polymerization, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed and distributed on the monolith intermediate (3). A particle aggregate structure is not generated in the gap portion inside.
In step III according to the third method for producing a monolith, the monolith intermediate (3) is placed in a state impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (3) is 3 to 50 times by weight, preferably 4 to 4 times by weight with respect to the monolith intermediate (3). It is preferable to blend so as to be 40 times. Thereby, it is possible to obtain a third monolith having a thick skeleton while having an appropriate opening diameter. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the crosslinking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate that has been allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate (3).

第3のモノリスの製造方法に係るIII工程において、重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択される。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス
(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体(3)の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が骨格内で重合し、骨格を太らせる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して第3のモノリスを得る。
In the step III according to the third monolith production method, various conditions are selected as the polymerization conditions depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, etc. are used as initiators In a sealed container under an inert atmosphere, heat polymerization may be performed at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours. By the heat polymerization, the vinyl monomer adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (3) and the crosslinking agent are polymerized in the skeleton to thicken the skeleton. After completion of the polymerization, the content is taken out and extracted with a solvent such as acetone to obtain a third monolith for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent.

第3のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた骨太の有機多孔質体である第3のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程、を行うことにより得られる。   The third monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step of introducing an ion exchange group into the third monolith, which is a thick organic porous material obtained in the step III.

第3のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。   The method for introducing an ion exchange group into the third monolith is the same as the method for introducing an ion exchange group into the first monolith.

第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体は、開口径が格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。   The third monolith and the third monolith ion exchanger have high mechanical strength because they have a thick bone skeleton despite the remarkably large opening diameter.

<第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第4のモノリスイオン交換体は、全構成単位中、架橋構造単位を0.1〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが乾燥状態で1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10〜200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、イオン交換基を有しており、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。また、第4のモノリスは、イオン交換基が導入される前のモノリスであり、全構成単位中、架橋構造単位を0.1〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが乾燥状態で1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10〜200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜10ml/gである有機多孔質体である。
<Description of Fourth Monolith and Fourth Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the fourth monolith ion exchanger serving as a carrier for the platinum group metal particles is an aromatic vinyl containing 0.1 to 5.0 mol% of a crosslinked structural unit in all the structural units. Co-continuous consisting of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm in a dry state and a three-dimensionally continuous pore having an average diameter of 10 to 200 μm in the dry state between the skeletons A structure having a total pore volume in a dry state of 0.5 to 10 ml / g, an ion exchange group, and an ion exchange capacity per weight in a dry state of 1 to 6 mg equivalent / g, a monolithic ion exchanger in which the ion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion exchanger. The fourth monolith is a monolith before the ion exchange group is introduced, and the average thickness of the aromatic monolithic polymer containing 0.1 to 5.0 mol% of the crosslinked structural unit among all the structural units. Is a co-continuous structure comprising a three-dimensionally continuous skeleton of 1 to 60 μm in a dry state and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm between the skeletons, An organic porous body having a total pore volume of 0.5 to 10 ml / g in a dry state.

第4のモノリスイオン交換体は、平均太さが乾燥状態で1〜60μm、好ましくは3〜58μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10〜200μm、好ましくは15〜180μm、特に好ましくは20〜150μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体である。図5には、第4のモノリスイオン交換体の形態例のSEM写真を示し、図6には、第4のモノリスイオン交換体の共連続構造の模式図を示す。共連続構造は図6の模式図に示すように、連続する骨格相1と連続する空孔相2とが絡み合ってそれぞれが共に3次元的に連続する構造10である。この連続した空孔2は、従来の連続気泡型モノリスや粒子凝集型モノリスに比べて空孔の連続性が高くてその大きさに偏りがない。また、骨格が太いため機械的強度が高い。   The fourth monolith ion exchanger has a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm, preferably 3 to 58 μm in a dry state, and an average diameter between the skeletons of 10 to 200 μm in a dry state, preferably Is a co-continuous structure composed of three-dimensionally continuous pores of 15 to 180 μm, particularly preferably 20 to 150 μm. In FIG. 5, the SEM photograph of the example of a form of the 4th monolith ion exchanger is shown, and the schematic diagram of the co-continuous structure of a 4th monolith ion exchanger is shown in FIG. As shown in the schematic diagram of FIG. 6, the co-continuous structure is a structure 10 in which a continuous skeleton phase 1 and a continuous vacancy phase 2 are intertwined and each of them is three-dimensionally continuous. The continuous pores 2 have higher continuity of the pores than the conventional open-cell type monolith and the particle aggregation type monolith, and the size thereof is not biased. Moreover, since the skeleton is thick, the mechanical strength is high.

三次元的に連続した空孔の平均直径が乾燥状態で10μm未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、200μmを超えると、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が不十分となるため好ましくない。また、骨格の平均太さが乾燥状態で1μm未満であると、高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下し、触媒効果が低下するため好ましくない。一方、骨格の太さが60μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、通液時の圧力損失が増大するため好ましくない。   If the average diameter of the three-dimensionally continuous pores is less than 10 μm in the dry state, the pressure loss at the time of liquid passage increases, which is not preferable. If the average diameter exceeds 200 μm, the reaction liquid and the monolith ion exchanger are not suitable. The contact is insufficient, and as a result, the catalytic activity becomes insufficient, which is not preferable. Moreover, when the average thickness of the skeleton is less than 1 μm in a dry state, the monolith ion exchanger is greatly deformed when the liquid is passed at a high flow rate, which is not preferable. Furthermore, the contact efficiency between the reaction solution and the monolith ion exchanger is lowered, and the catalytic effect is lowered. On the other hand, if the thickness of the skeleton exceeds 60 μm, the skeleton becomes too thick, and the pressure loss during liquid passage increases, which is not preferable.

乾燥状態の第4のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第4のモノリスイオン交換体の開口の平均直径及び以下に述べる第4のモノリスの製造のI工程で得られる、乾燥状態
の第4のモノリス中間体(4)の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。また、第4のモノリスイオン交換体の骨格の乾燥状態での平均太さは、乾燥状態の第4のモノリスイオン交換体のSEM観察により求められる。具体的には、乾燥状態の第4のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、それらの平均値を平均太さとする。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。
The average diameter of the opening of the fourth monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the fourth monolith ion exchanger in the dry state, and the fourth of the dry state obtained in Step I of the production of the fourth monolith described below. The average diameter of the openings of the monolith intermediate (4) is measured by the mercury intrusion method, and indicates the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method. The average thickness of the skeleton of the fourth monolith ion exchanger in the dry state can be obtained by SEM observation of the fourth monolith ion exchanger in the dry state. Specifically, SEM observation of the fourth monolith ion exchanger in the dry state is performed at least three times, the thickness of the skeleton in the obtained image is measured, and the average value thereof is taken as the average thickness. The skeleton has a rod-like shape and a circular cross-sectional shape, but may have a cross-section with a different diameter such as an elliptical cross-sectional shape. The thickness in this case is the average of the minor axis and the major axis.

また、第4のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、0.5〜
10ml/gである。全細孔容積が0.5ml/g未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過量が小さくなり、処理量が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が10ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下するため、触媒効率も低下してしまうため好ましくない。三次元的に連続した空孔の大きさ及び全細孔容積が上記範囲にあれば、反応液との接触が極めて均一で接触面積も大きく、かつ低圧力損失下での通液が可能となる。
The total pore volume per weight in the dry state of the fourth monolith ion exchanger is 0.5 to
10 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the pressure loss at the time of liquid passing is increased, which is not preferable. Further, the permeation amount per unit cross-sectional area is decreased, and the processing amount is decreased. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the total pore volume exceeds 10 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when the liquid is passed at a high flow rate. Furthermore, since the contact efficiency between the reaction solution and the monolith ion exchanger decreases, the catalyst efficiency also decreases, which is not preferable. If the three-dimensionally continuous pore size and total pore volume are within the above ranges, the contact with the reaction solution is extremely uniform, the contact area is large, and the solution can be passed under a low pressure loss. .

第4のモノリスイオン交換体において、骨格を構成する材料は、全構成単位中、0.1〜5モル%、好ましくは0.5〜3.0モル%の架橋構造単位を含んでいる芳香族ビニルポリマーであり疎水性である。架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、5モル%を越えると、多孔質体の構造が共連続構造から逸脱しやすくなる。芳香族ビニルポリマーの種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライ
ド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、共連続構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい。
In the fourth monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton is an aromatic containing 0.1 to 5 mol%, preferably 0.5 to 3.0 mol% of a crosslinked structural unit in all the structural units. It is a vinyl polymer and is hydrophobic. If the cross-linking structural unit is less than 0.1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. There is no restriction | limiting in particular in the kind of aromatic vinyl polymer, For example, a polystyrene, poly ((alpha) -methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene etc. are mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, a styrene-divinylbenzene copolymer is used because of its ease of forming a co-continuous structure, ease of introduction of ion-exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids or alkalis. And vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer is preferred.

第4のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。   The ion exchange group introduced into the fourth monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.

第4のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。   In the fourth monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also within the skeleton of the porous body.

第4のモノリスイオン交換体は、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gのイオン交換容量を有する。第4のモノリスイオン交換体は、三次元的に連続した空孔の連続性や均一性が高いため、全細孔容積を低下させても圧力損失はさほど増加しない。そのため、圧力損失を低く押さえたままで体積当りのイオン交換容量を飛躍的に大きくすることができる。重量当りのイオン交換容量が上記範囲にあることにより、触媒内部のpHなど触媒活性点の周りの環境を変えることができ、これにより触媒活性が高くなる。第4のモノリスイオン交換体がモノリスアニオン交換体の場合は、第4のモノリスアニオン交換体には、アニオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。また、第4のモノリスイオン交換体がモノリスカチオン交換体の場合は、第4のモノリスカチオン交換体には、カチオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのカチオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。   The fourth monolith ion exchanger has an ion exchange capacity of 1 to 6 mg equivalent / g by weight in the dry state. Since the fourth monolith ion exchanger has high continuity and uniformity of three-dimensionally continuous pores, the pressure loss does not increase so much even if the total pore volume is reduced. Therefore, it is possible to dramatically increase the ion exchange capacity per volume while keeping the pressure loss low. When the ion exchange capacity per weight is in the above range, the environment around the catalyst active point such as the pH inside the catalyst can be changed, and thereby the catalyst activity is increased. When the fourth monolith ion exchanger is a monolith anion exchanger, an anion exchange group is introduced into the fourth monolith anion exchanger, and the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg. Equivalent / g. When the fourth monolith ion exchanger is a monolith cation exchanger, a cation exchange group is introduced into the fourth monolith cation exchanger, and the cation exchange capacity per weight in a dry state is 1 ~ 6 mg equivalent / g.

<第4のモノリス及び第4のモノリスイニオン交換体の製造方法>
第4のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が16ml/gを超え、30ml/g以下の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(4)とも記載する。)を得るI工程、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つI工
程で得られたモノリス中間体(4)の存在下に重合を行い、共連続構造体である有機多孔質体である第4のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<Method for Manufacturing Fourth Monolith and Fourth Monolith Inion Exchanger>
The fourth monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion exchange groups, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form a total pore. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate (hereinafter also referred to as monolith intermediate (4)) having a continuous macropore structure having a volume of more than 16 ml / g and 30 ml / g or less, an aromatic vinyl monomer, one In all oil-soluble monomers having at least two vinyl groups in the molecule, 0.3 to 5 mol% of the crosslinking agent, aromatic vinyl monomer and crosslinking agent are dissolved, but the aromatic vinyl monomer is polymerized to form. Preparation of a mixture consisting of an organic solvent in which the polymer does not dissolve and a polymerization initiator, Step II, Monolith intermediate obtained in Step I while the mixture obtained in Step II is allowed to stand ( Present operating polymerization under the), III to obtain a fourth monolith organic porous material is a co-continuous structure, obtained by performing.

第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(4)を得るI工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行えばよい。   In the step I relating to the fourth method for producing a monolith, the step I for obtaining the monolith intermediate (4) may be performed according to the method described in JP-A-2002-306976.

すなわち、第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、三級アミノ基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニル
トルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、
メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、
メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーの中で、好適なものとしては、芳香族ビニルモノマーであり、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%、好ましくは0.3〜3モル%とすることが、共連続構造の形成に有利となるため好ましい。
That is, in the step I according to the fourth method for producing a monolith, as the oil-soluble monomer containing no ion exchange group, for example, ion exchange such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a tertiary amino group, a quaternary ammonium group, etc. Examples thereof include a lipophilic monomer which does not contain a group and has low solubility in water. Specific examples of these monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; butadiene Diene monomers such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate Methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate,
Butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate,
Examples include (meth) acrylic monomers such as benzyl methacrylate and glycidyl methacrylate. Among these monomers, preferred are aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and its content is 0.3 to 5 mol%, preferably 0.3 to the total oil-soluble monomer. 3 mol% is preferable because it is advantageous for forming a co-continuous structure.

第4のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、第3のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤と同様であり、その説明を省略する。   The surfactant used in step I according to the fourth monolith production method is the same as the surfactant used in step I according to the third monolith production method, and the description thereof is omitted.

また、第4のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイ
ソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロ
ヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム
、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
Further, in the step I according to the fourth method for producing a monolith, a polymerization initiator may be used as necessary when forming the water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, 4,4′-azobis ( 4-cyanovaleric acid), 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide, hydrogen peroxide-ferrous chloride Sodium persulfate-sodium acid sodium sulfite and the like.

第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、第3のモノリスの製造方法に係るI工程における混合方法と同様であり、その説明を省略する。   As the mixing method for forming a water-in-oil emulsion by mixing an oil-soluble monomer that does not contain an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator in Step I according to the fourth method for producing a monolith. Is the same as the mixing method in the step I according to the third method for producing a monolith, and the description thereof is omitted.

第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(4)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料、好適には芳香族ビニルポリマーである。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1〜5モル%、好ましくは0.3〜3モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋
構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、5モル%を超えると、モノリスの構造が共連続構造を逸脱し易くなるため好ましくない。特に、全細孔容積が16〜20ml/gの場合には、共連続構造を形成させるため、架橋
構造単位は3モル%未満とすることが好ましい。
The monolith intermediate (4) obtained in step I according to the fourth method for producing a monolith is an organic polymer material having a crosslinked structure, preferably an aromatic vinyl polymer. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.1 to 5 mol%, preferably 0.3 to 3 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 5 mol%, the structure of the monolith tends to deviate from the co-continuous structure, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is 16 to 20 ml / g, the cross-linking structural unit is preferably less than 3 mol% in order to form a co-continuous structure.

第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(4)のポリマー材料の種類は、第3のモノリスの製造方法に係るモノリス中間体(4)のポリマー材料の種類と同様であり、その説明を省略する。   In step I according to the fourth monolith production method, the type of the polymer material of the monolith intermediate (4) is the same as the type of the polymer material of the monolith intermediate (4) according to the third monolith production method. The description is omitted.

第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(4)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、16ml/gを超え、30ml/g以下、好適には16ml/gを超え、25ml/g以下である。すなわち、このモノリス中間体(4)は、基本的には連続マクロポア構造ではあるが、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)が格段に大きいため、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に限りなく近い構造を有している。図7には、モノリス中間体(4)の形態例のSEM写真を示すが、棒状に近い骨格を有している。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(4)の構造を型として共連続構造の多孔質体が形成される。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が共連続構造から連続マクロポア構造に変化してしまうため好ましくなく、一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの機械的強度が低下したり、イオン交換基を導入する場合は、体積当たりのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(4)の全細孔容積を上記範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね1:20〜1:40とすればよい。   The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (4) obtained in step I according to the fourth method for producing a monolith is more than 16 ml / g and not more than 30 ml / g, preferably 16 ml / g. g and 25 ml / g or less. That is, this monolith intermediate (4) is basically a continuous macropore structure, but the opening (mesopore) that is the overlapping portion of the macropore and the macropore is remarkably large, so that the skeleton constituting the monolith structure is two-dimensional. It has a structure that is almost as close as possible to a one-dimensional rod-like skeleton from the wall surface. FIG. 7 shows an SEM photograph of a form example of the monolith intermediate (4), which has a skeleton close to a rod shape. When this coexists in the polymerization system, a porous body having a co-continuous structure is formed using the structure of the monolith intermediate (4) as a mold. If the total pore volume is too small, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is not preferable because it changes from a co-continuous structure to a continuous macropore structure. On the other hand, if the total pore volume is too large, When the mechanical strength of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is reduced or an ion exchange group is introduced, the ion exchange capacity per volume is lowered, which is not preferable. In order to make the total pore volume of the monolith intermediate (4) within the above range, the ratio of monomer to water may be about 1:20 to 1:40.

また、第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(4)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で5〜100μmである。開口の平均直径が乾燥状態で5μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、流体透過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、100μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(4)は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。   Moreover, as for the monolith intermediate body (4) obtained at the I process which concerns on the manufacturing method of the 4th monolith, the average diameter of the opening (mesopore) which is an overlap part of a macropore and a macropore is 5-100 micrometers in a dry state. When the average diameter of the openings is less than 5 μm in the dry state, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is reduced, and the pressure loss during fluid permeation is increased, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 100 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, resulting in insufficient contact between the reaction liquid and the monolith ion exchanger, resulting in a decrease in the catalytic activity. Therefore, it is not preferable. The monolith intermediate (4) preferably has a uniform structure with a uniform macropore size and opening diameter, but is not limited to this, and the nonuniform macropore larger than the uniform macropore size in the uniform structure. May be scattered.

第4のモノリスの製造方法に係るII工程は、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。   Step II according to the fourth method for producing a monolith includes an aromatic vinyl monomer, a total oil-soluble monomer having at least two vinyl groups in one molecule, 0.3 to 5 mol% of a crosslinking agent, aromatic This is a step of preparing a mixture of an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.

第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる芳香族ビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性の芳香族ビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体(4)と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニ
ルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられる芳香族ビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等で
ある。
The aromatic vinyl monomer used in Step II according to the fourth method for producing a monolith is an oleophilic aromatic vinyl monomer that contains a polymerizable vinyl group in the molecule and has high solubility in an organic solvent. Although there is no particular limitation, it is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolith intermediate (4) to be coexisted in the polymerization system. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl, vinyl naphthalene and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. Aromatic vinyl monomers preferably used are styrene, vinyl benzyl chloride and the like.

