KR20030080226A - 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법 - Google Patents

티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030080226A
KR20030080226A KR10-2003-7010990A KR20037010990A KR20030080226A KR 20030080226 A KR20030080226 A KR 20030080226A KR 20037010990 A KR20037010990 A KR 20037010990A KR 20030080226 A KR20030080226 A KR 20030080226A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
titanium
mol
sibling
alkali metal
Prior art date
Application number
KR10-2003-7010990A
Other languages
English (en)
Inventor
야마모토준
Original Assignee
스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 filed Critical 스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Publication of KR20030080226A publication Critical patent/KR20030080226A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/19—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with organic hydroperoxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/89—Silicates, aluminosilicates or borosilicates of titanium, zirconium or hafnium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B37/00—Compounds having molecular sieve properties but not having base-exchange properties
    • C01B37/005—Silicates, i.e. so-called metallosilicalites or metallozeosilites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61—Surface area
    • B01J35/617—500-1000 m2/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64—Pore diameter
    • B01J35/647—2-50 nm

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)

Abstract

다음의 제1 공정과 제2 공정을 포함하는 특정 세공 직경, 세공 직경 분포 및 비세공 용량을 갖는 특정 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법으로서, 다음의 제1 공정과 제2 공정을 포함하는 제조방법.
제1 공정: 실리카 공급원, 티탄 공급원 및 형제로서의 4급 암모늄 이온을 액상으로 혼합, 교반하여 촉매 성분과 형제를 함유하는 고체를 수득하는 공정으로서, 조제 혼합물 중의 알칼리 금속의 양이 다음의 수학식 II 또는 수학식 III의 범위이다.
수학식 II
알칼리 금속/티탄 ≤3(mol/mol)
수학식 III
알칼리 금속/[NR1R2R3R4]+≤0.3(mol/mol)
제2 공정: 제1 공정에서 수득된 고체로부터 형제를 제거하는 공정.

Description

티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법{Method for preparing a titanium-containing silicon oxide catalyst}
촉매의 존재하에 하이드로퍼옥사이드와 올레핀형 화합물로부터 옥실란 화합물을 수득하는 방법이 공지되어 있다. 공지된 방법에서 사용되는 촉매로서, 예를 들면 미국 특허공보 제4,367,342호에는 특정 티탄 함유 규소 산화물 촉매가 기재되어 있다. 그러나, 종래의 촉매는 보다 높은 활성을 발현시킨다는 관점에서는 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 말하기 어려운 것이었다.
본 발명은 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법 및 촉매에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은, 예를 들면, 하이드로퍼옥사이드와 올레핀형 화합물로부터 옥실란 화합물을 수득하는 반응에 사용할 수 있으며, 높은 활성을 발휘할 수 있는 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
발명의 개시
이러한 현 상황에서 본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 예를 들면 하이드로퍼옥사이드와 올레핀형 화합물로부터 옥실란 화합물을 수득하는 반응에 사용할 수 있으며, 높은 활성을 발휘할 수 있는 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 다음의 (1) 내지 (4)의 모든 조건을 충족하는 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법으로서, 다음의 제1 공정과 제2 공정을 포함하는 제조방법에 관한 것이다.
(1) 평균 세공 직경이 10Å 이상인 점,
(2) 전체 세공 용량의 90% 이상의 세공 직경이 5 내지 200Å인 점,
(3) 비세공 용량이 0.2㎤/g 이상인 점 및
(4) 다음 화학식 I의 4급 암모늄 이온을 형제(型劑)로서 사용한 다음, 당해 형제를 제거하여 수득한 것인 점.
[NR1R2R3R4]+
위의 화학식 I에서,
R1은 탄소수 2 내지 36의 직쇄상 또는 측쇄상 탄화수소 그룹이고,
R2내지 R4는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이다.
제1 공정: 실리카 공급원, 티탄 공급원 및 형제로서의 4급 암모늄 이온을 액상으로 혼합, 교반하여 촉매 성분과 형제를 함유하는 고체를 수득하는 공정으로서, 조제 혼합물 중의 알칼리 금속의 양이 다음 수학식 II 내지 수학식 III의 범위이다.
제2 공정: 제1 공정에서 수득된 고체로부터 형제를 제거하는 공정.
발명을 실시하기 위한 최상의 형태
본 발명에서 수득되는 촉매는 다음의 (1) 내지 (4)의 모든 조건을 충족하는 티탄 함유 규소 산화물로 이루어지는 촉매이다.
(1) 평균 세공 직경이 10Å 이상인 점,
(2) 전체 세공 용량의 90% 이상의 세공 직경이 5 내지 200Å인 점,
(3) 비세공 용량이 0.2㎤/g 이상인 점. 여기서 비세공 용량은 촉매 1g당 세공 용량을 의미한다.
상기 조건 (1) 내지 (3)에 관한 측정은 질소, 아르곤 등의 기체 물리흡착법을 사용하며, 통상의 방법으로 측정할 수 있다.
(4) 다음 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄 이온을 형제로서 사용한 다음, 당해 형제를 제거하여 수득한 것인 점.
화학식 Ⅰ
[NR1R2R3R4]+
위의 화학식 Ⅰ에서,
R1은 탄소수 2 내지 36의 직쇄상 또는 측쇄상 탄화수소 그룹이고,
R2내지 R4는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이다.
조건 (4)에 관해서는 촉매의 제조방법 부분에서 상세하게 설명한다.
