KR20110035966A - 복합 산화물 촉매의 제조방법 - Google Patents

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히로츠구 가노
에이이치 시라이시
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스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
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Abstract

증기상 촉매 산화 반응, 특히 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조에서 우수한 촉매 활성을 나타내는 복합 산화물 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.
몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물과, 산 및 물을 혼합하고; 수성 슬러리를 건조시키며; 생성된 건조된 고체를 하소시키는 단계를 특징으로 하는, 복합 산화물 촉매의 제조방법. 바람직하게는, 복합 산화물은 하기와 같이 수득된다: 증기상 촉매 산화 반응에 사용되는 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물 촉매는 수중에 암모니아 및 유기 염기 중 하나 이상을 용해함으로써 수득되는 추출 수용액과 혼합하여, 몰리브덴 및 코발트를 수성상으로 추출하고; 수성상을 건조한 후 산화 기체 분위기 하에 하소시킨다.

Description

복합 산화물 촉매의 제조방법 {PROCESS FOR PRODUCING COMPLEX OXIDE CATALYST}
본 출원은 2009년 9월 30일에 제출된 일본 특허 출원 제 2009-226690 호에 기초한 파리 조약 우선권을 주장하고, 이의 전체 내용은 본원에 인용참조된다.
본 발명은 원료로서 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물을 사용하는, 복합 산화물 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
지금까지 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물 촉매가 널리 사용되어왔다. 이러한 복합 산화물 촉매의 예는 프로필렌과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 아크롤레인 및 아크릴산의 제조용 복합 산화물 촉매 (특허 공보 1 및 2); 프로판과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 아크릴산의 제조용 복합 산화물 촉매 (특허 공보 3); 프로필렌 또는 프로판과 분자 산소 및 암모니아의 증기상 촉매 암모산화에 의한 아크릴로니트릴의 제조용 복합 산화물 촉매 (특허 공보 3 내지 5); 이소부틸렌 또는 3차 부틸 알코올과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 메타크롤레인 및 메타크릴산의 제조용 복합 산화물 촉매 (특허 공보 1); 이소부틸렌 또는 3차 부틸 알코올과 분자 산소 및 암모니아의 증기상 촉매 암모산화에 의한 메타크릴로니트릴의 제조용 복합 산화물 촉매 (특허 공보 4 및 5); 및 아크롤레인과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 아크릴산의 제조용 복합 산화물 촉매 (특허 공보 6) 를 포함한다.
일반적으로, 상기 복합 산화물 촉매 중 임의의 것은 촉매용 원료와 물을 혼합하여 수용액 또는 수성 슬러리를 형성하고, 생성된 수용액 또는 수성 슬러리를 건조시키고, 생성된 건조된 고체를 하소시킴으로써 수득된다. 상기 촉매용 원료로서, 촉매를 구성하는 각 원소들 중 하나를 함유하는 각각의 화합물은 필요량으로 사용된다. 즉, 원료로서 몰리브덴-함유 화합물, 코발트-함유 화합물 및 임의로, 몰리브덴 및 코발트 이외의 촉매-구성 원소를 함유하는 화합물이 사용된다 (특허 공보 1 내지 6 참조).
특허 공보 1: JP-A-2008-231044
특허 공보 2: JP-A-2005-187460
특허 공보 3: JP-A-2002-239382
특허 공보 4: JP-A-2006-061888
특허 공보 5: JP-A-7-51570
특허 공보 6: JP-A-7-10802
그러나, 통상적인 방법으로 수득되는 복합 산화물 촉매는 증기상 촉매 산화 반응에서, 특히 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조에서 촉매 활성이 항상 충분하지 않다.
따라서 본 발명의 목적은 증기상 촉매 산화 반응, 특히 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조에서 우수한 촉매 활성을 나타내는 복합 산화물 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명자의 집중적인 연구의 결과로서, 충분한 촉매 활성을 갖는 복합 산화물 촉매가 촉매용 원료로서 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물의 사용에 의해, 즉 상기 복합 산화물과 산 및 물을 혼합함으로써 수성 슬러리를 제조하고, 상기 수성 슬러리를 건조시키고, 생성된 건조된 고체를 하소시킴으로써 제조될 수 있다는 것을 밝혀내었다. 본 발명은 이러한 결과에 기초하여 달성된다.
즉, 본 발명은 하기를 제공한다.
(1) 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물과, 산 및 물을 혼합하여 수성 슬러리를 제조하고; 상기 수성 슬러리를 건조시키며; 생성된 건조된 고체를 하소시키는 단계를 특징으로 하는, 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물 촉매의 제조방법.
(2) 항목 (1) 에 있어서, 복합 산화물이 증기상 촉매 산화 반응에 사용되는 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물 촉매를, 수중에 유기 염기 및 암모니아 중 하나 이상을 용해시킴으로써 수득되는 추출 수용액과 혼합하여, 몰리브덴 및 코발트를 수성상으로 추출하고; 상기 수성상을 건조시키며; 생성된 건조된 고체를 산화 기체 분위기 하에 하소시켜 수득되는 방법.
(3) 항목 (1) 또는 (2) 에 있어서, 복합 산화물에서의 몰리브덴 대 코발트의 비가 1 : 12 내지 12 : 1 의 몰비인 방법.
(4) 항목 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 복합 산화물이 칼륨, 루비듐, 세슘 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 방법.
(5) 항목 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 산의 사용량이 복합 산화물에서의 코발트 1 몰 당 1 내지 20 몰인 방법.
(6) 항목 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 산이 무기산인 방법.
(7) 항목 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 산이 질산인 방법.
(8) 항목 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 복합 산화물 촉매가 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조에 사용되는 방법.
(9) 항목 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 복합 산화물 촉매가 하기 화학식 (I) 로 표시되는 방법:
MoaBibFecCodAeBfCgOx (I)
[화학식 (I) 에서, Mo, Bi, Fe 및 Co 는 각각 몰리브덴, 비스무트, 철 및 코발트를 나타내고; A 는 니켈, 망간, 아연, 칼슘, 마그네슘, 주석 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내며; B 는 인, 붕소, 비소, 텔루륨, 텅스텐, 안티몬, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄 및 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내고; C 는 칼륨, 루비듐, 세슘 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내며; O 는 산소를 나타내고; b, c, d, e, f 및 g 는 하기 방정식: 0 < b ≤ 10, 0 < c ≤ 10, 1 ≤ d ≤ 10, 0 ≤ e ≤ 10, 0 ≤ f ≤ 10 및 0 < g ≤ 2 를 만족시키는 값이며, 단 a 는 12 (a = 12) 이고; x 는 각 원소의 산화 상태에 의해 결정되는 값임].
