JPH0975735A - 固体酸触媒の製造方法 - Google Patents

固体酸触媒の製造方法

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JPH0975735A
JPH0975735A JP7263620A JP26362095A JPH0975735A JP H0975735 A JPH0975735 A JP H0975735A JP 7263620 A JP7263620 A JP 7263620A JP 26362095 A JP26362095 A JP 26362095A JP H0975735 A JPH0975735 A JP H0975735A
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JP
Japan
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catalyst
sulfuric acid
solid acid
acid catalyst
oxide
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JP7263620A
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English (en)
Inventor
Kenji Matsuzawa
憲治 松沢
Toshiyuki Tsutsumi
俊幸 堤
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い活性を有し、水やアルコールなどの極性
溶媒中で使用しても硫酸の溶出が起こりにくい触媒を再
現性良く得る方法を提供すること。 【構成】 硫酸分を含有する固体酸触媒を、水またはア
ルコールなどの有機溶媒で洗浄処理することからなる固
体酸触媒の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体酸触媒の水又
はアルコール等の有機溶媒を用いた洗浄処理による製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化学工業においては、アルキル化反応、
エステル化反応、異性化反応などの酸触媒を必要とする
反応が多数知られている。従来この種の反応には、硫
酸、塩化アルミニウム、フッ化水素、リン酸、p-トルエ
ンスルホン酸等の酸触媒が使用されている。しかしこれ
らの酸触媒は金属を腐食させる性質があり、高価な耐食
材料の使用あるいは耐食処理を施す必要があった。また
通常、反応後の反応物質との分離が困難な上に廃酸処理
が必要であり、アルカリ洗浄などの繁雑な工程を経なけ
ればならず、環境面にも大きな問題があった。さらに触
媒を再利用することも非常に困難であった。
【0003】かかる状況に鑑み、周期律表第IV族金属水
酸化物もしくは水和酸化物を硫酸分含有溶液と接触させ
た後、350〜800℃で焼成した硫酸分含有金属酸化
物が100%硫酸(H0(ハメットの酸度関数)は−1
1.93)より高い酸強度を示すことを見出し、硫酸分
含有固体酸触媒の製造方法を提案した(特公昭59−6
181公報)。これらの固体酸触媒は、その高い酸強度
ゆえに各種の酸触媒反応に対し高い触媒性能を有し、し
かも腐食性が低く、反応物質との分離が容易で廃酸処理
も不要、触媒の再利用も可能といった長所を有してお
り、様々な工業的反応において従来の酸触媒の代替が期
待されている。
【0004】また、このような硫酸分含有固体酸触媒に
さらに第VIII族金属を担持することにより、直鎖炭化水
素の異性化反応において触媒寿命に優れた触媒が提案さ
れている(特開昭61−263932公報、特開昭61
−153140公報等)。さらに硫酸分含有ジルコニア
触媒に鉄とマンガンの酸化物を含有させることにより、
直鎖炭化水素の異性化反応において触媒活性に優れた触
媒が提案されている(米国特許4918041公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
硫酸分含有固体酸触媒は、その調製法の微妙な違いによ
り得られる触媒の性状が変化する。また、水やアルコー
ル等の極性溶媒中で使用すると硫酸の溶出が起きて触媒
性能の変化あるいは金属の腐食を引き起こす等の問題が
あった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記現状
に鑑み鋭意研究を進めた結果、上記硫酸分含有固体酸触
媒を水またはアルコールなどの有機溶媒で洗浄処理した
触媒が、様々な反応に対し高い触媒活性を有し、また硫
酸の溶出が起きにくいことを見出した。本発明はかかる
知見に基づきなされたもので、本発明の目的は、高い活
性を有し、水やアルコール等の極性溶媒中で使用しても
硫酸の溶出が起こりにくい触媒を再現性良く得る方法を
提供することにある。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は、硫酸分を含有する固体
酸触媒を、水またはアルコールなどの有機溶媒で洗浄処
