JPH09173844A - 銅ベース触媒、その製造及び使用方法並びにアルキルハロシランの製造方法 - Google Patents
銅ベース触媒、その製造及び使用方法並びにアルキルハロシランの製造方法Info
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Abstract
法並びに該触媒の存在下におけるアルキルハロシランの
製造方法を課題とする。 【解決手段】 0.05乃至0.5m2/gのBET表
面積及び1乃至200μmの平均粒径を有する銅ベース
触媒。
Description
使用方法並びに該触媒の存在下におけるアルキルハロシ
ランの製造方法に関する。過去50年間に粉末(gro
und)ケイ素をハロゲン化アルキルと反応させてアル
キルハロシランを生成させるための多数の銅触媒が提案
されている[ロチョウ(Rochow)合成、例えば米
国特許第2,380,995号]。かくて1940乃至
約1980年間に金属銅及びCu2O/CuOの混合物
(ドイツ国特許出願公開第3,501,085号)、C
u2Cl2、CuCl2(米国特許第4,762,940
号)並びにギ酸銅(米国特許第4,487,950号)
のみでなく、また殊に鉄の添加により銅溶液から沈殿さ
れそしてある場合には続いて酸化された極めて微細な湿
式製錬セメントも用いられた(例えば米国特許第2,4
20,540号参照)。セメントは通常酸化した銅鉱石
の溶液から製造されそしてセメント化及び可能な続いて
の酸化は制御が困難であるために、シランの合成に対す
るこれらセメントの再現性ある触媒活性を保証する際に
問題が繰り返し生じた。
が1970年代にはもはや殆んど得られなくなった事に
より、酸化された銅触媒の他の資源が探索され始めた。
一般に酸化に対する出発物質として電解銅、噴霧銅粉末
及び化学的に沈殿された銅粉末を共に使用し得るか、ま
たは粗銅フラグメントを用いる。活性を増大させるため
に、更に金属または金属化合物を0.1〜10%の濃度
で銅触媒またはその先駆体に加える。亜鉛または亜鉛化
合物及びアルミニウムまたはアルミニウム化合物に加
え、スズは重要な添加剤として考えられる。結果として
触媒は通常400乃至3,000ppmのスズを含む。
しかしながら促進剤に加え、触媒毒例えば鉛も存在し、
従ってその濃度は100ppm以下にすべきである。
熱冶金学的酸化(米国特許第4,520,130号及び
同第4,504,597号)により空気中または低い酸
素分圧で(米国特許第4,218,387号)酸化して
銅及びその酸化物の混合物を生成させる。銅(約2〜3
0%)、酸化銅(I)(約30〜70%)及び酸化銅
(II)(約10〜30%)の特殊な含有量を含ませるこ
とが触媒の活性に対して重要である。しかしながらセメ
ント化により製造されない銅触媒を酸化する場合、高い
触媒活性を得るためには1m2/gより高い高BET表
面積及び約2〜7μmの極めて小さい粒径を有する粉末
を製造するための高エネルギー粉砕を用いることが必要
である。公知のように、結晶格子のひずみが触媒活性を
促進する(米国特許第4,520,130号及び同第
4,504,597号参照)。
ルギーの量は高い製造コストを生じさせるばかりでな
く、用いる機械が高度の摩耗を受けるために高い直接経
費を招く。また上記の方法は、触媒を流動床反応器中で
用いる場合にその低い粒径が触媒粒子が比較的迅速に反
応器から放出されかくてもはや接触工程に利用できない
ことを意味するので、化学的観点から不利である。かく
て乏しい接触結果を受けさせられるかまたは対応して多
量の触媒を提供しなければならず、その結果コストも増
大する。加えて、高エネルギー粉砕中に生じる摩耗によ
り物質の汚染が生じる。
高エネルギー粉砕の結果としてのいずれの粒径の減少な
しに得ることができ、そしていずれの所望のドーピング
(doping)元素の含有量で簡単に製造することが
できる銅ベース触媒を提供することに関する。加えて本
発明による触媒は、アルキルハロシランの製造に対する
ロチョウ法に用いることができなければならない。この
目的に多分必要とされる促進剤は、そのロチョウ反応器
中への導入前に複雑な計量及び成分の混合を避けるため
に、好ましくは銅含有触媒中に含まれるべきである。
面積及び1乃至200μmの平均粒径を有する本発明に
よる銅ベース触媒が上記問題を解決することが見い出さ
れた。
り好ましくは0.005〜0.2、y=0.2〜0.