第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる芳香族ビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(4)に対して、重量で5〜50倍、好ましくは5〜40倍である。芳香族ビニルモノマー添加量がモノリス中間体(4)に対して5倍未満であると、棒状骨格を太くできず、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、連続空孔の径が小さくなり、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。   The addition amount of the aromatic vinyl monomer used in Step II according to the fourth monolith production method is 5 to 50 times by weight, preferably 5 to 40 times by weight, relative to the monolith intermediate (4) to be coexisted during the polymerization. It is. If the amount of the aromatic vinyl monomer added is less than 5 times that of the monolith intermediate (4), the rod-like skeleton cannot be made thick, and when ion exchange groups are introduced, ions per volume after introduction of the ion exchange groups This is not preferable because the exchange capacity becomes small. On the other hand, if the amount of the aromatic vinyl monomer added exceeds 50 times, the diameter of the continuous pores becomes small, and the pressure loss during liquid passage becomes large, which is not preferable.

第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量(全油溶性モノマー)に対して0.3〜5モル%、特に0.3〜3モル%である。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、多過ぎると、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の定量的導入が困難になる場合があるため好ましくない。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体(4)の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。   As the crosslinking agent used in Step II according to the fourth method for producing a monolith, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is 0.3 to 5 mol%, particularly 0.3 to 3 mol%, based on the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent (total oil-soluble monomer). When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, it is not preferable because the mechanical strength of the monolith is insufficient. On the other hand, when the amount is too large, it is difficult to quantitatively introduce the ion exchange group when introducing the ion exchange group. Since it may become, it is not preferable. In addition, it is preferable to use the said crosslinking agent usage-amount so that it may become substantially equal to the crosslinking density of the monolith intermediate (4) coexisted at the time of vinyl monomer / crosslinking agent polymerization. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution will be biased in the produced monolith, and when ion exchange groups are introduced, cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.

第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、芳香族ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ド
デカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類;ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記芳香族ビニルモノマーの濃度が30〜80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱して芳香族ビニルモノマー濃度が30重量%未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が第4のモノリスの範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。
The organic solvent used in Step II according to the fourth monolith production method is an organic solvent that dissolves the aromatic vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by the polymerization of the aromatic vinyl monomer. It is a poor solvent for a polymer produced by polymerization of an aromatic vinyl monomer. Since organic solvents vary greatly depending on the type of aromatic vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the aromatic vinyl monomer is styrene, the organic solvents include methanol, ethanol, and propanol. , Butanol, hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, propylene glycol, tetramethylene glycol and other alcohols; Poly) ethers; chain saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dodecane, etc .; ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, propionic acid Examples include esters such as chill. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the aromatic vinyl monomer is 30 to 80% by weight. When the amount of the organic solvent deviates from the above range and the aromatic vinyl monomer concentration is less than 30% by weight, it is preferable because the polymerization rate decreases or the monolith structure after polymerization deviates from the range of the fourth monolith. Absent. On the other hand, if the concentration of the aromatic vinyl monomer exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.

第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤は、第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる重合開始剤と同様であり、その説明を省略する。   The polymerization initiator used in Step II according to the fourth monolith production method is the same as the polymerization initiator used in Step II according to the third monolith production method, and the description thereof is omitted.

第4のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(4)の存在下に重合を行い、該モノリス中間体(4)の連続マクロポア構造を共連続構造に変化させ、共連続構造モノリスである第4のモノリスを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体(4)は、本発明の斬新な構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平7−501140号等に開示されているように、モノリス中間体(4)不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、第4のモノリスのように上記重合系に特定の連続マクロポア構造のモノリス中間体(4)を存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の共連続構造を持つ第4のモノリスが得られる。その理由は詳細には解明されていないが、モノリス中間体(4)が存在しない場合は、重合により生じた架橋重合体が粒子状に析出・沈殿することで粒子凝集構造が形成されるのに対し、重合系に全細孔容積が大きな多孔質体(中間体)が存在すると、ビニルモノマー及び架橋剤が液相から多孔質体の骨格部に吸着又は分配され、多孔質体中で重合が進行し、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に変化して共連続構造を有する第4のモノリスが形成されると考えられる。   In step III according to the fourth method for producing a monolith, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerize in the presence of the monolith intermediate (4) obtained in step I. This is a step of changing the continuous macropore structure of the body (4) to a co-continuous structure to obtain a fourth monolith that is a co-continuous structure monolith. The monolith intermediate (4) used in the step III plays an extremely important role in creating a monolith having a novel structure of the present invention. As disclosed in JP-A-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are allowed to stand in a specific organic solvent in the absence of the monolith intermediate (4), a particle aggregation type monolith shape is obtained. An organic porous body is obtained. On the other hand, when a monolith intermediate (4) having a specific continuous macropore structure is present in the polymerization system as in the case of the fourth monolith, the structure of the monolith after the polymerization changes dramatically and the particle aggregation structure disappears. Thus, the fourth monolith having the above-described co-continuous structure is obtained. The reason for this has not been elucidated in detail, but when the monolith intermediate (4) does not exist, the crosslinked polymer produced by polymerization precipitates and precipitates in the form of particles to form a particle aggregate structure. On the other hand, when a porous body (intermediate) having a large total pore volume exists in the polymerization system, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed or distributed from the liquid phase to the skeleton of the porous body, and polymerization is performed in the porous body. It is considered that the skeleton constituting the monolith structure progresses to change from a two-dimensional wall surface to a one-dimensional rod-like skeleton, thereby forming a fourth monolith having a co-continuous structure.

第4のモノリスの製造方法において、反応容器の内容積は、第3のモノリスの製造方法に係る反応容器の内容積の説明と同様であり、その説明を省略する。   In the fourth monolith manufacturing method, the internal volume of the reaction vessel is the same as the description of the internal volume of the reaction vessel according to the third monolith manufacturing method, and the description thereof is omitted.

第4のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(4)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(4)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(4)に対して、芳香族ビニルモノマーの添加量が重量で5〜50倍、好ましくは5〜40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な大きさの空孔が三次元的に連続し、且つ骨太の骨格が3次元的に連続する共連続構造の第4のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中の芳香族ビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体(4)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(4)の骨格内で重合が進行する。   In step III according to the fourth method for producing a monolith, the monolith intermediate (4) is placed in a state impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. The blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (4) is, as described above, 5 to 50 times the weight of the aromatic vinyl monomer added to the monolith intermediate (4), preferably It is suitable to mix 5 to 40 times. Thereby, it is possible to obtain a fourth monolith having a co-continuous structure in which pores of an appropriate size are three-dimensionally continuous and a thick skeleton is three-dimensionally continuous. In the reaction vessel, the aromatic vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (4) that is allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate (4).

第4のモノリスの製造方法に係るIII工程の重合条件は、第3のモノリスの製造方法に係るIII工程の重合条件の説明と同様であり、その説明を省略する。III工程を行うことにより、第4のモノリスが得られる。   The polymerization conditions of the III step according to the fourth monolith production method are the same as the explanation of the polymerization conditions of the III step according to the third monolith production method, and the description thereof is omitted. By performing step III, a fourth monolith is obtained.

第4のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた第4のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程を行うことにより得られる。   The fourth monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step for introducing an ion exchange group into the fourth monolith obtained in the step III.

第4のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。   The method for introducing ion exchange groups into the fourth monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.

第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体は、3次元的に連続する空孔の大きさが格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。また、第4のモノリスイオン交換体は、骨格が太いため、乾燥状態での体積当りのイオン交換容量を大きくでき、更に、反応液を低圧、大流量で長期間通液することが可能である。   The fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger have high mechanical strength because they have a thick bone skeleton even though the size of three-dimensionally continuous pores is extremely large. Further, since the fourth monolith ion exchanger has a thick skeleton, the ion exchange capacity per volume in a dry state can be increased, and the reaction solution can be passed for a long time at a low pressure and a large flow rate. .

<第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第5のモノリスイオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する乾燥状態で直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが乾燥状態で4〜40μmの多数の突起体との複合構造体であって、乾燥状態での孔の平均直径が10〜200μm、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜
10ml/gであり、イオン交換基を有しており、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。また、第5のモノリスは、イオン交換基が導入される前のモノリスであり、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する乾燥状態で直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが乾燥状態で4〜40μmの多数の突起体との複合構造体であって、乾燥状態での孔の平均直径が10〜200μm、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜10ml/gである有機多孔質体である。
<Description of Fifth Monolith and Fifth Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the fifth monolith ion exchanger serving as a support for the platinum group metal particles includes an organic porous body composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and a skeleton of the organic porous body. A composite structure comprising a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm in a dry state adhering to the surface or a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm in a dry state formed on the skeleton surface of the organic porous material. The average pore diameter in the dry state is 10 to 200 μm, and the total pore volume in the dry state is 0.5 to
10 ml / g, having ion exchange groups, 1-6 mg equivalent / g of ion exchange capacity per weight in a dry state, and uniform distribution of ion exchange groups in organic porous ion exchanger Monolith ion exchanger. The fifth monolith is a monolith before the ion exchange group is introduced, and is an organic porous body composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and a dry state that is fixed to the skeleton surface of the organic porous body. A composite structure of a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm or a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm formed on the skeleton surface of the organic porous material in a dry state. Is an organic porous body having an average diameter of 10 to 200 μm and a total pore volume in a dry state of 0.5 to 10 ml / g.

第5のモノリスイオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する乾燥状態で直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが乾燥状態で4〜40μmの多数の突起体との複合構造体である。なお、本明細書中、「粒子体」及び「突起体」を併せて「粒子体等」と言うことがある。   The fifth monolith ion exchanger includes an organic porous body composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm in a dry state fixed to the skeleton surface of the organic porous body, It is a composite structure with many protrusions having a size of 4 to 40 μm in a dry state formed on the skeleton surface of the organic porous body. In the present specification, “particle bodies” and “projections” may be collectively referred to as “particle bodies”.

第5のモノリスイオン交換体の連続骨格相と連続空孔相は、SEM画像により観察される。第5のモノリスイオン交換体の基本構造としては、連続マクロポア構造及び共連続構造が挙げられる。第5のモノリスイオン交換体の骨格相は、柱状の連続体、凹状の壁面の連続体あるいはこれらの複合体として表れるもので、粒子状や突起状とは明らかに相違する形状のものである。   The continuous skeleton phase and the continuous pore phase of the fifth monolith ion exchanger are observed by the SEM image. The basic structure of the fifth monolith ion exchanger includes a continuous macropore structure and a co-continuous structure. The skeletal phase of the fifth monolith ion exchanger appears as a columnar continuum, a concave wall continuum, or a composite thereof, and has a shape that is clearly different from a particle shape or a protrusion shape.

第5のモノリスイオン交換体の好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径10〜120μmの開口となる連続マクロポア構造体(以下、「第5−1のモノリスイオン交換体」とも言う。)、及び乾燥状態で平均太さが0.8〜40μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態で平均直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体(以下、「第5−2のモノリスイオン交換体」とも言う。)が挙げられる。また、第5のモノリスとしては、第5−1のモノリスイオン交換体において、イオン交換基が導入される前のモノリス(以下、「第5−1のモノリス」とも言う。)、及び第5−2のモノリスイオン交換体において、イオン交換基が導入される前のモノリス(以下、「第5−2のモノリス」とも言う。)が好ましい。   As a preferred structure of the fifth monolithic ion exchanger, bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is a dry macropore and has a continuous macropore structure (hereinafter referred to as “5-1-1”) having an average diameter of 10 to 120 μm. A monolithic ion exchanger ”), and a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 0.8 to 40 μm in a dry state, and a three-dimensional three-dimensional structure having an average diameter of 8 to 80 μm in a dry state between the skeletons. A co-continuous structure (hereinafter also referred to as “5-2 monolithic ion exchanger”). Further, as the fifth monolith, in the 5-1 monolith ion exchanger, the monolith before the ion exchange group is introduced (hereinafter also referred to as “5-1 monolith”), and the 5-th monolith. In the second monolith ion exchanger, a monolith before the ion exchange group is introduced (hereinafter also referred to as “second monolith”) is preferable.

第5−1のモノリスイオン交換体の場合、第5−1のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径20〜150μm、好ましくは30〜150μm、特に好ましくは35〜150μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体であり、該マクロポアと該開口(メソポア)で形成される気泡内が流路となる。連続マクロポア構造は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。第5−1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での開口の平均直径が20μm未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、乾燥状態での開口の平均直径が150μmを超えると、反応液とモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。   In the case of the 5-1 monolith ion exchanger, the 5-1 monolith ion exchanger has bubble-like macropores overlapped with each other, and the overlapping portion has an average diameter of 20 to 150 μm, preferably 30 to 150 μm in a dry state. Particularly preferably, it is a continuous macropore structure that becomes an opening (mesopore) of 35 to 150 μm, and the inside of bubbles formed by the macropore and the opening (mesopore) is a flow path. The continuous macropore structure is preferably a uniform structure having the same macropore size and aperture diameter, but is not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do. If the average diameter of the opening in the dry state of the 5-1 monolith ion exchanger is less than 20 μm, it is not preferable because the pressure loss at the time of liquid passage increases, and the average diameter of the opening in the dry state is not preferable. If it exceeds 150 μm, contact between the reaction solution, the monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the catalytic activity is lowered, which is not preferable.

なお、乾燥状態の第5のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第5のモノリスイオン交換体の開口の平均直径及び以下に述べる第5のモノリスの製造のI工程で得られる、乾燥状態のモノリス中間体(5)の開口の平均直径は、水銀圧入法により得られる細孔分布曲線の極大値を指す。   In addition, the average diameter of the opening of the fifth monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the fifth monolith ion exchanger in the dry state, and the dry state obtained in Step I of the production of the fifth monolith described below. The average diameter of the opening of the monolith intermediate (5) refers to the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method.

第5−2のモノリスイオン交換体の場合、第5−2のモノリスイオン交換体は、乾燥状
態で平均太さが1〜50μm、好ましくは5〜50μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態での平均直径が10〜100μm、好ましくは10〜90μmの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造である。第5−2のモノリスイオン交換体の三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径が10μm未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、100μmを超えると、反応液とモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。また、第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の平均太さが乾燥状態で1μm未満であると、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。一方、第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の平均太さが乾燥状態で50μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、通液時の圧力損失が増大するため好ましくない。
In the case of the 5-2 monolith ion exchanger, the 5-2 monolith ion exchanger has a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 1 to 50 μm, preferably 5 to 50 μm in a dry state, It is a co-continuous structure having three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 100 μm, preferably 10 to 90 μm in a dry state between the skeletons. If the average diameter in the dry state of the three-dimensionally continuous pores of the 5-2 monolith ion exchanger is less than 10 μm, it is not preferable because the pressure loss at the time of liquid passage becomes large, and 100 μm. Exceeding this ratio is not preferable because the contact between the reaction solution, the monolith ion exchanger, and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the catalytic activity decreases. Further, when the average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith ion exchanger is less than 1 μm in a dry state, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is particularly large when liquid is passed at a high flow rate. Since it will deform | transform, it is not preferable. On the other hand, when the average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith ion exchanger exceeds 50 μm in a dry state, the skeleton becomes too thick, and the pressure loss at the time of liquid passage increases, which is not preferable.

第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の乾燥状態での平均太さは、乾燥状態の第5−2のモノリスイオン交換体のSEM観察により求められる。具体的には、乾燥状態の第5−2のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、それらの平均値を平均太さとする。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。   The average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith ion exchanger in the dry state can be obtained by SEM observation of the dry 5-2 monolith ion exchanger. Specifically, SEM observation of the dried 5-2 monolith ion exchanger is performed at least three times, the thickness of the skeleton in the obtained image is measured, and the average value thereof is defined as the average thickness. The skeleton has a rod-like shape and a circular cross-sectional shape, but may have a cross-section with a different diameter such as an elliptical cross-sectional shape. The thickness in this case is the average of the minor axis and the major axis.

第5のモノリスイオン交換体の孔の乾燥状態での平均直径は、10〜200μmである。第5−1のモノリスイオン交換体の場合、第5−1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での孔径の好ましい値は30〜150μmであり、また、第5−2のモノリスイオン交換体の場合、第5−2のモノリスイオン交換体の乾燥状態での孔径の好ましい値は10〜90μmである。   The average diameter of the pores of the fifth monolith ion exchanger in the dry state is 10 to 200 μm. In the case of the 5-1 monolith ion exchanger, the preferred value of the pore diameter in the dry state of the 5-1 monolith ion exchanger is 30 to 150 μm, and in the case of the 5-2 monolith ion exchanger The preferable value of the pore diameter in the dry state of the 5-2 monolith ion exchanger is 10 to 90 μm.

第5のモノリスイオン交換体において、乾燥状態での粒子体の直径及び突起体の大きさは、4〜40μm、好ましくは4〜30μm、特に好ましくは4〜20μmである。なお、本発明において、粒子体及び突起体は、共に骨格表面に突起状に観察されるものであり、粒状に観察されるものを粒子体と称し、粒状とは言えない突起状のものを突起体と称する。図8に、突起体の模式的な断面図を示す。図8中の(A)〜(E)に示すように、骨格表面21から突き出している突起状のものが突起体22であり、突起体22には、(A)に示す突起体22aのように粒状に近い形状のもの、(B)に示す突起体22bのように半球状のもの、(C)に示す突起体22cのように骨格表面の盛り上がりのようなもの等が挙げられる。また、他には、突起体22には、(D)に示す突起体22dのように、骨格表面21の平面方向よりも、骨格表面21に対して垂直方向の方が長い形状のものや、(E)に示す突起体22eのように、複数の方向に突起した形状のものもある。また、突起体の大きさは、SEM観察したときのSEM画像で判断され、個々の突起体のSEM画像での幅が最も大きくなる部分の長さを指す。また、図9に、第5のモノリスイオン交換体の形態例のSEM写真を示すが、有機多孔質体の骨格表面に多数の突起体が形成されている。   In the fifth monolith ion exchanger, the particle diameter and the protrusion size in the dry state are 4 to 40 μm, preferably 4 to 30 μm, and particularly preferably 4 to 20 μm. In the present invention, both the particles and the protrusions are observed as protrusions on the surface of the skeleton, and the particles observed are referred to as particles, and the protrusions that are not granular are protrusions. Called the body. FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of the protrusion. As shown in FIGS. 8A to 8E, the protrusions protruding from the skeleton surface 21 are protrusions 22, and the protrusions 22 are like protrusions 22a shown in FIG. The shape close | similar to a granular shape, a hemispherical thing like the protrusion 22b shown to (B), the thing like the rise | swell of the skeleton surface like the protrusion 22c shown to (C), etc. are mentioned. In addition, the protrusion 22 has a shape that is longer in the direction perpendicular to the skeleton surface 21 than in the plane direction of the skeleton surface 21 as in the protrusion 22d shown in FIG. There is a thing of the shape which protruded in the several direction like the protrusion 22e shown to (E). Further, the size of the protrusions is determined by the SEM image when observed by SEM, and indicates the length of the portion where the width of each protrusion is the largest in the SEM image. In addition, FIG. 9 shows an SEM photograph of an example of the fifth monolith ion exchanger. A large number of protrusions are formed on the skeleton surface of the organic porous body.