(10) 항목 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 수성 슬러리가 건조되고 하소된 후, 환원 물질의 존재 하에 열처리되는 방법.
(11) 항목 (10) 에 있어서, 열처리가 200 내지 600℃ 의 온도에서 수행되는 방법.
(12) 항목 (10) 또는 (11) 에 있어서, 열처리에 의한 질량의 감소율이 0.05 내지 6 질량% 인 방법.
(13) 항목 (10) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, 환원 물질이 수소인 방법.
본 발명에 따르면, 증기상 촉매 산화 반응, 특히 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조에서 우수한 촉매 활성을 나타내는 복합 산화물 촉매를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 우수한 촉매 활성을 나타내는 복합 산화물 촉매는 예를 들어, 증기상 촉매 산화 반응에 사용되는 몰리브덴- 및 코발트-함유 촉매로부터 회수되는 몰리브덴 및 코발트를 원료로서 사용함으로써 제조될 수 있다.
발명의 상세한 설명
이후, 본 발명을 상세히 기재할 것이다. 본 발명에 따른 복합 산화물 촉매는 원료로서 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물을 사용하여 제조될 수 있다. 원료로서 복합 산화물은, 예를 들어 함유되는 금속 원소로서 몰리브덴 및 코발트만을 함유하는 복합 산화물일 수 있거나, 몰리브덴 및 코발트과 함께 몰리브덴 및 코발트 이외의 1 종 또는 2 종 이상의 구성 금속 원소를 함유하는 복합 산화물일 수 있다. 복합 산화물을 구성하는 다른 금속 원소의 예는 비스무트, 철, 니켈, 망간, 아연, 칼슘, 마그네슘, 주석, 납, 인, 붕소, 비소, 텔루륨, 텅스텐, 안티몬, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄, 세륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 탈륨, 바나듐, 구리, 은, 란탄 등을 포함하고, 이 중에서 칼륨, 루비듐, 세슘 및 탈륨이 바람직하다.
복합 산화물에서의 몰리브덴 대 코발트의 비는 보통 1 : 12 내지 12 : 1, 바람직하게는 1 : 5 내지 5 : 1, 더욱 바람직하게는 1 : 3 내지 3 : 1 (몰비) 이다.
복합 산화물에서 금속 원소의 함량은 예를 들어 X-선 형광 분석에 의해 측정될 수 있다.
본 발명의 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물은 몰리브덴 화합물 및 코발트 화합물로부터 제조될 수 있다; 또는 동일한 복합 산화물은 폐촉매 등으로부터 회수된 촉매-구성 원소로부터 제조될 수 있다; 또는 동일한 복합 산화물은 원하는 성능을 갖지 않지만 촉매 등으로서 제조되는 복합 산화물 (예컨대, 생산 단계 동안 분말화된 복합 산화물, 또는 열부하로 인해 악화된 복합 산화물 등) 로부터 회수되는 촉매-구성 원소로부터 제조될 수 있다. 그러나, 케긴형 (Keggin type) 헤테로다중산은 상기 복합 산화물에서 제외된다. 무엇보다도, 촉매 등으로서 이미 사용된 복합 산화물로부터 회수된 촉매-구성 원소로부터 수득되는 복합 산화물의 사용이 바람직하다. 촉매-구성 원소의 회수용 촉매의 종류는 한정되지 않는다: 즉, 상기 촉매의 예는 증기상 촉매 산화 반응용 촉매, 예컨대 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조용 촉매, 및 불포화 카르복실산의 제조용 촉매; 증기상 촉매 암모산화용 촉매, 예컨대 불포화 니트릴의 제조용 촉매; 중유의 탈황화용 촉매; 중유의 탈질소화용 촉매; 및 중유의 수소 처리용 촉매, 예컨대 개질 (수소화분해) 용 촉매 및 수소화용 촉매이다.
촉매로서 사용되는 복합 산화물 또는 원하는 성능은 갖지 않지만 촉매로서 제조되는 복합 산화물로부터 촉매-구성 원소의 회수 방법으로서, 상기 복합 산화물은 하나 이상의 염기성 성분의 암모니아 및 유기 염기를 수중에 용해시킴으로써 수득되는 추출 수용액과 혼합된다 (이후 임의로 추출 처리로서 지칭됨). 복합 산화물과 추출 수용액을 혼합함으로써, 몰리브덴 및 코발트는 효율적으로 추출 수용액의 수성상으로 추출된다.
염기성 성분이 암모니아인 경우, 암모니아를 형성하기 위해 분해되는 화합물 (이후 임의로 "암모니아-형성 물질" 로서 지칭됨) 은 암모니아를 사용하는 대신 수중에 용해될 수 있다. 암모니아-형성 물질로서, 탄산암모늄, 탄화수소암모늄, 우레아 등이 예시된다 상기 암모니아-형성 물질 각각은 단독으로 사용될 수 있거나, 이들 중 2 종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
염기성 성분이 유기 염기인 경우, 유기 염기로서 포화 지방족 아민 (예컨대, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민 및 트리에틸아민), 불포화 지방족 아민 (예컨대, 알릴아민, 디알릴아민 및 트리알릴아민) 및 방향족 아민 (예컨대, 아닐린) 과 같은 아민; 4차 암모늄 (예컨대, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, n-프로필트리메틸암모늄, 테트라-n-프로필암모늄, 테트라-n-부틸암모늄, 4,4'-트리메틸렌비스(디메틸피페리듐), 벤질트리메틸암모늄, 디벤질디메틸암모늄, 1,1'-부틸렌비스(4-아자-1-아조니아바이시클로[2,2,2]옥탄), 트리메틸아다만틸암모늄 등) 의 할라이드 및 수산화물과 같은 4차 암모늄 화합물; 피리딘 등이 있다. 이들 중에서, 아민 및 4차 암모니아 화합물 중 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 유기 염기 각각은 단독으로 사용될 수 있거나, 이들 중 2 종 이상이 병용될 수 있다.
