JP6180754B2 - Oxide catalyst, method for producing the same, and method for producing unsaturated aldehyde - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物触媒及びその製造方法、並びに酸化物触媒を用いた不飽和アルデヒドの製造方法に関する。 The present invention relates to an oxide catalyst, a method for producing the same, and a method for producing an unsaturated aldehyde using the oxide catalyst.
プロピレン及びイソブチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種、及び/又は、t−ブチルアルコール及びイソブタノールからなる群より選ばれる少なくとも1種、を原料とし、不飽和アルデヒドを中間体として、酸化的エステル化反応によって、アクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを製造する方法としては、直接メタクロレイン法(以下、「直メタ法」)と呼ばれる2つの反応工程からなる方法と、直接メタクリル酸法(以下、「直酸法」)と呼ばれる3つの反応工程からなる方法とが知られている。 Oxidative esterification using at least one selected from the group consisting of propylene and isobutylene and / or at least one selected from the group consisting of t-butyl alcohol and isobutanol as raw materials and an unsaturated aldehyde as an intermediate As a method for producing methyl acrylate or methyl methacrylate by reaction, a method comprising two reaction steps called a direct methacrolein method (hereinafter referred to as “direct meta method”) and a direct methacrylic acid method (hereinafter referred to as “ A method consisting of three reaction steps called the “direct acid method”) is known.
「石油化学プロセス」(石油学会編、第172〜176頁、講談社サイエンティフィク)によると、直酸法は、第1酸化工程、第2酸化工程、及びエステル化工程の3つの工程でアクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを製造するプロセスである。第1酸化工程はプロピレン、イソブチレン、及びt−ブチルアルコールからなる群より選ばれる少なくとも一つの出発物質と、分子状酸素と、を触媒の存在下で気相接触酸化反応させて、アクロレイン、又はメタクロレインを製造する工程である。第2酸化工程は、第1酸化工程で得られたアクロレイン、又はメタクロレインと、分子状酸素と、を触媒の存在下で気相接触酸化反応させて、アクリル酸、又はメタクリル酸を製造する工程である。エステル化工程は、第2酸化工程で得られたアクリル酸、又はメタクリル酸をさらにエステル化して、その際にアルコールとしてメタノールを用いた場合には、アクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを得る工程である。 According to the "Petrochemical Process" (edited by the Petroleum Society of Japan, pages 172 to 176, Kodansha Scientific), the direct acid method uses acrylic acid in three steps: a first oxidation step, a second oxidation step, and an esterification step. This is a process for producing methyl or methyl methacrylate. In the first oxidation step, at least one starting material selected from the group consisting of propylene, isobutylene, and t-butyl alcohol is reacted with molecular oxygen in the presence of a catalyst in a gas phase catalytic oxidation reaction to produce acrolein or methacrochlor. This is a process for producing rain. The second oxidation step is a step of producing acrylic acid or methacrylic acid by subjecting acrolein or methacrolein obtained in the first oxidation step and molecular oxygen to gas phase catalytic oxidation reaction in the presence of a catalyst. It is. The esterification step is a step in which the acrylic acid or methacrylic acid obtained in the second oxidation step is further esterified, and when methanol is used as the alcohol, methyl acrylate or methyl methacrylate is obtained. is there.
これに対し、直メタ法は、プロピレン、イソブチレン、及び/又はt−ブチルアルコールを原料とし、分子状酸素含有ガスを用いて気相接触酸化反応させてアクロレイン、又はメタクロレインを製造する第1反応工程と、得られたアクロレイン、又はメタクロレインと、例えばアルコールとしてメタノールと、分子状酸素と、を反応させて、一挙にアクリル酸メチル、又はメタクリル酸メチルを製造する第2反応工程と、の2つの触媒反応工程からなる方法である。 In contrast, in the direct meta method, propylene, isobutylene, and / or t-butyl alcohol are used as raw materials, and a first reaction for producing acrolein or methacrolein by a gas phase catalytic oxidation reaction using a molecular oxygen-containing gas. 2 of the process and the 2nd reaction process of reacting the obtained acrolein or methacrolein, for example, methanol as an alcohol, and molecular oxygen to produce methyl acrylate or methyl methacrylate all at once. It consists of two catalytic reaction steps.
上記のように、直酸法も直メタ法もその過程で不飽和アルデヒドを製造する。このような不飽和アルデヒドを主成分として製造するために用いる触媒は、これまでに数多くの報告があり、例えば、古くはソハイオ社によって見出された、必須成分としてMo、Biを含む複合酸化物触媒等が報告されている。また、特許文献1には、触媒を構成する金属として、Mo、Bi、Ce、K、Fe、Co、Mg、Cs、Rbに着目した触媒が記載されている。 As described above, an unsaturated aldehyde is produced in the course of both the direct acid method and the direct meta method. The catalyst used for producing such an unsaturated aldehyde as a main component has so far been reported, for example, a composite oxide containing Mo and Bi as essential components, which was found by Sohio in the old days. Catalysts have been reported. Patent Document 1 describes a catalyst that focuses on Mo, Bi, Ce, K, Fe, Co, Mg, Cs, and Rb as the metal constituting the catalyst.
このような触媒の構造の高度な解析が、大型放射光施設SPring−8を利用したX線吸収連続微細構造(XAFS)の測定技術の進歩によって、可能になってきている。XAFSはそのエネルギー領域によってX線吸収近傍微細構造(XANES)、X線吸収広域連続微細構造(EXAFS)に分けられる。非特許文献1によると、物質のX線吸収スペクトルには、その物質に含まれている各元素に固有の波長ごとに吸収係数が鋭く立ち上がり、短波長側にすそを引いたくさび形の吸収帯が現れる。一般に吸収帯の近傍には鋭い構造が、また吸収端から光子エネルギーにして50〜1000eVの範囲には緩やかな波打ちが観測され、前者がXANES、後者がEXAFSであると記載がある。 Such advanced analysis of the structure of the catalyst has become possible due to advances in measurement technology of X-ray absorption continuous fine structure (XAFS) using the large synchrotron radiation facility SPring-8. XAFS is classified into an X-ray absorption near-fine structure (XANES) and an X-ray absorption wide-area continuous fine structure (EXAFS) according to the energy region. According to Non-Patent Document 1, the X-ray absorption spectrum of a substance has a wedge-shaped absorption band in which the absorption coefficient rises sharply for each wavelength unique to each element contained in the substance, and a skirt is drawn on the short wavelength side. Appears. In general, a sharp structure is observed in the vicinity of the absorption band, and a gentle wave is observed in the range of 50 to 1000 eV in terms of photon energy from the absorption edge. The former is XANES and the latter is EXAFS.
XANESは内殻電子が不連続準位へ励起される過程に関連して生じたものであり、得られる情報は中心金属周りの配位子原子配置の対称性や、中心金属の酸化数の平均値である。EXAFSは連続準位への確率が周囲の原子による散乱で変調されることによって生じたもので、得られる情報は中心金属周りの周辺元素や結合距離等の周辺構造である。例えば、特許文献2にはXAFSを利用してMo、P、Cuに着目したメタクリル酸製造用触媒が記載されている。 XANES was generated in connection with the process of inner-shell electrons being excited to discontinuous levels, and the information obtained is the symmetry of the arrangement of ligand atoms around the central metal and the average oxidation number of the central metal. Value. EXAFS is caused by the probability of the continuous level being modulated by scattering by surrounding atoms, and the information obtained is the peripheral elements around the central metal and the peripheral structure such as the bond distance. For example, Patent Document 2 describes a catalyst for producing methacrylic acid using XAFS and focusing on Mo, P, and Cu.
上記のように、直酸法も直メタ法もその過程で不飽和アルデヒドを製造するが、直酸法と直メタ法とではそれぞれ触媒に求める要求が異なる。直酸法では、最終酸化生成物が不飽和カルボン酸であるため、中間体の不飽和アルデヒドを得る工程においてメタクリル酸を減らすことのメリットは小さく、メタクロレインとメタクリル酸の合計収率が高いほど望ましい触媒といえる。これに対し、直メタ法は第1反応工程で不飽和アルデヒドを生成させた後、第2反応工程でいきなり不飽和カルボン酸エステルを生成させるので、不飽和カルボン酸を目的化合物とする工程がない。そのため、触媒による酸化工程において、生成が望まれるのは不飽和アルデヒドのみであって、不飽和カルボン酸の生成は好ましいものではない。 As described above, both the direct acid method and the direct meta method produce unsaturated aldehydes in the process, but the requirements for the catalyst differ between the direct acid method and the direct meta method. In the direct acid method, since the final oxidation product is an unsaturated carboxylic acid, the merit of reducing methacrylic acid in the step of obtaining an intermediate unsaturated aldehyde is small, and the higher the total yield of methacrolein and methacrylic acid, the higher the yield. This is a desirable catalyst. In contrast, in the direct meta method, an unsaturated aldehyde is formed in the second reaction step after an unsaturated aldehyde is generated in the first reaction step, and therefore there is no step using an unsaturated carboxylic acid as the target compound. . For this reason, in the oxidation process using a catalyst, only an unsaturated aldehyde is desired to be produced, and the production of an unsaturated carboxylic acid is not preferred.
このように、直メタ法の第1反応工程用の触媒を最適化することを目指す場合、直酸法用の触媒とは明確に方向性が異なる。直メタ法では、不飽和アルデヒドと不飽和カルボン酸の合計収率を上げることを目標とするのではなく、不飽和アルデヒドの収率が高く、且つ、不飽和カルボン酸の収率は低い触媒が望ましいことになる。 Thus, when aiming at optimizing the catalyst for the 1st reaction process of a direct meta method, directionality differs clearly from the catalyst for a direct acid method. The direct meta method does not aim to increase the total yield of unsaturated aldehyde and unsaturated carboxylic acid, but rather a catalyst with a high yield of unsaturated aldehyde and a low yield of unsaturated carboxylic acid. Would be desirable.
不飽和アルデヒドの収率が高く、且つ、不飽和カルボン酸の収率は低い触媒という観点で、直メタ法の分野で利用されているビスマス−モリブデン系触媒(Bi−Mo)や、特許文献1に記載されているような、これに鉄、セリウム等を加えた不飽和アルデヒド製造用触媒を検討した。その結果、このような従来の触媒に含まれる鉄の価数は3価であることが、鉄のK吸収端X線吸収微細構造解析から分かった。そして、この3価の鉄を含む酸化物触媒は、比較的酸化力が強いために、目的化合物(不飽和アルデヒド)をさらに酸化して、不飽和カルボン酸や二酸化炭素を生成させてしまい、不飽和アルデヒドの選択率を下げてしまうという問題がある。 Bismuth-molybdenum catalyst (Bi-Mo) used in the field of the direct meta method from the viewpoint of a catalyst having a high yield of unsaturated aldehyde and a low yield of unsaturated carboxylic acid, Patent Document 1 The catalyst for unsaturated aldehyde production in which iron, cerium or the like is added to the catalyst was studied. As a result, it was found from iron K absorption edge X-ray absorption fine structure analysis that the valence of iron contained in such a conventional catalyst is trivalent. Since the oxide catalyst containing trivalent iron has a relatively strong oxidizing power, the target compound (unsaturated aldehyde) is further oxidized to produce unsaturated carboxylic acid and carbon dioxide. There is a problem that the selectivity of saturated aldehyde is lowered.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、オレフィン及び/又はアルコールを原料とする不飽和アルデヒドの製造において、不飽和カルボン酸の生成が少なく、不飽和アルデヒドの選択率の高い酸化物触媒及びその製造方法、並びに酸化物触媒を用いた不飽和アルデヒドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in the production of unsaturated aldehydes using olefins and / or alcohols as raw materials, the production of unsaturated carboxylic acids is low, and the oxidation of unsaturated aldehydes is highly selective. It is an object of the present invention to provide a product catalyst, a production method thereof, and a production method of an unsaturated aldehyde using an oxide catalyst.
本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意検討した。その結果、鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおいて、所定の第一変曲点を有する酸化物触媒であれば、不飽和アルデヒドを生成するのに適切な酸化力を有し、上記問題点を解決できることを見出して、本発明に至った。 The present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, an oxide catalyst having a predetermined first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the iron K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum is suitable for generating an unsaturated aldehyde. The present invention has been found by finding that it has a sufficient oxidizing power and can solve the above problems.
また、焼成を不活性ガス雰囲気下で行い、かつ仮焼成体の酸化還元度を制御することにより、最終的に得られる酸化物触媒の3価の鉄化合物の生成を抑制し、且つ、2価の鉄化合物の生成も抑制することができ、これにより上記問題点を解決できる酸化物触媒を製造できることを見出して、本発明に至った。 In addition, by performing firing in an inert gas atmosphere and controlling the oxidation-reduction degree of the temporarily fired body, the production of the trivalent iron compound of the finally obtained oxide catalyst is suppressed, and the bivalent As a result, it was found that an oxide catalyst capable of suppressing the above-mentioned problems can be produced.
すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔1〕
モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト、及びセリウムを含有し、
前記モリブデンと複合化した前記鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第一変曲点が、7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れる、オレフィン及び/又はアルコールを原料とする不飽和アルデヒドの製造用酸化物触媒。
〔2〕
下記組成式(1)で表される組成を有する、〔1〕に記載の酸化物触媒。
Mo12BiaFebCocCedAeBfOg (1)
(式(1)中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウムを示し、
Aはカリウム、セシウム、及びルビジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、
Bはニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、及びユウロピウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、
a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、1.5≦a≦6、2≦b≦6、2≦c≦8、0.5≦d≦6、0.01≦e≦2、及び0≦f<2を満たし、
gは酸素以外の構成元素の原子価によって決まる酸素の原子数である。)
〔3〕
〔1〕又は〔2〕に記載の酸化物触媒の製造方法であって、
モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト、及びセリウムを含む原料と、酸化剤及び還元剤と、を混合して原料スラリーを得る混合工程と、
前記原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る仮焼成工程と、
前記仮焼成体を本焼成して酸化物触媒を得る本焼成工程と、
を含み、
前記仮焼成工程及び前記本焼成工程は、不活性ガス雰囲気で行い、
前記仮焼成工程において、前記仮焼成体の還元率を10%以上100%未満になるよう制御する、酸化物触媒の製造方法。
〔4〕
前記原料スラリーを20℃以上の温度で熟成させる熟成工程をさらに含む、〔3〕に記載の酸化物触媒の製造方法。
〔5〕
前記還元剤を、前記原料に対して、1〜40質量%添加する、〔3〕又は〔4〕に記載の酸化物触媒の製造方法。
〔6〕
〔1〕又は〔2〕に記載の酸化物触媒を用いて、プロピレン、及びイソブチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種のオレフィン、及び/又は、イソブタノール、及びt−ブチルアルコールからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルコール、を酸化反応させる工程を含む、不飽和アルデヒドの製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1]
Contains molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium,
An olefin in which a first inflection point in a pattern obtained by first-order differentiation of the K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum of the iron combined with the molybdenum appears in X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV And / or an oxide catalyst for producing an unsaturated aldehyde using alcohol as a raw material .
[2]
The oxide catalyst according to [1], which has a composition represented by the following composition formula (1).
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g (1)
(In the formula (1), Mo represents molybdenum, Bi represents bismuth, Fe represents iron, Co represents cobalt, and Ce represents cerium.
A represents at least one element selected from the group consisting of potassium, cesium, and rubidium;
B represents at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, praseodymium, neodymium, and europium,
a to f indicate the atomic ratio of each element to the Mo12 atom, and 1.5 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 6, 2 ≦ c ≦ 8, 0.5 ≦ d ≦ 6, 0.01 ≦ e ≦ 2 and 0 ≦ f <2,
g is the number of oxygen atoms determined by the valence of the constituent elements other than oxygen. )
[3]
A method for producing the oxide catalyst according to [1] or [2],
A mixing step of mixing a raw material containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium with an oxidizing agent and a reducing agent to obtain a raw material slurry;
A drying step of drying the raw slurry to obtain a dried body;
A pre-baking step of pre-baking the dried body to obtain a pre-fired body;
A main calcination step of subjecting the temporary calcination body to an oxide catalyst;
Including
The preliminary firing step and the main firing step are performed in an inert gas atmosphere,
The method for producing an oxide catalyst, wherein, in the preliminary calcination step, the reduction rate of the calcined product is controlled to be 10% or more and less than 100%.
[4]
The method for producing an oxide catalyst according to [3], further comprising an aging step of aging the raw slurry at a temperature of 20 ° C or higher.
[5]
The method for producing an oxide catalyst according to [3] or [4], wherein 1 to 40% by mass of the reducing agent is added to the raw material.
[6]
Using the oxide catalyst according to [1] or [2], at least one olefin selected from the group consisting of propylene and isobutylene, and / or selected from the group consisting of isobutanol and t-butyl alcohol A method for producing an unsaturated aldehyde, comprising a step of oxidizing at least one alcohol.
本発明によれば、オレフィン及び/又はアルコールを原料とする不飽和アルデヒドの製造において、不飽和カルボン酸の生成が少なく、不飽和アルデヒドの選択率の高い酸化物触媒及びその製造方法、並びに酸化物触媒を用いた不飽和アルデヒドの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, in the production of unsaturated aldehydes using olefins and / or alcohols as raw materials, an oxide catalyst that produces less unsaturated carboxylic acids and has a high selectivity for unsaturated aldehydes, a method for producing the same, and oxides A method for producing an unsaturated aldehyde using a catalyst can be provided.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明はその要旨の範囲内で適宜変形して実施できる。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents. The present invention can be appropriately modified within the scope of the gist.
〔酸化物触媒〕
本実施形態に係る酸化物触媒は、モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含有し、
前記モリブデンと複合化した前記鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第一変曲点が、7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れる。
[Oxide catalyst]
The oxide catalyst according to the present embodiment contains molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium,
The first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum of the iron complexed with the molybdenum appears in the X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV.
(1)結晶構造
本実施形態に係る酸化物触媒は、モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含有し、モリブデンと複合化した鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点が7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れる。Feの価数と、鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点との関係を表1に示す。
(1) Crystal structure
The oxide catalyst according to the present embodiment contains molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium, and is obtained by first-order differentiation of the K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum of iron complexed with molybdenum. One inflection point appears in X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV. Table 1 shows the relationship between the valence of Fe and the first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the iron K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum.
表1に示されるように、Fe2Mo3O12のような完全なFe3+の状態では、第1変曲点が7127.8±0.1eVのX線エネルギーに現れる。一方、FeMoO4のような完全なFe2+の状態では、第1変曲点が7125.3±0.1eVのX線エネルギーに現れる。ここで、本明細書中で言う「第一変曲点」とは、図1に示すような、X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおいて、7100.0〜7150.0eVの範囲内で極大値をとる点を意味する。 As shown in Table 1, in the complete Fe 3+ state such as Fe 2 Mo 3 O 12 , the first inflection point appears in the X-ray energy of 7127.8 ± 0.1 eV. On the other hand, in a complete Fe 2+ state such as FeMoO 4 , the first inflection point appears in the X-ray energy of 715.3 ± 0.1 eV. Here, the “first inflection point” referred to in the present specification refers to a pattern obtained by first-order differentiation of the X-ray absorption fine structure spectrum as shown in FIG. 1 7100.0 to 7150.0 eV. It means the point that takes the maximum value within the range of.
上記のように第一変曲点が7125.5〜7127.0eVの範囲にあると酸化物触媒の不飽和アルデヒドの選択率が向上する。この理由は明らかでないが、第1変曲点がこの範囲にあると触媒中の鉄は3価でも2価でもない中間的な価数をとっていることが示唆される。したがって、触媒中の鉄は完全なFe2Mo3O12のようなFe3+の状態ではなく、一方、FeMoO4のようなFe2+の状態でもなく、Fe3−δあるいは、Fe2+δの形で存在することを示唆している。X線エネルギーの値が前記範囲にあることにより、鉄原子が触媒のBi−Mo−O等の活性種やCo−Mo−Oに固溶し、鉄原子の酸化状態、Bi−Mo−O等の活性種やCo−Mo−Oへの鉄の配位状態が最適になる。これにより、反応中のレドックスでも不飽和カルボン酸や二酸化炭素を生成させる化合物であるFe2Mo3O12やFe2O3の結晶が生成しないためと考えられる。 As described above, when the first inflection point is in the range of 715.5 to 7127.0 eV, the selectivity of the unsaturated aldehyde of the oxide catalyst is improved. The reason for this is not clear, but if the first inflection point is within this range, it is suggested that the iron in the catalyst has an intermediate valence that is neither trivalent nor divalent. Therefore, the iron in the catalyst is not in a complete Fe 3+ state such as Fe 2 Mo 3 O 12 , whereas it is not in a Fe 2+ state such as FeMoO 4 but in the form of Fe 3-δ or Fe 2 + δ . Suggests it exists. When the value of the X-ray energy is in the above range, the iron atom is dissolved in an active species such as Bi—Mo—O of the catalyst or Co—Mo—O, and the oxidation state of the iron atom, Bi—Mo—O, etc. And the coordinated state of iron to Co—Mo—O are optimized. This is considered to be because Fe 2 Mo 3 O 12 and Fe 2 O 3 crystals, which are compounds that generate unsaturated carboxylic acid and carbon dioxide, are not generated even during redox during the reaction.
モリブデンと複合化した鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点は7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れ、好ましくは、7125.5〜7126.5eVのX線エネルギーに現れ、より好ましくは7125.6〜7126.0eVのX線エネルギーに現れる。X線エネルギーが7125.3±0.1eVより小さいと鉄の価数は完全に2価となり、過還元状態となり、収率が低下する。一方、X線エネルギーが7127.0eVより高いと鉄は完全に3価で酸化状態になり、不飽和カルボン酸や二酸化炭素の生成が促進され、不飽和アルデヒドの選択率が低下する。 The first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum of iron combined with molybdenum appears in the X-ray energy of 7125.5 to 7127.0 eV, preferably 7125 It appears in X-ray energy of 0.5 to 7126.5 eV, and more preferably appears in X-ray energy of 715.6 to 7126.0 eV. When the X-ray energy is smaller than 715.3 ± 0.1 eV, the valence of iron becomes completely divalent, and is in an overreduced state, resulting in a decrease in yield. On the other hand, when the X-ray energy is higher than 7127.0 eV, iron is completely trivalent and oxidized, the production of unsaturated carboxylic acid and carbon dioxide is promoted, and the selectivity of unsaturated aldehyde is lowered.
なお、上記表1のようにαF2O3(酸化鉄(III))の第一変曲点は7126.1±0.1の範囲に表れることが知られているが、単純酸化物である酸化鉄(III)は、モリブデンと複合化していないため、不飽和アルデヒドの製造において有用な活性を示さない。また、金属鉄(0価)としてFe foilが存在し、2価の酸化鉄としてFeO(2価の酸化鉄)が存在する。どちらも7125.5〜7127.0eVの範囲から外れ、モリブデンと複合化していないため、不飽和アルデヒドの製造において有用な活性を示さない。 As shown in Table 1, the first inflection point of αF 2 O 3 (iron oxide (III)) is known to appear in the range of 716.1 ± 0.1, but is a simple oxide. Since iron (III) oxide is not complexed with molybdenum, it does not exhibit useful activity in the production of unsaturated aldehydes. In addition, Fe foil exists as metallic iron (zero valent), and FeO (divalent iron oxide) exists as divalent iron oxide. Both are outside the range of 715.5-7127.0 eV and are not complexed with molybdenum and therefore do not exhibit useful activity in the production of unsaturated aldehydes.
なお、本実施形態に係る酸化物触媒がモリブデンと複合化した鉄を有するかいなかは、XRDにより確認することができる。具体的には、CuKα線をX線源として得られるX線回折図における回折角(2θ)が、少なくとも12.99 °±0.3°、18.30 °±0.3°、23.02°±0.3°、28.20°±0.3°、33.65°±0.3°、46.15°±0.3°の範囲に回折ピークを有すれば、酸化物触媒がモリブデンと複合化した鉄を有すると判断する。 In addition, it can be confirmed by XRD whether the oxide catalyst according to the present embodiment has iron complexed with molybdenum. Specifically, the diffraction angle (2θ) in an X-ray diffraction diagram obtained using CuKα rays as an X-ray source is at least 12.99 ° ± 0.3 °, 18.30 ° ± 0.3 °, 23.02. If there is a diffraction peak in the range of ° ± 0.3 °, 28.20 ° ± 0.3 °, 33.65 ° ± 0.3 °, 46.15 ° ± 0.3 °, the oxide catalyst Judged to have iron complexed with molybdenum.
<Fe−K吸収端X線吸収微細構造(XAFS)スペクトルの測定方法>
鉄のK吸収端X線吸収微細構造の測定は、財団法人高輝度光科学研究センター 大型放射光施設 SPring−8のビームラインBL08B2において、下記条件により行うことが可能であるが、本発明の化合物のFe−K XAFSの測定は他の方法でも可能であり、測定方法を限定されない。
<Method for Measuring Fe-K Absorption Edge X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) Spectrum>
The measurement of the X-ray absorption fine structure of the K absorption edge of iron can be performed under the following conditions in the beam line BL08B2 of the SPring-8, a large synchrotron radiation research center, a high-intensity photoscience research center. The Fe-K XAFS can be measured by other methods, and the measurement method is not limited.
光学系及び検出器:Si(111)二結晶分光器を用いてX線エネルギーを分光し透過法によるXAFS測定を行う。検出器にはイオンチャンバーを用いる。入射X線(I0)側のイオンチャンバーにはN2100%のガスを流通させ、サンプル透過後のX線(I1)側のイオンチャンバーにはAr25%及びN275%を含むガスを流通させる。イオンチャンバーの電極長は入射X線(I0)側のイオンチャンバーの電極長が140mmであり、サンプル透過後のX線(I1)側のイオンチャンバーの電極長が280mmである。また、それぞれのイオンチャンバーの電極における印加電圧は960Vである。X線(I0)及びX線(I1)のイオンチャンバーにおいて電流信号の電圧変換及び増幅を行うカレントアンプのゲイン設定は1E+8V/Aとして測定を行う。 Optical system and detector: X-ray energy is dispersed using a Si (111) double crystal spectrometer and XAFS measurement is performed by a transmission method. An ion chamber is used for the detector. N 2 100% gas is circulated in the ion chamber on the incident X-ray (I0) side, and a gas containing Ar25% and N 2 75% is circulated in the ion chamber on the X-ray (I1) side after passing through the sample. . Regarding the electrode length of the ion chamber, the electrode length of the ion chamber on the incident X-ray (I0) side is 140 mm, and the electrode length of the ion chamber on the X-ray (I1) side after passing through the sample is 280 mm. The applied voltage at each electrode of the ion chamber is 960V. The measurement is performed with the gain setting of the current amplifier performing voltage conversion and amplification of the current signal in the ion chamber of the X-ray (I0) and X-ray (I1) being 1E + 8V / A.
