JP6431810B2 - 炭酸ジブチル合成用触媒及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前記担体は、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)及びゼオライトからなる群より選択される1以上の酸化物、複合酸化物又は混合酸化物である。これらのうち、炭酸ジブチル量の生成と副生物量の低減との観点から、ZrO2が好ましい。
例えば、ブタノールとアセトンとを原料とし、固体酸点を有する化合物からなる担体に強酸を担持させてなる強酸触媒の存在下で反応させ、アセトンジブチルアセタール(以下、ADBAともいう。)を生成する。その後、下記式(1)のように、前記生成したADBAにCO2を本発明に係る炭酸ジブチル合成用触媒の存在下で反応させて、DBCを得ることができる。
粉末状の所定量の酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はゼオライト(MS−13X)を担体として準備した。各担体を乾燥機にて、110℃にて12時間で乾燥させた後、各担体に対して4wt%となるようにリン酸を含む水溶液を調製し、含浸法によって担体に担持させた。これを、焼成炉にて、300℃にて3時間で焼成した後、得られた粉末を圧縮成型して、単一粒径の触媒を複数得た。なお、本例では、水酸化ジルコニウム(Zr(OH)4)を原料として焼成・粉砕してZrO2を準備した、またリン酸の原料をリン酸(H3PO4)とした。また、ADBAは市販の試薬を用いた。
前述のように作製した触媒とADBAとを用いて、各触媒に対するDBCの合成活性を評価した。10ccの触媒に対して、ADBAを3.3g/h、ブタノールを3.3g/h、二酸化炭素を22L/hでステンレス製反応器に導入し、所定の反応条件下で反応させて、DBCを生成した。なお、ブタノールはADBAの分解を抑制するために含有し、ブタノールとADBAとを含有する反応液とした。生成したDBC、副生物及び未反応物を含む生成液中の各生成物の濃度を、FID分析計により測定した。前記反応条件としては、圧力を30MPaGとし、GHSVを2000h−1とし、LHSVを0.8h−1とした。結果を図1及び下記表1に示す。表中での1−ブチルアセテート、1,1−ジブトキシブタン、ブタナール、ジブチルエーテル、ヘミアセタール及びその他が副生物として生成した。また、DBC量に対する副生物量の比については、副生物の全量(wt%)をDBC生成量(wt%)で除した値にて評価した。
ZrO2の担体を乾燥機にて乾燥後、これにリン酸を所定の量で含む水溶液と、酸化セリウム(CeO2)、酸化亜鉛(ZnO)又は塩化セリウム(CeCl2)を担体に対する所定の量で含む水溶液とを、それぞれ調製し、含浸法により担体に担持させた。これを焼成炉にて、300℃にて3時間で焼成した後、得られた粉末を圧縮成型して、単一粒径の触媒を複数得た。なお、ZrO2及びリン酸の原料は、試験例1と同一とした。
上記のように作製した各触媒に対して、活性評価Iと同様にして、DBCの合成活性を評価した。なお、反応条件は、試験例1の活性評価Iと同様とした。結果を図2及び下記表2に示す。
酸化ジルコニウムの原料を水酸化ジルコニウムから酸化ジルコニウムとする、又はリン酸の原料をリン酸からリン酸アンモニウムとした以外、試験例1と同様にして、担体であるZrO2に触媒成分としてリン酸を担持させた触媒を調製した。
上記のように作製した各触媒に対して、活性評価Iと同様にして、DBCの合成活性を評価した。なお、反応条件は、試験例1の活性評価Iと同様とした。結果を図3及び表3に示す。
触媒成分のリン酸の量を所定の範囲内で変更した以外、試験例1と同様にして、3つの触媒を調製した。リン酸の量は担体に対して2wt%、4wt%及び8wt%とした。
上記各触媒に対して、活性評価Iと同様にして、DBCの合成活性を評価した。なお、反応条件は、試験例1の活性評価Iと同様とした。結果を図4及び下記表4に示す。
触媒成分担持前の担体の乾燥温度を所定の範囲内で変更した以外、試験例1と同様にして、3つの触媒を調製した。担体の乾燥温度は、300℃、500℃及び650℃とした。
上記のように作製した各触媒に対して、活性評価Iと同様にして、DBCの合成活性を評価した。なお、反応条件は、試験例1の活性評価Iと同様とした。結果を図5及び下記表5に示す。