추출 수용액 중에 용해되는 염기성 성분의 몰수는 동일한 추출 수용액과 혼합되는 복합 산화물에서 몰리브덴 및 코발트의 총 몰수를 초과해야 한다. 특히, 염기성 성분의 몰수 대 몰리브덴 및 코발트의 총 몰수의 비는 1 이상, 바람직하게는 2 이상이다. 추출 수용액으로서, 암모니아 수용액이 비용면에서 바람직하다.
추출 수용액의 pH 는 바람직하게는 8 이상이다. 상기 pH 가 8 미만이면, 몰리브덴 및 코발트의 회수는 불충분한 경향이 있다.
추출 처리를 위한 온도는 바람직하게는 0 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 80℃ 이다. 추출 처리를 위한 시간은 보통 1 분 내지 100 시간, 바람직하게는 1 내지 24 시간이다.
추출 처리에서, 복합 산화물 촉매 및 추출 수용액을 혼합하기 위한 순서 또는 방법은 제한되지 않는다: 예를 들어, 추출 수용액 및 복합 산화물 중 하나가 이들 중 다른 하나에 첨가될 수 있다; 또는 추출 수용액 및 미리 제조된 수중 복합 산화물의 수성 분산액 중 하나가 이들 중 다른 하나에 첨가될 수 있다; 또는 암모니아 (또는 암모니아-형성 물질) 및 유기 염기 중 하나 이상이 미리 제조된 수중 복합 산화물의 수성 분산액 중에 용해될 수 있다. 이와 관련하여, 바람직하게는, 복합 산화물은 분쇄 후 혼합된다.
추출 처리의 결과로서, 추출된 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 수성상 (이후 임의로 "몰리브덴- 및 코발트-함유 수용액" 으로서 지칭됨) 및 복합 산화물로부터 유도된 고체 잔류물이 수득된다. 이렇게 회수된 몰리브덴- 및 코발트-함유 수용액 및 잔류물은 보통 슬러리로서 수득된다. 따라서, 상기 슬러리는 데칸트 (decante) 되거나 예를 들어 자연 여과, 감압 하에서의 여과, 압력 여과 또는 원심 여과에 의해 여과되므로, 몰리브덴- 및 코발트-함유 수용액만이 제거된다. 몰리브덴- 및 코발트-함유 수용액은 건조된 후, 산화 기체의 분위기 하에 하소되어 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물이 수득된다.
상기 기재된 몰리브덴- 및 코발트-함유 수용액이 건조되고 하소되기 위한 조건은 제한되지 않는다. 이러한 조건은 공지된 복합 산화물 또는 공지된 복합 산화물 촉매의 제조방법에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
암모니아가 염기성 성분으로서 사용되는 경우, 암모니아는 별개로 회수되고 재사용된다.
상기 기재된 추출 처리용 복합 산화물 촉매가 몰리브덴 및 코발트와 함께 세슘을 함유할 경우, 세슘은 또한 수성상으로 효과적으로 추출될 수 있어서, 잘 회수될 수 있다.
이러한 방식으로, 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물이 제조될 수 있다. 본 발명에서, 상기 복합 산화물은 촉매용 원료로서 사용되고, 산 및 물과 혼합되어 수성 슬러리를 형성한다; 그리고 이러한 수성 슬러리는 건조된 후, 하소된다.
산으로서, 질산, 황산, 염산, 인산 및 붕산과 같은 무기산; 및 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부틸산, 발레르산, 헥산산, 벤조산, 옥살산, 말로산, 숙신산, 아디프산 및 프탈산과 같은 유기산이 예시되고, 이들 중에서 질산이 바람직하다. 이들 산 각각은 단독으로 사용될 수 있거나, 이들 중 2 종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 산은 그 자체로 사용될 수 있거나, 수용액의 형태로 사용될 수 있다. 산의 사용량은 상기 기재된 복합 산화물에서 코발트의 몰수보다 크도록 선택될 수 있다. 특히, 산의 양은 보통 코발트 1 몰당 1 내지 20 몰, 바람직하게는 2 내지 10 몰이다.
수성 슬러리를 형성하기 위해 복합 산화물과 산 및 물을 혼합하기 위한 온도는 바람직하게는 0 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 80℃ 이다. 혼합 시간은 혼합 온도 등에 따라 적절하게 선택될 수 있고, 보통 1 분 내지 100 시간, 바람직하게는 1 내지 24 시간이다.
수성 슬러리가 복합 산화물과 산 및 물을 혼합함으로써 제조되는 경우, 이들을 혼합하기 위한 순서 및 방법은 제한되지 않는다. 복합 산화물, 산 및 물은 임의의 순서로 혼합될 수 있다: 예를 들어, 산 및 미리 제조된 수중 복합 산화물의 수성 분산액 중 하나가 이들 중 다른 하나에 첨가될 수 있다; 또는 복합 산화물 및 미리 제조된 수중 산 수용액 중 하나가 이들 중 다른 하나에 첨가될 수 있다; 또는 미리 제조된 수중 복합 산화물의 수성 분산액 및 미리 제조된 수중 산 수용액 중 하나가 이들 중 다른 하나에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 복합 산화물은 분쇄된 후 혼합된다.
복합 산화물과 산 및 물을 혼합함으로써 수득되는 수성 슬러리는 개별적으로 건조되고 하소될 수 있다; 또는 몰리브덴 및 코발트 이외의 금속 원소를 도입하기 위한 재료 화합물은 적합한 시간, 즉 혼합 전, 건조 전 또는 하소 전에 수성 슬러리에 첨가될 수 있다. 소정량의 상기 재료 화합물을 첨가함으로써, 생성되는 복합 산화물 촉매의 조성물 비를 바람직하게 조절하는 것이 가능하게 된다.