9、より好ましくは0.4〜0.8、z=0.1〜0.
6、より好ましくは0.3〜0.5、但しまたx+y+
z=1、を有し、0.05乃至0.5m2/gのBET
表面積及び1乃至200μmの平均粒径を有する銅ベー
ス触媒に関する。
2を用いるMicrometrics製のFlow−S
orb 2/2300装置を用いて測定した。
よる触媒においてx=0〜0.3及びx+y+z=1で
あり、そしてこれらは出発物質として用いる金属銅の酸
化の少なくとも前にスポンジ状表面を有する。
る表面構造のタイプの特徴的外観は、ハンドブック「メ
タルズ・ハンドブック(Metals Handboo
k)、第9版、第7巻、パウダー・メタルルジー(Po
wder Metallurgy)、アメリカン・ソサ
イァティー・フォー・メタルズ(AmericanSo
ciety for Metals)、カッパー・パウ
ダー(CopperPowder)/107、カッパー
・パウダー/117節、及びパーティクル・シェープ・
アナリシス(Particle Shape Anal
ysis)章」に記載されている。
化工程を行った後の本発明の触媒の電子顕微鏡写真であ
る。
状表面を示す。3次元構造が1〜20μmの範囲の直径
を有し、そして部分的に相互に結合していることを見る
ことができる。
いて、銅ベース触媒におけるxに対する値は0.3より
小さい。
1.0より小さい場合、表面構造は、完全にまたは殆ん
ど完全に酸化されていない触媒のそれと異なる。
す。酸化工程を行った後に、多数の種々の大きさの表面
が相互に結晶状で融合した複雑な表面構造が存在するこ
とが分かる。かくて、高エネルギー粉砕と比較して、金
属銅、酸化銅(I)及び酸化銅(II)が相互にシェル
(Shell)状に積層して配置される均一な形状が極
めて広い表面範囲にわたって得られる。個々の層の厚さ
及び積層された層間の結合の強さは、触媒粒子の大部分
にわたって極めて類似する。
の提供は、本発明の極めて重要な部分を表わす。
よる触媒はドーピング元素を含む。原理的に少量の金属
銅または金属銅が入手できない場合にCu2O及びCu
Oの単に積層された相互に結合する層を用いることもで
きる。
物の状態のいずれかのスズ、亜鉛、アルミニウム、鉄、
アンチモン、ヒ素、リン並びにアルカリ金属及び/また
はアルカリ土金属よりなる群からの少なくとも1つの元
素をドープする。
000ppmまでの少なくとも1つの添加元素を含む。
好ましくは触媒は、3,000ppmまで、より好まし
くは10乃至800ppmのスズ、マグネシウム、鉄、
アンチモン、ヒ素、カルシウム、リン、アルミニウム及
び/または亜鉛を含む。
より低い温度を有する受容媒質(receiving
medium)中に噴霧し、続いて固化した銅粒子を単
離し、そして酸化することにより得られる銅ベース触媒
に関する。
は、高活性触媒が酸化工程を行った後に得られるような
形状である。触媒を高エネルギー粉砕による結晶格子ひ
ずみを伴なう極めて小さい粒径に粉砕する必要はない
が、概して触媒は既に工程から生じる状態で使用し得
る。必要に応じて、続いて使用するためにこれら粒子を
選択するために、ふるい分けまたはある他の分離工程の
形態を行うことができる。また、望ましくない凝集工程
が起こる場合、触媒を用いる物質との十分に完全な混合
を保証しそして収率を増大させるために、続いての粉砕
及び殊に脱凝集を行うことができる。殊に、生じる比較
的大粒径の触媒により流動床反応器の分野における用途
に有利に適するようになる。
に適する。
質は水であることが有利であることが判明した。
ばパラフィン油またはシリコーン油自体から成っていて