理することからなる固体酸触媒の製造方法である。
【0008】上記硫酸分含有固体酸触媒としては、例え
ば硫酸分含有金属酸化物触媒が挙げられる。金属酸化物
としては、触媒活性を示すものであればどのようなもの
を用いてもかまわないが、例えばジルコニア、チタニ
ア、アルミナ、シリカ、ハフニア、酸化錫、酸化鉄、酸
化鉛等から選ばれる1種あるいは2種以上の混合物が用
いられる。また、それらの金属酸化物を成分とする複合
金属酸化物(シリカアルミナ、チタニアジルコニア等)
や、金属酸化物と複合金属酸化物の混合物も挙げられ
る。これら硫酸分含有固体酸触媒には、白金、イリジウ
ム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、コ
バルト、モリブデン、バナジウム等の金属元素を含んで
いても構わない。またさらに、ゼオライト、粘土化合
物、またはこれらの混合物や、活性炭のような多孔質物
質と混合・成形して用いることもできる。これらの金属
酸化物、金属酸化物に金属元素を担持したものあるいは
金属酸化物又は金属元素を担持した金属酸化物と多孔質
物質との混合物は、硫酸分を含有させて触媒とする。そ
の方法であるが、前述の金属酸化物含有物質あるいはそ
の前駆物質に硫酸分を含有させた後、350〜900℃
の温度で焼成する。また、焼成して得られた触媒に、前
述の金属酸化物含有物質を混合する等、様々な方法によ
り製造することができる。
【0009】硫酸分を含有させる方法としては、硫酸や
硫安等の硫酸分含有溶液と接触させる方法、硫化水素や
亜硫酸ガス等のガスと接触させる方法、硫安等の硫酸分
含有化合物と固相で混合させる方法、金属あるいは金属
酸化物の硫酸塩を加水分解あるいはそのまま焼成する方
法等が挙げられる。この中でも特に硫酸や硫安の水溶液
と接触させる方法、あるいは硫安と固相で混合させる方
法が好ましい。硫酸分の含有量は、触媒全量中の硫黄量
換算で、0.1重量%以上とするのが好ましい。0.1
重量%以下では、酸量が少なくなり、十分な活性を有す
る触媒が得られ難い。また触媒全量中の硫黄量換算で1
0重量%を越えると安定性が低下するため、10重量%
以下とすることが好ましい。
【0010】本発明の触媒は、上述した方法で得られた
硫酸分含有固体酸触媒を、水またはアルコール等の有機
溶媒を用いて洗浄処理することにより改質し得られる。
用いる溶媒としては特に限定は無いが、硫酸分を溶出で
きるものが用いられる。例えば水、酢酸、メタノール、
エタノール、プロパノール、アセトニトリル、テトラヒ
ドロフラン、エチレングリコール、ジエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、アニリン、ピリジン、ブタ
ノール、ジエチルエーテル、酢酸エチル、アセトン、メ
チルエチルケトン、流体或いは超臨界状態の二酸化炭素
等またはそれらの混合物が挙げられる。これら溶媒に
は、塩酸、硫酸、硝酸、炭酸、フッ化水素等のような酸
や、第4級アンモニウム水酸化物、脂肪族アミン、アミ
ノピリジンやジピリジル等のピリジン誘導体、トルイジ
ン等のアニリン誘導体、アンモニアといったアルカリ、
また塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、フッ化アンモ
ニウム、フッ化ナトリウム、硫安といった塩が含まれて
いても構わない。
【0011】硫酸分含有固体酸触媒の上記溶媒による洗
浄処理は、通常の液相での接触、気相と液相の混合状態
での接触あるいは超臨界相での接触等によって行われ
る。これら液相の使用量は、触媒重量の1/3以上、好
ましくは同重量以上である。1/3重量未満でも洗浄効
果はあるが、残留する硫酸分が溶出したり触媒活性が低
下する場合がある。また洗浄処理温度は0℃から500
℃の範囲、洗浄処理圧力は常圧から150気圧の範囲が
好ましい。洗浄処理時間は、触媒と液相との接触状態に
も依存するが、5秒以上、好ましくは10秒以上であ
る。5秒未満では残留する硫酸分が増加し、触媒から硫
酸分が溶出したり触媒活性が低下する場合がある。
【0012】洗浄処理後の固体酸触媒は、濾過等通常の
手段により溶媒と分離した後そのまま触媒として用いて
も、または乾燥や焼成などの活性化を行った後触媒とし
て用いても構わない。
【0013】
【実施例】洗浄処理前の硫酸分含有固体酸触媒の調製方
法を以下に示す。
【0014】(触媒A)市販のオキシ塩化ジルコニウム
1kgを蒸留水20lに溶解しこの溶液を室温で撹拌し
ながら、28%アンモニア水を最終的にpHが8になる
まで加えて沈殿を生ぜしめた。生成した水和ジルコニア
を濾過し、蒸留水で洗浄した後100℃で乾燥した。こ
の乾燥水和ジルコニアに、0.5mol/l硫酸水溶液
を10l加えて接触させた後過剰硫酸を濾過により除去
し、乾燥後、600℃で3時間焼成し、硫酸分含有固体
酸触媒(触媒A)を得た。得られた触媒A中の硫酸分の
含有量は、触媒全量中の硫黄量換算で3.3重量%であ
り、BET比表面積は91m2/gであった。
【0015】硫酸分含有固体酸触媒の洗浄処理例 (触媒B,C)上記触媒A10gに蒸留水100mlを