본 발명의 촉매는 X선회절(XRD)에서, 면 간격(d)을 나타내는 피크가 존재할 수 있으며, 존재하지 않아도 양호하다. 여기서 말하는 면 간격(d)을 나타내는 피크는 고체가 갖는 결정성이나 규칙성에 유래하는 피크를 의미하며, 비결정질 부분에 유래하는 브로드한 피크는 존재해도 관계없다.
본 발명의 촉매는 고활성의 관점에서 적외선 흡수 스펙트럼에서 960 ±5cm-1의 영역에 흡수 피크를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 피크는 실리카 골격내로 유도된 티탄에 대응하는 것이라고 생각된다.
본 발명의 제조방법의 제1 공정은 실리카 공급원, 티탄 공급원 및 형제로서의 4급 암모늄 이온을 액상으로 혼합, 교반하여 촉매 성분과 형제를 함유하는 고체를 수득하는 공정으로서, 조제 혼합물 중의 알칼리 금속의 양은 다음 수학식 II 또는 수학식 III의 범위이다.
수학식 II
알칼리 금속/티탄 ≤3(mol/mol)
수학식 III
알칼리 금속/[NR1R2R3R4]+≤0.3(mol/mol)
제1 공정에서 사용하는 시약이 고체상인 경우에는 용매에 용해 또는 분산된 용액으로써 사용하면 양호하다.
실리카 공급원으로서는 비결정질 실리카와 알콕시실란, 예를 들면 테트라메틸 오르토실리케이트, 테트라에틸 오르토실리케이트, 테트라프로필 오르토실리케이트 등을 들 수 있다.
티탄 공급원으로서는 티탄 알콕사이드, 예를 들면 티탄산테트라메틸, 티탄산테트라에틸, 티탄산테트라프로필, 티탄산테트라이소프로필, 티탄산테트라부틸, 티탄산테트라이소부틸, 티탄산테트라-2-에틸헥실, 티탄산테트라옥타데실이나 티탄(Ⅳ) 옥시아세틸아세토네이트, 티탄(Ⅳ) 디이소프로폭시비스아세틸아세토네이트 등을 들 수 있으며, 또는 할로겐화티탄, 예를 들면 사염화티탄, 사브롬화티탄, 사요오드화티탄 등이나 황산 티타닐 등을 들 수 있다.
형제로서는 다음 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄 이온을 사용할 수 있다.
화학식 Ⅰ
[NR1R2R3R4]+
위의 화학식 Ⅰ에서,
R1은 탄소수 2 내지 36의 직쇄상 또는 측쇄상 탄화수소 그룹이고,
R2내지 R4는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이다.
R1은 탄소수 2 내지 36의 직쇄상 또는 측쇄상 탄화수소 그룹이고, 바람직하게는 탄소수 10 내지 18의 직쇄상 또는 측쇄상 탄화수소 그룹이다. R2내지 R4는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이고, R2내지 R4모두가 메틸 그룹인 것이 바람직하다. 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄 이온의 구체적인 예로서는, 헥사데실트리메틸암모늄, 도데실트리메틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄, 디메틸디도데실암모늄, 헥사데실피리디늄 등의 양이온을 들 수 있다.
또한, 이러한 화학식 I의 4급 암모늄 이온은 단독으로 사용할 수 있으며, 여러 종을 혼합시켜 사용할 수도 있다.
용매의 예로서는, 물이나 알콜, 예를 들면 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 2-프로판올, n-부탄올, 2급-부탄올, 3급-부탄올, 비닐알콜, 알릴알콜, 사이클로헥산올, 벤질알콜 등이나 디올, 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
실리카 공급원에 대한 티탄 공급원의 사용량은 몰 비로 10-5내지 1이며, 바람직하게는 0.00008 내지 0.4이다. 또한, 이러한 실리카 공급원 및 티탄 공급원의 합계량에 대한 4급 암모늄 이온의 사용량은 몰 비로 10-2내지 2로 하는 것이 바람직하다.
또한, 실리카 공급원과 티탄 공급원의 반응을 촉진시키기 위해서 혼합 용액에 알칼리성 또는 산성을 부여시키는 것이 바람직하다. 알칼리원으로서는 4급 암모늄하이드록사이드가 바람직하며, 예를 들면 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드 등을 들 수있지만, 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄 이온의 수산화물을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 산의 예로서는 염산, 황산, 질산 등의 무기산 및 포름산, 아세트산, 프로피온산 등의 유기산을 들 수 있다.
혼합 및 교반 온도는 통상적으로 -30 내지 100℃이다. 혼합 및 교반에 의해 고체가 생성되며 더욱 고체를 성장시키기 위해 이것을 숙성시킬 수 있다. 숙성 시간은 통상적으로 180시간 이하이며, 숙성 온도는 통상적으로 0 내지 200℃이다. 숙성시에 가열을 필요로 하는 경우에는 용매의 기화를 피하기 위해 내압용기로 옮겨 밀폐하여 실시하는 것이 바람직하다.
극도로 높은 활성 촉매를 수득한다는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 이상의 원료를 혼합하여 수득되는 조제 혼합물 중의 알칼리 금속의 양이 수학식 II 또는 수학식 III의 범위 내일 필요가 있다. 또한 당해 조제 혼합물은 슬러리상 또는 겔상일 수 있다.
수학식 II
알칼리 금속/티탄 ≤3(mol/mol)
수학식 III
알칼리 금속/[NR1R2R3R4]+≤0.3(mol/mol)
더욱 바람직하게는 다음의 범위이다.
