JPH11197505A - 水素化反応用触媒及びその製造方法 - Google Patents
水素化反応用触媒及びその製造方法Info
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Abstract
散された高活性の水素化反応用触媒を提供することを課
題とする。 【解決手段】 本発明の課題は、Cu又はNiが、リチ
ウムアルミネートスピネル及び/又は亜鉛アルミネート
スピネルに担持されている水素化反応用触媒、及びその
製造方法によって解決される。
Description
化反応用触媒を提供するものである。本発明の水素化反
応用触媒は、例えば、エステルやカルボン酸などの水素
化反応において有用である。
においては、Rh、Ru、Pd、Pt、Ir、Cu、N
i、Co、Fe、Cr、Znのような金属が触媒として
使用され、中でもCu−Cr、Cu−Zn、Niがよく
使用されている。しかし、近年、環境面の問題及び活性
の点から、Ni系やCu系(Cu−Znなど)の触媒の
使用が特に要望されている。
は、通常、各金属の炭酸塩から調製されているが、N
i、Cu、Znが高分散されておらず、そのために活性
も満足できるものではないという問題を有している。例
えば、特開平7−233108号公報、特開平9−20
704号公報、特開平7−163880号公報、特開平
7−163881号公報、特開平8−12607号公報
に記載されているCu−Zn触媒では比表面積が数m2
/gから数十m2 /g程度であり、比表面積の大きいも
のは得られていない。また、触媒を調製する際に、C
u、Znの塩をそのまま使用するために金属の粒子径も
大きくなっている。これらの触媒では、このように比表
面積が大きくなく、金属の粒子径も大きい(即ち、金属
が高分散されていない)ため、活性は満足できるもので
はない。
ルやカルボン酸などの水素化反応において、高活性の水
素化反応用触媒が要望されている。即ち、本発明は、金
属(Ni、Cu、Zn)が高分散された高活性の水素化
反応用触媒を提供することを課題とする。
はNiが、リチウムアルミネートスピネル及び/又は亜
鉛アルミネートスピネルに担持されている水素化反応用
触媒、及びその製造方法によって解決される。
(1)Cu成分又はNi成分、及びAl成分を含有する
溶液を乾固し、(2)その乾固物を300〜550℃で
熱処理し、(3)得られた固形物にLi成分及び/又は
Zn成分を担持させて600〜900℃で焼成し、
(4)その焼成物(触媒前駆体)を還元処理することに
よって製造される。
物が好適に使用される。水溶性のCu化合物は特に制限
されるものでなく、例えば、硫酸銅、硝酸銅、塩化銅、
炭酸銅等のCuの無機酸塩や、酢酸銅、ギ酸銅等のCu
の有機酸塩や、水酸化銅などが使用される。
物が好適に使用される。水溶性のNi化合物は特に制限
されるものでなく、例えば、硫酸ニッケル、硝酸ニッケ
ル、塩化ニッケル、炭酸ニッケル等のNiの無機酸塩
や、酢酸ニッケル、ギ酸ニッケル等のNiの有機酸塩
や、水酸化ニッケルなどが使用される。
物が好適に使用される。水溶性のZn化合物は特に制限
されるものではなく、例えば、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、炭
酸亜鉛等のZnの無機酸塩や、酢酸亜鉛、乳酸亜鉛等の
亜鉛の有機酸塩などが使用される。
物が好適に使用される。水溶性のAl化合物は特に制限
されるものでなく、例えば、硫酸アルミニウム、硝酸ア
ルミニウム、塩化アルミニウム等のAlの無機酸塩や、
酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム等のAlの有機酸
塩や、水酸化アルミニウム、アルミニウムエトキシドな
どが使用される。また、本発明では、アルミナゾルも好
適に使用することができる。
物が好適に使用される。水溶性のLi化合物は特に制限
されるものでなく、例えば、硝酸リチウム、塩化リチウ
ム、炭酸リチウム等のLiの無機酸塩や、酢酸リチウム
等のLiの有機酸塩や、水酸化リチウムなどが使用され
る。
は、まず、Cu成分又はNi成分、及びAl成分を含有
する溶液を乾固する操作が行われる(第1操作)。即