もよく、あるいは混合物の状態もしくは水との組合せで
あってもよい。
酸素、窒素及び/または不活性ガスである。空気または
水蒸気が殊に好ましい。
中に生じる銅粒子の少なくとも50%が100μmより
小さい粒径(d50)を有するように適当に調整する。
0〜500バールの噴霧圧力で行う。50〜300バー
ルの圧力が殊に好ましい。
バール、好ましくは6〜12バールの噴霧圧力で行う。
好ましくは40ppmより少ない鉛含有量を有する電解
銅であり、そしてまた銅合金も好ましい。
物の状態のいずれかの少なくとも1つの元素スズ、亜
鉛、アルミニウム、鉄、アンチモン、ヒ素、リン並びに
アルカリ金属及び/またはアルカリ土金属を含む合金で
ある。
金属ケイ化物である。
を用いるドーピングの場合、量は好ましくは1〜10,
000ppmである。残りのドーピング元素の量は、1
元素当り1〜3,000ppm、好ましくは800pp
mまでである。
は1〜10,000ppmのアルカリ金属及び/または
アルカリ土金属よりなる群からの1つまたはそれ以上の
元素を加える。ガスを用いる噴霧の直後に出て来る溶融
金属の粒子は極めて不均一な形状であり、このものは銅
触媒が合金の状態でない場合、ある時間後に殆んど球形
になる。しかしながら上記の添加剤のために、酸化物層
がノズルからの粒子の放出直後に溶融金属上に生じ、こ
のことが存在する形状を安定化させ、そして液体金属が
未だ長期間酸化シェル中に含まれるにもかかわらず球形
へのいずれの転移も防止する。
中で行う。液体媒質中での噴霧後、生じる銅粉末は、好
ましくは最初に乾燥し、次に酸化工程に付する。酸化は
例えば間接的に電気加熱したロータリー・キルン中、撹
拌された反応器中または流動床中で行い得る。適当な温
度範囲は100乃至1,000℃、好ましくは300乃
至900℃、殊に有利には400乃至800℃である。
120分間である。10〜90分の範囲の滞留時間が殊
に有利である。
0〜30%、好ましくは0.5〜20%の金属銅、30
〜90%、好ましくは40〜80%の酸化銅(I)及び
好ましくは10〜60%、殊に30〜50%の酸化銅
(II)を含むように酸化工程が行なわれるように予じめ
決定しておく。全ての%は重量をベースとする。
結を伴って行われるように定義し得る。
されるガスとしてN2を用いるMicrometric
s製のFlow−Sorb 2/2300装置を用いて
測定する際に、好ましくは0.05〜1m2/g、より
好ましくは0.05〜0.5m2/gである。
れそして1〜200μmの平均粒径を有する銅粒子のみ
を加えることにより更に増大し得る。この分離工程によ
り、表面積に関して高容積を有する粒子が得られる。
により、更なる改善を得ることができる。
0μmの平均粒径を用いることが適当であると証明され
た。
た銅のいずれかの凝集部分を少なくとも粉砕することに
よって必要とされる使用条件に適合される。
用いることができる。
ーミルを用いる粒径減少である。
は少なくとも部分的な焼結と共に行う。
より低い温度を有する受容媒質中に噴霧し、固化した銅
粒子を単離し次に酸化する酸化銅ベース触媒の製造方法
に関する。
パラメータを本発明による方法に応用する。
追加の促進剤を用いる250乃至380℃の温度でのケ
イ素とハロゲン化アルキルとの反応によるアルキルハロ
シランの製造方法に関する。
よるケイ素として使用し得る。98%より高い純度のケ
イ素を好適に用いる。用いるケイ素の平均粒径はいずれ
かの必要とされる粒径であり得るが、好ましくは50乃
至500μmである。
ての通常のC1〜C8 ハロゲン化アルキル例えば塩化メ