수학식 II
알칼리 금속/티탄 ≤1(mol/mol)
수학식 III
알칼리 금속/[NR1R2R3R4]+≤0.1(mol/mol)
조제 혼합물 중의 알칼리 금속의 양이 수학식 II 및 수학식 III의 범위 외인 경우에는 극도로 높은 활성 촉매를 수득하기 어렵다.
알칼리 금속의 예로서는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 등을 들 수 있으며, 당해 알칼리 금속은 통상 이온 상태로 존재한다.
제1 공정에서 수득한 고체는 통상적으로 여과되어 건조된다. 건조시의 온도는 120℃ 이하이며, 바람직하게는 100℃ 이하이다. 건조 대기는 공기 또는 질소 등의 불활성 기체를 들 수 있다. 건조 장치로서는 온풍 또는 감압 장치를 장착한 코니칼 건조기나 선반식 건조기를 들 수 있다. 또한, 감압 건조에서는 200mmHg 이하의 감압하에 건조시키는 것이 저온도에서의 건조 효율을 높이는 관점에서 바람직하다.
본 발명의 제2 공정은 고체로부터 형제를 제거하는 공정이다. 형제의 제거는 제1 공정에서 수득한 촉매 성분 및 형제를 함유하는 고체를 공기하에서 400 내지 700℃의 고온으로 소성하거나 용매에 의한 용매추출조작을 실시함으로써 용이하게 달성할 수 있지만, 이 중에서도 용매 추출에 의해 형제를 제거하는 것이 보다 바람직하다.
용매에 의한 형제를 추출하는 기술은 화이트허스트(Whitehurst) 등에 의해 보고되어 있다[참조: 미국 특허공보 제5,143,879호]. 추출에 사용하는 용매는 형제에 사용한 화합물을 용해할 수 있는 것이면 양호하며, 일반적으로 탄소수 1 내지 약 12의 상온에서 액상인 옥사 및/또는 옥소 치환된 탄화수소를 사용할 수 있다. 이러한 종류의 적절한 용매로서는 알콜류, 케톤류, 에테르류(비환식 또는 환식) 및 에스테르류를 사용할 수 있으며, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 이소프로판올, n-부탄올 및 옥탄올과 같은 하이드록시 치환된 탄화수소; 아세톤, 디에틸 케톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤과 같은 옥소 치환된 탄화수소; 디이소부틸 에테르나 테트라하이드로푸란과 같은 탄화수소 에테르; 및 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트 및 부틸 프로피오네이트와 같은 탄화수소 에스테르 등을 들 수 있다. 이러한 용매의 촉매에 대한 중량비는 통상적으로 1 내지 1000이며, 바람직하게는 5 내지 300이다. 또한, 추출효과를 향상시키기 위해서 이러한 용매에 산 또는 이들의 염을 첨가할 수 있다. 사용하는 산의 예로서는, 염산, 황산, 질산, 브롬산 등의 무기산이나 유기산인 포름산, 아세트산, 프로피온산 등을 들 수 있다. 또한, 사용하는 염의 예로서는, 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염, 암모늄염 등을 들 수 있다. 첨가하는 산 또는 이들 염의 용매 중의 농도는 10mol/l 이하가 바람직하며, 5mol/l 이하가 더욱 바람직하다. 첨가하는 산 또는 이들 염의 용매 중의 농도가 과대해지면 용매 중에 존재하는 티탄이 용출되며, 촉매 활성이 저하되는 경우가 있다.
용매와 촉매를 충분히 혼합한 다음, 액상부를 여과 또는 경사 여과 등의 방법에 의해 분리한다. 이러한 조작을 필요한 횟수만큼 반복한다. 또한, 촉매 층에 추출 용매를 유통시키는 방법에 의해 추출할 수 있다. 용매 추출의 종료는 예를들면, 액상부의 분석에 의해 알 수 있다. 추출 온도는 0 내지 200℃가 바람직하며, 20 내지 100℃가 더욱 바람직하다.
상기의 유기 추출용매를 사용하는 대신에 초임계 유체를 사용하여 추출을 실시하는 것도 가능하다. 초임계 유체로서는 이산화탄소가 바람직하다. 이산화탄소의 임계 온도는 약 31℃ 이상이며, 추출 온도는 31 내지 100℃가 바람직하며, 35 내지 60℃가 더욱 바람직하다. 임계 압력은 약 7.4MPa이며, 10 내지 30MPa가 바람직하다. 촉매 1리터에 대해 1분당 50 내지 500g의 초임계 이산화탄소를 추출에 사용하며, 추출 시간은 4 내지 20시간이 바람직하다.
추출 처리 후에 수득된 고체에는 건조 처리를 실시할 수 있다. 즉, 감압하 또는 비환원성 기체 대기하에서, 예를 들면 질소, 아르곤 또는 이산화탄소, 또는 산소 함유 기체, 예를 들면 공기의 대기하에서, 바람직하게는 10 내지 800℃, 더욱 바람직하게는 50 내지 300℃로 가열된다.