몰리브덴 및 코발트 이외의 금속 원소를 도입하기 위한 재료 화합물로서, 화합물, 예를 들어, 비스무트, 철, 니켈, 망간, 아연, 칼슘, 마그네슘, 주석, 납, 인, 붕소, 비소, 텔루륨, 텅스텐, 안티몬, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄, 세륨, 과 같은 칼륨, 루비듐, 세슘, 탈륨, 바나듐, 구리, 은 및 란탄금속 원소의 산화물, 질산염, 황산염, 탄산염, 수산화물, 옥소산 또는 이의 암모늄염, 및 할라이드 중 임의의 것이 사용될 수 있다.
몰리브덴 및 코발트 이외의 금속 원소가 도입되는 경우, 몰리브덴 또는 코발트를 도입하기 위한 재료 화합물을 첨가함으로써 생성되는 복합 산화물의 조성물 비를 조절하는 것이 또한 가능하다. 몰리브덴을 도입하기 위한 재료 화합물로서, 삼산화 몰리브덴, 몰리브덴산 및 파라몰리브덴산 암모늄과 같은 몰리브덴 화합물이 예시된다. 코발트를 도입하기 위한 재료 화합물로서, 질산 코발트 및 황산 코발트와 같은 코발트 화합물이 예시된다.
본 발명의 복합 산화물 촉매의 제조방법에 있어서, 상기 기재된 수성 슬러리의 건조 및 하소를 위한 조건은 제한되지 않는다. 원하는 촉매의 종류 (또는 최종 용도) 에 따르면, 공지된 조건이 본 발명의 촉매의 제조방법에 적절하게 사용된다. 예를 들면, 목표로 하는 복합 산화물 촉매가 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조용일 경우, JP-A-2007-117866, JP-A-2007-326787, JP-A-2008-6359, JP-A-2008-231044 등에 개시된 방법 및 조건 중 임의의 것이 적절하게 사용될 수 있다. 목표로 하는 복합 산화물 촉매가 불포화 니트릴의 제조용일 경우, JP-B-48-43096, JP-B-59-16817 등에 개시된 방법 및 조건 중 임의의 것이 적절하게 사용될 수 있다. 목표로 하는 복합 산화물 촉매가 수소 처리용일 경우, JP-A-59-69149, 특허 등록 제 3599265 호, 제 1342772 호 및 제 2986838 호, JP-A-2007-152324 등에 개시된 방법 및 조건 중 임의의 것이 적절하게 사용될 수 있다.
본 발명의 복합 산화물 촉매의 제조방법에서, 소정량의 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물과, 산 및 물을 혼합함으로써 수득되는 수성 슬러리는 건조된 후 하소된다. 그러나, 바람직하게는 생성된 촉매에 하소 후 환원 물질 (이후 임의로 단순히 "환원 처리" 로 지칭됨) 의 존재 하에서 열처리를 가한다. 상기 환원 처리는 촉매의 촉매 활성을 향상시키는데 효과적이다. 이러한 효과는 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조용 촉매가 제조되는 경우, 특히 뛰어나다.
환원 물질의 바람직한 예는 수소, 암모니아, 일산화탄소, 탄화수소, 알코올, 알데히드, 아민 등을 포함한다. 이와 관련하여, 탄화수소, 알코올, 알데히드 및 아민 각각에서 탄소 원자의 수는 바람직하게는 1 내지 6 이다. C1 -6 탄화수소의 예는 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄 및 이소부탄과 같은 포화 지방족 탄화수소; 에틸렌, 프로필렌, α-부틸렌, β-부틸렌 및 이소부틸렌과 같은 불포화 지방족 탄화수소; 및 벤젠을 포함한다. C1 -6 알코올의 예는 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올, 이소부틸 알코올, 2차 부틸 알코올 및 3차 부틸 알코올과 같은 포화 지방족 알코올; 알릴 알코올, 크로틸 알코올 및 메탈릴 알코올과 같은 불포화 지방족 알코올; 및 페놀을 포함한다. C1 -6 알데히드의 예는 포름알데히드, 아세토알데히드, 프로피온 알데히드, n-부틸 알데히드 및 이소부틸 알데히드와 같은 포화 지방족 알데히드; 및 아크롤레인, 크로톤알데히드 및 메타크롤레인과 같은 불포화 지방족 알데히드를 포함한다. C1 -6 아민의 예는 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 에틸 아민, 디에틸 아민 및 트리에틸 아민과 같은 포화 지방족 아민; 알릴 아민 및 디알릴 아민과 같은 불포화 지방족 아민; 및 아닐린을 포함한다. 무엇보다도, 수소가 환원 물질로서 바람직하다. 이러한 환원 물질 각각은 단독으로 사용될 수 있거나, 이들 중 둘 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
환원 처리는 보통 상기 기재된 환원 물질를 함유하는 기체 분위기 하에서 촉매에 열처리를 가함으로써 수행된다. 기체에서 환원 물질의 농도는 보통 0.1 내지 50 부피%, 바람직하게는 3 내지 30 부피%이다. 환원 물질는 질소, 이산화탄소, 물, 헬륨, 아르곤 등을 사용하여 상기 농도로 희석될 수 있다. 이와 관련하여, 환원 처리의 효과가 악화되지 않는 한, 분자 산소가 사용될 수 있다. 그러나, 분자 산소를 사용하지 않는 것이 바람직하다.
환원 처리를 위한 온도 (즉, 환원 처리에서 열처리를 위한 온도) 는 바람직하게는 200 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 300 내지 500℃ 이다. 환원 처리를 위한 시간 (즉, 환원 처리에서 열처리를 위한 시간) 은 보통 5 분 내지 20 시간, 바람직하게는 30 분 내지 10 시간이다.
바람직하게는, 환원 처리는 하기와 같이 수행된다: 하소 후 수득된 하소된 고체 (또는 복합 산화물 촉매) 는 관형 또는 박스와 같은 용기에 넣은 후, 환원 물질를 함유하는 기체가 용기로 유입되는 동안 환원된다. 이러한 처리에서 용기로부터 배출된 기체는 필요 시 재활용을 위해 순환될 수 있다. 예를 들어, 촉매는 증기상 촉매 산화용 반응관에 충전되고, 환원 물질를 함유하는 기체는 환원 처리를 위해 반응관으로 유입된다. 이러한 경우, 후속적으로 촉매에 증기상 촉매 산화를 수행될 수 있다.