エネルギー校正:3.4μm厚みのFe foilを用いて測定を行い、第一変曲点を求めてエネルギー値7110.08eVとする。本発明で使用するXAFS解析法では、鉄のK吸収端のX線吸収微細構造(XAFS:X−ray Absorption Fine Structure)の測定を行い、このうちのX線吸収近傍構造(XANES:X−ray Absorption Near Edge Structure)部分を解析することにより、金属の電子状態(価数や結合状態)の評価を行うことができる。上述のようなXAFSの測定方法は、「X線吸収微細構造−XAFSの測定と解析−、日本分光学会測定法シリーズ26、8−10頁」等に記載されている。 Energy calibration: Measurement is performed using a 3.4 μm-thick Fe foil, and the first inflection point is obtained to obtain an energy value of 7110.08 eV. In the XAFS analysis method used in the present invention, the X-ray absorption fine structure (XAFS) of the iron K absorption edge is measured, and the X-ray absorption near structure (XANES: X-ray) is measured. By analyzing the Absorption Near Edge Structure portion, the electronic state (valence and bonding state) of the metal can be evaluated. The XAFS measurement method as described above is described in "X-ray absorption fine structure-measurement and analysis of XAFS-, Spectroscopical Society Measurement Method Series 26, pages 8-10" and the like.
さらに具体的な測定方法を以下に示す。サンプルとなる酸化物触媒及び標準物質3−10mgをメノウ乳鉢を用いて充分に粉砕し、適量の窒化ホウ素を希釈剤として加え、さらに混合、粉砕して試料を得る。この試料をステンレス製の鋳型で厚さ1mm、直径10mmのペレット状にし、入射ビームがペレットのほぼ中心になるように試料を配置する。鉄原子が吸収する範囲のX線を照射し、試料前後のX線強度I0及びI1の値を計測して、X線のエネルギーを横軸に、吸光度μ=ln(I0/I1)を縦軸にプロットしたものをX線吸収スペクトルとする。このX線吸収スペクトルを「X線吸収分光法 −XAFSとその応用−、株式会社アイピーシー発行、59−60頁」に記載の方法により規格化し、さらに1階微分して得られるパターンを1階微分X線吸収スペクトルとする。 A more specific measuring method is shown below. The sample oxide catalyst and 3-10 mg of the standard substance are sufficiently pulverized using an agate mortar, an appropriate amount of boron nitride is added as a diluent, and further mixed and pulverized to obtain a sample. This sample is formed into a pellet having a thickness of 1 mm and a diameter of 10 mm using a stainless steel mold, and the sample is arranged so that the incident beam is substantially at the center of the pellet. Irradiate X-rays in the range absorbed by iron atoms, measure the values of X-ray intensities I0 and I1 before and after the sample, the X-ray energy on the horizontal axis, and the absorbance μ = ln (I0 / I1) on the vertical axis The X-ray absorption spectrum is plotted in FIG. The X-ray absorption spectrum is normalized by the method described in “X-ray absorption spectroscopy -XAFS and its application-, published by IPC Co., Ltd., pages 59-60”, and a pattern obtained by first-order differentiation is obtained on the first floor. Let it be a differential X-ray absorption spectrum.
このX線吸収データから第一変曲点を読み取って吸収端のエネルギー値E0とする。XANESスペクトルの吸収端エネルギー位置は結合エネルギーに相当し、吸収原子の価数が大きくなるほど吸収端は高エネルギー側にシフトし、吸収原子の価数が小さくなるほど吸収端は低エネルギー側にシフトする。 The first inflection point is read from the X-ray absorption data and is set as the energy value E0 at the absorption edge. The absorption edge energy position of the XANES spectrum corresponds to the binding energy, and the absorption edge shifts to the higher energy side as the valence of the absorption atom increases, and the absorption edge shifts to the lower energy side as the valence of the absorption atom decreases.
(2)組成
本実施形態に係る酸化物触媒は、好ましくは、下記組成式(1)で表される組成を有する。このような組成を有することにより、オレフィン及び/又はアルコールを原料とする不飽和アルデヒドの製造において、不飽和カルボン酸の生成がより少なく、不飽和アルデヒドの選択率がより高い傾向にある。
Mo12BiaFebCocCedAeBfOg (1)
(式(1)中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウムを示し、
Aは、カリウム、セシウム、及びルビジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、
Bは、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、及びユウロピウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、
a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、1.5≦a≦6、2≦b≦6、2≦c≦8、0.5≦d≦6、0.01≦e≦2、及び0≦f<2を満たし、
gは酸素以外の構成元素の原子価によって決まる酸素の原子数である。)
(2) Composition The oxide catalyst according to the present embodiment preferably has a composition represented by the following composition formula (1). By having such a composition, in the production of unsaturated aldehydes using olefins and / or alcohols as raw materials, the production of unsaturated carboxylic acids is less, and the selectivity of unsaturated aldehydes tends to be higher.
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g (1)
(In the formula (1), Mo represents molybdenum, Bi represents bismuth, Fe represents iron, Co represents cobalt, and Ce represents cerium.
A represents at least one element selected from the group consisting of potassium, cesium, and rubidium;
B represents at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, praseodymium, neodymium, and europium,
a to f indicate the atomic ratio of each element to the Mo12 atom, and 1.5 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 6, 2 ≦ c ≦ 8, 0.5 ≦ d ≦ 6, 0.01 ≦ e ≦ 2 and 0 ≦ f <2,
g is the number of oxygen atoms determined by the valence of the constituent elements other than oxygen. )
本実施形態に係る酸化物触媒は、Mo、Bi、Ce、Feを含む。これにより、Mo−Bi系の金属酸化物において各金属元素が複合化する。 The oxide catalyst according to the present embodiment includes Mo, Bi, Ce, and Fe. Thereby, each metal element is compounded in the Mo-Bi metal oxide.
また、BiとMoは、気相接触酸化、アンモ酸化反応等の活性種とされているBi2Mo3O12、Bi2MoO6等の複合酸化物を形成しやすく、触媒活性は高いものの、一方でこれら複合酸化物は、融点が低く、耐熱性が低い。これに対して、CeとMoは、Ce2Mo3O12等の複合酸化物を形成し難いが、これら複合酸化物は融点が高く、耐熱性が高い。そのため、本実施形態に係る酸化物触媒は、Mo、Bi、Ceを含み、これらを適切に複合化させることにより、耐熱性のあるCe2Mo3O12にBiが固溶して複合化された構造を有し、高い活性と耐熱性を併せ持つ複合酸化物が形成される。このような観点から、Mo12原子に対して、Biの原子比aは、1.5≦a≦6が好ましく、より好ましくは2≦a≦5であり、さらに好ましくは2≦a≦4である。原子比aが上記範囲内であることにより、不飽和アルデヒドの選択率がより高くなる傾向にある。また、Ceの原子比dは、0.5≦d≦6が好ましく、より好ましくは1≦d≦5、さらに好ましくは1≦d≦4である。原子比dが上記範囲内であることにより、耐熱性がより高くなる傾向にある。 Bi and Mo are easy to form complex oxides such as Bi 2 Mo 3 O 12 and Bi 2 MoO 6 which are active species such as gas phase catalytic oxidation and ammoxidation reaction, and have high catalytic activity. On the other hand, these composite oxides have a low melting point and low heat resistance. On the other hand, Ce and Mo hardly form a composite oxide such as Ce 2 Mo 3 O 12, but these composite oxides have a high melting point and high heat resistance. Therefore, the oxide catalyst according to the present embodiment includes Mo, Bi, and Ce, and by appropriately combining these, Bi is solid-solved and combined into heat-resistant Ce 2 Mo 3 O 12. A complex oxide having a high structure and having both high activity and heat resistance is formed. From such a viewpoint, the atomic ratio a of Bi with respect to the Mo12 atom is preferably 1.5 ≦ a ≦ 6, more preferably 2 ≦ a ≦ 5, and further preferably 2 ≦ a ≦ 4. . When the atomic ratio a is within the above range, the selectivity of the unsaturated aldehyde tends to be higher. The atomic ratio d of Ce is preferably 0.5 ≦ d ≦ 6, more preferably 1 ≦ d ≦ 5, and further preferably 1 ≦ d ≦ 4. When the atomic ratio d is within the above range, the heat resistance tends to be higher.
本実施形態に係る酸化物触媒は、Feを含む。Feを含むことにより目的生成物の選択率を低下させることなく触媒活性を高めることができる。そのため、FeはMo、Biと同様に工業的に目的生成物を合成する上で必須元素である。しかしながら、上述のとおり、3価のFe含量が多くなるとFe2O3が生成し、COやCO2等の副生成物が増加し、目的生成物の選択率が低下する傾向にある。従来の酸化物触媒では、Feは3価の状態で存在しているため、Feは有効利用されていなかった。この点に関して、本発明者らは、従来よりも調製法と焼成法を工夫することで3価のFeを含む酸化物触媒中のFeの酸化状態を変えられることを見出し、所定の酸化状態であれば目的生成物(不飽和アルデヒド)の選択率をさらに高められることを見出した。具体的には、鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点が7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れる酸化状態であれば、目的生成物(不飽和アルデヒド)の選択率をさらに高められることを見出した。 The oxide catalyst according to this embodiment includes Fe. By including Fe, the catalytic activity can be enhanced without lowering the selectivity of the target product. Therefore, Fe is an essential element for industrially synthesizing a target product, like Mo and Bi. However, as described above, when the trivalent Fe content increases, Fe 2 O 3 is generated, and by-products such as CO and CO 2 increase, and the selectivity of the target product tends to decrease. In conventional oxide catalysts, since Fe exists in a trivalent state, Fe has not been effectively used. In this regard, the present inventors have found that the oxidation state of Fe in the oxide catalyst containing trivalent Fe can be changed by devising the preparation method and the calcining method than in the past, and in a predetermined oxidation state. It has been found that the selectivity of the target product (unsaturated aldehyde) can be further increased if it exists. Specifically, if the first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the iron K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum is an oxidation state appearing in X-ray energy of 715.55.57127.0 eV The inventors have found that the selectivity of the target product (unsaturated aldehyde) can be further increased.
本実施形態に係る酸化物触媒のMo12原子に対するFeの原子比bは2≦b≦6であり、好ましくは2.5≦b≦5、さらに好ましくは、3≦b≦4.5である。このような範囲であることにより、目的生成物(不飽和アルデヒド)の選択率がより高くなる傾向にある。 The atomic ratio b of Fe to Mo12 atoms in the oxide catalyst according to this embodiment is 2 ≦ b ≦ 6, preferably 2.5 ≦ b ≦ 5, and more preferably 3 ≦ b ≦ 4.5. By being in such a range, the selectivity of the target product (unsaturated aldehyde) tends to be higher.
本実施形態に係る酸化物触媒は、Coを含む。Coは、Mo、Bi、Feと同様に工業的に目的生成物を合成する上で必須元素であり、複合酸化物CoMoO4を形成し、Bi−Mo−O等の活性種を高分散させるための担体としての役割と、気相から酸素を取り込み、Bi−Mo−O等に供給する役割を果たしている。不飽和アルデヒドを高収率で得るには、CoはMoと複合化させ、複合酸化物CoMoO4を形成することが好ましい。Coの原子比cは2≦c≦8であることが好ましく、より好ましくは2.5≦c≦6、さらに好ましくは3≦c≦5である。原子比cが上記範囲であることにより、Co3O4やCoO等の単独酸化物の形成をより少なくできる傾向にある。 The oxide catalyst according to this embodiment includes Co. Co is an essential element for industrially synthesizing a target product like Mo, Bi, and Fe, and forms a composite oxide CoMoO 4 to highly disperse active species such as Bi—Mo—O. It plays a role as a carrier of oxygen and takes in oxygen from the gas phase and supplies it to Bi-Mo-O or the like. In order to obtain an unsaturated aldehyde in a high yield, it is preferable that Co is complexed with Mo to form a complex oxide CoMoO 4 . The atomic ratio c of Co is preferably 2 ≦ c ≦ 8, more preferably 2.5 ≦ c ≦ 6, and further preferably 3 ≦ c ≦ 5. When the atomic ratio c is in the above range, formation of single oxides such as Co 3 O 4 and CoO tends to be reduced.
本実施形態に係る酸化物触媒は、Aを含んでもよい。Aはカリウム、セシウム、及びルビジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。Aは、不飽和アルデヒド製造用触媒において、触媒で複合化されなかったMoO3等の酸点を中和する役割を示すと考えられている。なお、カリウム、セシウム、及びルビジウムを酸化物触媒中に含有してもしなくても、鉄の価数には影響しない。Mo12原子に対するこれらの元素の原子比eは、触媒活性の観点から、0.01≦e≦2であることが好ましく、0.03≦e≦1であることがより好ましく、0.05≦e≦0.4であることがさらに好ましい。原子比eが上記範囲内であることにより、触媒が塩基性となりにくく、原料であるオレフィンやアルコールの酸化反応において触媒に吸着されやすくなり、触媒活性がより優れる傾向にある。 The oxide catalyst according to this embodiment may include A. A represents at least one element selected from the group consisting of potassium, cesium, and rubidium. A is considered to exhibit a role of neutralizing acid sites such as MoO 3 that have not been complexed by the catalyst in the catalyst for producing an unsaturated aldehyde. In addition, even if it does not contain potassium, cesium, and rubidium in an oxide catalyst, it does not affect the valence of iron. The atomic ratio e of these elements to Mo12 atoms is preferably 0.01 ≦ e ≦ 2, more preferably 0.03 ≦ e ≦ 1, and 0.05 ≦ e from the viewpoint of catalytic activity. More preferably, ≦ 0.4. When the atomic ratio e is in the above range, the catalyst is hardly made basic, and is easily adsorbed by the catalyst in the oxidation reaction of olefin or alcohol as a raw material, and the catalytic activity tends to be more excellent.