추출 처리 후에 수득된 용액 중의 화학식 I의 4급 암모늄 이온은 회수하여 제1 공정의 형제 원료로서 재사용할 수 있다. 형제 원료로서 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄 이온의 수산화물을 사용하는 경우에는, 추출 처리 후에 수득된 용액 중의 4급 암모늄염을 이온 교환함으로써 목적하는 형제 원료가 수득된다. 당해 이온 교환은 용액 중의 4급 암모늄염을 메탄올 등의 용매 중에서 알칼리 금속의 수산화물과 혼합하거나, 알칼리 금속의 수산화물로 조정한 이온 교환 수지에 4급 암모늄염을 함유하는 용액을 접촉시킴으로써 달성할 수 있으며, 이 때의 조건은 재순환된 형제 원료 중의 알칼리 금속 이온의 양이 상기의 수학식 II 또는 수학식 III의 범위가되도록 조건을 선택하는 것이 중요하다.
또한, 추출 처리에 사용한 용매도 증류 등의 통상적인 방법에 의해 회수하여 재사용할 수 있다.
촉매의 제조에 있어서는, 촉매에 실릴화 처리를 실시하는 공정을 사용하는 것이 촉매의 활성을 높이는 관점에서 바람직하다.
실릴화 처리는 제2 공정에서 수득한 촉매를 실릴화제와 접촉시키고, 촉매의 표면에 존재하는 하이드록실 그룹을 실릴 그룹으로 변환시킴으로써 실시된다. 실릴화제의 예에는, 유기 실란, 유기 실릴아민, 유기 실릴아미드와 이의 유도체, 및 유기 실라잔 및 기타 실릴화제를 들 수 있다.
유기 실란의 예로서는, 클로로트리메틸실란, 디클로로디메틸실란, 클로로브로모디메틸실란, 니트로트리메틸실란, 클로로트리에틸실란, 요오도디메틸부틸실란, 클로로디메틸페닐실란, 클로로디메틸실란, 디메틸-n-프로필클로로실란, 디메틸이소프로필클로로실란, t-부틸디메틸클로로실란, 트리프로필클로로실란, 디메틸옥틸클로로실란, 트리부틸클로로실란, 트리헥실클로로실란, 디메틸에틸클로로실란, 디메틸옥타데실클로로실란, n-부틸디메틸클로로실란, 브로모메틸디메틸클로로실란, 클로로메틸디메틸클로로실란, 3-클로로프로필디메틸클로로실란, 디메톡시메틸클로로실란, 메틸페닐클로로실란, 트리에톡시클로로실란, 디메틸페닐클로로실란, 메틸페닐비닐클로로실란, 벤질디메틸클로로실란, 디페닐클로로실란, 디페닐메틸클로로실란, 디페닐비닐클로로실란, 트리벤질클로로실란, 3-시아노프로필디메틸클로로실란을 들 수 있다.
유기 실릴아민의 예로서는, N-트리메틸실릴이미다졸, N-t-부틸디메틸실릴이미다졸, N-디메틸에틸실릴이미다졸, N-디메틸-n-프로필실릴이미다졸, N-디메틸이소프로필실릴이미다졸, N-트리메틸실릴디메틸아민, N-트리메틸실릴디에틸아민, N-트리메틸실릴피롤, N-트리메틸실릴피롤리딘, N-트리메틸실릴피페리딘, 1-시아노에틸(디에틸아미노)디메틸실란, 펜타플루오로페닐디메틸실릴아민을 들 수 있다.
유기 실릴아미드 및 유도체의 예로서는, N,O-비스트리메틸실릴아세트아미드, N,O-비스트리메틸실릴트리플루오로아세트아미드, N-트리메틸실릴아세트아미드, N-메틸-N-트리메틸실릴아세트아미드, N-메틸-N-트리메틸실릴트리플루오로아세트아미드, N-메틸-N-트리메틸실릴헵타플루오로부틸아미드, N-(t-부틸디메틸실릴)-N-트리플루오로아세트아미드, N,O-비스(디에틸하이드로실릴)트리플루오로아세트아미드를 들 수 있다.
유기 실라잔의 예로서는, 헥사메틸디실라잔, 헵타메틸디실라잔, 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔, 1,3-비스(클로로메틸)테트라메틸디실라잔, 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실라잔, 1,3-디페닐테트라메틸디실라잔을 들 수 있다.
기타 실릴화제로서는 N-메톡시-N,O-비스트리메틸실릴트리플루오로아세트아미드, N-메톡시-N,O-비스트리메틸실릴 카바메이트 N,O-비스트리메틸실릴 설파메이트, 트리메틸실릴트리플루오로메탄 설포네이트, N,N'-비스트리메틸실릴요소를 들 수 있다. 바람직한 실릴화제는 헥사메틸디실라잔이다.
본 발명의 촉매는 통상적으로 촉매 성분을 함유하는 고체를 성형하는 공정에 의해 촉매 성형체로서 사용된다. 성형 공정은 상기 형제 제거공정 전후 및 실릴화공정 후의 어느 단계에서 실시해도 양호하지만, 비표면적이나 세공 용량 등의 촉매 물성의 열화를 억제한다는 관점에서 형제 제거공정 전에 실시하는 것이 바람직하다. 성형 방법은 압축성형, 압출성형 등 어떠한 방법도 사용할 수 있다. 압출성형에서는 일반적으로 사용되는 유기 및 무기 결합제를 사용할 수 있지만, 결합제의 첨가에 의해 촉매 활성의 저하가 야기되는 경우가 있다. 본 촉매 성형체의 제조에 있어서, 촉매 강도 및 촉매 물성의 관점에서 압축성형법이 가장 바람직하다.