상기 환원 처리에 의해, 하소 후 하소된 고체 (또는 복합 산화물 촉매) 의 질량은 보통 감소된다. 이는 촉매로부터 격자 산소의 손실에 의한 것으로 여겨진다. 상기 환원 처리 (또는 열처리) 로 인한 촉매 질량의 감소율은 바람직하게는 0.05 내지 6 질량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 질량% 이다. 질량의 감소율이 과도한 환원으로 인해 너무 높으면, 대조적으로 촉매의 촉매 활성은 종종 낮은 경향이 있다. 이러한 경우에서, 분자 산소를 함유하는 기체 분위기 하에서 촉매를 다시 하소시켜, 질량의 감소율을 낮게 한다. 촉매 질량의 감소율은 하기 방정식에 의해 결정될 수 있다:
질량의 감소율 (%) =
(환원 처리 전 촉매의 실측 질량 - 환원 처리 후 촉매의 실측 질량)/환원 처리 전 촉매의 실측 질량 × 100
이와 관련하여, 환원 물질 또는 환원 물질로부터 유도되는 분해된 생성물은 환원 물질의 종류 또는 열처리를 위한 조건에 따라 환원 처리 후 촉매에 남아있을 수 있다. 이런 경우, 촉매에서 잔류물의 질량은 각기 측정되고, 측정된 값은 잔류물을 포함하는 촉매의 질량에서 빼어, 환원 처리 후 촉매의 질량을 계산한다. 잔류물이 통상적으로 탄소이기 때문에, 잔류물의 질량은 예를 들어, 총 탄소 (또는 TC) 의 측정에 의해 결정될 수 있다.
상기 기재된 환원 처리 후, 필요시, 촉매는 분자 산소-함유 기체의 분위기 하에서 다시 하소될 수 있다 (분자 산소-함유 기체 분위기 하에서의 상기 두번째 하소가 임의로 "재-산화" 로 지칭됨).
재-산화에서 사용하기 위한 분위기의 기체에서 분자 산소의 농도는 보통 1 내지 30 부피%, 바람직하게는 10 내지 25 부피% 이다. 분자 산소 공급원으로서, 분자 산소-함유 기체로서 사용하기 위한 질소, 이산화탄소, 물, 헬륨, 아르곤 등으로 임의로 희석될 수 있는, 공기 또는 순수 산소가 보통 사용된다. 재-산화를 위한 온도는 보통 200 내지 600℃, 바람직하게는 350 내지 550℃ 이다. 재-산화를 위한 시간은 보통 5 분 내지 20 시간, 바람직하게는 30 분 내지 10 시간이다.
본 발명의 복합 산화물 촉매의 제조방법에서, 필요시, 촉매는 성형된다. 성형 방법은 통상적인 방법 중 임의의 것일 수 있다: 예를 들어, 정제 성형법, 압출 성형법 등이, 고리, 펠렛, 구형 입자, 과립 또는 다른 원하는 형태로 촉매를 성형하는데 사용된다. 성형 공정은 임의의 단계, 즉 건조 전, 하소 전, 환원 처리 전 또는 환원 처리 후의 단계에서 수행될 수 있다. 성형 공정에서, 목적의 반응에 실질적으로 비활성인 무기 섬유 등이 촉매의 기계적 강도를 향상시키기 위해서 촉매에 첨가될 수 있다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명의 복합 산화물 촉매가 수득될 수 있다. 복합 산화물 촉매는 금속 원소로서 몰리브덴 및 코발트만을 함유할 수 있거나, 구성 원소로서 몰리브덴 및 코발트 이외에 1 종 이상의 금속 원소를 몰리브덴 및 코발트와 함께 함유할 수 있다. 복합 산화물 촉매를 구성하는 다른 금속 원소의 예는 비스무트, 철, 니켈, 망간, 아연, 칼슘, 마그네슘, 주석, 납, 인, 붕소, 비소, 텔루륨, 텅스텐, 안티몬, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄, 세륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 탈륨, 바나듐, 구리, 은, 란탄 등을 포함한다.
상기 기재된 복합 산화물 촉매는 바람직하게는 하기 화학식 (I) 에 의해 표시된 촉매이다:
MoaBibFecCodAeBfCgOx (I)
[화학식 (I) 에서, Mo, Bi, Fe 및 Co 는 각각 몰리브덴, 비스무트, 철 및 코발트를 나타내고; A 는 니켈, 망간, 아연, 칼슘, 마그네슘, 주석 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내며; B 는 인, 붕소, 비소, 텔루륨, 텅스텐, 안티몬, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄 및 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내고; C 는 칼륨, 루비듐, 세슘 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내며; O 는 산소를 나타내고; b, c, d, e, f 및 g 는 하기 방정식: 0 < b ≤ 10, 0 < c ≤ 10, 1 ≤ d ≤ 10, 0 ≤ e ≤ 10, 0 ≤ f ≤ 10 및 0 < g ≤ 2 를 만족시키는 값이며, 단 a 는 12 (a = 12) 이고; x 는 각 원소의 산화 상태에 의해 결정되는 값임].
화학식 (I) 의 조성물을 갖는 복합 산화물 중에서, 산소 원자를 배제한 하기 조성물을 갖는 복합 산화물이 바람직하다:
Mo12Bi0 .1-5Fe0 .5-5Co5 -10Cs0 .01-1
Mo12Bi0 .1-5Fe0 .5-5Co5 -10Sb0 .1-5K0 .01-1
본 발명의 복합 산화물 촉매의 제조방법은 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조용 촉매, 불포화 카르복실산의 제조용 촉매, 불포화 니트릴의 제조용 촉매 및 수소 처리용 촉매로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 복합 산화물 촉매를 제조하는 경향이 있다. 무엇보다도, 본 발명의 방법은 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조용 촉매의 제조에 적합하다.