チル、塩化エチル、塩化プロピル等、好ましくは塩化メ
チルである。
の促進物質例えば本発明の実施に使用し得る亜鉛もしく
は亜鉛化合物、リンもしくはリン化合物、アルミニウム
もしくはアルミニウム化合物またはスズもしくはスズ化
合物自体または1つもしくはそれ以上の他のものとの組
合せのいずれかでの使用を除外しない。
のスズ、リンまたは亜鉛を、元素状かまたはその化合物
の状態のいずれかで好ましくは用いる。
含む。
をベースとして0.05〜10重量%、より好ましくは
0.5〜7重量%の量で用いる。
び圧力範囲、好ましくは280乃至390℃及び1〜1
0バールの圧力で通常行う。
な処理技術に限定されない。かくて反応は断続的または
連続的に、そして流動、撹拌または固定床中のいずれか
で行い得る。
対する本発明による触媒の使用に関する。
活性が実際の銅含有量に比較的依存していないことであ
る。
は、Perkin Elmer Elan 500装置
を用いるICP質量分光法、及びPerkin Elm
erOptimal 3000装置を用いる原子発光分
光法(ICP/AES)からなる測定の分析方法をベー
スとする。
D5000 回折計を用いるX線回折により測定した。
r Sizerを用いるレーザー回折により測定した。
ものであるが、これらは決して限定するためと理解して
はならない。
用に関して、次の実験は、スパイラル攪拌機を備えたガ
ラス製の内径30mmの撹拌床反応器中で行った。少な
くとも98.8%の純度及び71〜160μmの粒径分
布を有するケイ素を用いた。
触媒3.2g及びZnO 0.05gからなる接触塊を
使用前に混合した。
ルターを通して底部から接触塊に通した。反応器に供給
される塩化メチルの割合を一定に保ち、そして全ての場
合に約1.8リットル/時間であった。誘導期間に続い
て固定試験期間を300℃で達成させた。これらの条件
下で単位時間当りに生成した粗製シランの量を測定し
た。個々の成分をガスクロマトグラフィーにより測定し
た。
の平均値であり、そして各々の試験は少なくとも1回繰
り返した。
スズと合金化し、そして水と共に300バールの水圧で
噴霧した。生じた粉末を乾燥し、40μmより小さい平
均直径を有するいずれの粒子も分別し、そして表1に示
す組成が得られるまで430℃の温度で酸化を行った。
0.5%、Al 950ppm、Ca 480ppm及
びTi 230ppmを含む上に一般的に定義される仕
様のケイ素並びに上記の銅触媒を用いた。
用いて行ったロチョウ合成の結果に対する特徴的分析デ
ータを含む。
て、上記仕様のケイ素を、そのスズ含有量が比較して低
い米国特許第4,520,130号による銅触媒と組合
せて用いた。
スズと合金化し、そして水と共に300バールの水圧で
噴霧した。粉末を乾燥し、40μmより小さい平均直径
を有するいずれの内容物も分別し、そして表1に示す組
成が得られるまで430℃の温度で酸化を行った。
0.45%、Al 0.21%、Ca 540ppm及
びTi 230ppmを含む上の一般的に定義される仕
様のケイ素並びに上記の銅触媒を用いた。
を用いて行ったロチョウ合成の結果に対する特徴的分析
データを含む。
て、上記仕様のケイ素を、そのスズ含有量が比較して低
い米国特許開第4,520,130号による銅触媒と組
合せて用いた。
りである。
0.5m2/gのBET表面積及び1乃至200μmの
平均粒径を有する銅ベース触媒。
+y+z=1であり、そしてこれらのものが出発物質と
して用いる金属銅の酸化の少なくとも前までスポンジ状
表面を有する、上記1に記載の銅ベース触媒。
9及びz=0.1〜0.6であり、そしてx+y+z=