ち、Cu成分及びAl成分を含有する溶液、又はNi成
分及びAl成分を含有する溶液を乾固する操作が行われ
る。また、本発明では、Cu成分又はNi成分、及びA
l成分を含有する溶液として、Cu成分又はNi成分、
及びAl成分と共にZn成分及び/又はLi成分を含有
する溶液を用いてもよい。即ち、Cu成分及びAl成分
を含有する溶液として、Cu成分及びAl成分と共にZ
n成分及び/又はLi成分を含有する溶液を用いてもよ
く、Ni成分及びAl成分を含有する溶液として、Ni
成分及びAl成分と共にZn成分及び/又はLi成分を
含有する溶液を用いてもよい。なお、乾固される前記の
溶液にはスラリーやゲルが含まれる。
又はNi成分(及び場合によりZn成分及び/又はLi
成分)を含有する溶液と、Al成分を含有する溶液とが
所定の金属成分の割合になるように通常は10〜80℃
で混合される。次いで、その混合物、即ち、Cu成分又
はNi成分、及びAl成分(及び場合によりZn成分及
び/又はLi成分)を含有する溶液が好ましくは100
℃以上、更に好ましくは110〜200℃で乾固され
る。第1操作は通常は常圧下で行われ、その雰囲気は特
に制限されない。
〜550℃で熱処理する操作が行われる(第2操作)。
熱処理は一定温度で行ってもよく、またこの温度範囲で
段階的に昇温して行っても連続的に昇温して行ってもよ
い。熱処理の時間は1〜20時間、更には2〜10時間
程度であることが好ましい。なお、第2操作は通常は常
圧下で行われ、その雰囲気は特に制限されない。
分及び/又はZn成分を担持させて600〜900℃で
焼成する操作が行われる(第3操作)。この操作では、
該固形物にLi成分及び/又はZn成分を含有する溶液
が所定の金属成分の割合になるように通常は常温で添加
され、含浸法などによってLi成分及び/又はZn成分
が担持される。次いで、その固形物が乾固されて、60
0〜900℃、好ましくは650〜850℃で焼成され
る。第3操作は通常は常圧下で行われ、その雰囲気は特
に制限されない。
よりZn成分及び/又はLi成分)を含有する溶液や、
Li成分及び/又はZn成分を含有する溶液は通常は水
溶液で使用される。これら溶液中の金属成分の濃度は特
に制限されるものではなく、例えば、0.1〜10重量
%の範囲とされる。Al成分を含有する溶液は水溶液
(例えば、0.1〜10重量%水溶液)でもスラリーで
も差し支えない。
トスピネル(LiAl5 O8 等)及び/又は亜鉛アルミ
ネートスピネル(ZnAl2 O4 等)が形成されると共
に、そのスピネル(担体)上に、Cu又はNiと場合に
よりZnとを酸化物の形態で高分散させて析出させた
(即ち、担持させた)焼成物(触媒前駆体)を得ること
ができる。このとき形成されたスピネルは、比表面積が
5〜200m2 /g、更には20〜150m2 /gで、
平均細孔径が80〜300Å、更には100〜200Å
のものであることが好ましい。なお、スピネルの形成は
XRD及びFT−IRにより確認され、比表面積はBE
T法により、平均細孔径は水銀圧入法により測定され
る。
前駆体)を還元処理する操作が行われる(第4操作)。
還元処理は、例えば、焼成物を好ましくは100〜30
0℃、更に好ましくは120〜250℃の温度範囲で水
素ガスと接触させることによって行われる。また、焼成
物を好ましくは30〜200℃、更に好ましくは50〜
150℃の温度範囲でホルマリン、ギ酸ソーダ、ヒドラ
ジン、シュウ酸等の還元剤と液相で接触させることによ
っても行われる。還元処理の時間は1〜50時間、更に
は2〜10時間程度であることが好ましい。なお、第4
操作は通常は常圧下で行われる。また、この第4操作
は、該焼成物(触媒前駆体)を水素化反応用の反応器に
充填して水素化反応を行う前に水素ガスを用いて行って
も差し支えない。
場合によりZnと)が、リチウムアルミネートスピネル
(LiAl5 O8 等)及び/又は亜鉛アルミネートスピ
ネル(ZnAl2 O4 等)(担体)の表面に高分散され
た状態で担持された、高活性の水素化反応用触媒を得る
ことができる。
(担体)表面に存在する金属(Cu又はNi、及び場合
によりZnも含む)の粒子径が好ましくは10〜80
Å、更に好ましくは20〜50Åで、かつスピネル(担
体)表面に存在する金属(Cu又はNi、及び場合によ