불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조용 촉매로서, 프로필렌과 분자 산소와의 증기상 촉매 산화에 의한 아크롤레인 및 아크릴산의 제조용 촉매, 및 이소부틸렌 또는 3차 부틸 알코올과 분자 산소와의 증기상 촉매 산화에 의한 메타크롤레인 및 메타크릴산의 제조용 촉매가 예시된다. 불포화 카르복실산의 제조용 촉매로서, 프로판과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 아크릴산의 제조용 촉매, 아크롤레인과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 아크릴산의 제조용 촉매, 및 메타크롤레인과 분자 산소의 증기상 촉매 산화에 의한 메타크릴산의 제조용 촉매가 예시된다. 불포화 니트릴의 제조용 촉매로서, 프로필렌 또는 프로판과 분자 산소 및 암모니아의 증기상 촉매 암모산화에 의한 아크릴로니트릴의 제조용 촉매, 및 이소부틸렌 또는 3차 부틸 알코올과 분자 산소 및 암모니아의 증기상 촉매 암모산화에 의해 메타크릴로니트릴의 제조용 촉매가 예시된다. 수소 처리용 촉매로서, 오일 분획 중의 황 화합물 및/또는 질소 화합물과 수소의 반응에 의한 생성물에서 황 화합물 및/또는 질소 화합물을 제거하거나 농도를 감소시키기 위한 촉매 및/또는 중유를 가볍게 하는 수소화분해 촉매가 예시된다.
실시예
이후, 본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세히 기재될 것이나, 이는 어떤 방식으로도 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 이해해서는 안된다.
하기 실시예에서, 촉매의 활성은 하기 방법으로 평가하였다.
<촉매 활성 시험>
촉매 (1 g) 를 내경이 18 ㎜ 인 유리 반응관에 충전시키고, 이소부틸렌/산소/질소/증기 (= 1/2.2/6.2/2.0 의 몰비) 의 기체 혼합물을 87.5 ㎖/분 (STP 에 기초함) 의 유속으로 상기 반응관에 공급하고, 400℃ 의 반응 온도에서 15 시간 동안 산화 반응을 수행하였다. 이후, 반응 온도를 390℃ 로 변경하여 1 시간 동안 산화 반응을 수행하였다. 반응관의 배출구로부터의 기체 (즉, 반응으로부터 생성되는 기체) 를 기체 크로마토그래피로 분석하였다. 이소부틸렌의 전환율 및 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 선택율 및 총 수율을 하기 방정식으로 계산하였다.
Figure pat00001
이소부틸렌의 전환율 (%)=
[(공급된 이소부틸렌의 몰수) - (미반응된 이소부틸렌의 몰수)] ÷ (공급된 이소부틸렌의 몰수) × 100
Figure pat00002
메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 선택율 (%) =
(메타크롤레인 및 메타크릴산의 몰수) ÷ [(공급된 이소부틸렌의 몰수) - (미반응된 이소부틸렌의 몰수)] × 100
Figure pat00003
메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 수율 (%) =
(메타크롤레인 및 메타크릴산의 몰수) ÷ (공급된 이소부틸렌의 몰수) × 100
참조예 1
신규 촉매 (a) 의 제조
몰리브덴산 암모늄 [(NH4)6Mo7O24.4H2O] (441.4 질량부) 을 온수 (500 질량부) 중에 용해하여 용액 A 를 제조하였다. 한편, 질산철 (III) [Fe(NO3)3.9H2O] (202.0 질량부), 질산 코발트 [Co(NO3)2.6H2O] (436.6 질량부) 및 질산 세슘 [CsNO3] (19.5 질량부) 를 온수 (200 질량부) 중에 용해한 후, 이 용액에 질산 비스무트 [Bi(NO3)3.5H2O] (97.0 질량부) 를 용해하여 용액 B 를 제조하였다.
다음으로, 용액 A 를 교반하고, 용액 B 를 상기 용액 A 에 첨가하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 250℃ 에서 플래시 건조기로 건조시켜 촉매 전구체를 수득하였다. 이 촉매 전구체 (100 질량부) 에, 실리카 알루미나 섬유 (18 질량부) [ITM 사 제조의 "RFC400-SL"] 및 삼산화 안티몬 [Sb2O3] (2.54 질량부) 을 첨가하고, 생성된 혼합물을 성형하여 외경이 6.3 ㎜ 이고, 내경이 2.5 ㎜ 이며, 길이가 6 ㎜ 인 고리와 같은 성형 물품을 수득하였다. 이러한 성형 물품을 6 시간 동안 공기 스트림 하에 545℃ 에서 하소시켜 신규 촉매 (a) 를 수득하였다.
상기 신규 촉매 (a) 는 12 몰리브덴 원자 당 0.96 비스무트 원자, 0.48 안티몬 원자, 2.4 철 원자, 7.2 코발트 원자, 0.48 세슘 원자, 4.6 규소 원자 및 5.0 알루미늄 원자를 함유하였다.
참조예 2
폐촉매 (b) 의 제조
메타크롤레인 및 메타크릴산의 제조를 위한 분자 산소와 이소부틸렌의 증기상 촉매 산화 반응에 기정 시간 동안 신규 촉매 (a) 를 사용하여 폐촉매 (b) 를 수득하였다.
참조예 3
몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물의 제조
폐촉매 (b) (100 질량부) 를 분쇄하고, 물 (200 질량부) 및 25 질량% 암모니아 수용액 (272 질량부) 에 첨가하여 혼합하였다. 40℃ 에서 유지되는 액체 온도로 상기 혼합물을 1 시간 동안 교반한 후, 감압하에 여과하여 여과액을 수득하였다. 상기 여과액을 2 시간 동안 공기 중에 420℃ 에서 열처리하여, 회수된 생성물로서 복합 산화물 (61.78 질량부) 을 수득하였다.
상기 복합 산화물의 일부에 형광 X-선 분석기 (Rigaku Innovative Technologies, Inc. 사 제조의 "ZSX Primus II" ) 를 이용하여 원소 분석을 수행하였다. 결과적으로, 복합 산화물이 48.00 질량% 의 몰리브덴, 19.30 질량% 의 코발트 및 2.94 질량% 의 세슘을 함유하는 것을 발견하였다.
