JPH11513302A - 水素化触媒の製造法 - Google Patents
水素化触媒の製造法Info
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Abstract
(57)【要約】
+4の酸化状態の白金(Pt(IV))を、選択的還元剤により、酸性水性媒体中、炭素含有担体の存在下に+2の酸化状態の白金(Pt(II))まで還元し、次いで得られた白金を硫黄含有選択的還元剤で被毒させ、この後、部分的に被毒した白金を金属白金(Pt(0))に還元し、公知方法で後処理を行う水素化触媒の製造法において、(a)Pt(II)を硫黄含有選択的還元剤で、これをPt(IV)をPt(II)まで還元するに必要な選択的還元剤の使用量の15−70モル%に相当する量で用いて部分的に被毒させ、ここでPt(IV)の使用量を、使用され被毒されるPt(II)の量に対応させ、次いで部分的に被毒されたPt(II)を蟻酸アルカリ金属塩で還元しPt(0)と成すか、または(b)+2を超過する酸化状態の白金を部分的に被毒させ、後にまたは同時に蟻酸アルカリ金属塩を用いてPt(0)に還元することを特徴とする水素化触媒の製造法、水素化触媒、ヒドロキシルアンモニウム塩を製造するための水素化触媒の使用法、ヒドロキシルアンモニウム塩の製造法、および白金含有水素化触媒の再生法。
Description
【発明の詳細な説明】
水素化触媒の製造法
本発明は、+4の酸化状態の白金を、選択的還元剤により、酸性水性媒体中、
炭素含有担体の存在下に+2の酸化状態の白金まで還元し、次いで得られた白金
を硫黄含有選択的還元剤で被毒させ、この後、部分的に被毒した白金を金属白金
に還元し、公知方法で後処理を行う水素化触媒の優れた製造法に関する。
更に本発明は水素化触媒を製造するための蟻酸アルカリ金属塩の使用法、本発
明の方法により得られた水素化触媒、ヒドロキシルアンモニウム塩の製造法、お
よび白金を基礎とする水素化触媒の再生方法に関する。
パラジウム、白金、ルテニウムなどの貴金属は、「有機化学実験室での接触的
水素化(Katalytische Hydrierungen imorga
nisch chemischen Laboratorium)」、F.ツィ
マルコウスキ著、フェルディナンドエンケ出版、シュトゥットガルト(1965
)に記載のように、種々の担体、例えばシリカ、アルミナ、グラファイトまたは
活性炭上に施与され、有機および無機化合物の水素化に好ましく用いられる。
触媒担体上に施された貴金属を良好に分散させることは、上記触媒の活性向上
に重要である。反応条件下における、凝集の結果による使用貴金属粒径の増大、
分散性の低下および貴金属単体の担体金属からの分離といった事実が(「金属触
媒の構造(Structure of Metallic Catalyst)
」、J.R.アンダーソン著、アカデミックプレス、(1975)、164頁等
参照)プロセス工学的に不利益となる。
ドイツ特許第1088037号公報には、+4の酸化状態の白金を、選択的還
元剤により、酸性水性媒体中、炭素含有担体の存在下に+2の酸化状態に還元し
、次いで得られた白金を硫黄含有選択的還元剤で被毒させ、この後、部分的に被
毒した白金を蟻酸塩で金属白金に還元し、公知方法で後処理を行う水素化触媒の
優れた製造法が記載されている。
この方法の不都合な点は、ヒドロキシルアミンに関する不満足な選択性、過度
に大量のアンモニアと亜酸化窒素の生成、酸化窒素の不満足な転化率および低い
時空収量である。
ドイツ特許第4022853号公報には、酸化窒素の水素化におけるヒドロキ
シルアミンに関連して、粒径1−600μmの、グラファイト担体を有する白金
触媒を用いることにより選択性が向上されるとの記載がある。
ドイツ特許第956038号公報には、白金を懸濁状態のグラファイト担体上
に、硫黄化合物、セレン化合物、砒素化合物、テルル化合物等の毒物を添加し、
または添加せずに沈殿させて得られる、グラファイト担体を有する白金触媒が開
示されている。この様な触媒は酸化窒素の接触的水素化に好ましく用いられるが