Bは、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、ユウロピウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。このなかで、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、及び鉛は酸化物中で一部のコバルトに置換し、触媒中のCoMoO4の結晶構造を安定化させるものであると考えられている。また、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、及びユウロピウムは、モリブデンと複合酸化物を形成し、活性を向上させる役割があると考えられている。Bの原子比fは、0≦f<2であることが好ましく、0.1≦f≦1.5であることがより好ましく、0.2≦f≦1であることがさらに好ましい。原子比fが上記範囲内であることにより、不飽和アルデヒドの収率がより向上する傾向にある。Bで示される元素は、触媒中のCoMoO4の結晶構造を安定化させるもの、又は触媒の活性の向上させるものであり、鉄の価数には影響せず、含有量がゼロ(f=0)でもよい任意成分として位置づけられる。 B represents at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, praseodymium, neodymium, and europium. Among them, nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, and lead are substituted with some cobalt in the oxide to stabilize the crystal structure of CoMoO 4 in the catalyst. It is considered to be. In addition, lanthanum, praseodymium, neodymium, and europium are considered to have a role of forming a composite oxide with molybdenum and improving activity. The atomic ratio f of B is preferably 0 ≦ f <2, more preferably 0.1 ≦ f ≦ 1.5, and further preferably 0.2 ≦ f ≦ 1. When the atomic ratio f is within the above range, the yield of the unsaturated aldehyde tends to be further improved. The element represented by B stabilizes the crystal structure of CoMoO 4 in the catalyst or improves the activity of the catalyst, does not affect the valence of iron, and has a content of zero (f = 0 ) May be positioned as an optional component.
(3)金属酸化物以外の成分
本実施形態に係る酸化物触媒は、上述の酸化物を担持するための担体を含有してもよい。担体を含むことにより、酸化物触媒を高分散化でき、担持された金属酸化物に高い耐摩耗性を与えることができる傾向にある。押し出し成型法により触媒を成型する場合には、担体成分を含むことが好ましい。
(3) Components other than metal oxide The oxide catalyst according to the present embodiment may contain a carrier for supporting the above-described oxide. By including the support, the oxide catalyst can be highly dispersed, and the supported metal oxide tends to have high wear resistance. When the catalyst is molded by an extrusion molding method, it is preferable to include a carrier component.
担体としては、特に限定されないが、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアが挙げられる。このなかでもシリカは、他の担体に比べそれ自身不活性であり、目的生成物に対する選択性を減ずることなく、金属酸化物に対し良好なバインド作用を有する点で好ましい担体である。さらに、シリカ担体は担持された金属酸化物に、より高い耐摩耗性を与え易いという点でも好ましい。押し出し成型法により触媒を成型する場合、触媒全体に対する担体の含有量は5〜10質量%であることが好ましい。 Although it does not specifically limit as a support | carrier, For example, a silica, an alumina, a titania, a zirconia is mentioned. Among these, silica is a preferable support in that it is inactive as compared with other supports and has a good binding action on metal oxides without reducing the selectivity to the target product. Further, the silica support is preferable in that it can easily impart higher wear resistance to the supported metal oxide. When the catalyst is molded by the extrusion molding method, the content of the carrier with respect to the whole catalyst is preferably 5 to 10% by mass.
流動床反応器で用いる触媒の場合も、前述と同じ観点から、シリカを担体として用いることが好ましい。触媒中の担体の含有量の上限は、触媒の全質量に対して80質量%以下が好ましく、より好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。担体の含有量の下限は、触媒の全質量に対して20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、40質量%以上がさらに好ましい。担体の含有量の上限が80質量%以下であることにより、Feの価数への影響を与えにくく、見掛比重を調整でき流動性がより向上する傾向にある。また、担体の含有量の下限が20質量%以上であることにより、流動床反応用のような強度を要する触媒の場合、耐破砕正や耐摩耗性等がより高くなる傾向にある。 In the case of a catalyst used in a fluidized bed reactor, it is preferable to use silica as a support from the same viewpoint as described above. The upper limit of the content of the carrier in the catalyst is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and still more preferably 60% by mass or less with respect to the total mass of the catalyst. 20 mass% or more is preferable with respect to the total mass of a catalyst, as for the minimum of content of a support | carrier, 30 mass% or more is more preferable, and 40 mass% or more is further more preferable. When the upper limit of the content of the carrier is 80% by mass or less, it is difficult to affect the valence of Fe, the apparent specific gravity can be adjusted, and the fluidity tends to be further improved. Further, when the lower limit of the content of the support is 20% by mass or more, in the case of a catalyst that requires strength such as for fluidized bed reaction, the resistance to crushing and abrasion resistance tend to be higher.
なお、固定床反応器でメタクロレインを製造する際に、打錠成型した触媒にする場合には担体を含まなくてよい。 In addition, when producing methacrolein in a fixed bed reactor, a support may not be included in the case of making a tablet-molded catalyst.
[3]〔酸化物触媒の製造方法〕
本実施形態に係る酸化物触媒の製造方法は、モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含む酸化物触媒を形成する原料と、酸化剤及び/又は還元剤と、を混合して原料スラリーを得る混合工程と、
得られた原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
得られた乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る仮焼成工程と、
得られた仮焼成体を本焼成して酸化物触媒を得る本焼成工程と、
を含み、
前記仮焼成工程及び前記本焼成工程はする、不活性ガス雰囲気で行い、
前記仮焼成工程において、前記仮焼成体の還元率を10%以上100%未満になるよう制御する。
[3] [Production method of oxide catalyst]
In the method for producing an oxide catalyst according to the present embodiment, a raw material slurry is obtained by mixing a raw material for forming an oxide catalyst containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium with an oxidizing agent and / or a reducing agent. A mixing step;
A drying step of drying the obtained raw material slurry to obtain a dried body,
A pre-baking step of pre-baking the obtained dry body to obtain a pre-fired body;
A main firing step of subjecting the obtained temporary fired body to a main firing to obtain an oxide catalyst;
Including
The preliminary baking step and the main baking step are performed in an inert gas atmosphere,
In the temporary firing step, the reduction rate of the temporary fired body is controlled to be 10% or more and less than 100%.
上述のように、本発明者らは、触媒中の鉄の価数が3価と2価の間の中間的な価数をとる結晶を得ることに着目し、その調製方法を総合的に検討した。しかしながら、単に、組成比を最適化しただけでは、本実施形態に係る酸化物触媒のような鉄が3価と2価の間の中間的な価数をとる結晶にはならない。 As described above, the present inventors have focused on obtaining crystals in which the valence of iron in the catalyst has an intermediate valence between trivalent and divalent, and comprehensively studied its preparation method. did. However, simply optimizing the composition ratio does not result in a crystal in which iron like the oxide catalyst according to the present embodiment has an intermediate valence between trivalent and divalent.
酸化物触媒中の酸化還元度を制御することによって、はじめて鉄が3価と2価の間で中間的な価数をとる結晶が得られることを見出した。また、驚くべきことに、本焼成後の酸化物触媒中の鉄を3価と2価の中間的な価数に制御し、なおかつ、酸化還元度を制御することによって、MoとBiとCeが複合酸化物Bi−Ce−Mo−Oを形成でき、上述のような酸化物触媒が得られることを見出した。 It has been found that by controlling the oxidation-reduction degree in the oxide catalyst, crystals in which iron has an intermediate valence between trivalent and divalent can be obtained for the first time. Surprisingly, by controlling the iron in the oxide catalyst after the main calcination to an intermediate valence between trivalent and divalent, and controlling the oxidation-reduction degree, Mo, Bi and Ce are It has been found that a composite oxide Bi—Ce—Mo—O can be formed, and an oxide catalyst as described above can be obtained.
すなわち、(a)特定の構成元素と、(b)特定のスラリーの調製法、(c)特定の焼成方法の3条件を満たした新たな製造技術によって、鉄が3価と2価の間の中間的な価数をとる結晶を得ることができる That is, by a new manufacturing technology that satisfies the three conditions of (a) a specific constituent element, (b) a specific slurry preparation method, and (c) a specific firing method, iron is between trivalent and divalent. Crystals with intermediate valences can be obtained
上記3条件を満たした新たな製造技術によって、酸化物触媒中の鉄の価数を、3価と2価の間の中間的な価数に制御することで、鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点が7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れる。このように、鉄の価数を3価と2価の間の中間的な価数に制御すると、不飽和アルデヒドの収率がより向上する。 By controlling the valence of iron in the oxide catalyst to an intermediate valence between trivalent and divalent by a new manufacturing technology that satisfies the above three conditions, the K absorption edge X-ray absorption of iron The first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the fine structure spectrum appears in the X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV. Thus, when the valence of iron is controlled to an intermediate valence between trivalent and divalent, the yield of unsaturated aldehyde is further improved.
上述のように鉄の価数を3価と2価の間の中間的な価数に制御する制御し、なおかつ、MoとBiとCeがBi−Ce−Mo−Oを形成するよう酸化還元度を制御する酸化物触媒の設計コンセプトは従来には無い全く新しい知見である。本実施形態によって、従来の酸化物触媒には無い価数の鉄を多量に含む新規構造酸化物触媒の合成が可能になった。このような価数の鉄を多量に含む酸化物は、触媒として用いた場合、再酸化速度を上げ、より高活性となり、反応中の触媒のレドックスサイクルがより有利になるため、低酸素分圧下でも反応が進行する。このため、酸素付加化合物の副生を極力抑制することができる。 As described above, the iron valence is controlled to be an intermediate valence between trivalent and divalent, and the redox degree is such that Mo, Bi, and Ce form Bi—Ce—Mo—O. The design concept of the oxide catalyst that controls the catalyst is a completely new finding that has never existed before. According to this embodiment, it is possible to synthesize a novel structure oxide catalyst containing a large amount of iron having a valence which is not found in conventional oxide catalysts. When used as a catalyst, such an oxide containing a large amount of iron of valence increases the reoxidation rate, becomes more active, and makes the redox cycle of the catalyst during the reaction more advantageous. But the reaction proceeds. For this reason, the by-product of an oxygen addition compound can be suppressed as much as possible.
本実施形態に係る酸化物触媒の製造方法は、モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含む酸化物触媒を形成する原料と、酸化剤及び/又は還元剤と、を混合して原料スラリーを得る混合工程と、得られた原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、得られた乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る仮焼成工程と、得られた仮焼成体を本焼成して酸化物触媒を得る本焼成工程と、を含む。以下、各工程の好ましい態様について詳細に説明する。 In the method for producing an oxide catalyst according to the present embodiment, a raw material slurry is obtained by mixing a raw material for forming an oxide catalyst containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium with an oxidizing agent and / or a reducing agent. A mixing step, a drying step of drying the obtained raw material slurry to obtain a dried body, a temporary firing step of temporarily firing the obtained dried body to obtain a temporarily fired body, and a main firing of the obtained temporarily fired body And a main firing step of obtaining an oxide catalyst. Hereinafter, the preferable aspect of each process is demonstrated in detail.
(1)原料の調製〔混合工程〕
混合工程では、モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト及びセリウムを含む酸化物触媒を形成する原料と、酸化剤及び/又は還元剤と、を混合して原料スラリーを得る。
なお必要に応じて、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、ユウロピウムの各元素源を原料スラリーに含めることもできる。これらは、水又は硝酸に可溶なアンモニウム塩、硝酸塩、塩酸塩、有機酸塩、酸化物、水酸化物、炭酸塩等として用いることができる。酸化物として用いる場合は、酸化物が水又は有機溶媒に分散された分散液が好ましく、より好ましくは酸化物が水に分散された分散液である。水に分散されている場合、酸化物の凝集を抑制し、高分散させるために高分子等の界面活性剤が含まれていてもよい。酸化物の粒子径は好ましくは1〜500nm、より好ましくは10〜80nmである。担体を含有する酸化物触媒を製造する場合は、原料スラリーにシリカ原料としてシリカゾルを添加することが好ましい。
(1) Preparation of raw materials [mixing step]
In the mixing step, a raw material slurry is obtained by mixing a raw material for forming an oxide catalyst containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium with an oxidizing agent and / or a reducing agent.
If necessary, each element source of nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, praseodymium, neodymium, and europium can be included in the raw slurry. These can be used as ammonium salts, nitrates, hydrochlorides, organic acid salts, oxides, hydroxides, carbonates and the like soluble in water or nitric acid. When used as an oxide, a dispersion in which the oxide is dispersed in water or an organic solvent is preferable, and a dispersion in which the oxide is dispersed in water is more preferable. In the case of being dispersed in water, a surfactant such as a polymer may be contained in order to suppress aggregation of the oxide and highly disperse it. The particle diameter of the oxide is preferably 1 to 500 nm, more preferably 10 to 80 nm. When producing an oxide catalyst containing a support, it is preferable to add silica sol as a silica raw material to the raw slurry.
鉄の価数を制御し、モリブデンとビスマスとセリウムを複合化させて、Bi−Ce−Mo−Oが形成されるように酸化還元度を制御するため、上記原料混合スラリーに酸化剤及び/又は還元剤を添加する。後述の仮焼成体の還元度をコントロールする観点から、還元剤は酸化剤よりも多いことが好ましい。鉄以外の元素まで還元され、他の金属まで過還元されないように還元剤と酸化剤を共に用いることが好ましい。 In order to control the valence of iron, to combine molybdenum, bismuth, and cerium, and to control the redox degree so that Bi-Ce-Mo-O is formed, an oxidizing agent and / or Add reducing agent. From the viewpoint of controlling the degree of reduction of the calcined product described later, the reducing agent is preferably more than the oxidizing agent. It is preferable to use both a reducing agent and an oxidizing agent so that elements other than iron are reduced and other metals are not excessively reduced.