第5のモノリスイオン交換体において、全粒子体等中、乾燥状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合は70%以上、好ましくは80%以上である。なお、全粒子体等中の乾燥状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合は、全粒子体等の個数に占める乾燥状態で4〜40μmの粒子体等の個数割合を指す。また、骨格相の表面は全粒子体等により40%以上、好ましくは50%以上被覆されている。なお、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合は、SEMにより表面観察にしたときのSEM画像上の面積割合、つまり、表面を平面視したときの面積割合を指す。壁面や骨格を被覆している粒子の大きさが上記範囲を逸脱すると、流体とモノリスイオン交換体の骨格表面及び骨格内部との接触効率を改善する効果が小さくなり易い。なお、全粒子体等とは、乾燥状態で4〜40μmの粒子体等
以外の大きさの範囲の粒子体及び突起体も全て含めた、骨格層の表面に形成されている全ての粒子体及び突起体を指す。
In the fifth monolith ion exchanger, the proportion of 4 to 40 μm particles in the dry state in all particles is 70% or more, preferably 80% or more. In addition, the ratio which 4-40 micrometers particle bodies etc. occupy in the dry state in all the particle bodies etc. points out the number ratio of 4-40 micrometers particle bodies etc. in the dry state which occupies the number of all particle bodies. Further, the surface of the skeletal phase is covered by 40% or more, preferably 50% or more by the whole particles. In addition, the coverage ratio of the surface of the skeleton layer with all particles and the like refers to an area ratio on the SEM image when the surface is observed by SEM, that is, an area ratio when the surface is viewed in plan. If the size of the particle covering the wall surface or the skeleton deviates from the above range, the effect of improving the contact efficiency between the fluid and the skeleton surface of the monolith ion exchanger and the inside of the skeleton tends to be small. In addition, all the particle bodies etc. are all the particle bodies formed on the surface of the skeleton layer, including all the particle bodies and protrusions in the size range other than the particle bodies of 4 to 40 μm in the dry state, Refers to a protrusion.

第5のモノリスイオン交換体の骨格表面に付着した粒子体等の乾燥状態での直径又は大きさは、乾燥状態の第5のモノリスイオン交換体のSEM画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさである。そして、乾燥状態の第5のモノリスイオン交換体のSEM画像中に観察される全ての粒子体等の直径又は大きさを測定して、その値を基に、1視野のSEM画像中の全粒子体等の乾燥状態での直径又は大きさを算出する。この乾燥状態の第5のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、全視野において、SEM画像中の全粒子体等の乾燥状態での直径又は大きさを算出して、直径又は大きさが4〜40μmにある粒子体等が観察されるか否かを確認し、全視野において確認された場合、第5のモノリスイオン交換体の骨格表面上に、直径又は大きさが乾燥状態で4〜40μmにある粒子体等が形成されていると判断する。また、上記に従って1視野毎にSEM画像中の全粒子体等の乾燥状態での直径又は大きさを算出し、各視野毎に、全粒子体等に占める乾燥状態で4〜40μmの粒子体等の割合を求め、全視野において、全粒子体等中の乾燥状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合が70%以上であった場合には、第5のモノリスイオン交換体の骨格表面に形成されている全粒子体等中、乾燥状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合は70%以上であると判断する。また、上記に従って1視野毎にSEM画像中の全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求め、全視野において、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合が40%以上であった場合には、第5のモノリスイオン交換体の骨格層の表面が全粒子体等により被覆されている割合が40%以上であると判断する。   The diameter or size of the particles attached to the skeleton surface of the fifth monolith ion exchanger in the dry state is the diameter of the particles obtained by observing the SEM image of the fifth monolith ion exchanger in the dry state. Or size. Then, the diameter or size of all particles observed in the SEM image of the fifth monolith ion exchanger in the dry state is measured, and based on the value, all particles in the SEM image of one field of view Calculate the diameter or size of the body in a dry state. The SEM observation of the fifth monolith ion exchanger in the dry state is performed at least three times, and the diameter or size in the dry state of all particles in the SEM image is calculated in the entire field of view. Is confirmed to be observed in the entire field of view, the diameter or size is 4 in a dry state on the skeleton surface of the fifth monolith ion exchanger. It is determined that a particle body or the like at ˜40 μm is formed. In addition, the diameter or size in the dry state of all particles in the SEM image is calculated for each visual field in accordance with the above, and the particle size of 4 to 40 μm in the dry state occupying the total particles in each visual field. When the proportion of 4 to 40 μm particles in the dry state in all particles is 70% or more in all fields of view, the surface of the skeleton of the fifth monolith ion exchanger It is determined that the proportion of 4 to 40 μm particles in the dry state in all formed particles is 70% or more. Further, according to the above, the coverage ratio of the surface of the skeletal layer with all particles in the SEM image was determined for each field of view, and the coverage ratio of the surface of the skeleton layer with all particles in all fields was 40% or more. In this case, it is determined that the ratio of the surface of the skeleton layer of the fifth monolith ion exchanger covered with all the particulates is 40% or more.

第5のモノリスイオン交換体において、粒子体等による骨格相表面の被覆率が40%未満であると、反応液とモノリスイオン交換体の骨格内部及び骨格表面との接触効率を改善する効果が小さくなり易い。上記粒子体等による被覆率の測定方法としては、第5のモノリスイオン交換体のSEM画像による画像解析方法が挙げられる。   In the fifth monolith ion exchanger, when the coverage of the surface of the skeleton phase by the particulates or the like is less than 40%, the effect of improving the contact efficiency between the reaction solution and the inside of the skeleton of the monolith ion exchanger and the skeleton surface is small. Easy to be. Examples of the method for measuring the coverage with the above-mentioned particle body and the like include an image analysis method using an SEM image of the fifth monolith ion exchanger.

第5のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当たりの全細孔容積は、0.5〜10ml/g、好ましくは0.8〜8ml/gである。モノリスイオン交換体の全細孔容積が0.5ml/g未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、モノリスイオン交換体の全細孔容積が10ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、反応液とモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下するため、触媒効果も低下してしまうため好ましくない。   The total pore volume per weight of the fifth monolith ion exchanger in the dry state is 0.5 to 10 ml / g, preferably 0.8 to 8 ml / g. If the total pore volume of the monolith ion exchanger is less than 0.5 ml / g, the pressure loss during liquid passage is increased, which is not preferable. Further, the amount of permeated fluid per unit cross-sectional area is decreased, and processing is performed. This is not preferable because the ability is reduced. On the other hand, if the total pore volume of the monolith ion exchanger exceeds 10 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when it is passed at a high flow rate. Furthermore, since the contact efficiency between the reaction solution, the monolith ion exchanger, and the platinum group metal particles supported thereon decreases, the catalytic effect also decreases, which is not preferable.

第5のモノリスイオン交換体において、連続空孔構造の骨格相を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入が困難となり、導入量が減少してしまう場合があるため好ましくない。   In the fifth monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton phase of the continuous pore structure is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 10 mol%, when an ion exchange group is introduced, it is difficult to introduce the ion exchange group, Since the introduction amount may decrease, it is not preferable.

第5のモノリスの製造で用いられるポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルク
ロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系
ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続空孔構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸及びアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular in the kind of polymer material used by manufacture of a 5th monolith, For example, aromatic vinyl polymers, such as a polystyrene, poly ((alpha) -methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene; Polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile polymers such as polyacrylonitrile; poly (methyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, poly (ethyl acrylate), etc. ) Crosslinked polymers such as acrylic polymers. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, the cross-linking of aromatic vinyl polymers is facilitated by the ease of forming a continuous pore structure, the ease of introducing ion-exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids and alkalis. A polymer is preferable, and a styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.

第5のモノリスイオン交換体において、有機多孔質体の骨格相を構成する材料と骨格相の表面に形成される粒子体等とは、同じ組織が連続した同一材料のもの、同じではない組織が連続する互いが異なる材料のものなどが挙げられる。同じではない組織が連続する互いが異なる材料のものとしては、ビニルモノマーの種類が互いに異なる材料の場合、ビニルモノマーや架橋剤の種類は同じであっても互いの配合割合が異なる材料の場合などが挙げられる。   In the fifth monolith ion exchanger, the material constituting the skeletal phase of the organic porous body and the particles formed on the surface of the skeletal phase are made of the same material in which the same structure is continuous, or the same structure. The thing of the material from which a continuous mutually differs is mentioned. For materials with different structures with different continuous structures, such as materials with different types of vinyl monomers, materials with different blending ratios even if the types of vinyl monomers and crosslinking agents are the same, etc. Is mentioned.

第5のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。   The ion exchange group introduced into the fifth monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.

第5のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、有機多孔質体の表面のみならず、有機多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。イオン交換基が、第5のモノリスイオン交換体の表面のみならず、骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。   In the fifth monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the organic porous body but also within the skeleton of the organic porous body. When the ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the fifth monolith ion exchanger but also inside the skeleton, the physical and chemical properties of the surface and the inside can be made uniform, so that the swelling and shrinkage The durability against is improved.

第5のモノリスイオン交換体は、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が1〜6mg当量/g、好ましくは2〜5mg当量/gのイオン交換容量を有する。第5のモノリスイオン交換体の重量当りのイオン交換容量が上記範囲にあることにより、触媒内部のpHなど触媒活性点の周りの環境を変えることができ、これにより触媒活性が高くなる。第5のモノリスイオン交換体がモノリスアニオン交換体の場合は、第5のモノリスアニオン交換体には、アニオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。また、第5のモノリスイオン交換体がモノリスカチオン交換体の場合は、第5のモノリスカチオン交換体には、カチオン交換基が導入されており、乾燥状態での重量当りのカチオン交換容量は、1〜6mg当量/gである。   The fifth monolith ion exchanger has an ion exchange capacity per weight in a dry state of 1 to 6 mg equivalent / g, preferably 2 to 5 mg equivalent / g. When the ion exchange capacity per weight of the fifth monolith ion exchanger is in the above range, the environment around the catalyst active point such as the pH inside the catalyst can be changed, thereby increasing the catalyst activity. When the fifth monolith ion exchanger is a monolith anion exchanger, an anion exchange group is introduced into the fifth monolith anion exchanger, and the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg. Equivalent / g. When the fifth monolith ion exchanger is a monolith cation exchanger, a cation exchange group is introduced into the fifth monolith cation exchanger, and the cation exchange capacity per weight in a dry state is 1 ~ 6 mg equivalent / g.

第5のモノリスイオン交換体は、その厚みは1mm以上であり、膜状の多孔質体とは区別される。厚みが1mm未満であると、多孔質体1つ当たりのイオン交換容量が極端に低くなるため好ましくない。第5のモノリスイオン交換体の厚みは、好ましくは3〜1000mmである。また、第5のモノリスイオン交換体は、骨格の基本構造が連続空孔構造であるため、機械的強度が高い。   The fifth monolith ion exchanger has a thickness of 1 mm or more, and is distinguished from a membrane-like porous body. If the thickness is less than 1 mm, the ion exchange capacity per porous body is extremely low, which is not preferable. The thickness of the fifth monolith ion exchanger is preferably 3 to 1000 mm. The fifth monolith ion exchanger has high mechanical strength because the basic structure of the skeleton is a continuous pore structure.

<第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の製造方法>
第5のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルションを調製し、次いで油中水滴型エマルションを重合させて全細孔容積が5〜30ml/gの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(5)とも記載する。)を得るI工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つ
該I工程で得られたモノリス中間体(5)の存在下に重合を行い、複合構造を有する複合モノリスである第5のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<The manufacturing method of a 5th monolith and a 5th monolith ion exchanger>
The fifth monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of an oil-soluble monomer that does not contain ion-exchange groups, a surfactant and water, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form a total pore. Step I to obtain a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure with a volume of 5 to 30 ml / g (hereinafter also referred to as monolith intermediate (5)), vinyl monomer, at least two or more in one molecule Obtained in Steps II and II of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the vinyl monomer and the crosslinking agent, but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. A fifth monolith which is a composite monolith having a composite structure, wherein the mixture is allowed to stand for polymerization in the presence of the monolith intermediate (5) obtained in Step I. Obtaining step III, obtained by performing.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。   What is necessary is just to perform I process which concerns on the manufacturing method of 5th monolith based on the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-306976.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程のモノリス中間体(5)の製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、三級アミノ基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%とすることが、後の工程でイオン交換基を導入する場合、イオン交換基量を定量的に導入できるため好ましい。   In the production of the monolith intermediate (5) of the step I according to the fifth monolith production method, examples of the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a tertiary amino group, Examples thereof include an oleophilic monomer which does not contain an ion exchange group such as a quaternary ammonium group and has low solubility in water. Preferable examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and the content thereof is 0.3 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer, preferably 0.3 to When introducing an ion exchange group in a later step, it is preferable to set the amount to 5 mol% because the amount of ion exchange group can be quantitatively introduced.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルションを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルションとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルションを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルション粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。   The surfactant used in Step I according to the fifth monolith production method can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. If it is a thing, there will be no restriction in particular, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan Nonionic surfactants such as monooleate; Anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate; Cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; Lauryl dimethyl It can be used an amphoteric surfactant such as Rubetain. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. In addition, a water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added is not unclear because it varies greatly depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%.

また、第5のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルション形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイ
ソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロ
ヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム
、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
Moreover, in I process which concerns on the manufacturing method of a 5th monolith, you may use a polymerization initiator as needed in the case of water-in-oil type emulsion formation. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, 4,4′-azobis ( 4-cyanovaleric acid), 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate- Examples include acidic sodium sulfite.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤を混合し、油中水滴型エマルションを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用
できる。エマルションを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルション粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルション粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。
As the mixing method when forming the water-in-oil emulsion by mixing an oil-soluble monomer that does not contain an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator in Step I according to the fifth monolith production method. There is no particular limitation, a method of mixing each component at once, an oil-soluble monomer, a surfactant, an oil-soluble component that is an oil-soluble polymerization initiator, and a water-soluble component that is water or a water-soluble polymerization initiator And the like can be separately dissolved, and then the respective components can be mixed. The mixing apparatus for forming the emulsion is not particularly limited, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, or the like can be used, and an appropriate apparatus may be selected to obtain a desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(5)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、そのモノリス中間体(5)の構造を鋳型として連続マクロポア構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したり、共連続構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したりする。また、モノリス中間体(5)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、10モル%を越えると、多孔質体の柔軟性が失われたり、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。   The monolith intermediate (5) obtained in step I according to the fifth method for producing a monolith has a continuous macropore structure. When this coexists in the polymerization system, particles or the like are formed on the surface of the skeleton phase of the continuous macropore structure using the structure of the monolith intermediate (5) as a template, or particles or the like are formed on the surface of the skeleton phase of the co-continuous structure. Or form. The monolith intermediate (5) is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, the flexibility of the porous material is lost, and when an ion exchange group is introduced, it may be difficult to introduce the ion exchange group.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(5)のポリマー材料の種類としては、特に制限はなく、前述の第5のモノリスのポリマー材料と同じものが挙げられる。これにより、モノリス中間体(5)の骨格に同様のポリマーを形成して、複合構造のモノリスである第5のモノリスを得ることができる。   In the step I relating to the fifth monolith production method, the type of the polymer material of the monolith intermediate (5) is not particularly limited, and examples thereof include the same as the polymer material of the fifth monolith described above. Thereby, the same polymer is formed in the skeleton of the monolith intermediate (5), and the fifth monolith which is a monolith having a composite structure can be obtained.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(5)の乾燥状態での重量当たりの全細孔容積は、5〜30ml/g、好適には6〜28ml/gである。モノリス中間体の全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、流体透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、モノリス中間体の全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が不均一になりやすく、場合によっては構造崩壊を引き起こすため好ましくない。モノリス中間体(5)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比(重量)を、概ね1:5〜1:35とすればよい。   The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (5) obtained in step I according to the fifth monolith production method is 5 to 30 ml / g, preferably 6 to 28 ml / g. . If the total pore volume of the monolith intermediate is too small, the total pore volume of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too small, and the pressure loss during fluid permeation increases, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume of the monolith intermediate is too large, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer tends to be non-uniform, which may cause structural collapse in some cases. In order to set the total pore volume of the monolith intermediate (5) in the above numerical range, the ratio (weight) of the monomer to water may be set to approximately 1: 5 to 1:35.

第5のモノリスの製造方法に係るI工程において、このモノマーと水との比を、概ね1:5〜1:20とすれば、モノリス中間体(5)の全細孔容積が5〜16ml/gの連続
マクロポア構造のものが得られ、III工程を経て得られるモノリスは第5−1のモノリスとなる。また、配合比率を、概ね1:20〜1:35とすれば、モノリス中間体(5)の全細孔容積が16ml/gを超え、30ml/g以下の連続マクロポア構造のものが得られ、III工程を経て得られるモノリスは第5−2のモノリスとなる。
In Step I according to the fifth method for producing a monolith, if the ratio of the monomer to water is approximately 1: 5 to 1:20, the total pore volume of the monolith intermediate (5) is 5 to 16 ml / g having a continuous macropore structure is obtained, and the monolith obtained through the step III is the 5-1 monolith. Further, if the blending ratio is approximately 1:20 to 1:35, the monolith intermediate (5) has a total pore volume of more than 16 ml / g and a continuous macropore structure of 30 ml / g or less. The monolith obtained through the step III becomes the 5-2 monolith.