실시예 1
복합 산화물 촉매 (1) 의 제조 및 평가
상기 기재된 복합 산화물 (30 질량부) 를 분쇄한 후, 물 (25 질량부) 및 60 질량% 질산 (32 질량부) 에 첨가하고 혼합하였다. 50℃ 에서 유지되는 액체 온도로 상기 수성 슬러리를 1 시간 동안 교반하였다. 그 후, 여전히 교반되고 있는 수성 슬러리에, 질산 세슘 [CsNO3] (0.27 질량부), 질산철 (III) [Fe(NO3)3.9H2O] (16.19 질량부), 질산 코발트 [Co(NO3)2.6H2O] (6.40 질량부) 및 질산 비스무트 [Bi(NO3)3.5H2O] (7.78 질량부) 를 첨가하여, 용액 C 를 제조하였다.
한편, 몰리브덴산 암모늄 [(NH4)6Mo7O24.4H2O] (8.88 질량부) 를 25 질량% 암모니아 수용액 (8.76 질량부) 및 물 (100 질량부) 의 혼합물 중에 용해하고 용액 D 를 제조하였다.
다음으로, 용액 D 를 교반하고, 용액 C 를 상기 용액 D 에 첨가하여 수성 슬러리를 수득하였다. 그 후, 상기 수성 슬러리를 스테인리스 강 용기에 옮기고, 빈 건조기 (bin dryer) 에서 250℃ 로 건조시켜, 촉매 전구체를 수득하였다. 상기 촉매 전구체를 약 40 MPa 의 압력 하에 정제 압축시킨 후 분쇄하였다. 생성된 알갱이를 2 ㎜ 내지 710 ㎛ 의 구멍을 갖는 체에 걸러서 크기가 2 ㎜ 내지 710 ㎛ 인 과립을 수득하였다. 상기 과립의 촉매 전구체를 6 시간 동안 공기 스트림 하에 525℃ 에서 하소시켜, 복합 산화물 촉매 (1) 를 수득하였다. 상기 복합 산화물 촉매 (1) 는 12 몰리브덴 원자 당 0.96 비스무트 원자, 2.5 철 원자, 7.2 코발트 원자 및 0.49 세슘 원자를 함유하였다.
상기 복합 산화물 촉매 (1) 의 촉매 활성을 상기 기재된 촉매 활성 시험에 따라 평가하였다. 결과적으로, 이소부틸렌의 전환율은 77.4 % 였고; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 선택율은 85.5 % 였으며; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 수율은 66.2 % 였다.
비교예 1
신규 촉매 (R1) 의 제조 및 평가
촉매 활성에 미치는 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물의 사용의 영향을 확인하기 위해서, 상기 기재된 복합 산화물 촉매 (1)의 조성물과 동일한 촉매 조성물을 갖도록, 신규 촉매 (R1) 를 하기와 같이, 신규 원료를 사용하여 제조하였다. 이 후, 신규 촉매 (R1) 의 촉매 활성을 평가하였다.
몰리브덴산 암모늄 [(NH4)6Mo7O24.4H2O] (441.4 질량부) 을 온수 (500 질량부) 에 용해시켜 용액 E 를 제조하였다.
한편, 질산철 (III) [Fe(NO3)3.9H2O] (202.0 질량부), 질산 코발트 [Co(NO3)2.6H2O] (436.6 질량부) 및 질산 세슘 [CsNO3] (19.5 질량부) 을 온수 (200 질량부) 중에 용해시킨 후, 질산 비스무트 [Bi(NO3)3.5H2O] (97.0 질량부) 를 상기 용액 중에 용해시켜 용액 F 를 제조하였다.
이어서, 용액 E 를 교반하고, 용액 F 를 용액 E 에 첨가하여 수성 슬러리를 수득하였다. 그 후, 상기 수성 슬러리를 스테인리스 강 용기에 옮기고, 빈 건조기에서 250℃ 로 건조시켜, 촉매 전구체를 수득하였다. 상기 촉매 전구체를약 40 MPa 의 감압 하에 정제 압축시킨 후 분쇄하였다. 생성된 알갱이를 구멍이 2 ㎜ 내지 710 ㎛ 인 체로 걸러서 크기가 2 ㎜ 내지 710 ㎛ 인 과립을 수득하였다. 상기 과립의 촉매 전구체를 6 시간 동안 공기 스트림 하에 525℃ 에서 하소시켜, 신규 촉매 (R1) 를 수득하였다. 상기 신규 촉매 (R1) 는 12 몰리브덴 원자 당 0.96 비스무트 원자, 2.4 철 원자, 7.2 코발트 원자 및 0.48 세슘 원자를 함유하였다.
상기 신규 촉매 (R1) 의 촉매 활성을 상기 기재된 촉매 활성 시험에 따라 평가하였다. 결과적으로, 이소부틸렌의 전환율은 75.6 % 였고; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 선택율은 86.5 % 였으며; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 수율은 65.4 % 였다.
비교예 2
복합 산화물 촉매 (R2) 의 제조 및 평가
국제 공개 팜플렛 WO 2007/032228 A1 의 실시예 1 에 기재된 것과 동일한 조건 하에 실시예 1 에서 제조된 폐촉매 (b) 를 하기 회수 시험에 사용하였다. 상기 회수된 몰리브덴을 사용하여 복합 산화물 촉매를 제조하였다. 폐촉매 (b) (600 질량부) 를 분쇄한 후 수순한 물 (2,400 질량부) 중에 분산시키고, 45 질량% 수산화나트륨 수용액 (800 질량부) 을 생성된 분산액에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 60℃ 에서 3 시간 동안 교반하고, 이로부터 불용 물질을 여과함으로써 분리하여, 촉매 성분-함유 수용액을 수득하였다. 촉매 성분-함유 수용액에, 36 질량% 염산을 첨가하여 수용액의 pH 를 1.0 으로 조절하였다. 그리고 나서, 수용액을 교반하면서 30℃ 에서 3 시간 동안 유지시켰다. 생성된 침전물을 여과하여 분리하고, 2 질량% 질산암모늄 수용액으로 헹구어, 촉매 성분-함유 침전물 (425 질량부) 을 수득하였다. 상기 침전물을 공기 분위기 하에서 하소시키지 않았다. 상기 침전물의 일부에 본 명세서의 참조예 3 의 동일한 방식으로 원소 분석을 수행하고, 60.1 질량% 의 몰리브덴, 0.7 질량% 의 코발트 및 6.3 질량% 의 세슘을 함유하는 것을 발견하였다.