酸化剤としては、特に限定されないが、例えば、硝酸、過酸化水素、過塩素酸類が挙げられる。これら酸化剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as an oxidizing agent, For example, nitric acid, hydrogen peroxide, and perchloric acid are mentioned. These oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more.
還元剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリカルボン酸、ポリアクリルアミド等の水溶性ポリマー;アミノカルボン酸類、マロン酸、コハク酸等の多価カルボン酸、ヒドラジン、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸等のアミン類;グリコール酸、りんご酸、しゅう酸、酒石酸、クエン酸等の有機酸が挙げられる。これら還元剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as a reducing agent, For example, water-soluble polymers, such as polyethyleneglycol, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polycarboxylic acid, polyacrylamide; Polycarboxylic acid, such as aminocarboxylic acids, malonic acid, succinic acid, Examples include amines such as hydrazine, ethylenediamine, and ethylenediaminetetraacetic acid; and organic acids such as glycolic acid, malic acid, oxalic acid, tartaric acid, and citric acid. These reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
なお、混合工程において各元素源として用いた原料に、最初から上記酸化剤及び還元剤が含まれてもよい。例えば、酸化物触媒を構成する原料を硝酸塩、塩酸塩、アンモニウム塩、有機酸塩、炭酸塩として用いることが挙げられる。 In addition, the said oxidizing agent and a reducing agent may be contained from the beginning in the raw material used as each element source in a mixing process. For example, the raw material which comprises an oxide catalyst is used as nitrate, hydrochloride, ammonium salt, organic acid salt, and carbonate.
酸化剤の添加量は、金属酸化物に対して0.5〜50質量%の範囲で添加することが好ましく、10〜40質量%がより好ましく、20〜40質量%がさらに好ましい。添加量が上記範囲内であることにより、酸化及び還元度合の均一性が優れる傾向にある。 The addition amount of the oxidizing agent is preferably added in the range of 0.5 to 50% by mass with respect to the metal oxide, more preferably 10 to 40% by mass, and still more preferably 20 to 40% by mass. When the addition amount is within the above range, the uniformity of the degree of oxidation and reduction tends to be excellent.
還元剤の添加量は、上記原料に対して1〜40質量%の範囲で添加することが好ましく、1〜30質量%がより好ましく、3〜20質量%がさらに好ましい。添加量が上記範囲内であることにより、酸化及び還元度をより制御しやすい傾向にある。また、添加量が40質量%以下であることにより、Feが完全に2価に過還元されたり、MoがMoO2や金属Moに過還元されたり、Biは金属Biに過還元されたりすることを抑制できる傾向にある。 The addition amount of the reducing agent is preferably 1 to 40% by mass, more preferably 1 to 30% by mass, and further preferably 3 to 20% by mass with respect to the raw material. When the addition amount is within the above range, the degree of oxidation and reduction tends to be more easily controlled. In addition, when the addition amount is 40% by mass or less, Fe is completely reduced to bivalent, Mo is excessively reduced to MoO 2 or metal Mo, or Bi is excessively reduced to metal Bi. There is a tendency to be able to suppress.
原料スラリーの調製方法は通常用いられる方法であれば、特に限定されないが、例えば、モリブデンのアンモニウム塩を温水に溶解させた溶液と、ビスマス、セリウム、鉄、コバルト、アルカリ金属を硝酸塩として水又は硝酸水溶液に溶解させた溶液とを混合することにより調製することができる。混合後のスラリー中の金属元素濃度は、好ましくは1〜50質量%であり、より好ましくは10〜40質量%であり、さらに好ましくは20〜40質量%である。金属元素濃度が上記範囲内であることにより、酸化及び還元度合の均一性が優れる傾向にある。 The method of preparing the raw slurry is not particularly limited as long as it is a commonly used method. It can be prepared by mixing a solution dissolved in an aqueous solution. The metal element concentration in the slurry after mixing is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, and still more preferably 20 to 40% by mass. When the metal element concentration is within the above range, the uniformity of the degree of oxidation and reduction tends to be excellent.
(熟成工程)
上記アンモニウム塩と硝酸塩とを混合すると沈殿を生じ、原料スラリーとなり易い。このような原料スラリー20℃以上の温度で熟成させる熟成工程をさらに含むことが好ましい。熟成工程を有することにより、より均一な原料スラリーとなる傾向にある。本明細書中、スラリーの「熟成」とはスラリーを懸濁させた状態で保持することを示す。懸濁させるためには、継続的及び/又は断続的にスラリーを攪拌するのが好ましく、この攪拌の工程で、固形分を粉砕し、触媒前駆体の生成を促し、より微細で均一なスラリーにすることができる。酸化剤と還元剤を混合した場合、スラリーの粘度が高くなり、均一なスラリーができず、後述する焼成工程で均一な還元ができにくくなることから、熟成を行うことが特に好ましい。
(Aging process)
When the ammonium salt and nitrate are mixed, precipitation occurs and the slurry is likely to be a raw material slurry. It is preferable to further include an aging step of aging at a temperature of 20 ° C. or higher. By having an aging step, it tends to be a more uniform raw material slurry. In the present specification, “aging” of the slurry means holding the slurry in a suspended state. In order to suspend the slurry, it is preferable to stir the slurry continuously and / or intermittently. In this stirring step, the solid content is pulverized to promote the formation of the catalyst precursor, and to a finer and more uniform slurry. can do. When an oxidizing agent and a reducing agent are mixed, the viscosity of the slurry becomes high, a uniform slurry cannot be formed, and it is difficult to perform uniform reduction in the firing step described later.
原料スラリーを熟成する場合、目的とする複合結晶及び/又はその前駆体を得るために、室温以上の温度であって、原料スラリーの媒体が液状を保つ温度に加熱することが望ましく、具体的には、20℃〜90℃が好ましく、より好ましくは30℃〜80℃、さらに好ましくは50℃〜70℃である。この温度範囲にあることにより、2価の鉄化合物と3価の鉄化合物が別々に生成せず、触媒中の鉄の価数が3価と2価の間の中間的な価数をとる複合結晶を得ることができる傾向にある。具体的には、熟成工程を行うとA−B−Fe(2価と3価の中間)−Mo−Oで表されるような複合酸化物が生じやすくなる傾向にある。一方で、熟成工程を行わない場合には、A−Fe(3価)−Mo−OとB−Fe(2価)−Mo−Oと表されるような2以上の複合酸化物が生じやすくなる傾向にある。このなかでも、不飽和アルデヒドの転化率の観点から、A−B−Fe(2価と3価の中間)−Mo−Oで表されるような複合酸化物が生じるほうが好ましい。 When the raw material slurry is aged, in order to obtain the target composite crystal and / or precursor thereof, it is desirable to heat the raw material slurry to a temperature at which the medium of the raw material slurry is kept in a liquid state. Is preferably 20 ° C to 90 ° C, more preferably 30 ° C to 80 ° C, and still more preferably 50 ° C to 70 ° C. By being in this temperature range, a divalent iron compound and a trivalent iron compound are not generated separately, and the iron valence in the catalyst is an intermediate valence between trivalent and divalent. There is a tendency to obtain crystals. Specifically, when an aging step is performed, a composite oxide represented by AB-Fe (between divalent and trivalent) -Mo-O tends to be generated. On the other hand, when the aging step is not performed, two or more composite oxides such as A-Fe (trivalent) -Mo-O and B-Fe (divalent) -Mo-O are likely to be generated. Tend to be. Among these, from the viewpoint of the conversion rate of the unsaturated aldehyde, it is preferable that a composite oxide represented by AB—Fe (an intermediate between divalent and trivalent) —Mo—O is generated.
原料スラリーの攪拌には、攪拌羽根や攪拌子等、一般的な攪拌手段を使用することができ、原料スラリーの粘度等に応じて適宜選択可能であるが、攪拌速度は50〜3000rpmが好ましい。スラリーの温度や攪拌エネルギーに応じて、触媒前駆体の生成に必要な熟成時間は異なり、温度が高いほど、また攪拌エネルギーが大きいほど、適切な熟成時間は短くなる傾向にある。例えば、スラリー温度が20℃〜90℃で、スターラーを使って攪拌処理をする場合、熟成時間は生産性の観点から1〜24時間が好ましく、より好ましくは1〜20時間、さらに好ましくは1〜10時間である。 For stirring the raw material slurry, a general stirring means such as a stirring blade or a stirring bar can be used. The stirring can be appropriately selected according to the viscosity of the raw material slurry, but the stirring speed is preferably 50 to 3000 rpm. The aging time required for the production of the catalyst precursor varies depending on the temperature of the slurry and the stirring energy. The higher the temperature and the larger the stirring energy, the shorter the appropriate aging time tends to be. For example, when the slurry temperature is 20 ° C. to 90 ° C. and stirring is performed using a stirrer, the aging time is preferably 1 to 24 hours from the viewpoint of productivity, more preferably 1 to 20 hours, still more preferably 1 to 10 hours.
(2)乾燥〔乾燥工程〕
乾燥工程では、混合工程で得られた原料スラリーを乾燥して乾燥体(例えば、乾燥粒子)を得る。乾燥方法は、特に制限されず、一般に用いられている方法によって行うことができ、例えば、蒸発乾涸法、噴霧乾燥法、減圧乾燥法等の任意の方法で行なうことができる。噴霧乾燥法としては、通常工業的に実施される遠心方式、二流体ノズル方式及び高圧ノズル方式等を採用することができる。また、乾燥熱源としては、特に限定されないが、例えば、スチーム、電気ヒーター等によって加熱された空気を用いることが好ましい。この際、噴霧乾燥装置の乾燥機入口の温度は、好ましくは150〜400℃、より好ましくは180〜400℃、さらに好ましくは200〜350℃である。上記温度範囲であることにより、複合酸化物が形成されやすい傾向にある。
(2) Drying [drying process]
In the drying step, the raw material slurry obtained in the mixing step is dried to obtain a dried body (for example, dry particles). The drying method is not particularly limited, and can be performed by a generally used method. For example, the drying method can be performed by an arbitrary method such as an evaporation drying method, a spray drying method, or a reduced pressure drying method. As the spray-drying method, a centrifugal method, a two-fluid nozzle method, a high-pressure nozzle method, or the like, which are usually implemented industrially, can be employed. The drying heat source is not particularly limited, but it is preferable to use air heated by, for example, steam or an electric heater. At this time, the temperature at the inlet of the dryer of the spray dryer is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 180 to 400 ° C, and further preferably 200 to 350 ° C. By being in the above temperature range, a complex oxide tends to be easily formed.
(3)焼成〔仮焼成工程〕
仮焼成工程では、乾燥工程で得られた乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る。仮焼成工程は、不活性ガス雰囲気で行なわれる。仮焼成の目的は、乾燥体中に残存している硝酸の除去と、アンモニウム塩である原料及び硝酸塩である原料に由来する硝酸アンモニウム及び含有酸化剤及び還元剤をおだやかに燃焼させ、鉄を3価から2価にならない程度に徐々に還元することにある。乾燥体に酸化剤及び還元剤の両方が含まれてい場合には、発熱を抑えるために酸化物触媒量は極力少量で行うことが好ましく、酸化及び還元のコントロールが精度よく実施できるようにすることが好ましい。なお、窒素等の不活性ガスではなく、窒素で希釈された酸素や空気でも酸化及び還元をコントロールすることは可能である。しかし、熱処理中に酸素が含まれていると還元剤が分解するときの発熱の制御や、焼成時間の正確なコントロールが難しくなるため、焼成は不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素が挙げられるが、経済的な面から窒素が好ましい。
(3) Firing [temporary firing step]
In the temporary firing step, the dried body obtained in the drying step is temporarily fired to obtain a temporary fired body. The pre-baking step is performed in an inert gas atmosphere. The purpose of the pre-firing is to remove nitric acid remaining in the dried body, and to gently burn the ammonium nitrate and the oxidizing and reducing agents derived from the raw material that is an ammonium salt and the raw material that is the nitrate, and trivalent iron. It is to reduce gradually so that it does not become bivalent. When the dry product contains both an oxidizing agent and a reducing agent, it is preferable to use as little oxide catalyst as possible in order to suppress heat generation, so that the oxidation and reduction can be controlled accurately. Is preferred. It is possible to control oxidation and reduction not with an inert gas such as nitrogen but with oxygen or air diluted with nitrogen. However, if oxygen is contained during the heat treatment, it is difficult to control the heat generation when the reducing agent decomposes and to accurately control the firing time, so firing is preferably performed in an inert gas atmosphere. Although it does not specifically limit as an inert gas, For example, although helium, argon, and nitrogen are mentioned, Nitrogen is preferable from an economical surface.
上記仮焼成工程及び後述する本焼成工程は、特に限定されないが、例えば、回転炉、トンネル炉、マッフル炉等の焼成炉を用いて行うことができる。 Although the said temporary baking process and the main baking process mentioned later are not specifically limited, For example, it can carry out using baking furnaces, such as a rotary furnace, a tunnel furnace, and a muffle furnace.