加えて常圧下20℃で10分間撹拌した。濾過により固
液分離を行った後、固形物を室温で乾燥し、触媒Bを得
た。得られた触媒B中の硫酸分の含有量は、触媒全量中
の硫黄量換算で2.1重量%であった。また得られた触
媒B5gに蒸留水50mlを加えて常圧下20℃で10
分間撹拌した。濾過により固液分離を行った後、固形物
を室温で乾燥し、触媒Cを得た。得られた触媒C中の硫
酸分の含有量は、触媒全量中の硫黄量換算で2.1重量
%であり、触媒Bと変わらなかった。
【0016】(触媒D)上記触媒A10gに蒸留水10
0mlを加えて常圧下50℃で10分間撹拌した。濾過
により固液分離を行った後、固形物を室温で乾燥し、触
媒Dを得た。得られた触媒D中の硫酸分の含有量は、触
媒全量中の硫黄量換算で2.0重量%であった。
【0017】(触媒E)上記触媒A15gにメタノール
150mlを加えて常圧下20℃で10分間撹拌した。
濾過により固液分離を行った後、固形物を室温で乾燥
し、触媒Eを得た。得られた触媒E中の硫酸分の含有量
は、触媒全量中の硫黄量換算で2.4重量%であった。
【0018】洗浄処理済触媒の焼成例 (触媒F)上記触媒Bを空気中450℃で3時間焼成
し、触媒Fを得た。得られた触媒F中の硫酸分の含有量
は、触媒全量中の硫黄量換算で2.2重量%であり、B
ET比表面積は98m2/gであった。
【0019】(触媒G)上記触媒Dを空気中450℃で
3時間焼成し、触媒Gを得た。得られた触媒G中の硫酸
分の含有量は、触媒全量中の硫黄量換算で2.1重量%
であり、BET比表面積は100m2/gであった。
【0020】(触媒H)上記触媒Eを空気中400℃で
2時間焼成し、触媒Hを得た。得られた触媒H中の硫酸
分の含有量は、触媒全量中の硫黄量換算で2.5重量%
であり、BET比表面積は88m2/gであった。
【0021】触媒反応例(アシル化反応) (触媒F)触媒F2g、クロロベンゼン22.5g、p
−クロロベンゾイルクロリド3.5gを50mlの冷却
管及び撹拌子付きのフラスコに入れ、オイルバスにて1
35℃に加熱、反応させた。3時間反応後の反応液をガ
スクロマトグラフにより分析したところ、ジクロロベン
ゾフェノンの収率29%、内4,4’−体の選択率は7
5%であった。
【0022】(触媒H)触媒H2g、クロロベンゼン2
2.5g、p−クロロベンゾイルクロリド3.5gを5
0mlの冷却管及び撹拌子付きのフラスコに入れ、オイ
ルバスにて135℃に加熱、反応させた。3時間反応後
の反応液をガスクロマトグラフにより分析したところ、
ジクロロベンゾフェノンの収率25%、内4,4’−体
の選択率は75%であった。
【0023】
【比較例】触媒反応例(アシル化反応) (触媒A)触媒A2g、クロロベンゼン22.5g、p
−クロロベンゾイルクロリド3.5gを50mlの冷却
管及び撹拌子付きのフラスコに入れ、オイルバスにて1
35℃に加熱、反応させた。3時間反応後の反応液をガ
スクロマトグラフにより分析したところ、ジクロロベン
ゾフェノンの収率21%、内4,4’−体の選択率は7
5%であった。
【0024】
【発明の効果】本発明は、様々な酸触媒反応に対し、再
現性良く高い触媒機能を示し、さらに硫酸の溶出が少な
いため腐食性が少なく、反応物質との分離が容易で廃酸
処理が不要、また触媒の再利用も可能といった多くの効
果を奏するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸分を含有する固体酸触媒を、水、有
    機溶媒及び超臨界状態の無機ガスから選ばれる1種また
    は2種以上の混合液で洗浄処理することを特徴とする固
    体酸触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の硫酸分を含有する固体酸
    触媒が、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ハ
    フニア、酸化鉄、酸化錫及び酸化鉛から選ばれる金属酸
    化物の一種あるいは二種以上、あるいはそれらの二種以
    上を成分とする複合金属酸化物あるいはそれらの金属酸
    化物と複合金属酸化物の混合物であることを特徴とする
    固体酸触媒の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の有機溶媒が、酢酸、メタ
    ノール、エタノール、プロパノール、アセトニトリル、
    テトラヒドロフラン、エチレングリコール、ジエチレン
    グリコール、プロピレングリコール、アニリン、ピリジ
    ン、ブタノール、ジエチルエーテル、酢酸エチル、アセ
    トン、メチルエチルケトンから選ばれる一種或いは二種
    以上の混合物であることを特徴とする請求項1記載の固
    体酸触媒の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の超臨界状態の無機ガス
    が、二酸化炭素であることを特徴とする請求項1記載の
    固体酸触媒の製造方法。
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