また、第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(5)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径が20〜200μmである。モノリス中間体の乾燥状態での開口の平均直径が20μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、モノリス中間体の乾燥状態での開口の平均直径が200μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなり過ぎ、反応液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(5)は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。   In addition, the monolith intermediate (5) obtained in Step I according to the fifth method for producing a monolith has an average diameter of 20 to 200 μm in the dry state of the opening (mesopore) that is the overlapping portion of the macropore and the macropore. When the average diameter of the opening in the dry state of the monolith intermediate is less than 20 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is decreased, and the pressure loss during liquid passage is increased, which is preferable. Absent. On the other hand, when the average diameter of the opening in the dry state of the monolith intermediate exceeds 200 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, and the contact between the reaction liquid and the monolith ion exchanger is Insufficient and, as a result, the catalytic activity is lowered, which is not preferable. The monolith intermediate (5) is preferably of a uniform structure with a uniform macropore size and opening diameter, but is not limited to this, and the nonuniform macropore is larger than the uniform macropore size in the uniform structure. May be scattered.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する第2架橋剤、ビニルモノマーや第2架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。   The II step relating to the fifth monolith production method comprises a vinyl monomer, a second crosslinking agent having at least two vinyl groups in one molecule, a vinyl monomer and a second crosslinking agent are dissolved, but the vinyl monomer is polymerized. This is a step of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that do not dissolve the polymer produced. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-
メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテ
ン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;
塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル
、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。
The vinyl monomer used in Step II according to the fifth monolith production method is not particularly limited as long as it is a lipophilic vinyl monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Absent. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-
Aromatic vinyl monomers such as methylstyrene, vinyltoluene, vinylbenzyl chloride, vinylbiphenyl and vinylnaphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene;
Halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; methyl acrylate, ethyl acrylate, acrylic (Meth) acrylic monomers such as butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, glycidyl methacrylate Is mentioned. These monomers can be used alone or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(5)に対して、重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍である。ビニルモノマー添加量が多孔質体に対して3倍未満であると、生成したモノリスの骨格に粒子体等を形成できず、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、開口径が小さくなり、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。   The addition amount of the vinyl monomer used in Step II according to the fifth monolith production method is 3 to 50 times, preferably 4 to 40 times, by weight with respect to the monolith intermediate (5) to be coexisted during the polymerization. . If the amount of vinyl monomer added is less than 3 times that of the porous body, particles cannot be formed on the skeleton of the produced monolith, and when ion exchange groups are introduced, the volume per volume after introduction of ion exchange groups This is not preferable because the ion exchange capacity is reduced. On the other hand, when the addition amount of vinyl monomer exceeds 50 times, the opening diameter becomes small, and the pressure loss during liquid passage becomes large, which is not preferable.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤の使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して0.3〜20モル%、特に0.3〜10モル%であることが好ましい。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、20モル%を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入量が減少してしまう場合があるため好ましくない。   As the crosslinking agent used in Step II according to the fifth monolith production method, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is preferably 0.3 to 20 mol%, particularly preferably 0.3 to 10 mol%, based on the total amount of the vinyl monomer and the crosslinking agent. When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 20 mol%, the brittleness of the monolith proceeds and the flexibility is lost, and when introducing an ion exchange group, the introduction amount of the ion exchange group may decrease, which is not preferable. .

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、
オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類;ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が5〜80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が5重量%未満となると、重合速度が低下してしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。
The organic solvent used in Step II of the fifth monolith production method is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer, in other words, the vinyl monomer is polymerized. It is a poor solvent for the polymer produced. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Hexanol, cyclohexanol,
Alcohols such as octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, propylene glycol, tetramethylene glycol; chain (poly) ethers such as diethyl ether, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol; hexane, heptane , Octane, isooctane, decane, dodecane, and other chain saturated hydrocarbons; and esters such as ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, and ethyl propionate. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the vinyl monomer is 5 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the vinyl monomer concentration is less than 5% by weight, the polymerization rate is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤としては、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル
)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−
メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)
、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約0.01〜5%の範囲で使用することができる。
As the polymerization initiator used in Step II according to the fifth method for producing a monolith, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is suitably used. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-
Methylbutyronitrile), 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid)
1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, tetramethylthiuram disulfide and the like. The amount of the polymerization initiator used varies greatly depending on the type of monomer, polymerization temperature, etc., but can be used in a range of about 0.01 to 5% with respect to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent.

第5のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つI工程で得られたモノリス中間体(5)の存在下、重合を行い、第5のモノリスを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体(5)は、第5のモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平7−501140号等に開示されているように、モノリス中間体(5)不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、本発明のように上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体(5)を存在させると、重合後の複合モノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造ではなく、上述の特定の骨格構造を有する第5のモノリスが得られる。反応容器の内容積は、モノリス中間体(5)を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体(5)を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体(5)が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の第5のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、第5のモノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後の第5のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体(5)に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。   In step III according to the fifth monolith production method, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerization is carried out in the presence of the monolith intermediate (5) obtained in step I. It is the process of obtaining. The monolith intermediate (5) used in the step III plays an extremely important role in creating the fifth monolith. As disclosed in JP-A-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are allowed to stand in a specific organic solvent in the absence of the monolith intermediate (5), a particle aggregation type monolith shape is obtained. An organic porous body is obtained. On the other hand, when the monolith intermediate (5) having a continuous macropore structure is present in the polymerization system as in the present invention, the structure of the composite monolith after the polymerization changes dramatically, not the particle aggregation structure. A fifth monolith having a specific skeletal structure is obtained. The internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as it is large enough to allow the monolith intermediate (5) to be present in the reaction vessel, and when the monolith intermediate (5) is placed in the reaction vessel, the plan view In this case, the monolith may have a gap around the monolith or the monolith intermediate (5) may enter the reaction vessel without any gap. Of these, the fifth monolith after polymerization does not receive any pressure from the inner wall of the vessel and enters the reaction vessel without any gap, so that the fifth monolith is not distorted, and there is no waste of reaction raw materials and the like. Is. Even when the internal volume of the reaction vessel is large and a gap exists around the fifth monolith after polymerization, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed and distributed on the monolith intermediate (5). In addition, a particle aggregate structure is not generated in a gap portion in the reaction vessel.

第5のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(5)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(5)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(5)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、特定の骨格を有する複合モノリスである第5のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体(5)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(5)の骨格内で重合が進行する。   In step III according to the fifth method for producing a monolith, the monolith intermediate (5) is placed in a state impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (5) is 3 to 50 times, preferably 4 to 4 times, by weight with respect to the monolith intermediate (5). It is preferable to blend so as to be 40 times. As a result, a fifth monolith that is a composite monolith having a specific skeleton while having an appropriate opening diameter can be obtained. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (5) that is allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate (5).

第5のモノリスの製造方法に係るIII工程において、重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択できる。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス
(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、20〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体(5)の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が該骨格内で重合し、該特定の骨格構造を形成させる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して特定骨格構造の複合モノリスである第5のモノリスを得る。
In step III according to the fifth monolith production method, various polymerization conditions can be selected depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, or the like is used as an initiator, an inert atmosphere What is necessary is just to heat-polymerize at 20-100 degreeC for 1 to 48 hours in the lower sealed container. By the heat polymerization, the vinyl monomer adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (5) and the crosslinking agent are polymerized in the skeleton to form the specific skeleton structure. After completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as acetone for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent to obtain a fifth monolith that is a composite monolith having a specific skeleton structure.

上述の第5のモノリスを製造する際に、下記(1)〜(5)の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でII工程又はIII工程行うと、第5モノリスの特徴的な構造である、骨格表面に粒子体等が形成されたモノリスを製造することができる。
(1)III工程における重合温度が、重合開始剤の10時間半減温度より、少なくとも5℃低い温度である。
(2)II工程で用いる架橋剤のモル%が、I工程で用いる架橋剤のモル%の2倍以上である。
(3)II工程で用いるビニルモノマーが、I工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである。
(4)II工程で用いる有機溶媒が、分子量200以上のポリエーテルである。
(5)II工程で用いるビニルモノマーの濃度が、II工程の混合物中、30重量%以下である。
When the above-mentioned fifth monolith is produced, if the II step or the III step is performed under the conditions satisfying at least one of the following conditions (1) to (5), the characteristic structure of the fifth monolith is obtained. A monolith having a particle body or the like formed on the surface of the skeleton can be produced.
(1) The polymerization temperature in step III is a temperature that is at least 5 ° C. lower than the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator.
(2) The mole% of the crosslinking agent used in Step II is at least twice the mole% of the crosslinking agent used in Step I.
(3) The vinyl monomer used in step II is a vinyl monomer having a structure different from that of the oil-soluble monomer used in step I.
(4) The organic solvent used in step II is a polyether having a molecular weight of 200 or more.
(5) The concentration of the vinyl monomer used in Step II is 30% by weight or less in the mixture of Step II.

(上記(1)の説明)
10時間半減温度は重合開始剤の特性値であり、使用する重合開始剤が決まれば10時間半減温度を知ることができる。また、所望の10時間半減温度があれば、それに該当する重合開始剤を選択することができる。III工程において、重合温度を低下させることで、重合速度が低下し、骨格相の表面に粒子体等を形成させることができる。その理由は、モノリス中間体の骨格相の内部でのモノマー濃度低下が緩やかとなり、液相部からモノリス中間体へのモノマー分配速度が低下するため、余剰のモノマーがモノリス中間体の骨格層の表面近傍で濃縮され、その場で重合したためと考えられる。
(Description of (1) above)
The 10-hour half temperature is a characteristic value of the polymerization initiator, and if the polymerization initiator to be used is determined, the 10-hour half temperature can be known. Moreover, if there exists desired 10-hour half temperature, the polymerization initiator applicable to it can be selected. In step III, the polymerization rate is lowered by lowering the polymerization temperature, and particles and the like can be formed on the surface of the skeleton phase. The reason for this is that the monomer concentration drop inside the skeleton phase of the monolith intermediate becomes gradual, and the monomer distribution rate from the liquid phase part to the monolith intermediate decreases, so the surplus monomer is on the surface of the skeleton layer of the monolith intermediate. It is thought that it was concentrated in the vicinity and polymerized in situ.

第5のモノリスの製造方法に係るIII工程において、好ましい重合温度は、用いる重合開始剤の10時間半減温度より少なくとも10℃低い温度である。重合温度の下限値は特に限定されないが、温度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、重合温度を10時間半減温度に対して5〜20℃低い範囲に設定することが好ましい。   In Step III according to the fifth monolith production method, a preferable polymerization temperature is a temperature that is at least 10 ° C. lower than the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator used. Although the lower limit of the polymerization temperature is not particularly limited, the polymerization rate decreases as the temperature decreases, and the polymerization time becomes unacceptably long. Therefore, the polymerization temperature is 5 to 20 ° C. with respect to the 10-hour half temperature. It is preferable to set to a low range.

(上記(2)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる架橋剤のモル%を、I工程で用いる架橋剤のモル%の2倍以上に設定して重合すると、複合構造を有するモノリスが得られる。その理由は、モノリス中間体と含浸重合によって生成したポリマーとの相溶性が低下し相分離が進行するため、含浸重合によって生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。なお、架橋剤のモル%は、架橋密度モル%であって、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤量(モル%)を言う。
(Explanation of (2) above)
When the mol% of the cross-linking agent used in the step II according to the fifth monolith production method is set to be 2 times or more of the mol% of the cross-linking agent used in the I step, a monolith having a composite structure is obtained. The reason for this is that the compatibility between the monolith intermediate and the polymer produced by impregnation polymerization is reduced and phase separation proceeds, so the polymer produced by impregnation polymerization is excluded in the vicinity of the surface of the skeleton phase of the monolith intermediate, It is considered that irregularities such as particles are formed on the surface. In addition, mol% of a crosslinking agent is a crosslinking density mol%, Comprising: The crosslinking agent amount (mol%) with respect to the total amount of a vinyl monomer and a crosslinking agent is said.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる架橋剤モル%の上限は特に制限されないが、架橋剤モル%が著しく大きくなると、重合後のモノリスにクラックが発生する、
モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入量が減少してしまう場合があるといった問題点が生じるため好ましくない。好ましい架橋剤モル%の倍数は2倍〜10倍である。一方、I工程で用いる架橋剤モル%をII工程で用いられる架橋剤モル%に対して2倍以上に設定しても、骨格相表面への粒子体等の形成は起こらず、第5のモノリスは得られなかった。
The upper limit of the cross-linking agent mol% used in Step II according to the fifth monolith production method is not particularly limited, but when the cross-linking agent mol% is remarkably large, cracks occur in the monolith after polymerization.
Since monolithic embrittlement progresses and flexibility is lost, and when ion exchange groups are introduced, the amount of ion exchange groups introduced may decrease, which is not preferable. The preferred multiple of the crosslinker mol% is 2 to 10 times. On the other hand, even if the crosslinker mol% used in Step I is set to be twice or more the crosslinker mol% used in Step II, the formation of particles on the surface of the skeleton phase does not occur, and the fifth monolith Was not obtained.

(上記(3)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いるビニルモノマーが、I工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーであると、第5のモノリスが得られる。例えば、スチレンとビニルベンジルクロライドのように、ビニルモノマーの構造が僅かでも異なると、骨格相表面に粒子体等が形成された複合モノリスが生成する。一般に、僅かでも構造が異なる二種類のモノマーから得られる二種類のホモポリマーは互いに相溶しない。したがって、I工程で用いたモノリス中間体形成に用いたモノマーとは異なる構造のモノマーをII工程で用いてIII工程で重合を行うと、II工程で用いたモノマーはモノリス中間体に均一に分配や含浸がされるものの、重合が進行してポリマーが生成すると、生成したポリマーはモノリス中間体とは相溶しないため、相分離が進行し、生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相の表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。
(Description of (3) above)
If the vinyl monomer used in step II according to the fifth monolith production method is a vinyl monomer having a structure different from that of the oil-soluble monomer used in step I, the fifth monolith is obtained. For example, if the structures of vinyl monomers are slightly different, such as styrene and vinyl benzyl chloride, a composite monolith having particles or the like formed on the surface of the skeleton phase is generated. In general, two types of homopolymers obtained from two types of monomers that are slightly different in structure are not compatible with each other. Therefore, when a monomer having a structure different from that used for forming the monolith intermediate used in Step I is used in Step II and polymerization is performed in Step III, the monomer used in Step II is uniformly distributed to the monolith intermediate. Although impregnation occurs, when the polymerization proceeds to produce a polymer, the produced polymer is not compatible with the monolith intermediate, so phase separation proceeds, and the produced polymer is near the surface of the skeleton phase of the monolith intermediate. It is considered that irregularities such as particles are formed on the surface of the skeleton phase.

(上記(4)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる有機溶媒が、分子量200以上のポリエーテルであると、第5のモノリスが得られる。ポリエーテルはモノリス中間体との親和性が比較的高く、特に低分子量の環状ポリエーテルはポリスチレンの良溶媒、低分子量の鎖状ポリエーテルは良溶媒ではないがかなりの親和性を有している。しかし、ポリエーテルの分子量が大きくなると、モノリス中間体との親和性は劇的に低下し、モノリス中間体とほとんど親和性を示さなくなる。このような親和性に乏しい溶媒を有機溶媒に用いると、モノマーのモノリス中間体の骨格内部への拡散が阻害され、その結果、モノマーはモノリス中間体の骨格の表面近傍のみで重合するため、骨格相表面に粒子体等が形成され骨格表面に凹凸を形成したものと考えられる。
(Explanation of (4) above)
A 5th monolith is obtained when the organic solvent used by II process concerning the manufacturing method of a 5th monolith is a polyether with a molecular weight of 200 or more. Polyethers have a relatively high affinity with monolith intermediates, especially low molecular weight cyclic polyethers are good solvents for polystyrene, and low molecular weight chain polyethers are not good solvents but have considerable affinity. . However, as the molecular weight of the polyether increases, the affinity with the monolith intermediate dramatically decreases and shows little affinity with the monolith intermediate. When such a solvent having poor affinity is used as the organic solvent, diffusion of the monomer into the skeleton of the monolith intermediate is inhibited, and as a result, the monomer is polymerized only near the surface of the skeleton of the monolith intermediate. It is considered that particles and the like are formed on the phase surface and irregularities are formed on the skeleton surface.

第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いるポリエーテルの分子量は、200以上であれば上限に特に制約はないが、あまりに高分子量であると、II工程で調製される混合物の粘度が高くなり、モノリス中間体内部への含浸が困難になるため好ましくない。好ましいポリエーテルの分子量は200〜100000、特に好ましくは200〜10000である。また、ポリエーテルの末端構造は、未修飾の水酸基であっても、メチル基やエチル基等のアルキル基でエーテル化されていてもよいし、酢酸、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸等でエステル化されていてもよい。   The upper limit of the molecular weight of the polyether used in Step II according to the fifth monolith production method is not particularly limited as long as it is 200 or more. However, if the molecular weight is too high, the viscosity of the mixture prepared in Step II is high. Therefore, it is not preferable because it is difficult to impregnate the monolith intermediate. The molecular weight of the preferred polyether is 200 to 100,000, particularly preferably 200 to 10,000. The terminal structure of the polyether may be an unmodified hydroxyl group, etherified with an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group, or esterified with acetic acid, oleic acid, lauric acid, stearic acid, or the like. It may be made.

(上記(5)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いるビニルモノマーの濃度が、II工程中の混合物中、30重量%以下であると、第5のモノリスが得られる。II工程でモノマー濃度を低下させることで、重合速度が低下し、前記(1)と同様の理由で、骨格相表面に粒子体等が形成でき、骨格相表面に凹凸を形成されることができる。モノマー濃度の下限値は特に限定されないが、モノマー濃度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、モノマー濃度は10〜30重量%に設定することが好ましい。
(Description of (5) above)
The fifth monolith is obtained when the concentration of the vinyl monomer used in step II according to the fifth monolith production method is 30% by weight or less in the mixture in step II. By reducing the monomer concentration in the step II, the polymerization rate is reduced, and for the same reason as the above (1), particles and the like can be formed on the surface of the skeleton phase, and irregularities can be formed on the surface of the skeleton phase. . Although the lower limit of the monomer concentration is not particularly limited, the polymerization rate decreases as the monomer concentration decreases and the polymerization time becomes unacceptably long, so the monomer concentration may be set to 10 to 30% by weight. preferable.