、長時間使用により反応性および選択性が急速に低下するという不都合がある。
ドイツ特許第4022851号公報には、グラファイトに担持される白金触媒
の存在下における酸化窒素の水素化によるヒドロキシルアミンの製造において、
選択性はグラファイト担体の見かけ密度、圧縮強さ、および多孔度に関連すると
される。
上記各ドイツ特許に記載の製造法における触媒は、有効成分の凝集により、触
媒活性時間が比較的短いという不利益を有する。
ドイツ特許出願公開第4311420号公報には、白金金属塩を微分散状の硫
黄で、分散剤の存在下に処理し、次いで白金金属塩を金属白金に還元することに
より得られる水素化触媒の製造法が記載されている。ドイツ特許出願公開第43
11420号公報では、蟻酸ナトリウムも還元剤として言及されているが、蟻酸
が特に好ましく用いられるとされている。対応のドイツ特許においても蟻酸ナト
リウムによる実験は行われていない。また、白金の粒径が触媒の機械的安定性、
選択性および副生成物スペクトルに決定的影響を与えることに関しては何ら示唆
されていない。
本発明は、触媒として長時間活性であると共に、従来以上の選択性および優れ
た時空収量の得られる水素化触媒の改善された製造法を提供することをその目的
とする。
また、特に亜酸化窒素およびアンモニア等の副生成物の生成を最低限に抑制す
る必要がある。
本発明の上記目的は、+4の酸化状態の白金(Pt(IV))を、選択的還元
剤により、酸性水性媒体中、炭素含有担体の存在下に+2の酸化状態の白金(P
t(II))まで還元し、次いで得られた白金を硫黄含有選択的還元剤で被毒さ
せ、この後、部分的に被毒した白金を金属白金(Pt(0))に還元し、公知方
法で後処理を行う水素化触媒の製造法において、
(a)Pt(II)を硫黄含有選択的還元剤で、これをPt(IV)をPt(
II)まで還元するに必要な選択的還元剤の使用量の15−70モル%に相当す
る量で用いて部分的に被毒させ、ここでPt(IV)の使用量を、使用され被毒
されるべきPt(II)の量に対応させ、次いで部分的に被毒されたPt(II
)を蟻酸アルカリ金属塩で還元しPt(0)と成すか、または
(b)+2を超過する酸化状態の白金を部分的に被毒させ、後にまたは同時に
蟻酸アルカリ金属塩を用いてPt(0)に還元することを特徴とする水素化触媒
の製造法により達成されることが、本発明者等により見出された。
更に本発明者等は、水素化触媒を製造するための蟻酸アルカリ金属塩の使用法
、本発明により製造された水素化触媒、ヒドロキシルアンモニウム塩の製造法、
および白金を基礎とする水素化触媒の再生方法を見出した。
本発明による(a)においては、酸化状態+2の白金を硫黄含有選択的還元剤
により、酸性水性媒体中、炭素含有担体の存在下に被毒させる。この様に部分的
に被毒された白金を次いで蟻酸アルカリ金属塩により金属白金に還元し、次いで
公知方法で後処理する。
硫黄含有選択的還元剤の使用量は、その使用量がPt(IV)をPt(II)
まで還元するのに必要な選択的還元剤の量の15−70モル%、好ましくは20
−65モル%に対応するように調整し、且つPt(IV)の使用量が、使用され
、被毒されるべきPt(II)の使用量に対応するようになされる。
上記(b)においては、本発明による+2を超過する酸化状態の白金を被毒し
、この後または同時に、これを蟻酸アルカリ金属塩によりPt(0)に還元する
。
本発明において、蟻酸アルカリ金属塩、好ましくは蟻酸リチウム、蟻酸ナトリ
ウム、蟻酸カリウム、特に好ましくは蟻酸ナトリウムが用いられる。
好ましい実施の形態において、+2を超過する酸化状態の白金、特に好ましく
はPt(IV)を還元して得られる酸化状態+2の白金を上記(a)で用いる。
通常、亜二チオン酸塩、特に亜二チオン酸ナトリウム(Blankit(登録
商標))、スルホキシル酸誘導体、特にRongalit(登録商標)として知
られる、次亜硫酸ナトリウムへのホルムアルデヒドの作用により得られる生成物
、亜硫酸および亜硫酸塩が選択的還元剤として使用可能である。