りZnも含む)が内部に存在する金属(Cu又はNi、
及び場合によりZnも含む)に比べて好ましくは1.7
倍以上(例えば、1.7〜10倍程度)、更に好ましく
は2.0倍以上(例えば、2.0〜10倍程度)であ
る、金属(Ni、Cu、Zn)がスピネル(担体)表面
に高分散された状態で担持された高活性の水素化反応用
触媒である。
子径及び分散度は前記の焼成物(触媒前駆体)における
と実質的に同一である。金属の粒子径はTEM(透過型
電子顕微鏡)により測定される。また、スピネル(担
体)表面に存在する金属とはスピネル表面からその内部
0.01μmまでの範囲に存在する金属を言い、スピネ
ル(担体)内部に存在する金属とはスピネル表面から
0.01μmまでの範囲を越えた内部に存在するものを
言う。表面及び内部の金属の割合はXPS(X線光電子
分光法)により測定される。
成分の割合は、Ni:Al(原子比)が0.05:1〜
0.5:1(Niを含む場合)、Cu:Al(原子比)
が0.05:1〜0.5:1(Cuを含む場合)であっ
て、Li:Al(原子比)が1:5〜1:2(Liを含
む場合)、Zn:Al(原子比)が1:5〜1:2(Z
nを含む場合)の範囲であることが好ましい。水素化反
応用触媒における金属成分の割合(Ni:Al、Cu:
Al、Li:Al、Zn:Al)は焼成物(触媒前駆
体)におけると実質的に同一である。
ルボン酸などの水素化反応において有用である。水素化
反応に使用されるカルボン酸としては、例えば、シクロ
ヘキサンの液相空気酸化により得られる反応液を水抽出
処理した後、その水相(カプロン酸、吉草酸、酢酸等の
一塩基酸、アジピン酸、グルタール酸、コハク酸等の二
塩基酸、オキシカプロン酸等のオキシ酸を含む)を濃縮
してメチルエチルケトン等で抽出処理し、その有機相を
濃縮したカルボン酸混合物が挙げられる。更に、ヤシ
油、パーム核油、パーム油、牛脂、豚脂等から得られる
動植物由来の天然脂肪酸などもカルボン酸として挙げら
れる。
は、例えば、前記のシクロヘキサンの液相空気酸化反応
液に由来するカルボン酸混合物を、メタノール、エタノ
ール、プロパノール、1,4−ブタンジオール、1,6
−ヘキサンジオール等のアルコールでエステル化して得
られるエステル混合物が挙げられる。更に、炭素数6〜
22の飽和又は不飽和脂肪酸から構成されるモノグリセ
リド、ジグリセリド、トリグリセリド等の油脂や、炭素
数が1以上でかつエステル基を1以上含む飽和又は不飽
和のカルボン酸エステルが挙げられる(この場合、エス
テル基のアルコキシ成分は特に制限されないが、グリセ
リンを除く)。このカルボン酸エステルとしては、例え
ば、カプロン酸エステル、ラウリン酸エステル、ウンデ
セン酸エステル、パルミチン酸エステル、ステアリン酸
エステル、オレイン酸エステル、マレイン酸エステル、
アジピン酸エステル等が挙げられる。
は、例えば、固定床、懸濁床、あるいは移動床の反応器
を用いて、液相、不均一系の接触反応により公知のよう
に行われる。
る。 実施例1 〔水素化反応用触媒の製造〕硝酸銅〔Cu(NO3 )2
・2H2 O〕12.33gと硝酸亜鉛〔Zn(NO 3 )
2 ・6H2 O〕7.44gを300mlの蒸留水に溶解
した後、水浴上で70℃に加熱攪拌しながら、この溶液
にアルミナゾル62.5g(Al2 O3 換算:20重量
%)を5〜10分間で徐々に加えた。引き続き、4時間
攪拌を続け、得られたスラリー(Cu成分、Al成分及
びZn成分を含有する溶液)をステンレス製バットに移
して送風乾燥器にて70℃で乾固させ、更に空気中15
0℃で5時間乾燥した(第1操作)。
で2時間、更に500℃で2時間熱処理して放冷した
(第2操作)。得られた固形物は38.5%の重量減が
認められ、XRD、FT−IRからスピネルを形成して
いることが確認された。この固形物の微粉末に、硝酸リ
チウム〔LiNO3 〕3.44g及び硝酸亜鉛〔Zn
(NO3 )2 ・6H2 O〕7.44gを含有する溶液を
添加して、Li成分及びZn成分を含浸させた後、これ
を乾固した。乾固した固形物は350℃で熱処理し、次
いで徐々に昇温しながら700〜900℃で5時間で焼
成した(第3操作)。得られた焼成物(触媒前駆体)は
XRDよりリチウムアルミネート(LiAl 5 O8 )と
