JP6970286B2 - ブテンの酸化的脱水素化反応用触媒およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は2017年11月28日付韓国特許出願第10−2017−0160634号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
下記組成式1で表され、
XPS(X−ray photoelectron spectroscopy)で測定した触媒表面での組成分析結果、ビスマス(Bi)のモル含量(atomic ratio、%)がコバルト(Co)のモル含量より高い、
ブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒を提供する。
M1は、1種以上の第1族金属元素であり、
M4は、コバルト(Co)を除いた、1種以上の第4周期遷移金属元素であり、
aは9〜25であり、bは0.5〜2であり、cは1〜10であり、dは0.01〜1であり、eは、0.5〜5であり、
fは、30〜50であって、前記他の金属の原子価によって決められる値である。
A)コバルト塩およびコバルト以外の第4周期遷移金属の塩を含む水溶液と、モリブデン酸アンモニウム水溶液を混合し、共沈させて(co−precipitate)、第1共沈液を製造する、第1共沈段階;
B)ビスマス(Bi)塩水溶液およびモリブデン酸アンモニウム水溶液を混合し、共沈させて、第2共沈液を製造する、第2共沈段階;および
前記第1共沈液と前記第2共沈液を混合する段階を含み;
前記第1共沈段階または、前記第2共沈段階は、それぞれ独立して、1族金属の塩をさらに含む水溶液をさらに混合して共沈させる;
ブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法を提供する。
下記組成式1で表され、
XPS(X−ray photoelectron spectroscopy)で測定した触媒表面での組成分析結果、ビスマス(Bi)のモル含量(atomic ratio、%)がコバルト(Co)のモル含量より高い、
ブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒が提供される。
M1は、1種以上の第1族金属元素であり、
M4は、コバルト(Co)を除いた、1種以上の第4周期遷移金属元素であり、
aは9〜25であり、bは0.5〜2であり、cは1〜10であり、dは0.01〜1であり、eは、0.5〜5であり、
fは、30〜50であって、前記他の金属の原子価によって決められる値である。
下記組成式1で表され、その触媒の表面をXPSで測定した時、ビスマス(Bi):コバルト(Co)のモル比率が既存の一般的な共沈法で製造した触媒に比べて大きい値を有するようになる。
M1は、1種以上の第1族金属元素であり、
M4は、コバルト(Co)を除いた、1種以上の第4周期遷移金属元素であり、
aは9〜25であり、bは0.5〜2であり、cは1〜10であり、dは0.01〜1であり、eは、0.5〜5であり、
fは、30〜50であって、前記他の金属の原子価によって決められる値である。
M1は、第1族金属元素であり、M11およびM12は、それぞれ互いに異なる第1族金属元素であり、
M4は、コバルト(Co)を除いた、第4周期遷移金属元素であり、M
41およびM42は、コバルト(Co)を除いた、互いに異なる第4周期遷移金属元素であり、
aは9〜25であり、bは0.5〜2であり、cは1〜10であり、dは0.01〜1であり、eは、0.5〜5であり、
d1およびd2は、それぞれ、互いに独立して、0.01〜0.99であり、e1およびe2は、それぞれ、互いに独立して、0.5〜4.5であり、
fは、30〜50であって、前記他の金属の原子価によって決められる値である。
BARSは、前記触媒表面で、XPSで測定した、ビスマスモル含量(atomic ratio、%)/コバルトのモル含量(atomic ratio、%)であり、
BARTは、前記触媒全体で、ICP−OESで測定した、ビスマスのモル含量(atomic ratio、%)/コバルトのモル含量(atomic ratio、%)である。
A)コバルト塩およびコバルト以外の第4周期遷移金属の塩を含む水溶液と、モリブデン酸アンモニウム水溶液を混合し、共沈させて(co−precipitate)、第1共沈液を製造する、第1共沈段階;
B)ビスマス(Bi)塩水溶液およびモリブデン酸アンモニウム水溶液を混合し、共沈させて、第2共沈液を製造する、第2共沈段階;および
前記第1共沈液と前記第2共沈液を混合する段階を含み;
前記第1共沈段階または、前記第2共沈段階は、それぞれ独立して、1族金属の塩をさらに含む水溶液をさらに混合して共沈させる;
製造方法によって製造できる。
乾燥、粉砕、および分級する段階をさらに含んでもよい。
(触媒製造)
実施例1(サンプル1対応)
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、Fe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにBi(NO3)3・5H2Oを58.6g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを10.7g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた(第1共沈液)。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌させた後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、Fe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水56gが入っているビーカーにBi(NO3)3・5H2Oを58.6gを入れて攪拌しながら、硝酸を17.6g添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水1020gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを255.9g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液AとBを混合して1時間攪拌した後、滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた。滴下(dropping)は2時間行い、滴下(dropping)完了後に1時間同一条件で攪拌した。
エージングを終えたパイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、Fe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにBi(NO3)3・5H2Oを29.3g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを5.4g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた(第1共沈液)。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌させた後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、Fe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにBi(NO3)3・5H2Oを70.3g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを12.8g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した(第1共沈液)。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌させた後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、Fe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにBi(NO3)3・5H2Oを82g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを14.5g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた(第1共沈液)。