通常選択的還元剤は+2を超過する、好ましくは+4の酸化状態の溶解された
白金に対して当量で用いられる。
上記(a)において、酸化状態+4の白金を酸化状態+2の白金まで還元可能
な毒物として硫黄含有選択的還元剤を用いる場合(例えばBlankit(登録
商標))、本発明においては最初は酸化状態+2の白金へのみ還元が行われる。
この反応の終点は、還元中に測定される電位の大きな変化により検知可能である
ことがこれまでに明らかになっている。次いで本発明により部分的被毒が、Pt
(>II)、好ましくはPt(IV)をPt(II)へ還元するために必要な量
を超過し、Pt(IV)をPt(II)に還元する際の使用量の15−70モル
%、好ましくは20−65モル%に対応する量の還元剤を添加することにより行
われる。これに次ぎ、本発明では蟻酸アルカリ金属塩により還元を行う。
用いられる毒物が+2を超過する酸化状態の白金、特にPt(IV)をPt(
II)に還元可能でない化合物の場合には(上記(b))、本発明により白金を
まず被毒し、後にまたは同時に蟻酸アルカリ金属塩を還元剤として用いて白金(
0)(金属白金)へ還元する。
この様な毒物は、硫黄、セレン、砒素、テルルを基礎とする慣用の毒物、例え
ば亜二チオン酸ナトリウム、チオ硫酸アルカリ金属塩、硫化水素、アルカリ金属
多硫化物、チオ尿素、テルル酸、砒酸、或いはこれらの混合物である。粒径50
0μm未満、好ましくは50μm未満の単体硫黄、特に湿潤可能な硫黄は非常に
好ましく用いられる。
白金の、被毒される硫黄、セレン、砒素またはテルルに対するモル比は、通常
20:1〜3:1、特に10:1〜5:1の範囲で選択される。
部分的被毒は、例えばドイツ特許第4022853号公報に記載されているよ
うな公知方法により行われる。
蟻酸アルカリ金属塩による金属白金への還元は、部分的被毒が完了した後に行
われると好ましい。
特に適する白金(IV)化合物は水溶性化合物、例えばヘキサクロロ白金酸お
よびそのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩、例えばヘキサクロロ白金酸二ナ
トリウム、二カリウム、および二アンモニウムである。
使用される白金と蟻酸アルカリ金属塩とのモル比は通常1000:1〜10:
1、好ましくは100:1〜20:1とされる。
使用される炭素含有担体は、通常、懸濁状態のグラファイトまたは活性炭であ
り、粒径0.5−600μmの、好ましくは1−70μmの、特に好ましくは2
−50μmのエレクトログラファイト銘柄が特に好ましく用いられる。白金使用
量は、グラファイト担体を有する白金触媒の総重量に対して通常0.2−2重量
%、好ましくは0.5−1重量%とされる。
本発明により、白金の還元は、水溶液中で、水と白金の重量比を通常1000
:1〜100:1、好ましくは500:1〜100:1の範囲として行われる。
更に、還元は弱酸性域で、通常は4.5−7未満、好ましくは5−6のpH範
囲で行われる。一般的には緩衝塩、例えば酢酸アルカリ金属塩、特に酢酸ナトリ
ウムを添加してpHが設定される。
上記(a)の好ましい実施の形態において、Blankit(登録商標)(亜
二チオン酸ナトリウム)を選択的還元剤として用いる。通常は添加するBlan
kit(登録商標)の使用量を、ガラス電極で測定した溶液電位を420−50
0mV、好ましくは440−480mVとするにちょうど十分な量とする。白金
(IV)の白金(II)への還元の終点で、大きな電位変化が観測されることが
わかっており、白金(IV)を白金(II)まで還元する際に必要とされる量を
超過するBlankit(登録商標)が添加され、所定の電位が達成される。こ
の電位により触媒の被毒状態が特徴づけられ、通常は440−
220mV、好ましくは270−340mVである。
蟻酸アルカリ金属塩の白金に対するモル比は、通常1000:1〜10:1、
好ましくは100:1〜20:1と設定される。
還元中の温度は、通常50〜95℃、好ましくは60〜90℃に選択される。
また、好ましくは大気圧が用いられる。