압축성형법으로서는 롤프레스성형(브리켓팅, 컴팩팅), 유압 프레스성형, 타정성형 등을 들 수 있다. 압축의 압력은 통상 0.1 내지 10톤/㎠이고, 바람직하게는 0.2 내지 5톤/㎠이고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2톤/㎠이다. 압력이 지나치게 낮으면 성형체의 강도가 불충분해지는 경우가 있으며, 한편 압력이 지나치게 높으면 세공이 파괴되어 촉매 물성이 불충분해지는 경우가 있다. 압축성형을 실시함에 있어서, 촉매 성분을 함유하는 고체가 적당량의 수분을 함유하고 있는 것이 바람직하며, 이에 의해 낮은 압축 압력으로도 충분한 강도의 성형체를 제조할 수 있다. 압축성형을 실시하는 재료의 함수율은 1 내지 70중량%가 바람직하며, 5 내지 40중량%가 더욱 바람직하다. 수분량은 습기찬 고체를 건조시킬 때의 건조도로 조정할 수 있으며, 충분히 건조시킨 고체에 물을 가하여 조정할 수 있다. 또한, 목적하는 성능에 지장을 초래하지 않는 범위 내에서 일반적으로 사용되는 결합제 등을 가할 수 있다.
성형체의 형상은 정제, 구, 링 등 어떠한 형상이어도 양호하다. 형상 그 자체로 반응 등에 사용할 수 있으며, 적당한 크기로 파쇄하여 사용할 수 있다.
본 발명의 촉매는 높은 표면적과 고도로 분산된 티탄 활성점을 가지는 관점에서 선택적 산화 반응, 예를 들면 올레핀의 에폭시화 반응 외에, 유기 화합물의 각종 산화반응에 사용하는 것이 가능하다. 또한, 목적하는 바에 따라, 알루미늄 등의 제3 성분을 첨가하여 촉매의 산점을 보다 강화시킬 수 있으며, 알킬화 반응이나 촉매 개질 반응 등에도 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 촉매는 특히 올레핀형 화합물과 하이드로퍼옥사이드를 반응시키는 옥실란 화합물의 제조방법에 최적으로 사용될 수 있다. 올레핀형 화합물은 비환식, 단환식, 이환식 또는 다환식 화합물일 수 있으며, 모노올레핀형, 디올레핀형 또는 폴리올레핀형일 수 있다. 올레핀 결합이 2개 이상 있는 경우에는 이것은 공액 결합 또는 비공액 결합일 수 있다. 탄소수 2 내지 60의 올레핀형 화합물이 일반적으로 바람직하다. 치환기를 가질 수도 있지만, 치환기는 비교적 안정된 그룹인 것이 바람직하다. 이러한 탄화수소의 예에는 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 이소부틸렌, 헥센-1, 헥센-2, 헥센-3, 옥텐-1, 데센-1, 스티렌, 사이클로헥센 등을 들 수 있다. 적당한 디올레핀형 화합물의 예에는 부타디엔, 이소프렌을 들 수 있다. 치환기가 존재할 수 있고, 이의 예에는 할로겐원자를 들 수 있으며, 또한 산소, 황, 질소 원자를 수소 및/또는 탄소 원자와 함께 함유하는 각종 치환기가 존재할 수 있다. 특히 바람직한 올레핀형 화합물은 올레핀형 불포화 알콜 및 할로겐으로 치환된 올레핀형 불포화 탄화수소이며, 이의 예에는 알릴 알콜, 크로틸 알콜, 염화알릴을 들 수 있다. 특히 적합한 것은 탄소수 3 내지 40의 알켄이며, 이것은 하이드록실 그룹 또는 할로겐원자로 치환될 수 있다.
하이드로퍼옥사이드의 예로, 유기 하이드로퍼옥사이드를 들 수 있다. 유기 하이드로퍼옥사이드는 화학식 R-O-O-H(여기서, R은 1가 하이드로카빌 그룹이다)의 화합물이며, 이것은 올레핀형 화합물과 반응하여 옥실란 화합물 및 화합물 R-OH를 생성한다. 바람직하게는 그룹 R은 탄소수 3 내지 20의 그룹이다. 가장 바람직하게는 이것은 탄소수 3 내지 10의 하이드로카빌 그룹, 특히 2급 또는 3급 알킬 그룹 또는 아르알킬 그룹이다. 이러한 그룹 중에서 특히 바람직한 그룹은 3급 알킬 그룹 및 2급 또는 3급 아르알킬 그룹이고, 이의 구체적인 예로서는 3급 부틸 그룹, 3급 펜틸 그룹, 사이클로펜틸 그룹, 2-페닐프로필-2 그룹을 들 수 있으며, 또한 테트랄린 분자의 지방족 측쇄로부터 수소원자를 제거함으로써 발생하는 각종 테트랄리닐 그룹도 들 수 있다.
유기 하이드로퍼옥사이드로서 쿠멘 하이드로퍼옥사이드를 사용하는 경우에는, 그 결과 수득되는 하이드록실 화합물이 2-페닐-2-프로판올이다. 이것은 탈수반응에 의해 α-메틸 스티렌으로 변환될 수 있다. α-메틸 스티렌은 공업적으로 유용한 물질이다.
유기 하이드로퍼옥사이드로서 3급 펜틸 하이드로퍼옥사이드를 사용한 경우에 수득되는 3급 펜틸 알콜의 탈수반응에 의해 발생하는 3급 아밀렌은 이소프렌의 전구체로서 유용한 물질이다. 3급 펜틸 알콜은 옥탄가 향상제인 메틸 3급 펜틸 에테르의 전구체로서도 유용하다.