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌させた後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、Fe(NO3)3・9H2Oを73.2g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにBi(NO3)3・5H2Oを58.6g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを10.7g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた(第1共沈液)。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌させた後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにFe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、そしてBi(NO3)3・5H2Oを58.6g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを10.7g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた(第1共沈液)。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌した後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に470℃で熱処理して触媒を製造した。
前駆体水溶液A:蒸留水183gが入っているビーカーにFe(NO3)3・9H2Oを63.4g、そしてCo(NO3)2・6H2Oを281.2g順次に投入した後、攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液B:蒸留水100gが入っているビーカーにKNO3を0.2g、CsNO3を11.7g、そしてBi(NO3)3・5H2Oを58.6g入れて攪拌しながら、硝酸14gを添加した。
前駆体水溶液C:蒸留水900gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2Oを245.2g入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液C’:蒸留水180gが入っているビーカーに(NH4)6Mo7O24・4H2O 10.7gを入れて攪拌しながら溶かした。
前駆体水溶液Aは滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液Cに投入して沈殿させた(第1共沈液)。滴下(Dropping)は約1時間行い、その後、約30分程度同一条件で攪拌した。
これと同時に、前駆体水溶液Bを滴下漏斗(dropping funnel)を用いて攪拌中である40℃の前駆体水溶液C’に添加した(第2共沈液)。滴下(Dropping)は約30分間行い、その後、約1時間程度同一条件で攪拌した。
エージングを終えた第2共沈液を第1共沈液に添加し、同じ条件で約40分間さらに攪拌させた後、パイレックス(登録商標)トレイ(pyrex tray)に移し替えて、120℃で24時間乾燥した。
乾燥されたサンプルを粉砕機で粉砕した後、標準ふるいを用いて355μm以下大きさの粒子のみ収集してイソプロピルアルコール:蒸留水=1:1の重量比で混合した溶液を噴霧しながら粉末をこねた。
こねられた粉末は円筒形ペレットに押出成形した(直径=0.6cm)。成形を終えたペレットを乾燥した後、空気を流しながら最終的に450℃で熱処理して触媒を製造した。
図1は、本発明の実施例1および比較例1による触媒のX線回折(X−ray diffraction、XRD)イメージである。
前記実施例1および比較例1による触媒に対して、各元素別表面組成と全体組成を測定した。
表面組成はXPSを用いて測定し、全体組成はICP−OESを用いて測定した。
BARSは、前記触媒表面で、XPSで測定した、ビスマスのモル含量(atomic ratio、%)/コバルトのモル含量(atomic ratio、%)であり、
BARTは、前記触媒全体で、ICP−OESで測定した、ビスマスのモル含量(atomic ratio、%)/コバルトのモル含量(atomic ratio、%)である。
前記実施例および比較例で製造した触媒を用いて、ブテン酸化脱水素反応を実施した。
反応器は内径3/4インチ、長さ55cmであり、溶融塩(molten salt)によって温度が調節されるチューブ反応器で行った。この時、溶融塩(molten salt)の温度は320であった。
反応機内部は不活性アルミナボール、触媒、不活性アルミナボールを順次に28、20、59ccずつ充填した。
GHSV(gas hourly space velocity)は1−butene基準に100h-1であった。
生成物は、熱伝導度検出器(thermal conductivity detector、TCD)および水素炎イオン化検出器(flame ionization detector、FID)が装着されたガスクロマトグラフ(gas chromatograph、GC)を用いて分析した。
Claims (10)
- 下記組成式1で表され、
触媒表面にコバルトを含み、
XPSで測定した触媒表面での組成分析結果、ビスマス(Bi)のモル含量(atomic ratio、%)がコバルト(Co)のモル含量より高い、
ブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒:
M1は、1種以上の第1族金属元素であり、
M4は、コバルト(Co)を除いた、1種以上の第4周期遷移金属元素であり、
aは9〜25であり、bは0.5〜2であり、cは1〜10であり、dは0.01〜1であり、eは、0.5〜5であり、
fは、30〜50であって、前記Mo、Bi、Co、M1、およびM4の原子価によって決められる値である。 - 前記第4周期遷移金属は、チタニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、および亜鉛からなる群より選択された1種以上を含む、
請求項1に記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒。 - 前記1族金属は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムからなる群より選択された1種以上を含む、
請求項1または2に記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法であって、
A)コバルト塩およびコバルト以外の第4周期遷移金属の塩を含む水溶液と、モリブデン酸アンモニウム水溶液を混合し、共沈させて(co−precipitate)、第1共沈液を製造する、第1共沈段階;
B)ビスマス(Bi)塩水溶液およびモリブデン酸アンモニウム水溶液を混合し、共沈させて、第2共沈液を製造する、第2共沈段階;および
前記第1共沈液と前記第2共沈液を混合する段階を含み;
前記第1共沈段階または、前記第2共沈段階は、それぞれ独立して、1族金属の塩をさらに含む水溶液をさらに混合して共沈させる;
ブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法。 - 前記第1および第2共沈段階は、それぞれ独立して、30〜50℃の温度条件で、30分〜2時間攪拌下に行われる、
請求項5に記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法。 - 前記第4周期遷移金属は、チタニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、および亜鉛からなる群より選択された1種以上を含む、
請求項5または6に記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法。 - 前記1族金属は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムからなる群より選択された1種以上を含む、
請求項5〜7のいずれかに記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法。 - 前記第1共沈液と前記第2共沈液を混合する段階以後、
乾燥、粉砕、および分級する段階をさらに含む、
請求項5〜8のいずれかに記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法。 - 前記分級する段階では、355μm以下大きさの粒子のみ収集する、
請求項9に記載のブテンの酸化的脱水素化反応用(Oxidative dehydrogenation)触媒の製造方法。
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