金属白金への還元後のpHは主に使用還元剤の種類に依存し、通常5〜8、特
に好ましくは5〜6.5と成される。
還元終了後、触媒を一般的には公知方法で後処理をするが、特に反応混合物か
ら濾別し、好ましくは水で、更に好ましくは洗浄水が中性になるまで洗浄する。
一般的にX線回折による半分の高さでの線幅を測定して得られる、本発明によ
り得られる白金粒径は、3.5nm未満である。
また、新規方法により得られた触媒は、有機および無機化合物の双方の水素化
に好ましく用いられる。
新規触媒は、オレフィン性またはアセチレン性不飽和化合物の水素化、および
カルボン酸、アルデヒドまたはケトンの対応のアルコールへの、またはニトリル
類の対応のアミン類への水素化に好ましく用いられる。また、新規触媒は無機物
質、例えば酸素の水素化に、特に鉱酸水溶液中での酸化窒素の水素化によるヒド
ロキシルアンモニウム塩の製造に適している。
ヒドロキシルアンモニウム塩の製造においては、水素対酸化窒素のモル比を1
.5:1〜6:1、好ましくは3.5〜5:1に維持するのが一般的である。反
応帯域中での水素対酸化窒素のモル比を3.5:1〜5:1とすると特に良好な
結果が得られることがわかっている。
好ましく用いられる酸は、強鉱酸、例えば硝酸、硫酸または燐酸、または脂肪
族C1−C5モノカルボン酸、例えば蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、好ましく
は蟻酸および酢酸である。酸性塩、例えば重硫酸アンモニウムも好適に用いられ
る。通常4−6規定の酸水溶液が用いられ、普通は反応中の酸濃度が0.2規定
を下回ってはならない。
酸化窒素の水素化は、一般的に30−80℃、好ましくは35−60℃で行わ
れる。また、水素化中の圧力は、通常1−30バール、好ましくは1−20バー
ル(絶対圧)に選択される。
鉱酸の触媒に対する割合は、主に白金金属と反応器圧力に依存し、白金の場合
、鉱酸1リットルあたり通常1−100g、好ましくは30−80gの白金−グ
ラファイト触媒が用いられる。
他の好ましい実施の形態において、特にヒドロキシルアンモニウム塩を製造す
る場合、酸性溶液中での水素化以前に水素で触媒を処理するが(活性化)、鉱酸
中で水素化を行うのが好ましい。
使用後の白金金属触媒は新規方法で再生可能である。新規方法では、触媒の白
金金属を、通常は酸または酸混合物を用いて溶液中に導入する。この様に得られ
た白金金属塩溶液を中性化し、次いで白金金属塩を上述の新規方法により処理す
る。
本発明の新規触媒は、同様の目的で用いられる公知触媒よりも、活性、選択性
および触媒寿命に関して優れていることがわかっている。
[実施例]
グラファイト粒径をマルベルン・マスターサイザーを用いて測定した(Ver
fahrenstechnik 24(1990)、36等参照)。波長633
nmにおけるフラウンホーファー回折を測定した。焦点距離=300nmの補助
レンズを使用し、1−600μmの範囲の粒度分布を求めた。
この測定にあたり、ひとつまみの粉体を濃度0.1重量%のNekanil9
10水溶液(BASF社製、Nekanil910はノニルフェノールと9−1
0モルの酸化エチレンとの反応生成物、物性:透明、粘性液体、非イオン性、2
0℃における密度:1.04g/cm3、流動点:−10℃未満、濃度1重量%
の溶液のpH:6.5−8.5)1リットルに添加した。測定前に、測定対象混
合物を1分間、超音波処理に付した。
白金粒径を、X線回折により、半分の高さ点での線幅を測定することにより求
めた。実施例1
a)ベッカー・ペンリッヒ社製の粒径28−50μmのグラファイト40gお
よびヘキサクロロ白金(IV)酸6−水和物0.5310gを、3.87ミリリ
ットルの濃塩酸と0.87ミリリットル濃硝酸を含有する水溶液40ミリリット
ルと共に、80℃で一晩攪拌した。得られた懸濁液に、pHが2.75となるま
で炭酸ナトリウムを添加した。次いで酢酸ナトリウム2.5gを緩衝塩として添
加した。次いで4.58重量%濃度のジチオン酸ナトリウム水溶液を、白金4+を