유기 하이드로퍼옥사이드로서 3급-부틸 하이드로퍼옥사이드를 사용한 경우에 수득되는 3급-부틸 알콜은 옥탄가 향상제인 메틸-3급-부틸 에테르의 전구체로서 유용한 물질이다.
유기 하이드로퍼옥사이드 이외의 하이드로퍼옥사이드의 예로서 과산화수소를 들 수 있다.
과산화수소는 화학식 HOOH로 나타낸 화합물로서, 통상 수용액의 형태로 수득할 수 있다. 이것은 올레핀형 화합물과 반응하여 옥실란 화합물 및 물을 생성한다.
원료물질로서 사용되는 유기 하이드로퍼옥사이드 및 과산화수소는 희박 또는 농후한 정제물 또는 비정제물일 수 있다.
에폭시화 반응은 용매 및/또는 희석제를 사용하여 액상 중에서 실시할 수 있다. 용매 및 희석제는 반응시의 온도 및 압력하에서 액체이며, 또한 반응체 및 생성물에 대해서 실질적으로 불활성인 것이어야 한다. 용매는 사용되는 하이드로퍼옥사이드 용액 중에 존재하는 물질로 이루어지는 것일 수 있다. 예를 들면, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드가 쿠멘 하이드로퍼옥사이드와 이의 원료인 쿠멘으로 이루어지는 혼합물인 경우에는 특별히 용매를 첨가하지 않고 이것을 용매의 대용으로 할 수 있다.
에폭시화 반응 온도는 일반적으로 0 내지 200℃이지만, 25 내지 200℃의 온도가 바람직하다. 압력은 반응 혼합물을 액체 상태로 유지하는 데 충분한 압력일 수 있다. 일반적으로 압력은 100 내지 10000kPa인 것이 유리하다.
에폭시화 반응 종료 후에, 목적하는 생성물을 함유하는 액상 혼합물은 촉매 조성물로부터 용이하게 분리할 수 있다. 이어서 액상 혼합물을 적당한 방법으로정제할 수 있다. 정제는 분별증류, 선택추출, 여과, 세정 등을 포함한다. 용매, 촉매, 미반응 올레핀형 화합물, 미반응 하이드로퍼옥사이드는 재순환시켜 다시 사용할 수 있다.
본 발명의 촉매를 사용한 반응은 슬러리, 고정상의 형태로 실시할 수 있으며, 대규모의 공업적 조작인 경우에는 고정상을 사용하는 것이 바람직하다. 본 반응은 회분법, 반연속법 또는 연속법에 의해 실시할 수 있다. 반응체를 함유하는 액을 고정상에 통과시킨 경우에는 반응 대역으로부터 나온 액상 혼합물에 촉매가 전혀 포함되지 않거나 실질적으로 포함되지 않는다.
이하에 실시예에 의해 본 발명을 설명한다.
실시예 1
촉매의 조제
16중량%의 헥사데실트리메틸 암모늄 하이드록사이드 수용액(K이온 0.1중량% 함유) 375.3g을 교반하고, 여기에 실온에서 티탄산테트라이소프로필 5.55g과 2-프로판올 30.0g의 혼합 용액을 적가한다. 30분 동안 교반한 다음, 테트라메틸 오르토실리케이트 114.3g을 적가한다. 이후, 실온에서 3시간 동안 계속해서 교반한다. 생성된 침전물을 여과한다. 수득된 침전물을 감압하에서, 70℃로 8시간 동안 건조시킨다. 건조하여 수득된 백색 고체 50.0g에 물 6.5g을 분무기로 가하여 잘 혼합한 것을 정제성형기(내부 직경 3cm)를 사용하여 1톤/㎠의 압력으로 압축성형한다. 수득된 정제를 파쇄하고, 체를 사용하여 1.0 내지 2.0mm의 촉매 성형체를 수득한다. 1.0mm 이하의 고체는 재순환시켜 다시 압축성형한다. 수득된 1.0 내지 2.0mm의 촉매 성형체를 감압하에서, 70℃로 8시간 동안 건조시킨다.
다음에, 상기와 같이 수득된 성형체 10.0g을 내부 직경 16mmΦ유리제 컬럼에 충전하고 60℃ 가열하에서, LHSV=6h-1로 150ml의 메탄올과 진한 염산(함량 36중량%) 3.0g과의 혼합용액(1), 100ml의 메탄올과 진한 염산 1.0g과의 혼합용액(2) 및 100ml의 메탄올(3)을 순차적으로 컬럼에 통과시킨다. 액 제거후, 120℃에서 10mmHg로 1.5시간 동안 감압 건조시킨다.
상기와 같이 수득된 성형체 4.0g을 플라스크에 주입하고, 헥사메틸디실라잔 2.7g, 톨루엔 40.0g을 혼합하여, 교반하에 1.5시간 동안 가열 환류시킨다. 혼합물로부터 여과에 의해 액을 제거하고, 120℃에서 10mmHg로 2시간 동안 감압 건조시킴으로써 촉매 성형체를 수득한다. 수득된 촉매 성형체는 비표면적 958㎡/g, 평균 세공 직경 30.9Å, 세공 용량 0.74cc/g를 갖는다.