촉매 성분-함유 침전물 (30.0 질량부) 을 분쇄한 후, 물 (25.0 질량부) 및 60 질량% 질산 (3.35 질량부) 에 첨가하고 혼합하여, 수성 슬러리를 수득하였다. 50℃ 에서 유지되는 액체 온도로 상기 수성 슬러리를 1 시간 동안 교반하였다. 그 후, 질산 세슘 [CsNO3] (0.18 질량부), 질산철 (III) [Fe(NO3)3.9H2O] (30.37 질량부) 및 질산 코발트 [Co(NO3)2.6H2O] (64.59 질량부) 를 교반 하에 수성 슬러리에 첨가하고 용해하였다. 그리고 나서, 질산 비스무트 [Bi(NO3)3.5H2O] (14.59 질량부) 을 상기 용액에 첨가하고, 용해하였다. 생성되는 용액을 용액 G 로 지칭하였다. 한편, 몰리브덴산 암모늄 [(NH4)6Mo7O24.4H2O] (33.18 질량부) 을 25 질량% 암모니아 수용액 (10.97 질량부) 및 물 (100 질량부) 중에 용해시켜 용액 H 를 수득하였다.
이어서, 용액 H 를 교반하고, 용액 G 를 용액 H 에 첨가하여 수성 슬러리를 형성하였다. 그리고 나서, 상기 수성 슬러리를 스테인리스 강 용기로 옮기고, 빈 건조기에서 250℃ 로 건조시켜, 촉매 전구체를 수득하였다. 상기 촉매 전구체를 약 40 MPa 의 감압 하에 정제 압축시킨 후 분쇄하였다. 생성된 알갱이를 구멍이 2 ㎜ 내지 710 ㎛ 인 체에 걸러서 크기가 2 ㎜ 내지 710 ㎛ 인 과립을 수득하였다. 상기 과립의 촉매 전구체를 6 시간 동안 공기 스트림 하에 525℃ 에서 하소시켜, 복합 산화물 촉매 (R2) 를 수득하였다. 상기 복합 산화물 촉매 (R2) 가 12 몰리브덴 원자 당 0.96 비스무트 원자, 2.5 철 원자, 7.2 코발트 원자 및 0.49 세슘 원자를 함유하는 것을 발견하였다.
상기 복합 산화물 촉매 (R2) 의 촉매 활성을 상기 기재된 촉매 활성 시험에 따라 평가하였다. 결과적으로, 이소부틸렌의 전환율은 71.8 % 였고; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 선택율은 83.9 % 였으며; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 수율은 60.2 % 였다.
실시예 2
복합 산화물 촉매 (2) 의 제조 및 평가
실시예 1 에서 수득된 복합 산화물 촉매 (1) (10.00 g) 를 유리 반응관에 충전시키고 나서, 수소/증기/질소 (= 5/10/85 의 몰비) 의 기체 혼합물을 200 ㎖/분 (STP 에 기초함) 의 유속으로 상기 유리 반응관에 공급하면서 375℃ 에서 8 시간 동안 환원 처리를 하였다. 상기 환원 처리에 의한 촉매의 질량 감소율은 0.8 % 였다. 그 후, 촉매를 공기 스트림 하에 1 시간 동안 350℃ 에서 가열함으로써 재산화시켜, 복합 산화물 촉매 (2) 를 수득하였다.
상기 복합 산화물 촉매 (2) 의 촉매 활성을 상기 기재된 촉매 활성 시험에 따라 평가하였다. 결과적으로, 이소부틸렌의 전환율은 81.3 % 였고; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 선택율은 85.9 % 였으며; 메타크롤레인 및 메타크릴산의 총 수율은 69.8 % 였다.

Claims (13)

  1. 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물과, 산 및 물을 혼합하여 수성 슬러리를 제조하고; 상기 수성 슬러리를 건조시키며; 생성된 건조된 고체를 하소시키는 단계를 특징으로 하는, 몰리브덴 및 코발트를 함유하는 복합 산화물 촉매의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 복합 산화물이 하기와 같이 수득되는 방법: 증기상 촉매 산화 반응에 사용되는 몰리브덴- 및 코발트-함유 복합 산화물 촉매를, 수중에 유기 염기 및 암모니아 중 하나 이상을 용해시킴으로써 수득되는 추출 수용액과 혼합하여, 몰리브덴 및 코발트를 수성상으로 추출하고; 상기 수성상을 건조시키며; 생성된 건조된 고체를 산화 기체 분위기 하에 하소시켜 복합 산화물을 수득함.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 복합 산화물에서의 몰리브덴 대 코발트의 비가 1 : 12 내지 12 : 1 의 몰비인 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 복합 산화물이 칼륨, 루비듐, 세슘 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산의 사용량이 복합 산화물에서의 코발트 1 몰 당 1 내지 20 몰인 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산이 무기산인 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산이 질산인 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 복합 산화물 촉매가 불포화 알데히드 및 불포화 카르복실산의 제조에 사용되는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 복합 산화물 촉매가 하기 화학식 (I) 로 표시되는 방법:
    MoaBibFecCodAeBfCgOx (I)
    [화학식 (I) 에서, Mo, Bi, Fe 및 Co 는 각각 몰리브덴, 비스무트, 철 및 코발트를 나타내고; A 는 니켈, 망간, 아연, 칼슘, 마그네슘, 주석 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내며; B 는 인, 붕소, 비소, 텔루륨, 텅스텐, 안티몬, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄 및 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내고; C 는 칼륨, 루비듐, 세슘 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 나타내며; O 는 산소를 나타내고; b, c, d, e, f 및 g 는 하기 방정식: 0 < b ≤ 10, 0 < c ≤ 10, 1 ≤ d ≤ 10, 0 ≤ e ≤ 10, 0 ≤ f ≤ 10 및 0 < g ≤ 2 를 만족시키는 값이며, 단 a 는 12 (a = 12) 이고; x 는 각 원소의 산화 상태에 의해 결정되는 값임].
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 수성 슬러리가 건조되고 하소된 후, 환원 물질의 존재 하에 열처리되는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 열처리가 200 내지 600℃ 의 온도에서 수행되는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 열처리에 의한 질량의 감소율이 0.05 내지 6 질량% 인 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 환원 물질이 수소인 방법.
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