亜鉛アルミネート(ZnAl2 O4 )を含むスピネルで
あって、組成がCu:Zn:Li:Al(原子比)=
1:1:1:5、比表面積が106m2/g、平均細孔
径が164Åであり、TEMより20〜50ÅのCuO
とZnOを含む金属粒子がスピネル上に高分散している
ものであった。なお、XPSより、焼成物表面の金属
(Cu及びZn)は内部に比べて2.5倍以上であっ
た。
酸化反応液を水抽出処理した後、その水相を濃縮してメ
チルエチルケトンで抽出処理し、その有機相を濃縮して
得られたカルボン酸混合物を1,6−ヘキサンジオール
でエステル化したエステル化物300gと前記の焼成物
(触媒前駆体)2gを500ml容のSUS製オートク
レーブに仕込み、水素ガスを25℃で180kg/cm
2 Gまで圧入した後、攪拌しながら250℃まで加温し
た。次いで、水素ガスを補充しながら、反応温度250
℃、水素圧250kg/cm2 Gの定圧で5時間水素化
反応を行った。なお、エステル化物は特開平7−233
108号記載の方法に準じて調製したものを使用した。
反応終了後、10μmのメンブレンフィルターを備えた
加圧濾過器に、55℃に保持された反応液を全量入れて
窒素ガスで1kg/cm2 Gに加圧しながら濾過を行っ
た。濾液をガスクロマトグラフィーにより分析したとこ
ろ、1,6−ヘキサンジオールが55.1重量%、1,
5−ペンタンジオールが9.5重量%含まれていた。
及び硝酸亜鉛を含有する溶液を固形物に添加して、Li
成分及びZn成分を含浸させる操作を行うことなく、第
1操作で、硝酸銅、硝酸亜鉛及び硝酸リチウムを含有す
る溶液を予め調製したほかは、実施例1と同様に、この
溶液にアルミナゾルを加えて乾固させた後、第2操作及
び第3操作を行った。得られた焼成物(触媒前駆体)は
XRDより亜鉛アルミネート(ZnAl2 O 4 )と銅ア
ルミネート(CuAl2 O4 )のスピネルであって、組
成がCu:Zn:Li:Al(原子比)=1:1:1:
5、比表面積が89m2 /g、平均細孔径が188Åで
あり、TEMより30〜80ÅのCuOとZnOを含む
金属の粒子がスピネル上に分散しているものであった
が、分散度は実施例1におけるよりも低かった。即ち、
XPSより、焼成物表面の金属(Cu及びZn)は内部
に比べて1.5倍程度であった。
体)2gを使用したほかは、実施例1と同様に水素化反
応を行った。その結果、得られた濾液には、1,6−ヘ
キサンジオールが50.1重量%、1,5−ペンタンジ
オールが10.5重量%含まれていた。触媒活性は実施
例1におけるよりも低かった。
・2H2 O〕12.33gと硝酸リチウム〔LiN
O3 〕1.72gを300mlの蒸留水に溶解した後、
水浴上で70℃に加熱攪拌しながら、この溶液にアルミ
ナゾル43.7g(Al2 O3 換算:20重量%)を5
〜10分間で徐々に加えた。引き続き、4時間攪拌を続
けてゲル化を促進した。得られたゲルをステンレス製バ
ットに移して送風乾燥器にて70℃で乾固させ、更に空
気中150℃で5時間乾燥した(第1操作)。
で2時間、更に500℃で2時間熱処理して放冷した
(第2操作)。得られた固形物は35.6%の重量減が
認められ、XRD、FT−IRよりスピネルを形成して
いることが確認された。この固形物の微粉末に、硝酸亜
鉛〔Zn(NO3 )2 ・6H2 O〕14.8gを含有す
る溶液を添加し、充分に混練してZn成分を含浸させた
後、これを乾固した。乾固した固形物は350℃で熱処
理し、次いで徐々に昇温しながら800℃で5時間で焼
成した(第3操作)。得られた焼成物(触媒前駆体)は
XRDより亜鉛アルミネート(ZnAl2 O 4 )から成
るスピネルであって、組成がCu:Zn:Li:Al
(原子比)=2:2:1:7、比表面積が85.5m2
/g、平均細孔径が184Åであり、TEMより20〜
50ÅのCuOとZnOを含む金属の粒子がスピネル上
に高分散しているものであった。なお、XPSより、焼
成物表面の金属(Cu及びZn)は内部に比べて2.7
倍以上であった。
体)2gを使用したほかは、実施例1と同様に水素化反
応を行った。その結果、得られた濾液には、1,6−ヘ
キサンジオールが56.8重量%、1,5−ペンタンジ
オールが8.9重量%含まれていた。触媒活性は実施例