프로필렌옥사이드(PO)의 합성
상기와 같이 수득된 촉매 성형체를 25%의 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(CHPO)와 프로필렌(C3')을 사용하여 회분식 반응장치(오토클레이브)에서 평가한다. 촉매 1.0g, CHPO 30.0g, C3' 16.6g을 오토클레이브에 주입하고, 자생 압력하에서, 반응 온도 85℃, 반응 시간 1.5시간(승온 포함) 동안 반응시킨다. 반응 성적을 표 1에 나타낸다.
비교예 1
16중량%의 헥사데실트리메틸 암모늄 하이드록사이드 수용액(K이온 1.3중량% 함유) 128.1g을 교반하고, 여기에 실온에서 티탄산테트라이소프로필 1.85g과 2-프로판올 10.0g의 혼합 용액을 적가한다. 30분 동안 교반한 다음, 테트라메틸 오르토실리케이트 38.1g을 적가한다. 이후의 처리는 실시예 1과 동일하게 실시한다. 수득된 촉매 성형체는 비표면적 714㎡/g, 평균 세공 직경 33.6Å, 세공 용량 0.60cc/g을 갖는다. 수득된 촉매 성형체를 사용하며, 실시예 1과 동일하게 회분식 반응장치에서 촉매 성능을 평가한다. 반응 성적을 표 1에 나타낸다.
실시예 1 비교예 1
촉매
조제 혼합물 중 K+
K+/Ti mol/mol 0.5 6.7
K+/형제*1mol/mol 0.05 0.65
비표면적 m2/g 958 714
평균 세공 직경 Å 30.9 33.6
비세공 용량 cc/g 0.74 0.60
반응결과
CHPO 전화율 % 97.6 11.1
PO/C3' 선택율 %*2 98.4 ------
*1: 헥사데실트리메틸 암모늄 이온
*2: PO/C3' 선택율=생성 PO 몰/반응 C3' 몰 ×100
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해, 예를 들면 하이드로퍼옥사이드와올레핀형 화합물로부터 옥실란 화합물을 수득하는 반응에 사용할 수 있으며, 높은 활성을 발휘할 수 있는 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 다음의 (1) 내지 (4)의 모든 조건을 충족하는 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법으로서, 다음의 제1 공정과 제2 공정을 포함하는 제조방법.
    (1) 평균 세공 직경이 10Å 이상인 점,
    (2) 전체 세공 용량의 90% 이상의 세공 직경이 5 내지 200Å인 점,
    (3) 비세공 용량이 0.2㎤/g 이상인 점 및
    (4) 다음 화학식 I의 4급 암모늄 이온을 형제[型劑(템플레이트)]로서 사용한 다음, 당해 형제를 제거하여 수득한 것인 점.
    화학식 I
    [NR1R2R3R4]+
    위의 화학식 I에서,
    R1은 탄소수 2 내지 36의 직쇄상 또는 측쇄상 탄화수소 그룹이고,
    R2내지 R4는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이다.
    제1 공정: 실리카 공급원, 티탄 공급원 및 형제로서의 4급 암모늄 이온을 액상으로 혼합, 교반하여 촉매 성분과 형제를 함유하는 고체를 수득하는 공정으로서, 조제 혼합물 중의 알칼리 금속의 양이 다음 수학식 II 또는 수학식 III의 범위이다.
    수학식 II
    알칼리 금속/티탄 ≤3(mol/mol)
    수학식 III
    알칼리 금속/[NR1R2R3R4]+≤0.3(mol/mol)
    제2 공정: 제1 공정에서 수득된 고체로부터 형제를 제거하는 공정.
  2. 제1항에 있어서, 형제 제거공정이 용매추출조작에 의해 실시되는 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 추가로 다음의 공정을 갖는 촉매의 제조방법.
    제3 공정: 제2 공정에서 수득된 고체에 실릴화 처리를 실시함으로써 실릴화된 촉매를 수득하는 공정.
  4. 제1항에 있어서, 추가로 다음의 공정을 갖는 촉매의 제조방법.
    제4 공정: 제2 공정에서 수득된 추출액 중에 함유된 형제를 제1 공정으로 재순환시켜 다시 사용하는 공정.