白金2+(460mVの電位の大きな変化により検知可能)まで還元するために十
分な量で添加した。
触媒を硫黄で被毒させるため、白金4+を白金2+まで還元するために用いられた
と同様のジチオン酸ナトリウム溶液を、白金4+を白金2+するために使用した量の
60モル%に相当する量で添加した。ガラス電極での測定の結果、得られた溶液
の電位は355mVであった。
次いでこの様に得られた懸濁液に、濃度40重量%の蟻酸ナトリウム水溶液の
14.1g(83ミリモル)を添加し、80℃にて4時間攪拌した。4時間後に
は白金は、もはやヒドラジン水和物で検出され得なかった(白金が存在する場合
にはアルカリ性水溶液に黒色沈殿を生ずる)。
この様に得られた触媒を反応混合物から、ガラス・フリットを通して濾過によ
り単離し、これを蒸留水で洗浄水のpHが酸性域でなくなるまで洗浄した。乾燥
後の触媒は0.5重量%の白金を含有していた。
b)a)により得られた4.8gの触媒を、120ミリリットルの4.3N硫
酸に懸濁させ、35容量%の酸化窒素と65容量%の水素の混合物を1時間当た
り7.75リットル、40℃で激しく攪拌しながら(3500rpm)通過させ
た。4時間後、触媒を分離し、液相を分析した。この後120ミリリットルの4
.3N硫酸を、単離した触媒に添加し、反応を継続した。この工程を4時間毎に
繰り返した。得られた亜酸化窒素に関する選択性が、設定された上限を10%超
過した後に反応を停止した。実験結果を以下の表に示す。比較例1
白金(II)への還元を行うために必要な量に対して56モル%の亜二チオン
酸ナトリウムを用いて被毒し、6.25ミリリットルの濃蟻酸を用いて零価の白
金を沈殿させた以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた結果を以下の
表に示す。実施例2
a)ベッカー・ペンリッヒ社製の粒径28−50μmのグラファイト40gお
よびヘキサクロロ白金(IV)酸6−水和物0.5310gを、3.87ミリリ
ットルの濃塩酸と0.87ミリリットル濃硝酸を含有する水溶液40ミリリット
ルと共に、80℃で一晩攪拌した。得られた懸濁液に、pHが2.75となるま
で炭酸ナトリウムを添加した。次いで酢酸ナトリウム2.5gを緩衝塩として添
加した。次いで6.25ミリリットルの単体硫黄を添加し、2分の待ち時間の後
、得られた懸濁液に濃度40重量%の蟻酸水溶液14.1g((83ミリモル)
を添加し、80℃にて4時間攪拌した。この後には、もはやヒドラジン水和物で
白金は検出され得なかった(白金が存在する場合にはアルカリ性水溶液に黒色沈
殿を生ずる)。
この様に得られた触媒を反応混合物からガラス・フリットを通して濾過により
単離し、これを蒸留水で洗浄水のpHが酸性域でなくなるまで洗浄した。乾燥後
の触媒は0.5重量%の白金を含有していた。
b)この触媒を、1b)に記載の方法でテストした。比較例2(ドイツ特許出願公開第4311420号公報に類似)
6.25mgの単体硫黄を毒物として用い、6.25ミリリットルの濃蟻酸を
用いて零価の白金を沈殿させた以外は、実施例2と同様の操作を行った。得られ
た結果を以下の表に示す。
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フロントページの続き
(72)発明者 オーストフォーゲルス,ヨーゼフ
ベルギー国、B−2900、ショテン、セデル
ラーン、15
(72)発明者 ポステルマンス,ダニー
ベルギー国、B−3980、テセンデルロ,テ
ルプレーク、84
(72)発明者 シュナイダー,ハインツ−ヴァルター
ドイツ国、D−67069、ルートヴィッヒス
ハーフェン、ブリュッセラー、リング、43
(72)発明者 トーメ,アルフレート
ドイツ国、D−67346、シュパイァ、ガー
ブリエル−ビール−シュトラーセ、4
(72)発明者 アハハマー,ギュンター
ドイツ国、D−68309、マンハイム、キル
ヒプラッツ、17