触媒成分担持後の担体の焼成温度を所定の範囲内で変更した以外、試験例1と同様にして、3つの触媒を調製した。焼成温度は、300℃、500℃及び800℃とした。
上記のように作製した各触媒に対して、活性評価Iと同様にして、DBCの合成活性を評価した。なお、反応条件は、試験例1の活性評価Iと同様とした。結果を図6及び下記表6に示す。
調製方法による活性評価を実施した。含浸法による触媒として、試験例6の含浸法により担体に触媒成分を担持した後、500℃で焼成した触媒を用いた。また、沈殿法による触媒を調製した。沈殿法による調製は、オキシ塩化ジルコニウムを含む水溶液に焼成し、担体とするZrO2に対して4wt%となるようにリン酸アンモニウムを含む水溶液を調製し、これを、オキシ塩化ジルコニウムを含む水溶液に滴下した。混合液にアンモニア水を滴下して沈殿物を得るまでpHを調製し、沈殿物を濾過分離後、得られた粉末を乾燥機にて120℃にて12時間乾燥した。乾燥した粉末を、焼成炉にて500℃にて3時間焼成し、焼成後の粉末を圧縮成型して、単一粒径の触媒を得た。得られた触媒を沈殿法による触媒とした。
上記のように作製した各触媒に対して、活性評価Iと同様にして、DBCの合成活性を評価した。なお、反応条件は、試験例1の活性評価Iと同様とした。結果を図7及び下記表7に示す。
続いて、含浸法と沈殿法による触媒中の結晶の違いを検討した。含浸法により調製した触媒としては、試験例5の担体となるZrO2を500℃で乾燥させた後に、含浸法によりリン酸を担持させた触媒と、試験例6の担体となるZrO2に含浸法によりリン酸を担持させた後、500℃で焼成した触媒を用いた。また、沈殿法により調製した触媒としては、試験例7の沈殿法により調製した触媒を用いた。
X線回折装置を用いたX線回折法(XRD)により、各触媒の回折パターンを測定した。この回折パターンから触媒の結晶系を検討した。図8(a)〜(c)に、各触媒の回折角度(2θ)に対する強度(counts)を示す。また、図9に各触媒の結果を比較したグラフを示す。
Claims (7)
- ブタノールから合成したアセトンジブチルアセタールにCO2を反応させて炭酸ジブチルを合成するための触媒であって、
ZrO 2 の担体に、リン酸を含む触媒成分を担持し、
前記触媒成分が第一の触媒成分と第二の触媒成分とからなり、
リン酸を前記第一触媒成分とし、Ce又はZnの酸化物若しくは塩化物を前記第二触媒成分として含む炭酸ジブチル合成用触媒。 - 前記担体が前記触媒成分を2wt%以上8wt%以下の範囲で担持した請求項1に記載の炭酸ジブチル合成用触媒。
- 前記担体が前記第一触媒成分を2wt%以上8wt%以下の範囲で担持し、前記第二触媒成分を0.1wt%以上1wt%以下の範囲で担持した請求項1に記載の炭酸ジブチル合成用触媒。
- 前記触媒中の正方晶系ZrO2の量が単斜晶系ZrO2の量よりも多い請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭酸ジブチル合成用触媒。
- ブタノールから合成したアセトンジブチルアセタールにCO2を反応させて炭酸ジブチルを合成するための触媒の製造方法であって、
ZrO 2 の担体に、リン酸を含む触媒成分を担持する工程を含み、
前記触媒成分を第一触媒成分と第二触媒成分とし、リン酸を前記第一触媒成分とし、Ce又はZnの酸化物若しくは塩化物を前記第二触媒成分として、前記担体に担持する炭酸ジブチル合成用触媒の製造方法。 - 前記担持する工程が含浸法を用いる工程であって、
ZrO2を担体として、担体を100℃以上500℃未満の温度で乾燥する工程と、
前記触媒成分又は前記第一及び第二の触媒成分を含む水溶液を調製し、含浸法により乾燥させた担体に担持する工程と、
前記触媒成分を担持した触媒を300℃以上800℃未満の温度で焼成する工程と
を少なくとも含む請求項5に記載の炭酸ジブチル合成用触媒の製造方法。 - 前記担持する工程が沈殿法を用いる工程であって、
ZrO2の原料を含む第1水溶液を調製する工程と、
前記触媒成分の原料を含む第2水溶液を調製し、前記第1水溶液に滴下する工程と、
アンモニア水を滴下してpHを調製して沈殿物を得る工程と、
前記沈殿物を濾過分離後、得られた粉末を100℃以上500℃未満の温度で乾燥する工程と、
前記乾燥された粉末を300℃以上800℃未満の温度で焼成する工程と
を少なくとも含む請求項5に記載の炭酸ジブチル合成用触媒の製造方法。
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