このようにして得られる第5のモノリスの好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径10〜120μmの開口となる連続マクロポア構造体(「第5−1のモノリス」)及び乾燥状態での平均太さが0.8〜
40μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態での直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体(「第5−2のモノリス」)が挙げられる。
As a preferable structure of the fifth monolith thus obtained, bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is a continuous macropore structure (“5-1th” in which openings have an average diameter of 10 to 120 μm in a dry state. Monolith ") and an average thickness in a dry state of 0.8 to
Co-continuous structure consisting of three-dimensionally continuous skeletons of 40 μm and three-dimensionally continuous pores with a diameter of 8 to 80 μm between the skeletons (“5-2 monolith”) Is mentioned.

第5のモノリスが第5−1のモノリスの場合、第5−1のモノリスは、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径10〜120μm、好ましくは20〜120μm、特に好ましくは25〜120μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体であり、マクロポアと該開口(メソポア)で形成される気泡内が流路となる。連続マクロポア構造は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。第5−1のモノリスの乾燥状態での開口の平均直径が10μm未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、乾燥状態での開口の平均直径が120μmを超えると、反応液とモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。   When the fifth monolith is the 5-1 monolith, the 5-1 monolith has bubble-like macropores that overlap each other, and the overlapping portion has an average diameter of 10 to 120 μm, preferably 20 to 120 μm, especially in a dry state. Preferably, it is a continuous macropore structure which becomes an opening (mesopore) of 25 to 120 μm, and the inside of bubbles formed by the macropore and the opening (mesopore) is a flow path. The continuous macropore structure is preferably a uniform structure having the same macropore size and aperture diameter, but is not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do. When the average diameter of the opening in the dry state of the 5-1 monolith is less than 10 μm, it is not preferable because the pressure loss at the time of liquid passing increases, and the average diameter of the opening in the dry state is 120 μm. If exceeding, contact between the reaction solution, the monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the catalytic activity is lowered, which is not preferable.

第5−2のモノリスの場合、第5−2のモノリスは、乾燥状態での平均太さが0.8〜40μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態での平均直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造である。第5−2のモノリスの三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径が8μm未満であると、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、80μmを超えると、反応液とモノリス又はモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。また、第5−2のモノリスの骨格の乾燥状態での平均太さが0.8μm未満であると、イオン交換基を導入する場合、モノリスイオン交換体の体積当りのイオン交換容量が低下するといった欠点のほか、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。一方、骨格の乾燥状態での平均太さが80μmを越えると、通液時の圧力損失が増大するため好ましくない。   In the case of the 5-2 monolith, the 5-2 monolith has a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 0.8 to 40 μm in a dry state, and an average diameter in a dry state between the skeletons. Is a co-continuous structure having three-dimensionally continuous pores of 8 to 80 μm. If the average diameter in the dry state of the three-dimensionally continuous pores of the 5-2 monolith is less than 8 μm, it is not preferable because the pressure loss at the time of passing liquid becomes large, and if it exceeds 80 μm The contact between the reaction solution, the monolith or the monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the catalytic activity is lowered, which is not preferable. Further, when the average thickness in the dry state of the skeleton of the 5-2 monolith is less than 0.8 μm, when ion exchange groups are introduced, the ion exchange capacity per volume of the monolith ion exchanger decreases. In addition to the disadvantages, the mechanical strength is reduced, and the monolith or the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when the liquid is passed at a high flow rate. On the other hand, if the average thickness of the skeleton in a dry state exceeds 80 μm, the pressure loss during liquid passage increases, which is not preferable.

第5のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた第5のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程、を行うことにより得られる。   The fifth monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step for introducing an ion exchange group into the fifth monolith obtained in the step III.

第5のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。   The method for introducing ion exchange groups into the fifth monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.

本発明の炭素−炭素結合形成方法に係る白金族金属担持触媒は、連続骨格相と連続空孔相からなり、連続骨格の厚みは1〜100μm、連続空孔の平均直径は1〜1000μm、全細孔容積は0.5〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は1〜6mg当量/gであり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布している上記非粒子状有機多孔質イオン交換体(上記モノリス状有機多孔質イオン交換体)に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属粒子が、担持されている白金族金属担持触媒であり、該白金族金属粒子の担持量が、乾燥状態で0.004〜20重量%である。   The platinum group metal supported catalyst according to the carbon-carbon bond forming method of the present invention comprises a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1-1000 μm, The pore volume is 0.5 to 50 ml / g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the ion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion exchanger. A platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on the non-particulate organic porous ion exchanger (the monolithic organic porous ion exchanger), The supported amount of the platinum group metal particles is 0.004 to 20% by weight in a dry state.

本発明に係る白金族金属担持触媒は、上記モノリス状有機多孔質イオン交換体、例えば、第1のモノリスイオン交換体〜第5のモノリスイオン交換体のいずれかに、平均粒子径が1〜100nmの白金族金属粒子が担持された白金族金属担持触媒である。   The platinum group metal-supported catalyst according to the present invention has an average particle diameter of 1 to 100 nm in any of the above monolithic organic porous ion exchangers, for example, any one of the first monolith ion exchanger to the fifth monolith ion exchanger. This is a platinum group metal-supported catalyst in which the platinum group metal particles are supported.

白金族金属とは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金である。これらの白金族金属は、一種類を単独で用いても、二種類以上の金属を組み合わせて用いても良く、更に、二種類以上の金属を合金として用いても良い。これらの中で、
白金、パラジウム、白金/パラジウム合金は触媒活性が高く、好適に用いられる。
The platinum group metal is ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum. These platinum group metals may be used alone or in combination of two or more metals, and more than one metal may be used as an alloy. Among these,
Platinum, palladium, and platinum / palladium alloys have high catalytic activity and are preferably used.

白金族金属触媒担持に担持されている白金族金属粒子の平均粒子径は、1〜100nmであり、好ましくは1〜50nm、更に好ましくは1〜20nmである。平均粒子径が1nm未満であると、白金族金属粒子が担体から脱離する可能性が高くなるため好ましくなく、一方、平均粒子径が100nmを超えると、金属の単位質量当たりの表面積が少なくなり触媒効果が効率的に得られなくなるため好ましくない。なお、本発明において、白金族金属粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)分析により得られるTEM画像を、画像解析することにより求められる。具体的には、先ず、白金族金属担持触媒の表面を、TEM分析する。次いで、得られたTEM画像において、粒子数が200個以上となる一視野を任意に選択し、その視野のTEM画像を画像解析して、視野中の全粒子の粒子径を測定する。なお、一視野に担持されている白金族金属粒子の数が200個に満たない場合は、2以上の視野を任意に選択して、選択した2以上の視野中の全粒子について、粒子径の測定を行う。次いで、白金族金属粒子の平均粒子径を、次式「白金族金属粒子の平均粒子径(nm)=測定した全粒子の粒子径の合計(nm)/測定した粒子の個数(個)」にて算出する。   The average particle diameter of the platinum group metal particles supported on the platinum group metal catalyst is 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 20 nm. If the average particle diameter is less than 1 nm, the possibility that the platinum group metal particles will be detached from the carrier increases, which is not preferable. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 100 nm, the surface area per unit mass of the metal decreases. This is not preferable because the catalytic effect cannot be obtained efficiently. In the present invention, the average particle diameter of the platinum group metal particles is determined by image analysis of a TEM image obtained by transmission electron microscope (TEM) analysis. Specifically, first, the surface of the platinum group metal supported catalyst is subjected to TEM analysis. Next, in the obtained TEM image, one visual field in which the number of particles is 200 or more is arbitrarily selected, and the TEM image of the visual field is image-analyzed to measure the particle diameter of all particles in the visual field. When the number of platinum group metal particles carried in one field is less than 200, two or more fields of view are arbitrarily selected, and the particle size of all particles in the selected two or more fields of view is Measure. Next, the average particle diameter of the platinum group metal particles is expressed by the following formula: “average particle diameter of platinum group metal particles (nm) = total particle diameter of all measured particles (nm) / number of measured particles (pieces)” To calculate.

白金族金属担持触媒中の白金族金属粒子の担持量((白金族金属粒子/乾燥状態の白金族金属担持触媒)×100)は、0.004〜20重量%、好ましくは0.005〜15重量%である。白金族金属粒子の担持量が0.004重量%未満であると、触媒活性が不十分になるため好ましくない。一方、白金族金属粒子の担時量が20重量%を超えると、水中への金属溶出が認められるようになるため好ましくない。   The amount of platinum group metal particles supported in the platinum group metal supported catalyst ((platinum group metal particles / platinum group metal supported catalyst in dry state) × 100) is 0.004 to 20% by weight, preferably 0.005 to 15%. % By weight. If the supported amount of platinum group metal particles is less than 0.004% by weight, the catalytic activity becomes insufficient, such being undesirable. On the other hand, when the amount of platinum group metal particles is more than 20% by weight, metal elution into water is observed, which is not preferable.

白金族金属担持触媒の製造方法には特に制約はなく、公知の方法により、モノリスイオン交換体に、白金族金属のナノ粒子を担持させることにより、白金族金属担持触媒が得られる。例えば、乾燥状態のモノリスイオン交換体を酢酸パラジウム等の白金族金属化合物のメタノール溶液に浸漬し、パラジウムイオンをイオン交換によりモノリスイオン交換体に吸着させ、次いで、還元剤と接触させてパラジウム金属ナノ粒子をモノリスイオン交換体に担持する方法や、モノリスイオン交換体をテトラアンミンパラジウム錯体等の白金族金属化合物の水溶液に浸漬し、パラジウムイオンをイオン交換によりモノリスイオン交換体に吸着させ、次いで、還元剤と接触させてパラジウム金属ナノ粒子をモノリスイオン交換体に担持する方法等が挙げられる。   The method for producing the platinum group metal supported catalyst is not particularly limited, and the platinum group metal supported catalyst can be obtained by supporting the platinum group metal nanoparticles on the monolith ion exchanger by a known method. For example, a monolith ion exchanger in a dry state is immersed in a methanol solution of a platinum group metal compound such as palladium acetate, and palladium ions are adsorbed on the monolith ion exchanger by ion exchange, and then contacted with a reducing agent to form palladium metal nano-particles. A method of supporting particles on a monolith ion exchanger, a monolith ion exchanger is immersed in an aqueous solution of a platinum group metal compound such as a tetraammine palladium complex, and palladium ions are adsorbed on the monolith ion exchanger by ion exchange, and then a reducing agent For example, a method in which palladium metal nanoparticles are supported on a monolith ion exchanger by contacting them.

モノリスイオン交換体へのパラジウムイオンの導入やパラジウム金属ナノ粒子の担持は、回分式でも流通式でもよく、特に制限はない。   The introduction of palladium ions into the monolith ion exchanger and the loading of palladium metal nanoparticles may be batch-type or flow-type, and are not particularly limited.

白金族金属担持触媒の製造方法に用いられる白金族金属化合物としては有機塩/無機塩いずれでもよく、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、有機酸塩、無機錯塩等を用いることができる。白金族金属化合物の具体例としては、塩化パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、酢酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩化物、テトラアンミンパラジウム硝酸塩、塩化白金、テトラアンミン白金塩化物、テトラアンミン白金硝酸塩、クロロトリアンミン白金塩化物、ヘキサアンミン白金塩化物、ヘキサアンミン白金硫酸塩、クロロペンタアンミン白金塩化物、シス-テトラクロロジアンミン白金塩化物、トラ
ンス-テトラクロロジアンミン白金塩化物、塩化ロジウム、酢酸ロジウム、ヘキサアンミ
ンロジウム塩化物、ヘキサアンミンロジウム臭化物、ヘキサアンミンロジウム硫酸塩、ペンタアンミンアクアロジウム塩化物、ペンタアンミンアクアロジウム硝酸塩、シス-ジク
ロロテトラアンミンロジウム塩化物、トランス-ジクロロテトラアンミンロジウム塩化物
、塩化ルテニウム、ヘキサアンミンルテニウム塩化物、ヘキサアンミンルテニウム臭化物、ヘキサアンミンルテニウムヨウ化物、クロロペンタアンミンルテニウム塩化物、シス-
ジクロロテトラアンミンルテニウム塩化物、トランス-ジクロロテトラアンミンロジウム
塩化物、塩化イリジウム(III)、塩化イリジウム(IV)、ヘキサアンミンイリジウム塩化物、ヘキサアンミンイリジウム硝酸塩、クロロペンタアンミンイリジウム塩化物、クロロペンタアンミンイリジウム臭化物、ヘキサアンミンオスミウム塩化物、ヘキサアンミンオスミウム臭化物、ヘキサアンミンオスミウムヨウ化物等が挙げられる。これらの化合物の使用量は、金属換算で担体であるモノリスイオン交換体に対して0.005〜30重量%である。
The platinum group metal compound used in the method for producing a platinum group metal supported catalyst may be either an organic salt or an inorganic salt, and halides, sulfates, nitrates, phosphates, organic acid salts, inorganic complex salts, and the like can be used. . Specific examples of the platinum group metal compound include palladium chloride, palladium nitrate, palladium sulfate, palladium acetate, tetraammine palladium chloride, tetraammine palladium nitrate, platinum chloride, tetraammine platinum chloride, tetraammine platinum nitrate, chlorotriammine platinum chloride, Hexaammine platinum chloride, hexaammine platinum sulfate, chloropentaammine platinum chloride, cis-tetrachlorodiammine platinum chloride, trans-tetrachlorodiammine platinum chloride, rhodium chloride, rhodium acetate, hexaammine rhodium chloride, hexa Ammine rhodium bromide, hexaammine rhodium sulfate, pentaammine aquadium chloride, pentaammine aquadium nitrate, cis-dichlorotetraammine rhodium chloride, trans-dichloro Rhotetraammine rhodium chloride, ruthenium chloride, hexaammineruthenium chloride, hexaammineruthenium bromide, hexaammineruthenium iodide, chloropentammineruthenium chloride, cis-
Dichlorotetraammine ruthenium chloride, trans-dichlorotetraammine rhodium chloride, iridium chloride (III), iridium chloride (IV), hexaammine iridium chloride, hexaammine iridium nitrate, chloropentammine iridium chloride, chloropentammine iridium bromide, Examples include hexaammine osmium chloride, hexaammine osmium bromide, and hexaammine osmium iodide. The usage-amount of these compounds is 0.005-30 weight% with respect to the monolith ion exchanger which is a support | carrier in metal conversion.

白金族金属化合物は、通常、溶媒に溶解させて用いられる。溶媒としては、水;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール等のアルコール;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;アセトニトリル等の二トリル;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミドやそれらの混合物が用いられる。また、白金族金属化合物の溶媒への溶解性を高めるため、塩酸、硫酸、硝酸等の酸や、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の塩基を添加しても良い。   The platinum group metal compound is usually used after being dissolved in a solvent. Solvents include water; alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol and benzyl alcohol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; nitriles such as acetonitrile; amides such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone and mixtures thereof. Is used. In order to enhance the solubility of the platinum group metal compound in a solvent, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid, or a base such as sodium hydroxide or tetramethylammonium hydroxide may be added.

白金族金属担持触媒の製造方法に用いられる還元剤にも特に制約はなく、水素、一酸化炭素、エチレン等の還元性ガス;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール等のアルコール;ギ酸、ギ酸アンモニウム、シュウ酸、クエン酸、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸、アスコルビン酸カルシウム等のカルボン酸やその塩;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;ホルムアルデヒドやアセトアルデヒド等のアルデヒド;ヒドラジン、メチルヒドラジン、エチルヒドラジン、ブチルヒドラジン、アリルヒドラジン、フェニルヒドラジン等のヒドラジン;次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等の次亜リン段塩;水素化ホウ素ナトリウム等が挙げられる。   There are no particular restrictions on the reducing agent used in the method for producing a platinum group metal supported catalyst, and reducing gases such as hydrogen, carbon monoxide, and ethylene; alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, and benzyl alcohol; formic acid and formic acid Carboxylic acids such as ammonium, oxalic acid, citric acid, sodium citrate, ascorbic acid, calcium ascorbate and salts thereof; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde; hydrazine, methyl hydrazine, ethyl hydrazine, butyl hydrazine Hydrazines such as allyl hydrazine and phenyl hydrazine; hypophosphorous step salts such as sodium hypophosphite and potassium hypophosphite; sodium borohydride and the like.

還元反応の反応条件についても特に制限はないが、通常、−20℃から150℃にて、1分から20時間反応を行い、白金族金属化合物を0価白金族金属に還元する。   Although there is no restriction | limiting in particular also about the reaction conditions of a reductive reaction, Usually, reaction is performed at -20 degreeC to 150 degreeC for 1 minute to 20 hours, and a platinum group metal compound is reduced to a zerovalent platinum group metal.

白金族金属担持触媒において、白金族金属ナノ粒子の担体であるモノリスイオン交換体のイオン形に特に制限はなく、モノリスカチオン交換体の場合、対イオンがナトリウムイオンやカルシウムイオン等に置換された塩形でも良いし、対イオンが水素イオンである再生形であってもよく、また、モノリスアニオン交換体の場合、対イオンが塩化物イオンや硝酸イオン等に置換された塩形でも良いし、対イオンが水酸化物イオンである再生形であってもよい。   In the platinum group metal supported catalyst, there is no particular limitation on the ion form of the monolith ion exchanger that is the carrier of the platinum group metal nanoparticles, and in the case of the monolith cation exchanger, a salt in which the counter ion is replaced with sodium ion, calcium ion, or the like. In the case of a monolith anion exchanger, a salt form in which the counter ion is substituted with chloride ion, nitrate ion, or the like may be used. A regenerated form in which the ions are hydroxide ions may be used.

そして、本発明の炭素−炭素結合形成方法は、上記本発明に係る白金族金属担持触媒の存在下、(1)芳香族ハロゲン化物と有機ホウ素化合物とを反応させることにより、(2)芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物とを反応させることにより、又は(3)芳香族ハロゲン化物とアルケニル基を有する化合物とを反応させることにより、炭素−炭素結合を形成させる炭素−炭素結合形成方法である。   The carbon-carbon bond forming method of the present invention comprises (1) an aromatic halide and an organoboron compound in the presence of the platinum group metal-supported catalyst according to the present invention. Carbon-carbon bond formation by forming a carbon-carbon bond by reacting a halide with a compound having an alkynyl group at the end, or (3) reacting an aromatic halide with a compound having an alkenyl group Is the method.