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. +4の酸化状態の白金(Pt(IV))を、選択的還元剤により、酸性水 性媒体中、炭素含有担体の存在下に+2の酸化状態の白金(Pt(II))まで 還元し、次いで得られた白金を硫黄含有選択的還元剤で被毒させ、この後、部分 的に被毒した白金を金属白金(Pt(0))に還元し、公知方法で後処理を行う 水素化触媒の製造法において、 (a)Pt(II)を硫黄含有選択的還元剤で、これをPt(IV)をPt( II)まで還元するに必要な選択的還元剤の使用量の15−70モル%に相当す る量で用いて部分的に被毒させ、ここでPt(IV)の使用量を、使用され被毒 されるPt(II)の量に対応させ、次いで部分的に被毒されたPt(II)を 蟻酸アルカリ金属塩で還元しPt(0)と成すか、または (b)+2を超過する酸化状態の白金を部分的に被毒させ、後にまたは同時に 蟻酸アルカリ金属塩を用いてPt(0)に還元することを特徴とする水素化触媒 の製造法。 2. 上記(a)におけるPt(II)が、+2を超過する酸化状態の白金を選 択的還元剤で還元することにより得られることを特徴とする、請求項1に記載の 製造法。 3. Pt(IV)を、選択的還元剤により、酸性水性媒体中、炭素含有担体の 存在下にPt(II)まで還元し、次いで得られた白金を硫黄含有選択的還元剤 で被毒させ、この後、部分的に被毒した白金を金属白金(Pt(0))に還元し 、公知方法で後処理を行う水素化触媒の製造における蟻酸塩の使用法であって、 (a)Pt(II)を硫黄含有選択的還元剤で、これをPt(IV)をPt( II)まで還元するに必要な選択的還元剤の使用量の15−70モル%に相当す る量で用いて部分的に被毒させ、ここでPt(IV)の使用量を、使用され被毒 されるPt(II)の量に対応させ、次いで部分的に被毒されたPt(II) を蟻酸アルカリ金属塩で還元しPt(0)と成すか、または (b)+2を超過する酸化状態の白金を部分的に被毒させ、後にまたは同時に 蟻酸アルカリ金属塩を用いてPt(0)に還元することを特徴とする使用法。 4. 上記(a)で用いられる選択的還元剤が亜二チオン酸ナトリウムであるこ とを特徴とする請求項1または2に記載の製造法。 5. 使用される蟻酸アルカリ金属塩が蟻酸ナトリウムであることを特徴とする 請求項1、2または4に記載の製造法。 6. 白金の粒径が3.5nm以下であることを特徴とする請求項1、2、4ま たは5に記載の製造法。 7. 請求項1、2または4乃至6のいずれかに記載の製造法により得られる水 素化触媒。 8. ヒドロキシルアンモニウム塩を製造するための、請求項1、2または4乃 至6のいずれかに記載の製造法により得られるか、または請求項7に記載の水素 化触媒の使用法。 9. 酸化窒素を水素により、水素添加触媒の存在下に還元することによるヒド ロキシルアンモニウム塩の製造法であって、前記水素添加触媒が請求項7に記載 の水素添加触媒であるか、または請求項1、2または4乃至6のいずれかに記載 の製造法により製造されることを特徴とする製造法。 10. Pt(IV)を、選択的還元剤により、酸性水性媒体中、炭素含有担体 の存在下にPt(II)まで還元し、次いで得られた白金を硫黄含有選択的還元 剤で部分的に被毒させ、この後、部分的に被毒した白金を金属白金(Pt(0) )に還元し、公知方法で後処理を行う水素化触媒の再生法において、 (a)Pt(II)を硫黄含有選択的還元剤で、これをPt(IV)をPt( II)まで還元するに必要な選択的還元剤の使用量の15−70モル%に相当す る量で用いて部分的に被毒させ、ここでPt(IV)の使用量を、使用され被毒 されるPt(II)の量に対応させ、次いで部分的に被毒されたPt(II)を 蟻酸アルカリ金属塩で還元しPt(0)と成すか、または (b)+2を超過する酸化状態の白金を部分的に被毒させ、後にまたは同時に 蟻酸アルカリ金属塩を用いてPt(0)に還元することを特徴とする水素化触媒 の再生法。
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