KR10-2003-7010990A 2001-02-22 2002-02-15 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법 KR20030080226A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001046381A JP2002239381A (ja) 2001-02-22 2001-02-22 チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法及び触媒
JPJP-P-2001-00046381 2001-02-22
PCT/JP2002/001303 WO2002066157A1 (fr) 2001-02-22 2002-02-15 Procede de preparation d'un catalyseur a base d'oxyde de silicium contenant du titane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030080226A true KR20030080226A (ko) 2003-10-11

Family

ID=18908017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7010990A KR20030080226A (ko) 2001-02-22 2002-02-15 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7018950B2 (ko)
EP (1) EP1371417A4 (ko)
JP (1) JP2002239381A (ko)
KR (1) KR20030080226A (ko)
CN (1) CN1492780A (ko)
BR (1) BR0207511A (ko)
CA (1) CA2438882A1 (ko)
TW (1) TW568797B (ko)
WO (1) WO2002066157A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8431075B2 (en) 2010-05-07 2013-04-30 Greenzapr, Inc. Mobile UV sterilization unit for fields and method thereof
US8747770B2 (en) 2010-05-07 2014-06-10 Greenzapr, Inc. Mobile UV sterilization unit for fields and method thereof

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7188347B2 (en) * 2002-05-24 2007-03-06 Nokia Corporation Method, apparatus and system for connecting system-level functionality of domestic OS of a mobile phone to any application operating system
JP4265212B2 (ja) * 2002-12-19 2009-05-20 住友化学株式会社 チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法
SG174296A1 (en) * 2009-03-10 2011-10-28 Air Liquide Cyclic amino compounds for low-k silylation
US10011575B2 (en) 2016-07-25 2018-07-03 Oriental Union Chemical Corp. Method for fabricating titanium-containing silicon oxide material and application of the same
US10493430B2 (en) 2016-11-28 2019-12-03 Oriental Union Chemical Corp. Method for fabricating a titanium-containing silicon oxide material with high thermal stability and applications of the same
US10780431B1 (en) 2019-03-22 2020-09-22 Oriental Union Chemical Corp. Method of using biopolymer to synthesize titanium-containing silicon oxide material and applications thereof
WO2023210199A1 (ja) * 2022-04-25 2023-11-02 住友化学株式会社 チタン含有珪素酸化物の製造方法、エポキシドの製造方法、及びチタン含有珪素酸化物

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4367342A (en) 1969-04-02 1983-01-04 Shell Oil Company Olefin epoxidation
AU544046B2 (en) * 1981-10-17 1985-05-16 Aannemers Combinatie Zinkwerken B.V. Unloading chute for vessels
US4642226A (en) 1984-04-16 1987-02-10 Mobil Oil Corporation Process for the preparation of zeolite Beta using dibenzyldimethylammonium ions and the product produced
ES2092428B1 (es) 1993-06-15 1997-08-01 Univ Valencia Politecnica Material de estructura tipo zeolita de poros ultragrandes con un red constituida por oxidos de silicio y titanio; su sintesis y utilizacion para la oxidacion selectiva de productos organicos.
JP3598567B2 (ja) 1995-01-19 2004-12-08 東ソー株式会社 高結晶性チタノシリケートの製造方法
JP3524681B2 (ja) 1996-06-27 2004-05-10 三菱重工業株式会社 メソポーラスシリケートの調製方法
US6042807A (en) 1997-04-02 2000-03-28 Arco Chemical Technology, L.P. Tellurium-containing molecular sieves
ATE371494T1 (de) * 1998-04-08 2007-09-15 Basf Ag Verfahren zur herstellung eines formkörpers unter verwendung eines metalloxidsols, formkörper, seine verwendung bei der herstellung eines alkenoxids
SG73663A1 (en) * 1998-08-04 2000-06-20 Sumitomo Chemical Co A process for producing propylene oxide
SG82626A1 (en) 1998-08-04 2001-08-21 Sumitomo Chemical Co Titanium-containing silicon oxide catalyst
JP3788107B2 (ja) 1998-08-04 2006-06-21 住友化学株式会社 チタン含有珪素酸化物触媒、該触媒の製造方法及びプロピレンオキサイドの製造方法
ES2156506B1 (es) 1998-10-14 2002-03-01 Sumitomo Chemical Co Metodo para la produccion de oxido de propileno.
KR100693773B1 (ko) 2000-02-02 2007-03-12 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 촉매성형체, 촉매성형체의 제조방법 및 옥시란 화합물의제조방법
JP4889865B2 (ja) 2001-01-31 2012-03-07 住友化学株式会社 チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8431075B2 (en) 2010-05-07 2013-04-30 Greenzapr, Inc. Mobile UV sterilization unit for fields and method thereof
US8506897B2 (en) 2010-05-07 2013-08-13 Greenzapr, Inc. Mobile UV sterilization unit for fields and method thereof
US8747770B2 (en) 2010-05-07 2014-06-10 Greenzapr, Inc. Mobile UV sterilization unit for fields and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
EP1371417A1 (en) 2003-12-17
CA2438882A1 (en) 2002-08-29
EP1371417A4 (en) 2004-11-10
WO2002066157A1 (fr) 2002-08-29
BR0207511A (pt) 2004-07-27
US20040077886A1 (en) 2004-04-22
TW568797B (en) 2004-01-01
JP2002239381A (ja) 2002-08-27
CN1492780A (zh) 2004-04-28
US7018950B2 (en) 2006-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0734764A2 (en) Catalyst and process for producing oxirane compound
KR100827943B1 (ko) 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법
KR101254352B1 (ko) 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조 방법, 상기 촉매 및상기 촉매를 사용하는 올레핀옥시드 화합물의 제조 방법
KR101076525B1 (ko) 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조 방법
KR100693773B1 (ko) 촉매성형체, 촉매성형체의 제조방법 및 옥시란 화합물의제조방법
KR20030080226A (ko) 티탄 함유 규소 산화물 촉매의 제조방법
US8470729B2 (en) Method for storing titanium-containing silicon oxide catalyst
JP3797107B2 (ja) 触媒成型体、該触媒成型体の製造方法及びオキシラン化合物の製造方法
JP4834982B2 (ja) チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法及び触媒
JP2006255586A (ja) チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法及び触媒
JP3731384B2 (ja) チタン含有珪素酸化物触媒、該触媒の製造方法及びプロピレンオキサイドの製造方法
JP3788107B2 (ja) チタン含有珪素酸化物触媒、該触媒の製造方法及びプロピレンオキサイドの製造方法
JP2003200056A (ja) チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法及び触媒
JP4495272B2 (ja) オキシラン化合物の製造方法
KR100639048B1 (ko) 티탄-함유 산화규소 촉매, 이의 제조 방법 및 당해 촉매를 사용하는 프로필렌 옥사이드의 제조방법
JP2006159058A (ja) チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法及び触媒

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application