1と同じく高かった。
有する溶液を固形物に添加してZn成分を含浸させる操
作を行うことなく、第1操作で、硝酸銅、硝酸亜鉛及び
硝酸リチウムを含有する溶液を予め調製したほかは、実
施例2と同様に、この溶液にアルミナゾルを加えて乾固
させた後、第2操作及び第3操作を行った。得られた焼
成物(触媒前駆体)はXRDより亜鉛アルミネート(Z
nAl2 O 4 )から成るスピネルであって、組成がC
u:Zn:Li:Al(原子比)=2:2:1:7、比
表面積が65.2m2 /g、平均細孔径が205Åであ
り、TEMより30〜50ÅのCuOとZnOを含む金
属の粒子がスピネル上に分散しているものであったが、
分散度は実施例1におけるよりも低かった。即ち、XP
Sより、焼成物表面の金属(Cu及びZn)は内部に比
べて1.4倍程度であった。
体)2gを使用したほかは、実施例1と同様に水素化反
応を行った。その結果、得られた濾液には、1,6−ヘ
キサンジオールが49.3重量%、1,5−ペンタンジ
オールが11.5重量%含まれていた。触媒活性は実施
例1におけるよりも低かった。
ニウム水溶液250mlを80〜85℃に保ち、この溶
液に、硝酸銅38.17g及び硝酸亜鉛37.18gを
水250mlに溶解した液を、攪拌下、pHが6.5に
維持されるように30分間で滴下した。引き続き、その
溶液を攪拌しながら放冷した後、生成した沈殿を濾過し
て洗浄し、空気中120℃で乾燥した。次いで、乾燥物
を篩分けし、70メッシュの篩を通した乾燥物を空気中
450℃で1時間焼成した。
体)2gを使用したほかは、実施例1と同様に水素化反
応を行った。その結果、得られた濾液には、1,6−ヘ
キサンジオールが45.4重量%、1,5−ペンタンジ
オールが10.1重量%含まれていた。触媒活性は実施
例1におけるよりも低かった。
どの水素化反応において、Ni、Cu、Znなどの金属
が高分散された高活性の水素化反応用触媒を提供するこ
とができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 Cu又はNiが、リチウムアルミネート
スピネル及び/又は亜鉛アルミネートスピネルに担持さ
れている水素化反応用触媒。 - 【請求項2】 Cu又はNiと共にZnが担持されてい
る請求項1記載の水素化反応用触媒。 - 【請求項3】 リチウムアルミネートスピネル及び/又
は亜鉛アルミネートスピネルの表面に存在する金属(C
u又はNi、及び場合によりZnも含む)の粒子径が1
0〜80Åであって、スピネル表面に存在する該金属が
スピネル内部に存在する該金属の1.7倍以上である請
求項1又は2記載の水素化反応用触媒。 - 【請求項4】 Ni:Al(原子比)が0.05:1〜
0.5:1、Cu:Al(原子比)が0.05:1〜
0.5:1、Li:Al(原子比)が1:5〜1:2、
Zn:Al(原子比)が1:5〜1:2である請求項1
又は2記載の水素化反応用触媒。 - 【請求項5】 リチウムアルミネートスピネル及び/又
は亜鉛アルミネートスピネルの比表面積が5〜200m
2 /g、平均細孔径が80〜300Åである請求項1又
は2記載の水素化反応用触媒。 - 【請求項6】 (1)Cu成分又はNi成分、及びAl
成分を含有する溶液を乾固し、(2)その乾固物を30
0〜550℃で熱処理し、(3)得られた固形物にLi
成分及び/又はZn成分を担持させて600〜900℃
で焼成し、(4)その焼成物を還元処理することを特徴
とする請求項1又は2記載の水素化反応用触媒の製造方
法。 - 【請求項7】 Cu成分又はNi成分、及びAl成分と
共に、Zn成分及び/又はLi成分を含有する溶液を乾
固することを特徴とする請求項6記載の水素化反応用触
媒の製造方法。
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CN113750950A (zh) * | 2020-06-05 | 2021-12-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种脱除羰基金属化合物的净化剂及其制备方法和应用 |
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