本発明の炭素−炭素結合形成方法の第一の形態(以下、炭素−炭素結合形成方法(1)とも記載する。)は、上記本発明に係る白金族金属担持触媒の存在下、芳香族ハロゲン化物と有機ホウ素化合物とを反応させて、カップリングさせることにより、炭素−炭素単結合を生成させる反応である。   The first form of the carbon-carbon bond forming method of the present invention (hereinafter also referred to as carbon-carbon bond forming method (1)) is an aromatic halogen in the presence of the platinum group metal supported catalyst according to the present invention. This is a reaction in which a chemical compound and an organic boron compound are reacted and coupled to form a carbon-carbon single bond.

炭素−炭素結合形成方法(1)で用いられる有機ホウ素化合物は、R−B(OH)(Rは、有機基であり、有機基であれば特に制限されないが、例えば、直鎖状アルキル基、分岐鎖状アルキル基、環状アルキル基、芳香族炭素環式基、芳香族複素環式基等であり、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、これらの基には、メチル基、エチル基、ニトロ基、アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、カルボキシル基、アセチル基等が導入されてい
てもよい。)で示される有機ホウ素化合物である。そして、炭素−炭素結合形成方法(1)で用いられる有機ホウ素化合物としては、下記一般式(I)で示される芳香族ホウ素化合物が好ましい。
Ar−B(OH) (I)
(式中、Arは、炭素数6〜18の芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基である。)
The organic boron compound used in the carbon-carbon bond forming method (1) is R—B (OH) 2 (R is an organic group and is not particularly limited as long as it is an organic group. A branched alkyl group, a cyclic alkyl group, an aromatic carbocyclic group, an aromatic heterocyclic group, etc., and these groups include a methyl group, an ethyl group, and the like as long as they do not impair the effects of the present invention. Group, nitro group, amino group, methoxy group, ethoxy group, carboxyl group, acetyl group, etc. may be introduced). And as an organic boron compound used by the carbon-carbon bond formation method (1), the aromatic boron compound shown by the following general formula (I) is preferable.
Ar 1 -B (OH) 2 (I)
(In the formula, Ar 1 is an aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group having 6 to 18 carbon atoms.)

式(I)中、Arに係る芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基の例としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラニル基、ピリジル基、ピリミジル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、キノリル基、ベンゾフラニル基、インダニル基、インデニル基、ジベンゾフラニル基等が挙げられる。芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基にホウ素が結合する位置については、特に制限はなく、任意の位置に結合することが可能である。また、芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基には、1個以上の置換基が導入されていてもよい。置換基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ベンジル基等の炭化水素基;メトキシ基、エトキシ基、プルポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基;9-フルオレニルメトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。 In the formula (I), examples of the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group according to Ar 1 include phenyl group, naphthyl group, biphenyl group, anthranyl group, pyridyl group, pyrimidyl group, indolyl group, benzine. Examples include imidazolyl group, quinolyl group, benzofuranyl group, indanyl group, indenyl group, dibenzofuranyl group and the like. The position at which boron is bonded to the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group is not particularly limited, and can be bonded to any position. One or more substituents may be introduced into the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group. Examples of the substituent include hydrocarbon groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, hexyl group and benzyl group; alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, pulloxy group and butoxy group; 9-fluorene Examples include nylmethoxycarbonyl group, butoxycarbonyl group, benzyloxycarbonyl group, nitro group and the like.

炭素−炭素結合形成方法(1)で用いられる芳香族ハロゲン化物は、下記一般式(II)で示される芳香族ハロゲン化物である。
Ar−X (II)
(式中、Arは、炭素数6〜18の芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基であり、Xはハロゲン原子である。)
The aromatic halide used in the carbon-carbon bond forming method (1) is an aromatic halide represented by the following general formula (II).
Ar 2 -X (II)
(In the formula, Ar 2 is an aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group having 6 to 18 carbon atoms, and X is a halogen atom.)

式(II)中、Arに係る芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基の例としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラニル基、ピリジル基、ピリミジル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、キノリル基、ベンゾフラニル基、インダニル基、インデニル基、ジベンゾフラニル基等が挙げられる。芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基にハロゲン原子が結合する位置については、特に制限はなく、任意の位置に結合することが可能である。また、芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基には、1個以上の置換基が導入されていてもよい。置換基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ベンジル基等の炭化水素基;メトキシ基、エトキシ基、プルポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基;9-フルオレニルメトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、ニトロ基、カルボキシル基、アミノ基等が挙げられる。なお、Xはハロゲン原子であり、具体的にはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子である。 In the formula (II), examples of the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group related to Ar 2 include phenyl group, naphthyl group, biphenyl group, anthranyl group, pyridyl group, pyrimidyl group, indolyl group, benzine. Examples include imidazolyl group, quinolyl group, benzofuranyl group, indanyl group, indenyl group, dibenzofuranyl group and the like. The position at which the halogen atom is bonded to the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group is not particularly limited, and can be bonded to any position. One or more substituents may be introduced into the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group. Examples of the substituent include hydrocarbon groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, hexyl group and benzyl group; alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, pulloxy group and butoxy group; 9-fluorene Examples include nylmethoxycarbonyl group, butoxycarbonyl group, benzyloxycarbonyl group, nitro group, carboxyl group, amino group and the like. X is a halogen atom, specifically a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.

炭素−炭素結合形成方法(1)による炭素−炭素結合の生成とは、有機ホウ素化合物からホウ素を含む官能基が脱離した有機基と、芳香族ハロゲン化物からハロゲンが脱離した芳香族残基との間に、炭素−炭素結合が生成することをいう。例えば、有機ホウ素化合物が式(I)で示される芳香族ホウ素化合物であり、芳香族ハロゲン化物が式(II)で示される芳香族ハロゲン化物である場合、得られるカップリング生成物は、式(III)で示される化合物となる。
Ar−Ar (III)
(式中、Ar及びArは前記式(I)および(II)と同様である。)
Carbon-carbon bond formation by the carbon-carbon bond formation method (1) includes an organic group in which a functional group containing boron is eliminated from an organic boron compound, and an aromatic residue in which halogen is eliminated from an aromatic halide. Between carbon atoms and carbon atoms. For example, when the organic boron compound is an aromatic boron compound represented by the formula (I) and the aromatic halide is an aromatic halide represented by the formula (II), the resulting coupling product is represented by the formula (I III).
Ar 1 -Ar 2 (III)
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 are the same as those in the formulas (I) and (II).)

炭素−炭素結合形成方法(1)で用いられる芳香族ホウ素化合物と芳香族ハロゲン化物の使用割合は、等モルで用いられることが望ましいが、モル比で芳香族ホウ素化合物:芳香族ハロゲン化物=0.5〜2:1の範囲であれば、問題なく反応に供することができる。   The use ratio of the aromatic boron compound and aromatic halide used in the carbon-carbon bond forming method (1) is preferably used in an equimolar ratio, but the aromatic boron compound: aromatic halide = 0 in molar ratio. If it is the range of 0.5-2: 1, it can use for a reaction without a problem.

本発明の炭素−炭素結合形成方法の第二の形態(以下、炭素−炭素結合形成方法(2)とも記載する。)は、上記本発明に係る白金族金属担持触媒の存在下、芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物とを反応させることにより、炭素−炭素単結合を形成させる反応である。   A second form of the carbon-carbon bond forming method of the present invention (hereinafter also referred to as carbon-carbon bond forming method (2)) is an aromatic halogen in the presence of the platinum group metal supported catalyst according to the present invention. This is a reaction in which a carbon-carbon single bond is formed by reacting a compound with a compound having an alkynyl group at the terminal.

炭素−炭素結合形成方法(2)で用いられる芳香族ハロゲン化物は、式(II)で示される芳香族ハロゲン化物である。   The aromatic halide used in the carbon-carbon bond forming method (2) is an aromatic halide represented by the formula (II).

炭素−炭素結合形成方法(2)で用いられる末端にアルキニル基を有する化合物は、式(IV)で示される化合物である。
HC≡C−R (IV)
(式中、Rは水素原子、炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基、炭素数1〜18の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数2〜18の置換基を有していてもよいアルケニル基、炭素数2〜10の置換基を有していてもよいアルキニル基である。)
The compound having an alkynyl group at the terminal used in the carbon-carbon bond forming method (2) is a compound represented by the formula (IV).
HC≡C-R 1 (IV)
(In the formula, R 1 has a hydrogen atom, an aromatic carbocyclic group or an aromatic heterocyclic group optionally having a substituent having 6 to 18 carbon atoms, and a substituent having 1 to 18 carbon atoms. An aliphatic hydrocarbon group that may be present, an alkenyl group that may have a substituent having 2 to 18 carbon atoms, and an alkynyl group that may have a substituent having 2 to 10 carbon atoms.)

式(IV)中、Rに係る炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基の例としては、式(I)及び(II)に係るAr及びArと同様である。また、式(IV)中、Rに係る炭素数1〜18の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。また、式(IV)、Rに係る炭素数2〜18の置換基を有していてもよいアルケニル基の例としては、ビニル基、アリル基、メタリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、デセニル基、オクタデセニル基等が挙げられる。また、式(IV)中、Rに係る炭素数2〜10の置換基を有していてもよいアルキニル基の例としては、エチニル基、プロピニル基、ヘキシニル基、オクテニル基等が挙げられる。これら脂肪族炭化水素基、アルケニル基、アルキニル基の置換基としては、水酸基、炭化水素基、ヘテロ原子含有炭化水素基等が挙げられる。 Examples of the aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group which may have a substituent having 6 to 18 carbon atoms according to R 1 in formula (IV) include formulas (I) and (II The same as Ar 1 and Ar 2 according to). In the formula (IV), examples of the aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent having 1 to 18 carbon atoms according to R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group. Group, octyl group, dodecyl group, octadecyl group and the like. Furthermore, Formula (IV), examples of the alkenyl group which may have a substituent group having 2 to 18 carbon atoms according to R 1 is a vinyl group, an allyl group, a methallyl group, a propenyl group, butenyl group, hexenyl group Octenyl group, decenyl group, octadecenyl group and the like. In the formula (IV), examples of the alkynyl group which may have a substituent having 2 to 10 carbon atoms according to R 1 include ethynyl group, propynyl group, hexynyl group, octenyl group and the like. Examples of the substituent for the aliphatic hydrocarbon group, alkenyl group, and alkynyl group include a hydroxyl group, a hydrocarbon group, and a heteroatom-containing hydrocarbon group.

炭素−炭素結合形成方法(2)では、本発明に係る白金族金属担持触媒の存在下、式(II)で示される芳香族ハロゲン化物と式(IV)で示される化合物が反応して、式(V)の生成物を与える。
Ar−C≡C−R (V)
(式中、Ar及びRは、式(II)および(IV)と同様である。)
In the carbon-carbon bond forming method (2), the aromatic halide represented by the formula (II) reacts with the compound represented by the formula (IV) in the presence of the platinum group metal-supported catalyst according to the present invention, and the formula The product of (V) is given.
Ar 2 —C≡C—R 1 (V)
(In the formula, Ar 2 and R 1 are the same as those in the formulas (II) and (IV).)

炭素−炭素結合形成方法(2)で用いられる芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物の使用割合は、等モルで用いられることが望ましいが、モル比で芳香族ハロゲン化物:末端にアルキニル基を有する化合物=0.5〜3:1の範囲であれば、問題なく反応に供することができる。   The use ratio of the aromatic halide used in the carbon-carbon bond forming method (2) and the compound having an alkynyl group at the end is preferably used in an equimolar ratio, but the aromatic halide: alkynyl at the end is used in a molar ratio. If it is the compound which has group = 0.5-3: 1, it can use for reaction without a problem.

本発明の炭素−炭素結合形成方法の第三の形態(以下、炭素−炭素結合形成方法(3)とも記載する。)は、本発明に係る白金族金属担持触媒の存在下、芳香族ハロゲン化物とアルケニル基を有する化合物とを反応させることにより、炭素−炭素単結合を形成させる反応である。   The third form of the carbon-carbon bond forming method of the present invention (hereinafter also referred to as carbon-carbon bond forming method (3)) is an aromatic halide in the presence of the platinum group metal supported catalyst according to the present invention. And a compound having an alkenyl group are reacted to form a carbon-carbon single bond.

炭素−炭素結合形成方法(3)で用いられる芳香族ハロゲン化物は、式(II)で示される芳香族ハロゲン化物である。   The aromatic halide used in the carbon-carbon bond forming method (3) is an aromatic halide represented by the formula (II).

炭素−炭素結合形成方法(3)で用いられるアルケニル基を有する化合物は、式(VI
)で示される化合物である。
HC=CR (VI)
(式中、R、R、Rは、それぞれ独立して水素原子、炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基、炭素数1〜18の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、カルボン酸誘導体、酸アミド誘導体またはシアノ基である。)
The compound having an alkenyl group used in the carbon-carbon bond forming method (3) is represented by the formula (VI
).
R 2 HC = CR 3 R 4 (VI)
(Wherein R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, an aromatic carbocyclic group or an aromatic heterocyclic group optionally having a substituent having 6 to 18 carbon atoms, (It is an aliphatic hydrocarbon group, carboxylic acid derivative, acid amide derivative or cyano group which may have a substituent having 1 to 18 carbon atoms.)

式(VI)中、R、R及びRに係る炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭素環式基または芳香族複素環式基、および炭素数1〜18の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基の例としては、式(IV)に係るRと同様である。また、式(VI)中、R、R及びRに係るカルボン酸誘導体の例としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ブトキシカルボニル等のアルコキシカルボニル基が挙げられる。また、式(VI)中、R、R及びRに係る酸アミド誘導体の例としては、N-メチルカルバモイル基、N,N-ジメチルカルバモイル基等のカルバモイル基が挙げられる。 In formula (VI), an aromatic carbocyclic group or aromatic heterocyclic group which may have a substituent having 6 to 18 carbon atoms according to R 2 , R 3 and R 4 , and Examples of the aliphatic hydrocarbon group which may have 18 substituents are the same as those for R 1 according to formula (IV). In addition, examples of the carboxylic acid derivative according to R 2 , R 3, and R 4 in formula (VI) include alkoxycarbonyl groups such as methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, and butoxycarbonyl. Examples of the acid amide derivative according to R 2 , R 3 and R 4 in formula (VI) include carbamoyl groups such as N-methylcarbamoyl group and N, N-dimethylcarbamoyl group.

炭素−炭素結合形成方法(3)では、本発明に係る白金族金属担持触媒の存在下、式(II)で示される芳香族ハロゲン化物と式(VI)で示される化合物が反応して、式(VII)の生成物を与える。
ArC=CR (VII)
(式中、Ar、R、R及びRは、式(II)および(VI)と同様である。)
In the carbon-carbon bond forming method (3), the aromatic halide represented by the formula (II) reacts with the compound represented by the formula (VI) in the presence of the platinum group metal-supported catalyst according to the present invention, and the formula The product of (VII) is given.
R 2 Ar 2 C═CR 3 R 4 (VII)
(In the formula, Ar 2 , R 2 , R 3 and R 4 are the same as those in the formulas (II) and (VI).)

炭素−炭素結合形成方法(3)で用いられる芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物の使用割合は、特に制限されないが、モル比で芳香族ハロゲン化物:アルケニル基を有する化合物=0.5〜2:1の範囲であれば、問題なく反応に供することができる。   The ratio of the aromatic halide used in the carbon-carbon bond forming method (3) and the compound having an alkynyl group at the end is not particularly limited, but the aromatic halide: the compound having an alkenyl group in a molar ratio = 0. If it is the range of 5-2: 1, it can use for reaction without a problem.

本発明の炭素−炭素結合形成反応(1)〜(3)において、本発明に係る白金族金属担持触媒の使用量は、芳香族ハロゲン化物に対し、白金族金属換算で、0.01〜20モル%である。   In the carbon-carbon bond forming reactions (1) to (3) of the present invention, the platinum group metal supported catalyst according to the present invention is used in an amount of 0.01 to 20 in terms of platinum group metal relative to the aromatic halide. Mol%.

本発明の炭素−炭素結合形成方法では、カップリング反応を、溶媒を用いて行ってもよく、あるいは、無溶媒下で行ってもよい。用いられる溶媒としては、水や有機溶媒、およびこれらの混合物が挙げられる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール;テトラヒドロフランやジオキサン等の環状エーテルが挙げられる。   In the carbon-carbon bond forming method of the present invention, the coupling reaction may be performed using a solvent or may be performed in the absence of a solvent. Examples of the solvent used include water, organic solvents, and mixtures thereof. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, and glycerin; and cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane.

また、本発明の炭素−炭素結合形成方法が行われる雰囲気は、空気中でもかまわないが、好ましくは窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下が好ましい。反応温度は、特に制限されないが、−20℃〜150℃の範囲で任意に設定され、反応時間は、特に制限されないが、1分〜24時間の範囲で設定される。   The atmosphere in which the carbon-carbon bond forming method of the present invention is performed may be in air, but is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The reaction temperature is not particularly limited, but is arbitrarily set in the range of −20 ° C. to 150 ° C., and the reaction time is not particularly limited, but is set in the range of 1 minute to 24 hours.

なお、本発明の炭素−炭素結合形成反応では、塩基を存在させることが好ましい。用いられる塩基の例としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、酢酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、カリウムフェノラート、水酸化バリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムブトキシド、トリメチルアミン、トリエチルアミン等が挙げられる。これら塩基の使用量は、芳香族ハロゲン化物に対して50〜300モル%の範囲で設定される。   In the carbon-carbon bond forming reaction of the present invention, a base is preferably present. Examples of bases used include sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, potassium acetate, sodium phosphate, potassium phosphate, potassium phenolate, barium hydroxide, sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium butoxide , Trimethylamine, triethylamine and the like. The usage-amount of these bases is set in 50-300 mol% with respect to an aromatic halide.

(実施例)
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明
を制限するものではない。
(Example)
Next, the present invention will be specifically described by way of examples, but this is merely an example and does not limit the present invention.