1である、上記1に記載の銅ベース触媒。
鉄、アンチモン、ヒ素、リン、アルカリ金属、アルカリ
土金属よりなる群から選ばれる少なくとも1つの元素及
びその組合せをドープし、その際にその各々が元素状ま
たは1つもしくはそれ以上のその化合物の状態のいずれ
かである、上記1に記載の銅ベース触媒。
及び/または1〜3,000ppmの亜鉛を含む、上記
4に記載の銅ベース触媒。
有する受容媒質中に噴霧し、固化した銅粒子を単離し、
そして同粒子を酸化することにより得られる銅ベース触
媒。 7.金属銅が電気的に製造された銅である、上記6に記
載の銅ベース触媒。
上記6に記載の銅ベース触媒。
素、不活性ガス及びその組合せよりなる群から選ばれ
る、上記6に記載の銅ベース触媒。
はそれ以上の化合物の状態のいずれかのスズ、亜鉛、ア
ルミニウム、鉄、アンチモン、ヒ素、リン、アルカリ金
属、アルカリ土金属よりなる群から選ばれる少なくとも
1つの元素及びその組合せをドープする、上記6に記載
の銅ベース触媒。
ET表面積を有する、上記6に記載の銅ベース触媒。
である、上記6に記載の銅ベース触媒。
温度を有する受容媒質中に噴霧し、固化した銅粒子を単
離しそして酸化する、酸化した銅ベース触媒の製造方
法。 14.酸化を300乃至900℃の温度で行う、上記1
3に記載の方法。
触媒及び随時少なくとも1つの促進剤の存在下にて25
0乃至380℃間の温度でアルキルハロゲン化物と反応
させることによりアルキルハロシランを製造する方法に
おいて、該方法を上記1に記載の触媒の存在下で行う、
アルキルハロシランの製造方法。
て、元素状または1つもしくはそれ以上のその化合物の
状態のいずれかのスズ、亜鉛、アルミニウム、鉄、アン
チモン、ヒ素、カルシウム、マグネシウム、リンまたは
その組合せを促進剤として用いる、上記15に記載の方
法。
鏡写真である。
Claims (9)
- 【請求項1】 次の組成 Cux(Cu2O)y(CuO)z 式中、x+y+z=1である、を有し、0.05乃至
0.5m2/gのBET表面積及び1乃至200μmの
平均粒径を有する銅ベース触媒。 - 【請求項2】 該触媒においてx=0〜0.3及びx+
y+z=1であり、そしてこれらのものが出発物質とし
て用いる金属銅の酸化の少なくとも前までスポンジ状表
面を有する、請求項1に記載の銅ベース触媒。 - 【請求項3】 x=0〜0.3、 y=0.2〜0.9及びz=0.1〜0.6であり、そ
してx+y+z=1である、請求項1に記載の銅ベース
触媒。 - 【請求項4】 溶融金属銅を銅の融点より低い温度を有
する受容媒質中に噴霧し、固化した銅粒子を単離しそし
て同粒子を酸化することにより得られる銅ベース触媒。 - 【請求項5】 受容媒質が水及び/または油である、請
求項4に記載の銅ベース触媒。 - 【請求項6】 該触媒が0.05〜1m2/gのBET
表面積を有する、請求項4に記載の銅ベース触媒。 - 【請求項7】 該触媒の平均粒径が1〜200μmであ
る、請求項4に記載の銅ベース触媒。 - 【請求項8】 溶融金属銅を銅の溶融温度より低い温度
を有する受容媒質中に噴霧し、固化した銅粒子を単離し
そして酸化する、酸化した銅ベース触媒の製造方法。 - 【請求項9】 ケイ素を少なくとも1つの銅ベース触媒
及び随時少なくとも1つの促進剤の存在下にて250乃
至380℃の温度でハロゲン化アルキルと反応させるこ
とによりアルキルハロシランを製造する方法において、
該方法を請求項1に記載の触媒の存在下で行う、アルキ
ルハロシランの製造方法。
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