仮焼成の温度範囲は、好ましくは120〜350℃、より好ましくは150℃〜350℃、さらに好ましくは200℃〜350℃である。また、仮焼成の時間は、0.1〜24時間が好ましく、より好ましくは1〜24時間、さらに好ましくは3〜10時間である。さらに、150℃以下の低温の場合、長時間の仮焼成を行うことが好ましく、330℃以上の高温の場合、2時間以下の短時間の仮焼成を行うことが好ましい。このような温度、時間とすることにより、仮焼成の段階で3価の鉄及びモリブデンからなる酸化物(Fe2Mo3O12)の結晶が生成しにくくなる。その結果、後述の本焼成において3価と2価の間の中間的な価数をとる酸化物触媒が生成し易くなる傾向にある。よって仮焼成温度及び時間の上限は、3価の鉄及びモリブデンからなる酸化物(Fe2Mo3O12)の結晶の生成が起こらない程度に設定するのが好ましい。 The temperature range of pre-baking is preferably 120 to 350 ° C, more preferably 150 to 350 ° C, and still more preferably 200 to 350 ° C. The pre-baking time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 1 to 24 hours, and further preferably 3 to 10 hours. Further, when the temperature is low at 150 ° C. or lower, it is preferable to perform long-time temporary baking, and when the temperature is higher than 330 ° C., it is preferable to perform temporary baking for a short time of 2 hours or less. By setting such temperature and time, crystals of oxide (Fe 2 Mo 3 O 12 ) composed of trivalent iron and molybdenum are hardly generated in the preliminary firing stage. As a result, an oxide catalyst having an intermediate valence between trivalent and divalent tends to be easily formed in the main firing described later. Therefore, it is preferable to set the upper limit of the calcination temperature and time to such an extent that crystals of oxide (Fe 2 Mo 3 O 12 ) composed of trivalent iron and molybdenum do not occur.
仮焼成の際、急激な燃焼反応を抑える観点から、昇温速度は遅い方が好ましい。本実施形態の製造方法において、得られる酸化剤は、多成分系である。それ故、原料を、例えば金属硝酸塩とした場合、各金属硝酸塩の分解温度が異なり、昇温中に硝酸が動くため、焼成後の酸化物組成が不均質になりやすい。また、還元剤が多い場合、急激な発熱が起こる場合がある。酸化還元度は熱によっても変化するため、酸化物触媒の製造において、鉄を3価から3価と2価の間の中間的な価数まで還元するためには、急激な発熱がないようにゆっくりと昇温し、硝酸や有機物等の燃焼や分解成分を除去することが好ましい。上記観点より、昇温速度は、好ましくは0.01℃/min〜100℃/minであり、より好ましくは0.01℃/min〜75℃/minであり、さらに好ましくは0.01℃/min〜50℃/minである。なお、「硝酸が動く」とは、硝酸塩を熱処理していくと分解し、硝酸が脱離し、仮焼成体を移動することをいう。この硝酸の移動によって触媒に含まれる元素が溶けて、元素も触媒粒子中を移動しうる。昇温速度が上記範囲であることにより、硝酸及び元素の移動が抑制され、焼成後の組成が均質になる傾向にある。 From the viewpoint of suppressing a rapid combustion reaction at the time of pre-baking, it is preferable that the rate of temperature increase is slow. In the manufacturing method of this embodiment, the obtained oxidizing agent is a multi-component system. Therefore, when the raw material is, for example, a metal nitrate, the decomposition temperature of each metal nitrate is different and the nitric acid moves during the temperature rise, so that the oxide composition after firing tends to be heterogeneous. Moreover, when there are many reducing agents, a sudden heat_generation | fever may occur. Since the degree of oxidation-reduction changes with heat, in order to reduce iron from trivalent to an intermediate valence between trivalent and divalent in the production of an oxide catalyst, there is no sudden heat generation. It is preferable to slowly raise the temperature to remove combustion and decomposition components such as nitric acid and organic matter. From the above viewpoint, the rate of temperature rise is preferably 0.01 ° C / min to 100 ° C / min, more preferably 0.01 ° C / min to 75 ° C / min, and still more preferably 0.01 ° C / min. min to 50 ° C./min. Note that “the nitric acid moves” means that the nitrate is decomposed by heat treatment, the nitric acid is desorbed, and the pre-fired body is moved. This movement of nitric acid dissolves the elements contained in the catalyst, and the elements can also move in the catalyst particles. When the rate of temperature rise is in the above range, the movement of nitric acid and elements is suppressed, and the composition after firing tends to be uniform.
式で定義される。触媒を硫酸で酸処理することにより、触媒中の還元元素を殆ど酸化することなく還元状態で溶解することができる。これを過マンガン酸カリウムで滴定し、その滴定量より触媒の還元率を求める。
還元率(%)=x/n×100
MnO4 −+5e−+8H+ → Mn2++4H2O
Mn(n−x)→ Men+ + Xe−
(式中、xは電子の数を示し、nは金属の酸化数を示し、Meは金属元素を示し、Xは電子の数を示す。)
It is defined by an expression. By treating the catalyst with sulfuric acid, the reducing element in the catalyst can be dissolved in a reduced state with little oxidation. This is titrated with potassium permanganate, and the reduction rate of the catalyst is determined from the titration amount.
Reduction rate (%) = x / n × 100
MnO 4 − + 5e − + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O
Mn (n−x) → Men + + Xe −
(In the formula, x represents the number of electrons, n represents the oxidation number of the metal, Me represents the metal element, and X represents the number of electrons.)
還元率測定の一例を次に示す。ビーカーに酸化物触媒数百mgを秤量し、50%硫酸を20ml加え、180ml精製水を加え、60分間撹拌する。その後電位差自動滴定装置AT−510(京都電子工業)を用いて過マンガン酸カリウムにより滴定をする。触媒の酸化に消費された過マンガン酸カリウム量から還元率を算出する。 An example of the reduction rate measurement is shown below. Several hundred mg of the oxide catalyst is weighed in a beaker, 20 ml of 50% sulfuric acid is added, 180 ml of purified water is added, and the mixture is stirred for 60 minutes. Thereafter, titration with potassium permanganate is performed using an automatic potentiometric titrator AT-510 (Kyoto Electronics). The reduction rate is calculated from the amount of potassium permanganate consumed for the oxidation of the catalyst.
還元率が10%以上であることにより本焼成後の触媒中の鉄は3価になりにくい傾向にある。また過還元を防ぐため還元率がは100%未満が好ましい。還元率は、より好ましくは20%以上80%未満であり、さらに好ましくは30%以上60%未満である。還元率が上記範囲内であることにより、本焼成後に鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶が生成しやすくなる傾向にある。 When the reduction rate is 10% or more, iron in the catalyst after the main calcination tends not to be trivalent. In order to prevent overreduction, the reduction rate is preferably less than 100%. The reduction rate is more preferably 20% or more and less than 80%, and further preferably 30% or more and less than 60%. When the reduction rate is within the above range, the iron tends to easily form crystals having an intermediate valence between trivalent and divalent after the main calcination.
〔本焼成工程〕
本焼成工程では、仮焼成工程で得られた仮焼成体を本焼成して酸化物触媒を得る。本焼成工程の目的は、所望の結晶構造を形成し易くすることにある。本発明者らの知見によると、結晶構造は焼成温度と焼成時間との積の影響を受けるため、焼成温度と焼成時間とを適切に設定することが好ましい。本焼成の温度は、結晶を成長させる観点で仮焼成の温度より高くすることが好ましい。このような本焼成の焼成温度は、鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶の生成し易さの観点で、400〜700℃が好ましく、より好ましくは400℃〜650℃、さらに好ましくは450℃〜600℃である。このような温度で焼成を行う場合、焼成温度と焼成時間との積を適切にすることで、鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶生成を促すことができる。この観点から、本焼成の時間は、好ましくは0.1〜24時間であり、より好ましくは1〜24時間であり、さらに好ましくは3〜10時間である。結晶構造の生成のために焼成温度及び焼成時間を適切にする観点から、400℃以下の低温の場合、例えば24〜72時間程度の長時間の本焼成を行うことが好ましく、600℃以上の高温の場合、得られる酸化物の表面積が小さくなりすぎて触媒活性が下がってしまうのを防ぐ観点から、1時間以下の短時間の本焼成を行うことが好ましい。
[Main firing process]
In the main firing step, the calcined body obtained in the preliminary firing step is finally fired to obtain an oxide catalyst. The purpose of this firing step is to facilitate the formation of a desired crystal structure. According to the knowledge of the present inventors, since the crystal structure is affected by the product of the firing temperature and the firing time, it is preferable to appropriately set the firing temperature and the firing time. The firing temperature is preferably higher than the preliminary firing temperature from the viewpoint of growing crystals. The firing temperature for such firing is preferably 400 to 700 ° C., more preferably 400 to 650 ° C., from the viewpoint of easy formation of crystals in which iron has an intermediate valence between trivalent and divalent. More preferably, it is 450 degreeC-600 degreeC. When firing at such a temperature, the formation of crystals in which iron has an intermediate valence between trivalent and divalent can be promoted by making the product of the firing temperature and the firing time appropriate. From this viewpoint, the firing time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 1 to 24 hours, and further preferably 3 to 10 hours. From the viewpoint of appropriately adjusting the firing temperature and firing time for the generation of the crystal structure, it is preferable to perform main firing for a long time of about 24 to 72 hours, for example, at a low temperature of 400 ° C. or lower, and a high temperature of 600 ° C. or higher. In this case, from the viewpoint of preventing the surface area of the resulting oxide from becoming too small and reducing the catalytic activity, it is preferable to perform the main firing for a short time of 1 hour or less.
以上の工程を全て行うことで、鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶が形成され易くなる。 By performing all of the above steps, a crystal in which iron has an intermediate valence between trivalent and divalent is easily formed.
本焼成工程において、鉄が3価でも2価でもない中間的な価数をとる結晶が生成したか否かは、本焼成の後に得られる酸化物触媒のX線吸収微細構造解析を行うことによって確認できる。本焼成の後で酸化物触媒のX線吸収微細構造解析を行うと、鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶が生成していれば、上述したとおり、鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点が7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに観察される。3価の鉄及びモリブデンからなる酸化物(Fe2Mo3O12)の結晶が生成する場合は7127.8±0.1eVにピークが現れ、2価の鉄及びモリブデンからなる酸化物(FeMoO4)の結晶が生成する場合は7125.3±0.1eVにピークが現れるが、鉄が3価でも2価でもない中間的な価数をとる結晶の場合は7125.5〜7127.0eVにピークが現れる。このX線エネルギーを指標として、鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶の生成を確認することができる。本実施形態においては、鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第1変曲点が7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに示していれば、鉄が3価と2価の中間的な価数をとる結晶が生成したと判断する。 In the main calcination step, whether or not crystals having an intermediate valence which is neither trivalent nor divalent has been generated can be determined by performing an X-ray absorption fine structure analysis of the oxide catalyst obtained after the main calcination. I can confirm. When the X-ray absorption fine structure analysis of the oxide catalyst is performed after the main calcination, if iron has a crystal having an intermediate valence between trivalent and divalent, as described above, K absorption of iron The first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the edge X-ray absorption fine structure spectrum is observed in the X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV. When a crystal of an oxide composed of trivalent iron and molybdenum (Fe 2 Mo 3 O 12 ) is generated, a peak appears at 7127.8 ± 0.1 eV, and an oxide composed of divalent iron and molybdenum (FeMoO 4 ), A peak appears at 715.3 ± 0.1 eV, but in the case of a crystal having an intermediate valence of iron that is neither trivalent nor divalent, the peak is at 7125.5-7127.0 eV. Appears. Using this X-ray energy as an index, it is possible to confirm the formation of crystals in which iron has an intermediate valence between trivalent and divalent. In the present embodiment, if the first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the iron K-absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum is represented by X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV, It is judged that a crystal in which iron has an intermediate valence between trivalent and divalent is formed.
〔不飽和アルデヒドの製造方法〕
本実施形態に係る不飽和アルデヒドの製造方法は、上記酸化物触媒を用いて、プロピレン、及びイソブチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種のオレフィン、及び/又は、イソブタノール、及びt−ブチルアルコールからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルコール、を酸化反応させる工程を含む。これにより製造される不飽和アルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、メタクロレイン、アクロレインが挙げられる。以下、その具体例について説明するが、本実施形態の製造方法は、以下の具体例に限定されるものではない。
[Method for producing unsaturated aldehyde]
The method for producing an unsaturated aldehyde according to the present embodiment uses at least one olefin selected from the group consisting of propylene and isobutylene and / or isobutanol and t-butyl alcohol using the oxide catalyst. A step of oxidizing at least one alcohol selected from the group consisting of: Although it does not specifically limit as an unsaturated aldehyde manufactured by this, For example, a methacrolein and acrolein are mentioned. Hereinafter, although the specific example is demonstrated, the manufacturing method of this embodiment is not limited to the following specific examples.