(参考例1)モノリスカチオン交換体の製造
(モノリス中間体の製造(I工程))
スチレン9.28g、ジビニルベンゼン0.19g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)0.50gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.25gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-ア
ゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。このようにして得られたモノリス中間体(乾燥体)の内部構造をSEMにより観察した。SEM画像を図10に示すが、隣接する2つのマクロポアを区画する壁部は極めて細く棒状であるものの、連続気泡構造を有しており、水銀圧入法により測定したマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の平均直径は40μm、全細孔容積は18.2ml/gであった。
Reference Example 1 Production of Monolith Cation Exchanger (Production of Monolith Intermediate (Step I))
9.28 g of styrene, 0.19 g of divinylbenzene, 0.50 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.25 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture was added to 180 g of pure water, and a vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EM Co.) as a planetary stirring device. Was stirred under reduced pressure to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours in a static state after sealing. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with methanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate having a continuous macropore structure. The internal structure of the monolith intermediate (dry body) thus obtained was observed by SEM. The SEM image is shown in FIG. 10, although the wall portion that divides two adjacent macropores is extremely thin and has a rod shape, but has an open cell structure, and the opening of the portion where the macropores and macropores measured by mercury porosimetry overlap (Mesopore) had an average diameter of 40 μm and a total pore volume of 18.2 ml / g.

(モノリスの製造)
次いで、スチレン216.6g、ジビニルベンゼン4.4g、1-デカノール220g
、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.8gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体を反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニル
ベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下50℃で24時間重合させた。重合終了後内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、減圧乾燥した(III工程)。
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を1.
2モル%含有したモノリス(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察した結果を図11に示す。図11から明らかなように、当該モノリスは骨格及び空孔はそれぞれ3次元的に連続し、両相が絡み合った共連続構造であった。また、SEM画像から測定した骨格の平均太さは20μmであった。また、水銀圧入法により測定した、当該モノリスの三次元的に連続した空孔の平均直径は70μm、全細孔容積は4.4ml/gであった。なお、空孔の平均直径は、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値から求めた。
(Manufacture of monoliths)
Next, 216.6 g of styrene, 4.4 g of divinylbenzene, 220 g of 1-decanol
0.8 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the above monolith intermediate is placed in a reaction vessel, immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-decanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, and degassed in a vacuum chamber. The reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 50 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and then dried under reduced pressure (step III).
The crosslinking component comprising the styrene / divinylbenzene copolymer thus obtained is
FIG. 11 shows the result of observing the internal structure of the monolith (dried body) containing 2 mol% by SEM. As is clear from FIG. 11, the monolith has a co-continuous structure in which the skeleton and the vacancies are three-dimensionally continuous, and both phases are intertwined. Moreover, the average thickness of the skeleton measured from the SEM image was 20 μm. Further, the average diameter of the three-dimensionally continuous pores of the monolith measured by mercury porosimetry was 70 μm, and the total pore volume was 4.4 ml / g. The average diameter of the pores was determined from the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method.

(モノリスカチオン交換体の製造)
上記の方法で製造したモノリスをカラム状反応器に入れ、クロロスルホン酸500gとジクロロメタン4Lからなる溶液を通液して、20℃、3時間反応させた。反応終了後、
系内にメタノールを添加し、未反応のクロロスルホン酸を失活させ、更にメタノールで洗浄して生成物を取り出した。最後に純水で洗浄して、モノリスカチオン交換体を得た。
得られたモノリスカチオン交換体のカチオン交換容量は、乾燥状態で4.7mg当量/gであり、スルホン酸基が定量的に導入されていることを確認した。また、図11から明らかなように、当該モノリスカチオン交換体は骨格及び空孔はそれぞれ3次元的に連続し、両相が絡み合った共連続構造であった。また、SEM画像から測定した乾燥状態での骨格の平均太さは20μmであり、水銀圧入法による測定から求めた、当該モノリスカチオン交換体の三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径は70μm、乾燥状態での全細孔容積は4.4ml/gであった。
次いで、モノリスカチオン交換体中のスルホン酸基の分布状態を確認するため、EPMAにより硫黄の分布状態を観察した。モノリスカチオン交換体の表面における硫黄の分布状態を図12に、骨格断面における硫黄の分布状態を図13に示すが、硫黄はモノリスカチオン交換体の骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、スルホン酸基がモ
ノリスカチオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。
(Production of monolith cation exchanger)
The monolith produced by the above method was put into a column reactor, and a solution consisting of 500 g of chlorosulfonic acid and 4 L of dichloromethane was passed through and reacted at 20 ° C. for 3 hours. After the reaction is complete
Methanol was added to the system to deactivate unreacted chlorosulfonic acid, and the product was taken out by washing with methanol. Finally, it was washed with pure water to obtain a monolith cation exchanger.
The obtained monolith cation exchanger had a cation exchange capacity of 4.7 mg equivalent / g in a dry state, and it was confirmed that sulfonic acid groups were quantitatively introduced. As is clear from FIG. 11, the monolith cation exchanger had a co-continuous structure in which the skeleton and the vacancies were three-dimensionally continuous and the two phases were intertwined. The average thickness of the skeleton in the dry state measured from the SEM image is 20 μm, and the average in the dry state of the three-dimensional continuous pores of the monolith cation exchanger determined from the measurement by the mercury intrusion method. The diameter was 70 μm, and the total pore volume in the dry state was 4.4 ml / g.
Subsequently, in order to confirm the distribution state of the sulfonic acid group in the monolith cation exchanger, the distribution state of sulfur was observed by EPMA. The distribution state of sulfur on the surface of the monolith cation exchanger is shown in FIG. 12, and the distribution state of sulfur in the skeleton cross section is shown in FIG. 13. Sulfur is uniformly distributed not only on the skeleton surface of the monolith cation exchanger but also inside the skeleton. It was confirmed that the sulfonic acid group was uniformly introduced into the monolith cation exchanger.

(参考例2)白金族金属担持触媒の調製
参考例1のモノリスカチオン交換体を減圧乾燥し、乾燥後のモノリスカチオン交換体をナイフで刻んで3mm程度の小片とした。この小片1.5gをメタノール30mlに分散させ、更に酢酸パラジウム160mgを加え、室温にて6日間攪拌し、モノリスカチオン交換体にパラジウムイオンを担持させた。次いで、固液分離してモノリスカチオン交換体を取り出し、純水50mlに分散させ、ヒドラジン一水和物10ミリモルを加え還元を行った。モノリスカチオン交換体にパラジウムイオンを担持させた状態では黄色であった試料が還元後に黒色に変色したことから、パラジウムナノ粒子の生成が示唆された。還元後の試料は、数回純水で洗浄した後、検圧乾燥により乾燥させた。
パラジウムの担持量をICP発光分光分析法で求めたところ、パラジウム担持量は4.0
重量%であった。モノリスカチオン交換体に担持されたパラジウムの分布状態を確認するため、EPMAによりパラジウムの分布状態を観察した。モノリスカチオン交換体の骨格断面におけるパラジウムの分布状態を図14に示すが、パラジウムはモノリスカチオン交換体の骨格表面のみならず、骨格内部にも分布しており、内部の方か濃度が若干高いものの、比較的均一に分布していることが確認できた。また、担持されたパラジウム粒子の平均粒子径を測定するため、透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行った。得られたTEM画像を図15に示す。パラジウムナノ粒子の平均粒子径は、10nmであった。
Reference Example 2 Preparation of Platinum Group Metal-Supported Catalyst The monolith cation exchanger of Reference Example 1 was dried under reduced pressure, and the dried monolith cation exchanger was chopped with a knife into small pieces of about 3 mm. 1.5 g of this small piece was dispersed in 30 ml of methanol, 160 mg of palladium acetate was further added, and the mixture was stirred at room temperature for 6 days to support palladium ions on the monolith cation exchanger. Subsequently, the monolith cation exchanger was taken out by solid-liquid separation, dispersed in 50 ml of pure water, and reduced by adding 10 mmol of hydrazine monohydrate. The sample that was yellow when palladium ions were supported on the monolith cation exchanger turned black after reduction, suggesting the formation of palladium nanoparticles. The sample after the reduction was washed several times with pure water and then dried by pressure detection drying.
When the amount of palladium supported was determined by ICP emission spectroscopy, the amount of palladium supported was 4.0.
% By weight. In order to confirm the distribution state of palladium supported on the monolith cation exchanger, the distribution state of palladium was observed by EPMA. FIG. 14 shows the distribution state of palladium in the skeleton cross section of the monolith cation exchanger. Palladium is distributed not only on the skeleton surface of the monolith cation exchanger but also on the inside of the skeleton. It was confirmed that the distribution was relatively uniform. In order to measure the average particle diameter of the supported palladium particles, observation with a transmission electron microscope (TEM) was performed. The obtained TEM image is shown in FIG. The average particle diameter of the palladium nanoparticles was 10 nm.

(実施例1)4-ニトロ-1-ブロモベンゼンとフェニルボロン酸の反応
参考例2で調製したパラジウム担持触媒を用いて、4-ニトロ-1-ブロモベンゼンとフェ
ニルボロン酸の反応を行った。4-ニトロ-1-ブロモベンゼン101mg(0.50ミリモ
ル)とフェニルボロン酸67.1mg(0.55ミリモル)を水/イソプロパノール(1/1)混合溶媒2ml中に加え、次いで参考例2で調製したパラジウム担持触媒5.3mg(パラジウムは4-ニトロ-1-ブロモベンゼンに対し0.5モル%)を加えた。更に、塩基と
してリン酸ナトリウム12水和物665mg(4-ニトロ-1-ブロモベンゼンに対し3.5
倍当量)を加え、室温で6時間反応させた。反応後の4-ニトロ-1-ブロモベンゼンの転化
率をGCMSで測定したところ、100%であった。反応生成物である4-ニトロ-ビフェニル
の収率は92%であった。
(Example 1) Reaction of 4-nitro-1-bromobenzene and phenylboronic acid Using the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 2, 4-nitro-1-bromobenzene and phenylboronic acid were reacted. 101 mg (0.50 mmol) of 4-nitro-1-bromobenzene and 67.1 mg (0.55 mmol) of phenylboronic acid were added to 2 ml of a mixed solvent of water / isopropanol (1/1), and then prepared in Reference Example 2. 5.3 mg of the supported palladium catalyst (palladium was 0.5 mol% with respect to 4-nitro-1-bromobenzene) was added. Furthermore, 665 mg of sodium phosphate dodecahydrate as a base (3.5 to 4-nitro-1-bromobenzene)
(Double equivalent) was added and allowed to react at room temperature for 6 hours. The conversion of 4-nitro-1-bromobenzene after the reaction was measured by GCMS and found to be 100%. The yield of the reaction product, 4-nitro-biphenyl, was 92%.

(実施例2)4-メトキシ-1-ブロモベンゼンとフェニルボロン酸の反応
4-ニトロ-1-ブロモベンゼンにかえて4-メトキシ-1-ブロモベンゼン93.5mg(0.50ミリモル)を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で反応を行った。19時間反応後の4-メトキシ-1-ブロモベンゼンの転化率は100%であり、反応生成物である4-メ
トキシ-ビフェニルの収率は97%であった。
(Example 2) Reaction of 4-methoxy-1-bromobenzene and phenylboronic acid
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that 93.5 mg (0.50 mmol) of 4-methoxy-1-bromobenzene was used instead of 4-nitro-1-bromobenzene. The conversion of 4-methoxy-1-bromobenzene after the reaction for 19 hours was 100%, and the yield of the reaction product 4-methoxy-biphenyl was 97%.

(実施例3)4’-ヨードアセトフェノンとエチニルベンゼンの反応
参考例2で調製したパラジウム担持触媒を用いて、4’-ヨードアセトフェノンとエチニルベンゼンの反応を行った。4’-ヨードアセトフェノン123mg(0.50ミリモル)とエチニルベンゼン65.9μl(0.60ミリモル)を水/イソプロパノール(1/1)混合溶媒2ml中に加え、次いで参考例2で調製したパラジウム担持触媒4.2mg(パラジウムは4’-ヨードアセトフェノンに対し0.4モル%)を加えた。更に、塩基としてリン酸ナトリウム12水和物380mg(4’-ヨードアセトフェノンに対し2倍当量)を加え、80℃で1時間反応させた。反応生成物の収率は100%であった。
(Example 3) Reaction of 4'-iodoacetophenone and ethynylbenzene Using the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 2, 4'-iodoacetophenone and ethynylbenzene were reacted. 123 mg (0.50 mmol) of 4′-iodoacetophenone and 65.9 μl (0.60 mmol) of ethynylbenzene were added to 2 ml of a mixed solvent of water / isopropanol (1/1), and then the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 2 4.2 mg (palladium was 0.4 mol% with respect to 4'-iodoacetophenone) was added. Further, 380 mg of sodium phosphate dodecahydrate (2 equivalents relative to 4′-iodoacetophenone) was added as a base and reacted at 80 ° C. for 1 hour. The yield of the reaction product was 100%.

(実施例4)ヨードベンゼンとアクリル酸ブチルの反応
参考例2で調製したパラジウム担持触媒を用いて、ヨードベンゼンとアクリル酸ブチルの反応を行った。ヨードベンゼン55.8μl(0.50 ミリモル)とアクリル酸ブチル85.4μl(0.60ミリモル)をジメチルアセトアミド2ml中に加え、次いで参
考例2で調製したパラジウム担持触媒2.1mg(パラジウムはヨードベンゼンに対し0.2モル%)を加えた。更に、塩基としてトリブチルアミン131μl(ヨードベンゼンに対し1.1倍当量)を加え、100℃で3時間反応させた。反応生成物の収率は91%であった。
(Example 4) Reaction of iodobenzene and butyl acrylate Using the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 2, the reaction of iodobenzene and butyl acrylate was performed. 55.8 μl (0.50 mmol) of iodobenzene and 85.4 μl (0.60 mmol) of butyl acrylate were added to 2 ml of dimethylacetamide, and then 2.1 mg of palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 2 (palladium represents iodobenzene). 0.2 mol%) was added. Further, 131 μl of tributylamine (1.1 times equivalent to iodobenzene) was added as a base and reacted at 100 ° C. for 3 hours. The yield of the reaction product was 91%.

(参考例3)イオン交換基が導入されていないモノリスを担体に用いた白金族金属担持触媒の調製
参考例1で製造したカチオン交換基を導入する前のモノリスを減圧乾燥し、ナイフで刻んで3mm程度の小片とした。この小片2.0gをメタノール40mlに分散させ、更に酢酸パラジウム210mgを加え、室温にて6日間攪拌した。反応後、試料が還元後に黒色に変色したことから、パラジウムナノ粒子の生成が示唆された。得られた試料は、数回純水で洗浄した後、検圧乾燥により乾燥させた。パラジウムの担持量をICP発光分光分析
法で求めたところ、パラジウム担持量は4.8重量%であった。
(Reference Example 3) Preparation of a platinum group metal-supported catalyst using a monolith having no ion exchange group introduced thereon as a carrier The monolith before introduction of the cation exchange group produced in Reference Example 1 was dried under reduced pressure and chopped with a knife. A small piece of about 3 mm was used. 2.0 g of this small piece was dispersed in 40 ml of methanol, 210 mg of palladium acetate was further added, and the mixture was stirred at room temperature for 6 days. After the reaction, the sample turned black after reduction, suggesting the formation of palladium nanoparticles. The obtained sample was washed several times with pure water, and then dried by pressure detection drying. The amount of palladium supported was determined by ICP emission spectrometry, and the amount of palladium supported was 4.8% by weight.

(比較例1)
参考例2で調製したパラジウム担持触媒に代えて参考例3で調製したパラジウム担持触媒を用いたこと以外は、実施例1と同様の反応を行った。実施例1においては、6時間の反応で収率は92%に達したのに対し、参考例3の触媒(担体としてイオン交換基を有しないモノリスを使用)を用いた場合では、24時間反応させても収率はわずか2%であった。
(Comparative Example 1)
The same reaction as in Example 1 was carried out except that the palladium supported catalyst prepared in Reference Example 3 was used instead of the palladium supported catalyst prepared in Reference Example 2. In Example 1, the yield reached 92% in the reaction for 6 hours, whereas in the case of using the catalyst of Reference Example 3 (using a monolith having no ion exchange group as a support), the reaction was performed for 24 hours. The yield was only 2%.

(比較例2)
参考例2で調製したパラジウム担持触媒に代えて参考例3で調製したパラジウム担持触媒を用いたこと以外は、実施例2と同様の反応を行った。実施例3においては、19時間の反応で収率は97%に達したのに対し、参考例3の触媒(担体としてイオン交換基を有しないモノリスを使用)を用いた場合では、24時間反応させても収率は31%であった。
(Comparative Example 2)
The same reaction as in Example 2 was performed except that the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 3 was used instead of the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 2. In Example 3, the yield reached 97% after 19 hours of reaction, whereas in the case of using the catalyst of Reference Example 3 (using a monolith having no ion exchange group as a support), the reaction was performed for 24 hours. The yield was 31%.

(参考例4)モノリスアニオン交換体の製造
(モノリスアニオン交換体の製造)
参考例1で製造したモノリスをカラム状反応器に入れ、クロロスルホン酸1600gと四塩化スズ400g、ジメトキシメタン2500mlからなる溶液を循環・通液して、30℃、5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、クロロメチル化モノリスをTHF/水=2/1の混合溶媒で洗浄し、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリスにTHF1600mlとトリメチルアミン30%水溶液1400mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノールで洗浄し、次いで純水で洗浄してモノリスアニオン交換体を得た。
得られたモノリスアニオン交換体のアニオン交換容量は、乾燥状態で4.2mg当量/
gであり、四級アンモニウム基が定量的に導入されていることを確認した。また、SEM画像から測定した乾燥状態での骨格の平均太さは20μmであり、水銀圧入法による測定から求めた、当該モノリスアニオン交換体の三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径は70μm、乾燥状態での全細孔容積は4.4ml/gであった。
次に、モノリスアニオン交換体中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、モノリスアニオン交換体を塩酸水溶液で処理して塩化物型とした後、EPMAにより塩化物イオンの分布状態を観察した。モノリスアニオン交換体の表面における塩化物イオンの分布状態を図16に、骨格断面における塩化物イオンの分布状態を図17に示すが、塩化物イオンはモノリスアニオン交換体の骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基がモノリスアニオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。
Reference Example 4 Production of monolith anion exchanger (production of monolith anion exchanger)
The monolith produced in Reference Example 1 was placed in a column reactor, and a solution consisting of 1600 g of chlorosulfonic acid, 400 g of tin tetrachloride and 2500 ml of dimethoxymethane was circulated and passed through, and reacted at 30 ° C. for 5 hours to give a chloromethyl group. Was introduced. After completion of the reaction, the chloromethylated monolith was washed with a mixed solvent of THF / water = 2/1, and further washed with THF. To this chloromethylated monolith, 1600 ml of THF and 1400 ml of 30% aqueous solution of trimethylamine were added and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with methanol and then with pure water to obtain a monolith anion exchanger.
The resulting monolith anion exchanger had an anion exchange capacity of 4.2 mg equivalent /
g, and it was confirmed that quaternary ammonium groups were quantitatively introduced. The average thickness of the skeleton in the dry state measured from the SEM image is 20 μm, and the average in the dry state of the three-dimensional continuous pores of the monolith anion exchanger determined from the measurement by mercury porosimetry. The diameter was 70 μm, and the total pore volume in the dry state was 4.4 ml / g.
Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium group in the monolith anion exchanger, the monolith anion exchanger was treated with an aqueous hydrochloric acid solution to form a chloride form, and then the distribution state of chloride ions was observed by EPMA. . The distribution state of chloride ions on the surface of the monolith anion exchanger is shown in FIG. 16, and the distribution state of chloride ions in the skeleton cross section is shown in FIG. 17. The chloride ions are not limited to the skeleton surface of the monolith anion exchanger. It was uniformly distributed inside, and it was confirmed that quaternary ammonium groups were uniformly introduced into the monolith anion exchanger.

(参考例5)白金族金属担持触媒の製造
参考例4のモノリスアニオン交換体をCl形にイオン交換した後、乾燥状態で円柱状に切り出し、減圧乾燥した。乾燥後のモノリスアニオン交換体の重量は、1.2gであった。この乾燥状態のモノリスアニオン交換体を、塩化パラジウム100mgを溶解した希塩酸に24時間浸漬し、塩化パラジウム酸形にイオン交換した。浸漬終了後、モノリスアニオン交換体を純水で数回洗浄し、ヒドラジン水溶液中に24時間浸漬して還元処理を行った。塩化パラジウム酸形モノリスアニオン交換体が茶色であったのに対し、還元処理終了後のモノリスアニオン交換体は黒色に着色しており、パラジウムナノ粒子の生成が示唆された。還元後の試料は、数回純水で洗浄した後、検圧乾燥により乾燥させた。
パラジウムの担持量をICP発光分光分析法で求めたところ、パラジウム担持量は3.9
重量%であった。モノリスアニオン交換体に担持されたパラジウムの分布状態を確認するため、EPMAによりパラジウムの分布状態を観察した。モノリスアニオン交換体の骨格断面におけるパラジウムの分布状態を図18に示すが、パラジウムはモノリスアニオン交換体の骨格表面のみならず、骨格内部にも分布しており、内部の方か濃度が若干高いものの、比較的均一に分布していることが確認できた。また、担持されたパラジウム粒子の平均粒子径を測定するため、透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行った。得られたTEM画像を図19に示す。パラジウムナノ粒子の平均粒子径は、8nmであった。
(Reference Example 5) Production of platinum group metal supported catalyst The monolith anion exchanger of Reference Example 4 was ion-exchanged into Cl form, cut into a cylindrical shape in a dry state, and dried under reduced pressure. The weight of the monolith anion exchanger after drying was 1.2 g. This dried monolith anion exchanger was immersed in dilute hydrochloric acid in which 100 mg of palladium chloride was dissolved for 24 hours, and ion-exchanged to the palladium chloride acid form. After completion of the immersion, the monolith anion exchanger was washed several times with pure water, and immersed in an aqueous hydrazine solution for 24 hours for reduction treatment. The chloropalladium acid form monolith anion exchanger was brown, whereas the monolith anion exchanger after the reduction treatment was colored black, suggesting the formation of palladium nanoparticles. The sample after the reduction was washed several times with pure water and then dried by pressure detection drying.
When the amount of palladium supported was determined by ICP emission spectroscopy, the amount of palladium supported was 3.9.
% By weight. In order to confirm the distribution state of palladium supported on the monolith anion exchanger, the distribution state of palladium was observed by EPMA. Although the distribution state of palladium in the skeleton cross section of the monolith anion exchanger is shown in FIG. It was confirmed that the distribution was relatively uniform. In order to measure the average particle diameter of the supported palladium particles, observation with a transmission electron microscope (TEM) was performed. The obtained TEM image is shown in FIG. The average particle diameter of the palladium nanoparticles was 8 nm.

(実施例5)4-メトキシ-1-ブロモベンゼンとフェニルボロン酸の反応
参考例5で調製したパラジウム担持触媒を用いて、4-メトキシ-1-ブロモベンゼンとフ
ェニルボロン酸の反応を行った。4-メトキシ-1-ブロモベンゼン93.5mg(0.50
ミリモル)とフェニルボロン酸67.1mg(0.55ミリモル)を水/イソプロパノー
ル(1/1)混合溶媒2ml中に加え、次いで参考例5で調製したパラジウム担持触媒6.
8mg(パラジウムは4-メトキシ-1-ブロモベンゼンに対し0.5モル%)を加えた。更
に、塩基としてリン酸ナトリウム12水和物665mg(4-メトキシ-1-ブロモベンゼン
に対し3.5倍当量)を加え、室温で24時間反応させた。反応後の4-メトキシ-1-ブロ
モベンゼンの転化率をGCMSで測定したところ、97%であった。反応生成物である4-メトキシ-ビフェニルの収率は76%であった。
(Example 5) Reaction of 4-methoxy-1-bromobenzene and phenylboronic acid Using the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 5, 4-methoxy-1-bromobenzene and phenylboronic acid were reacted. 4-methoxy-1-bromobenzene 93.5 mg (0.50
Mmol) and 67.1 mg (0.55 mmol) of phenylboronic acid in 2 ml of a mixed solvent of water / isopropanol (1/1), and then the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 5.
8 mg (palladium was 0.5 mol% with respect to 4-methoxy-1-bromobenzene) was added. Further, 665 mg of sodium phosphate dodecahydrate (3.5 times equivalent to 4-methoxy-1-bromobenzene) was added as a base, and the mixture was reacted at room temperature for 24 hours. The conversion of 4-methoxy-1-bromobenzene after the reaction was measured by GCMS and found to be 97%. The yield of 4-methoxy-biphenyl as a reaction product was 76%.

(実施例6)4-ブロモアニリンとフェニルボロン酸の反応
4-メトキシ-1-ブロモベンゼンにかえて4-ブロモアニリン86.0mg(0.50ミリ
モル)を用い、反応温度を80℃としたことを除いて、実施例5と同様の条件で反応を行った。反応は僅か30分で完結し、転化率は100%、収率は95%であった。
Example 6 Reaction of 4-bromoaniline with phenylboronic acid
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 5, except that 86.0 mg (0.50 mmol) of 4-bromoaniline was used instead of 4-methoxy-1-bromobenzene, and the reaction temperature was 80 ° C. It was. The reaction was completed in only 30 minutes, the conversion rate was 100%, and the yield was 95%.

(実施例7)4’-ヨードアセトフェノンとエチニルベンゼンの反応
参考例5で調製したパラジウム担持触媒を用いて、4’-ヨードアセトフェノンとエチニルベンゼンの反応を行った。4’-ヨードアセトフェノン123mg(0.50ミリモル)とエチニルベンゼン65.9μl(0.60ミリモル)を水/イソプロパノール(1/1)混合溶媒2ml中に加え、次いで参考例5で調製したパラジウム担持触媒5.5mg(パラジウムは4’-ヨードアセトフェノンに対し0.4モル%)を加えた。更に、塩基としてリン酸ナトリウム12水和物380mg(4’-ヨードアセトフェノンに対し2倍当量)を加え、80℃で1時間反応させた。反応生成物の収率は99%であった。
(Example 7) Reaction of 4'-iodoacetophenone and ethynylbenzene Using the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 5, 4'-iodoacetophenone and ethynylbenzene were reacted. 123 mg (0.50 mmol) of 4′-iodoacetophenone and 65.9 μl (0.60 mmol) of ethynylbenzene were added to 2 ml of a mixed solvent of water / isopropanol (1/1), and then the palladium supported catalyst prepared in Reference Example 5 was used. 5.5 mg (palladium was 0.4 mol% with respect to 4'-iodoacetophenone) was added. Further, 380 mg of sodium phosphate dodecahydrate (2 times equivalent to 4′-iodoacetophenone) was added as a base and reacted at 80 ° C. for 1 hour. The yield of the reaction product was 99%.

(実施例8)ヨードベンゼンとアクリル酸ブチルの反応
参考例5で調製したパラジウム担持触媒を用いて、ヨードベンゼンとアクリル酸ブチルの反応を行った。ヨードベンゼン55.8μl(0.50 ミリモル)とアクリル酸ブチル85.4μl(0.60ミリモル)をジメチルアセトアミド2ml中に加え、次いで参考例5で調製したパラジウム担持触媒2.8mg(パラジウムはヨードベンゼンに対し0.2モル%)を加えた。更に、塩基としてトリブチルアミン131μl(ヨードベンゼンに対し1.1倍当量)を加え、100℃で4時間反応させた。反応生成物の収率は100
%であった。
(Example 8) Reaction of iodobenzene and butyl acrylate Using the palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 5, reaction of iodobenzene and butyl acrylate was performed. 55.8 μl (0.50 mmol) of iodobenzene and 85.4 μl (0.60 mmol) of butyl acrylate were added to 2 ml of dimethylacetamide, and then 2.8 mg of palladium-supported catalyst prepared in Reference Example 5 (palladium represents iodobenzene). 0.2 mol%) was added. Furthermore, 131 μl of tributylamine (1.1 equivalents relative to iodobenzene) was added as a base and reacted at 100 ° C. for 4 hours. The yield of the reaction product is 100
%Met.

1 骨格相
2 空孔相
10 モノリス
11 画像領域
12 断面で表れる骨格部
13 マクロポア
21 骨格表面
22 突起体
30 モノリス(モノリスイオン交換体)
31 マクロポア
32 開口
33 内層部
34 表層部
35 気相部(気泡部)
36 壁部(骨格部)
37 細孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Skeletal phase 2 Pore phase 10 Monolith 11 Image area 12 Skeletal part 13 shown in cross section Macropore 21 Skeletal surface 22 Projection body 30 Monolith (monolith ion exchanger)
31 Macropore 32 Opening 33 Inner layer portion 34 Surface layer portion 35 Gas phase portion (bubble portion)
36 Wall (skeleton)
37 pores

Claims (12)

白金族金属担持触媒の存在下、(1)芳香族ハロゲン化物と有機ホウ素化合物との反応、(2)芳香族ハロゲン化物と末端にアルキニル基を有する化合物との反応、又は(3)芳香族ハロゲン化物とアルケニル基を有する化合物との反応を行い、炭素−炭素結合を形成させる炭素−炭素結合形成方法であり、
該白金族金属担持触媒が、非粒子状有機多孔質アニオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属のナノ粒子が担持されている白金族金属担持触媒であり、該非粒子状有機多孔質アニオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなり、連続骨格の厚みは1〜100μm、連続空孔の平均直径は1〜1000μm、全細孔容積は0.5〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しており、該白金族金属の担持量が、乾燥状態で0.004〜20重量%であること、
を特徴とする炭素−炭素結合形成方法。
In the presence of a platinum group metal supported catalyst, (1) reaction between an aromatic halide and an organic boron compound, (2) reaction between an aromatic halide and a compound having an alkynyl group at the end, or (3) aromatic halogen A carbon-carbon bond forming method of reacting a compound with a compound having an alkenyl group to form a carbon-carbon bond,
The platinum group metal supported catalyst is a platinum group metal supported catalyst in which platinum group metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a non-particulate organic porous anion exchanger, and the non-particulate organic porous catalyst The anion exchanger is composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1 to 1000 μm, and the total pore volume is 0.5 to 50 ml / g. The anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, the anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger, and the supported amount of the platinum group metal is , 0.004-20% by weight in a dry state,
A carbon-carbon bond forming method characterized by the above.
前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が1〜1000μmの共通の開口(メソポア)を有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が1〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項1記載の炭素−炭素結合形成方法。 The non-particulate organic porous anion exchanger has an open cell structure having a common pore (mesopore) having an average diameter of 1 to 1000 μm in a macropore and a macropore wall connected to each other, and the total pore volume is 1 to 50 ml / g, anion exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger The carbon-carbon bond forming method according to claim 1. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、平均粒子径1〜50μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が20〜100μmの三次元的に連続した空孔を有し、全細孔容積が1〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項1記載の炭素−炭素結合形成方法。 The non-particulate organic porous anion exchanger aggregates organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm to form a three-dimensional continuous skeleton part, and a tertiary having an average diameter of 20 to 100 μm between the skeletons. Originally having continuous pores, the total pore volume is 1 to 10 ml / g, the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the anion exchange group is the organic 2. The carbon-carbon bond forming method according to claim 1, wherein the carbon-carbon bond is uniformly distributed in the porous anion exchanger. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積が0.5〜10ml/g、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であることを特徴とする請求項1記載の炭素−炭素結合形成方法。 The non-particulate organic porous anion exchanger is a continuous macropore structure in which bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is an opening having an average diameter of 30 to 300 μm, and the total pore volume is 0.5 to 10 ml. / G, the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, the anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger, and the continuous macropore structure ( 2. The carbon-carbon bond forming method according to claim 1, wherein in the SEM image of the cut surface of the dried body, the area of the skeleton part appearing in the cross section is 25 to 50% in the image region. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、アニオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.1〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が10〜200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項1記載の炭素−炭素結合形成方法。 The non-particulate organic porous anion exchanger has an average thickness of 1 consisting of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol% of a crosslinked structural unit among all the structural units into which an anion exchange group has been introduced. A co-continuous structure comprising a three-dimensionally continuous skeleton of ˜60 μm and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm between the skeletons, and the total pore volume is 0.5 10 ml / g, an anion exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and an anion exchange group is uniformly distributed in the organic porous anion exchanger The carbon-carbon bond forming method according to claim 1. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、連続骨格相と連続空孔相からなり、該骨格は、表面に固着する直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが4〜40μmの多数の突起体を有し、連続空孔の平均直径が10〜200μm、全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項1記載の炭素−炭素結合形成方法。 The non-particulate organic porous anion exchanger comprises a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and the skeleton is a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm fixed on the surface or the skeleton surface of the organic porous body. Having a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm, an average diameter of continuous pores of 10 to 200 μm, a total pore volume of 0.5 to 10 ml / g, and a weight in a dry state 2. The carbon-carbon bond forming method according to claim 1, wherein the anion exchange capacity per unit is 1 to 6 mg equivalent / g, and the anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger. . 非粒子状有機多孔質アニオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属のナノ粒子が担持されている炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒であり、A platinum group metal-supported catalyst for carbon-carbon bond forming reaction in which nanoparticles of platinum group metal having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a non-particulate organic porous anion exchanger,
該非粒子状有機多孔質アニオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなり、連続骨格の厚みは1〜100μm、連続空孔の平均直径は1〜1000μm、全細孔容積は0.5〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量は1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しており、  The non-particulate organic porous anion exchanger comprises a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1 to 1000 μm, and the total pore volume is 0.5. ˜50 ml / g, the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger,
該白金族金属の担持量が、乾燥状態で0.004〜20重量%であること、  The supported amount of the platinum group metal is 0.004 to 20% by weight in a dry state;
を特徴とする炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒。A platinum group metal supported catalyst for carbon-carbon bond forming reaction.
前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が1〜1000μmの共通の開口(メソポア)を有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が1〜50ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項7記載の炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒。The non-particulate organic porous anion exchanger has an open cell structure having a common pore (mesopore) with an average diameter of 1 to 1000 μm in the walls of the macropores and the macropores connected to each other, and the total pore volume is 1 to 50 ml / g, anion exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger The platinum group metal supported catalyst for carbon-carbon bond forming reaction according to claim 7. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、平均粒子径1〜50μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が20〜100μmの三次元的に連続した空孔を有し、全細孔容積が1〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項7記載の炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒。The non-particulate organic porous anion exchanger aggregates organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm to form a three-dimensional continuous skeleton part, and a tertiary having an average diameter of 20 to 100 μm between the skeletons. Originally having continuous pores, the total pore volume is 1 to 10 ml / g, the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and the anion exchange group is the organic The platinum group metal supported catalyst for carbon-carbon bond forming reaction according to claim 7, wherein the catalyst is uniformly distributed in the porous anion exchanger. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積が0.5〜10ml/g、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であることを特徴とする請求項7記載の炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒。The non-particulate organic porous anion exchanger is a continuous macropore structure in which bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is an opening having an average diameter of 30 to 300 μm, and the total pore volume is 0.5 to 10 ml. / G, the anion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, the anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger, and the continuous macropore structure ( The platinum group metal-supported catalyst for carbon-carbon bond forming reaction according to claim 7, wherein the area of the skeleton part shown in the cross section in the SEM image of the cut surface of the dried body) is 25 to 50% in the image region . 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、アニオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.1〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が10〜200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項7記載の炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒。The non-particulate organic porous anion exchanger has an average thickness of 1 consisting of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol% of a crosslinked structural unit among all the structural units into which an anion exchange group has been introduced. A co-continuous structure comprising a three-dimensionally continuous skeleton of ˜60 μm and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm between the skeletons, and the total pore volume is 0.5 10 ml / g, an anion exchange capacity per weight in a dry state is 1 to 6 mg equivalent / g, and an anion exchange group is uniformly distributed in the organic porous anion exchanger The platinum group metal supported catalyst for carbon-carbon bond forming reaction according to claim 7. 前記非粒子状有機多孔質アニオン交換体が、連続骨格相と連続空孔相からなり、該骨格は、表面に固着する直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが4〜40μmの多数の突起体を有し、連続空孔の平均直径が10〜200μm、全細孔容積が0.5〜10ml/gであり、乾燥状態での重量当りのアニオン交換容量が1〜6mg当量/gであり、アニオン交換基が該有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする請求項7記載の炭素−炭素結合形成反応用白金族金属担持触媒。The non-particulate organic porous anion exchanger comprises a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and the skeleton is a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm fixed on the surface or the skeleton surface of the organic porous body. Having a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm, an average diameter of continuous pores of 10 to 200 μm, a total pore volume of 0.5 to 10 ml / g, and a weight in a dry state The carbon-carbon bond forming reaction according to claim 7, wherein the permeation anion exchange capacity is 1 to 6 mg equivalent / g, and the anion exchange groups are uniformly distributed in the organic porous anion exchanger. Platinum group metal supported catalyst.
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