(1)メタクロレイン又はアクロレインの製造方法
上記メタクロレイン又はアクロレイは、例えば、本実施形態に係る酸化物触媒を用いて、プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、及び/又はt−ブチルアルコールの気相接触酸化反応を行うことにより得ることができる。気相接触酸化反応は、固定床反応器内の触媒層に、1〜10容量%の、プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、t−ブチルアルコール単独か、若しくはこれらの混合ガスに対して分子状酸素濃度が1〜20容量%になるように、分子状酸素含有ガスと希釈ガスを添加した混合ガスからなる原料ガスを導入する。プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、t−ブチルアルコール、若しくはこれらの混合ガスの濃度は、通常1〜10容量%が好ましく、より好ましくは6〜10容量%、さらに好ましくは7〜9容量%である。反応温度は300〜480℃が好ましく、より好ましくは350℃〜450℃、さらに好ましくは400℃〜450℃である。圧力は、常圧〜5気圧であり、空間速度400〜4000/hr[Normal temperature pressure (NTP)条件下]で原料ガスを導入することで反応を行うことができる。酸素と、プロピレン、イソブチレン、イソブタノール、t−ブチルアルコール単独か、若しくはこれらの混合ガスのモル比は、不飽和アルデヒドの収率を向上させるために反応器の出口酸素濃度を制御する観点から、通常1.0〜2.0であり、好ましくは1.1〜1.8、より好ましくは1.2〜1.8である。
(1) Method for producing methacrolein or acrolein The methacrolein or acrolein is, for example, gas phase catalytic oxidation of propylene, isobutylene, isobutanol, and / or t-butyl alcohol using the oxide catalyst according to the present embodiment. It can be obtained by carrying out the reaction. In the gas phase catalytic oxidation reaction, 1 to 10% by volume of propylene, isobutylene, isobutanol, t-butyl alcohol alone, or a mixed oxygen of these molecules is added to the catalyst layer in the fixed bed reactor. A raw material gas composed of a mixed gas to which a molecular oxygen-containing gas and a diluent gas are added is introduced so that the gas content becomes 1 to 20% by volume. The concentration of propylene, isobutylene, isobutanol, t-butyl alcohol, or a mixed gas thereof is usually preferably 1 to 10% by volume, more preferably 6 to 10% by volume, and still more preferably 7 to 9% by volume. The reaction temperature is preferably from 300 to 480 ° C, more preferably from 350 to 450 ° C, still more preferably from 400 to 450 ° C. The pressure is normal pressure to 5 atm, and the reaction can be carried out by introducing the raw material gas at a space velocity of 400 to 4000 / hr (under normal temperature pressure (NTP) conditions). The molar ratio of oxygen and propylene, isobutylene, isobutanol, t-butyl alcohol alone, or a mixed gas thereof is used from the viewpoint of controlling the outlet oxygen concentration of the reactor in order to improve the yield of unsaturated aldehyde. Usually, it is 1.0-2.0, Preferably it is 1.1-1.8, More preferably, it is 1.2-1.8.
分子状酸素含有ガスとしては、特に限定されないが、例えば、純酸素ガス、及びN2O、空気等の酸素を含むガスが挙げられる。このなかでも、工業的観点から空気が好ましい。希釈ガスとしては、特に限定されないが、例えば、窒素、二酸化炭素、水蒸気及びこれらの混合ガスが挙げられる。混合ガスにおける、分子状酸素含有ガスと希釈ガスの混合比は、体積比で下記不等式の条件を満足することが好ましい。さらに、原料ガスにおける分子状酸素の濃度は1〜20容量%であることが好ましい。
0.01<分子状酸素/(分子状酸素含有ガス+希釈ガス)<0.3
The molecular oxygen-containing gas is not particularly limited, for example, pure oxygen gas, and N 2 O, include gas containing oxygen such as air. Among these, air is preferable from an industrial viewpoint. Although it does not specifically limit as a dilution gas, For example, nitrogen, a carbon dioxide, water vapor | steam, and these mixed gas are mentioned. The mixing ratio of the molecular oxygen-containing gas and the diluent gas in the mixed gas preferably satisfies the following inequality condition in terms of volume ratio. Furthermore, the concentration of molecular oxygen in the source gas is preferably 1 to 20% by volume.
0.01 <molecular oxygen / (molecular oxygen-containing gas + dilution gas) <0.3
原料ガス中の水蒸気は、酸化物触媒へのコーキングを防ぐ観点からは含まれていてもよい。一方で、アクリル酸、メタクリル酸、酢酸等のカルボン酸の副生を抑制するために、できるだけ希釈ガス中の水蒸気濃度を下げることが好ましい。このような観点から原料ガス中の水蒸気は、通常0〜30容量%の範囲で使用されることが好ましく、2〜20容量%の範囲で使用されることがより好ましく、3〜10容量%の範囲で使用されることがさらに好ましい。 Water vapor in the raw material gas may be contained from the viewpoint of preventing coking of the oxide catalyst. On the other hand, in order to suppress by-production of carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and acetic acid, it is preferable to reduce the water vapor concentration in the dilution gas as much as possible. From such a viewpoint, it is preferable that the water vapor in the raw material gas is usually used in the range of 0 to 30% by volume, more preferably 2 to 20% by volume, and more preferably 3 to 10% by volume. More preferably, it is used in a range.
以下に実施例を示して、本実施形態をより詳細に説明するが、本実施形態は以下に記載の実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to examples. However, the present embodiment is not limited to the examples described below.
なお、酸化物触媒における酸素原子の原子比は、他の元素の原子価条件により決定されるものであり、実施例及び比較例においては、触媒の組成を表す式中、酸素原子の原子比は省略する。また、酸化物触媒における各元素の組成比は、仕込みの組成比から算出した。 The atomic ratio of oxygen atoms in the oxide catalyst is determined by the valence conditions of other elements. In the examples and comparative examples, the atomic ratio of oxygen atoms in the formulas representing the composition of the catalyst is Omitted. Further, the composition ratio of each element in the oxide catalyst was calculated from the composition ratio of preparation.
〔Fe−K吸収端X線吸収微細構造(XAFS)スペクトルの測定方法〕
鉄のK吸収端X線吸収微細構造の測定は、財団法人高輝度光科学研究センター 大型放射光施設 SPring−8のビームラインBL08B2において、下記条件により行った。
[Measuring method of Fe-K absorption edge X-ray absorption fine structure (XAFS) spectrum]
The measurement of the X-ray absorption fine structure of the K absorption edge of iron was performed under the following conditions in the beam line BL08B2 of SPring-8, a large synchrotron radiation research center, a high-intensity photoscience research center.
光学系及び検出器:Si(111)二結晶分光器を用いてX線エネルギーを分光し透過法によるXAFS測定を行った。検出器にはイオンチャンバーを用いた。イオンチャンバーには入射X線(I0)にN2100%、サンプル透過後のイオンチャンバーにAr25%+N275%のガスを流通させた。イオンチャンバーの電極長はI0が140mm、I1が280mmであり、印加電圧は960Vとした。I0及びI1について電流信号の電圧変換及び増幅を行うカレントアンプのゲイン設定は1E+8V/Aで測定を行った。 Optical system and detector: X-ray energy was dispersed using a Si (111) double crystal spectrometer, and XAFS measurement was performed by a transmission method. An ion chamber was used as a detector. In the ion chamber, a gas of N 2 100% was passed through incident X-rays (I 0) and Ar 25% + N 2 75% was passed through the ion chamber after the sample was transmitted. The electrode length of the ion chamber was 140 mm for I0, 280 mm for I1, and the applied voltage was 960V. The gain setting of the current amplifier that performs voltage conversion and amplification of the current signal for I0 and I1 was measured at 1E + 8 V / A.
エネルギー校正:3.4μm厚みのFeフォイルを用いて測定を行い、第一変曲点を求めてエネルギー値7110.08eVとした。本発明で使用するXAFS解析法では、鉄のK吸収端のX線吸収微細構造(XAFS:X−ray Absorption Fine Structure)の測定を行い、このうちのX線吸収近傍構造(XANES:X−ray Absorption Near Edge Structure)部分を解析することにより、金属の電子状態(価数や結合状態)の評価を行った。 Energy calibration: Measurement was performed using an Fe foil having a thickness of 3.4 μm, and the first inflection point was obtained to obtain an energy value of 7110.08 eV. In the XAFS analysis method used in the present invention, the X-ray absorption fine structure (XAFS) of the iron K absorption edge is measured, and the X-ray absorption near structure (XANES: X-ray) is measured. The electronic state (valence and bonding state) of the metal was evaluated by analyzing the Absorption Near Edge Structure) portion.
さらに具体的な測定方法を以下に示す。酸化物触媒及び標準物質3〜10mgをメノウ乳鉢を用いて充分に粉砕し、適量の窒化ホウ素を希釈剤として加え、さらに混合、粉砕して試料を得た。この試料をステンレス製の鋳型で厚さ1mm、直径10mmのペレット状にし、入射ビームがペレットのほぼ中心になるように試料を配置した。鉄原子が吸収する範囲のX線を照射し、試料前後のX線強度I0及びI1の値を計測して、X線のエネルギーを横軸に、吸光度μ=ln(I0/I1)を縦軸にプロットしたものをX線吸収スペクトルとした。このX線吸収スペクトルを「X線吸収分光法 −XAFSとその応用−、株式会社アイピーシー発行、59−60頁」に記載の方法により規格化し、さらに1階微分して得られるパターンを1階微分X線吸収スペクトルとした。この1階微分X線吸収スペクトルデータから第一変曲点を読み取った。 A more specific measuring method is shown below. The oxide catalyst and 3 to 10 mg of the standard substance were sufficiently pulverized using an agate mortar, an appropriate amount of boron nitride was added as a diluent, and further mixed and pulverized to obtain a sample. This sample was formed into a pellet shape having a thickness of 1 mm and a diameter of 10 mm using a stainless steel mold, and the sample was arranged so that the incident beam was substantially at the center of the pellet. Irradiate X-rays in the range absorbed by iron atoms, measure the X-ray intensities I0 and I1 before and after the sample. The X-ray absorption spectrum was plotted in FIG. The X-ray absorption spectrum is normalized by the method described in “X-ray absorption spectroscopy -XAFS and its application-, published by IPC Co., Ltd., pages 59-60”, and a pattern obtained by first-order differentiation is obtained on the first floor. A differential X-ray absorption spectrum was used. The first inflection point was read from the first-order differential X-ray absorption spectrum data.
〔還元率〕
仮焼成工程の後、酸化物触媒を硫酸で酸処理し、触媒中の還元元素を溶解した。これを過マンガン酸カリウムで滴定し、その滴定量より触媒の還元率を求めた。還元率は次の式で表される。
還元率(%)=x/n×100
MnO4 −+5e−+8H+ → Mn2++4H2O
Mn(n−x) → Men++Xe−
[Reduction rate]
After the calcination step, the oxide catalyst was acid-treated with sulfuric acid to dissolve the reducing element in the catalyst. This was titrated with potassium permanganate, and the reduction rate of the catalyst was determined from the titration amount. The reduction rate is expressed by the following formula.
Reduction rate (%) = x / n × 100
MnO 4 − + 5e − + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O
Mn (n−x) → Men + + Xe −
実施例及び比較例において、反応成績を示すために用いた転化率、選択率、及び収率はそれぞれ次式で定義される。
転化率=(反応した原料のモル数/供給した原料のモル数)×100
選択率=(生成した化合物のモル数/反応した原料のモル数)×100
収率=(生成した化合物のモル数/供給した原料のモル数)×100
In Examples and Comparative Examples, the conversion rate, selectivity, and yield used to show the reaction results are defined by the following equations, respectively.
Conversion rate = (number of moles of reacted raw material / number of moles of supplied raw material) × 100
Selectivity = (number of moles of compound produced / number of moles of reacted raw material) × 100
Yield = (Mole number of produced compound / Mole number of supplied raw material) × 100
[実施例1]
イオン交換水86.5gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水128.0gとを含む混合液に、三酸化モリブデン53.6gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液210.4g、10質量%の平均粒子径20nmの酸化セリウム水分散液101.5g、硝酸コバルト29.2g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液52.7g、及び10質量%の水酸化セシウム液3.72gを混合した液に、還元剤として酒石酸を4.36g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 1]
In a mixed solution containing 86.5 g of ion-exchanged water and 128.0 g of hydrogen peroxide water having a concentration of 30% by mass as an oxidant, 53.6 g of molybdenum trioxide is stirred and mixed at about 70 ° C. and dissolved. A solution (liquid A) was obtained. In addition, 210.4 g of 10% by mass bismuth oxide aqueous dispersion having an average particle diameter of 51 nm, 101.5 g of 10% by mass cerium oxide aqueous dispersion having an average particle diameter of 20 nm, 29.2 g of cobalt nitrate, and 15% by mass of average particles To a liquid obtained by mixing 52.7 g of an iron oxide aqueous dispersion having a diameter of 39 nm and 3.72 g of a 10% by mass cesium hydroxide liquid, 4.36 g of tartaric acid was added as a reducing agent to obtain a solution (liquid B).
実施例1の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、モリブデンと複合化した鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第一変曲点のX線エネルギーの値(以下、単に「第一変曲点のX線エネルギーの値」ともいう。)を表3に示す。 The oxide catalyst of Example 1 was obtained. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy of the first inflection point in the pattern obtained by first-order differentiation of the K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum of iron complexed with molybdenum. Table 3 shows values (hereinafter, also simply referred to as “value of X-ray energy at the first inflection point”).
触媒の反応評価として、実施例1の酸化物触媒4.2gを直径14mmのジャケット付SUS製反応管に充填し、反応温度430℃でイソブチレン8容量%、酸素12.8容量%、水蒸気3.0容量%及び窒素76.2容量%からなる混合ガスを120mL/min(NTP)の流量で通気し、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。また、実施例1の酸化物触媒についての1階微分X線吸収スペクトルを図1に示す。 For the reaction evaluation of the catalyst, 4.2 g of the oxide catalyst of Example 1 was charged in a jacketed SUS reaction tube having a diameter of 14 mm, isobutylene 8 vol%, oxygen 12.8 vol%, water vapor 3. A mixed gas composed of 0% by volume and 76.2% by volume of nitrogen was aerated at a flow rate of 120 mL / min (NTP) to perform a methacrolein synthesis reaction. The reaction evaluation results are shown in Table 4. Moreover, the first-order differential X-ray absorption spectrum for the oxide catalyst of Example 1 is shown in FIG.
[実施例2]
イオン交換水89.8gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水132.9gとの混合液に、三酸化モリブデン55.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液173.3g、10質量%の平均粒子径20nmの酸化セリウム水分散液83.2g、硝酸コバルト42.6g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液51.3g、10質量%の水酸化セシウム液3.87g、及び10質量%の水酸化カリウム液1.81gを混合した液に、還元剤として酒石酸を4.57g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 2]
55.7 g of molybdenum trioxide is added to a mixed solution of 89.8 g of ion-exchanged water and 132.9 g of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by mass as an oxidant, and the mixture is stirred and mixed at about 70 ° C., and dissolved. (Liquid A) was obtained. Moreover, 103.3 mass g of bismuth oxide aqueous dispersion having an average particle diameter of 51 nm, 103.2 g cerium oxide aqueous dispersion having an average particle diameter of 20 nm, 102.6 g, 42.6 g cobalt nitrate, and 15 mass% average particles. A mixture of 51.3 g of an iron oxide aqueous dispersion having a diameter of 39 nm, 3.87 g of a 10% by mass cesium hydroxide solution and 1.81 g of a 10% by mass potassium hydroxide solution, and 4.57 g of tartaric acid as a reducing agent. This was added to obtain a solution (liquid B).
実施例2の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 The oxide catalyst of Example 2 was obtained. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、実施例2の酸化物触媒4.5gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 As a reaction evaluation of the catalyst, 4.5 g of the oxide catalyst of Example 2 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[実施例3]
イオン交換水78.7gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水116.5gとを含む混合液に、三酸化モリブデン48.8gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液297.2g、10質量%の平均粒子径20nmの酸化セリウム水分散液73.0g、硝酸コバルト22.4g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液57.0g、及び10質量%の水酸化セシウム液3.39gを混合した液に、還元剤として酒石酸を8.72g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 3]
48.8 g of molybdenum trioxide is put into a mixed solution containing 78.7 g of ion-exchanged water and 116.5 g of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by mass as an oxidant, and stirred and mixed at about 70 ° C. to dissolve. A solution (liquid A) was obtained. Further, 107.2% by weight of an aqueous dispersion of bismuth oxide having an average particle diameter of 51 nm, 297.2 g, 103.0% by weight of an aqueous cerium oxide dispersion having an average particle diameter of 20 nm, 22.4 g of cobalt nitrate, and 15% by weight of average particles. 8.72 g of tartaric acid as a reducing agent was added to a solution obtained by mixing 57.0 g of an iron oxide aqueous dispersion having a diameter of 39 nm and 3.39 g of a 10% by mass cesium hydroxide solution to obtain a solution (solution B).
A液及びB液の両液を混合して得られた混合液を65℃、撹拌速度2500rpmで、4h熟成し、原料スラリーを得た。この原料スラリーを用いて、実施例1と同様の操作を行い、仮焼成体を得た。この仮焼成体の還元率を表2に示す。得られた仮焼成体を窒素ガス雰囲気中、510℃で4時間本焼成し、実施例3の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 The mixed solution obtained by mixing both the A and B solutions was aged at 65 ° C. and a stirring speed of 2500 rpm for 4 hours to obtain a raw material slurry. Using this raw material slurry, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a temporarily fired body. Table 2 shows the reduction rate of this temporarily fired body. The obtained calcined product was calcined at 510 ° C. for 4 hours in a nitrogen gas atmosphere to obtain an oxide catalyst of Example 3. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、実施例3の酸化物触媒5.6gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 As a reaction evaluation of the catalyst, 5.6 g of the oxide catalyst of Example 3 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[実施例4]
イオン交換水87.3gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水129.2gとの混合液に、三酸化モリブデン54.1gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液205.0g、10質量%の平均粒子径20nmの酸化セリウム水分散液97.1g、硝酸コバルト25.8g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液61.5g、及び10質量%の水酸化セシウム液3.76gを混合した液に、還元剤として酒石酸を4.38g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 4]
A mixed solution of 87.3 g of ion-exchanged water and 129.2 g of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by mass as an oxidant is charged with 54.1 g of molybdenum trioxide, stirred and mixed at about 70 ° C., dissolved, and dissolved. (Liquid A) was obtained. Also, 10% by mass of an average particle diameter of 51 nm bismuth oxide aqueous dispersion 205.0 g, 10% by mass of an average particle diameter 20 nm cerium oxide aqueous dispersion 97.1 g, cobalt nitrate 25.8 g, 15% by mass of average particles 4.38 g of tartaric acid as a reducing agent was added to a solution obtained by mixing 61.5 g of an iron oxide aqueous dispersion having a diameter of 39 nm and 3.76 g of a 10% by mass cesium hydroxide solution to obtain a solution (solution B).
実施例4の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 The oxide catalyst of Example 4 was obtained. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、実施例4の酸化物触媒4.5gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 For the reaction evaluation of the catalyst, 4.5 g of the oxide catalyst of Example 4 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[実施例5]
イオン交換水83.0gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水122.8gとの混合液に、三酸化モリブデン51.5gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液236.7g、10質量%の平均粒子径20nmの酸化セリウム水分散液112.8g、硝酸コバルト26.3g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液47.4g、及び10質量%の水酸化セシウム液3.57gを混合した液に、還元剤として酒石酸を4.26g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 5]
51.5 g of molybdenum trioxide is added to a mixed solution of 83.0 g of ion-exchanged water and 122.8 g of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by mass as an oxidizing agent, and the mixture is stirred and mixed at about 70 ° C. (Liquid A) was obtained. Also, 106.7% bismuth oxide aqueous dispersion with an average particle diameter of 51 nm, 102.8% cerium oxide aqueous dispersion with an average particle diameter of 20 nm, 112.8 g, cobalt nitrate 26.3 g, and 15 mass% average particles. 4.26 g of tartaric acid as a reducing agent was added to a solution obtained by mixing 47.4 g of an iron oxide aqueous dispersion having a diameter of 39 nm and 3.57 g of a 10% by mass cesium hydroxide solution to obtain a solution (solution B).
A液及びB液の両液を混合して得られた混合液を65℃、撹拌速度2000rpmで4h熟成し、原料スラリーを得た。この原料スラリーを用いて、実施例1と同様の操作を行い、仮焼成体を得た。この仮焼成体の還元率を表2に示す。得られた仮焼成体を窒素ガス雰囲気中で510℃で4時間本焼成し、実施例5の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 A mixed liquid obtained by mixing both liquid A and liquid B was aged at 65 ° C. and a stirring speed of 2000 rpm for 4 hours to obtain a raw slurry. Using this raw material slurry, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a temporarily fired body. Table 2 shows the reduction rate of this temporarily fired body. The obtained calcined product was calcined at 510 ° C. for 4 hours in a nitrogen gas atmosphere to obtain an oxide catalyst of Example 5. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、実施例5の酸化物触媒4.8gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 For the reaction evaluation of the catalyst, 4.8 g of the oxide catalyst of Example 5 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[実施例6]
約90℃の温水202.7gにヘプタモリブデン酸アンモニウム67.6gを溶解させて溶液(A液)を得た。また、硝酸ビスマス43.2g、硝酸セリウム22.0g、硝酸鉄42.3g、硝酸ルビジウム1.40g、硝酸ニッケル9.3g、硝酸マグネシウム4.0g、及び硝酸コバルト18.6gを18質量%の硝酸水溶液20.5gに溶解させ、約90℃の温水202.0gを混合した液に還元剤としてアスコルビン酸を13.1g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 6]
67.6 g of ammonium heptamolybdate was dissolved in 202.7 g of warm water at about 90 ° C. to obtain a solution (solution A). Further, 43.2 g of bismuth nitrate, 22.0 g of cerium nitrate, 42.3 g of iron nitrate, 1.40 g of rubidium nitrate, 9.3 g of nickel nitrate, 4.0 g of magnesium nitrate, and 18.6 g of cobalt nitrate are mixed with 18% by mass of nitric acid. 13.1 g of ascorbic acid as a reducing agent was added to a solution obtained by dissolving in 20.5 g of an aqueous solution and 202.0 g of warm water at about 90 ° C. to obtain a solution (solution B).
実施例6の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 The oxide catalyst of Example 6 was obtained. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、実施例6の酸化物触媒4.7gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 For the reaction evaluation of the catalyst, 4.7 g of the oxide catalyst of Example 6 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[比較例1]
還元剤である酒石酸を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例1の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、仮焼成体の還元率及び第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。
[Comparative Example 1]
An oxide catalyst of Comparative Example 1 was obtained by performing the same operation as in Example 1 except that tartaric acid as a reducing agent was not added. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the reduction rate of the calcined product and the value of the X-ray energy at the first inflection point are shown in Table 3.
触媒の反応評価として、比較例1の酸化物触媒5.3gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。また、比較例1の酸化物触媒についての1階微分X線吸収スペクトルを図1に示す。 As a reaction evaluation of the catalyst, 5.3 g of the oxide catalyst of Comparative Example 1 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4. A first-order differential X-ray absorption spectrum of the oxide catalyst of Comparative Example 1 is shown in FIG.
[比較例2]
酸化剤である過酸化水素水を添加しなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行い、比較例2の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、仮焼成体の還元率及び第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。
[Comparative Example 2]
The same operation as in Example 1 was carried out except that no hydrogen peroxide solution as an oxidizing agent was added, and an oxide catalyst of Comparative Example 2 was obtained. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the reduction rate of the calcined product and the value of the X-ray energy at the first inflection point are shown in Table 3.
触媒の反応評価として、比較例2の酸化物触媒5.8gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 As a reaction evaluation of the catalyst, 5.8 g of the oxide catalyst of Comparative Example 2 was filled in a reaction tube, and a methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[比較例3]
仮焼成と本焼成を空気雰囲気下で実施したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、比較例3の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、仮焼成体の還元率及び第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。
[Comparative Example 3]
An oxide catalyst of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the preliminary firing and the final firing were performed in an air atmosphere. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the reduction rate of the calcined product and the value of the X-ray energy at the first inflection point are shown in Table 3.
触媒の反応評価として、比較例3の酸化物触媒5.5gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 For the reaction evaluation of the catalyst, 5.5 g of the oxide catalyst of Comparative Example 3 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[比較例4]
約90℃の温水218.0gに、ヘプタモリブデン酸アンモニウム72.7g、酸化アンチモン3.9g、パラタングステンアンモニウム3.4g、硝酸セシウム3.30g、及び酸化ビスマス10.0gを溶解させて溶液(A液)を得た。また、硝酸鉛4.6g、硝酸鉄30.3g、硝酸ニッケル11.0g、リン酸0.67g、及び硝酸コバルト66.1gを18質量%の硝酸水溶液38.4gに溶解させ、約90℃の温水126.2gを添加して溶液(B液)を得た。
[Comparative Example 4]
A solution (A) was prepared by dissolving 72.7 g of ammonium heptamolybdate, 3.9 g of antimony oxide, 3.4 g of paratungsten ammonium, 3.30 g of cesium nitrate, and 10.0 g of bismuth oxide in 218.0 g of warm water at about 90 ° C. Liquid). Also, 4.6 g of lead nitrate, 30.3 g of iron nitrate, 11.0 g of nickel nitrate, 0.67 g of phosphoric acid, and 66.1 g of cobalt nitrate were dissolved in 38.4 g of an 18% by mass nitric acid aqueous solution, 126.2 g of warm water was added to obtain a solution (Liquid B).
比較例4の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 The oxide catalyst of Comparative Example 4 was obtained. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、比較例4の酸化物触媒4.9gを反応管に充填し、実施例1と同じ条件で、メタクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表4に示す。 For the reaction evaluation of the catalyst, 4.9 g of the oxide catalyst of Comparative Example 4 was filled in a reaction tube, and methacrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 1. The reaction evaluation results are shown in Table 4.
[実施例7]
(アクロレインの製造例)
イオン交換水86.7gと、酸化剤として濃度30質量%の過酸化水素水128.3gとの混合液に、三酸化モリブデン53.7gを入れ、約70℃で攪拌混合し、溶解させて溶液(A液)を得た。また、10質量%の平均粒子径51nmの酸化ビスマス水分散液210.8g、10質量%の平均粒子径20nmの酸化セリウム水分散液101.7g、硝酸コバルト29.3g、15質量%の平均粒子径39nmの酸化鉄水分散液52.8g、及び10質量%の水酸化セシウム液1.40gを混合した液に、還元剤として酒石酸を4.36g添加して溶液(B液)を得た。
[Example 7]
(Production example of acrolein)
A mixed solution of 86.7 g of ion-exchanged water and 128.3 g of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by mass as an oxidant is charged with 53.7 g of molybdenum trioxide, stirred and mixed at about 70 ° C., dissolved, and dissolved. (Liquid A) was obtained. Further, 100.8% by weight of an average particle diameter of 51 nm bismuth oxide aqueous dispersion 210.8 g, 10% by weight of an average particle diameter 20 nm cerium oxide aqueous dispersion 101.7 g, cobalt nitrate 29.3 g, 15% by weight of average particles 4.36 g of tartaric acid as a reducing agent was added to a solution obtained by mixing 52.8 g of an iron oxide aqueous dispersion having a diameter of 39 nm and 1.40 g of a 10% by mass cesium hydroxide solution to obtain a solution (solution B).
A液及びB液の両液を混合して得られた混合液を65℃で撹拌速度2000rpmで4h熟成し、原料スラリーを得た。この原料スラリーを用いて、実施例1と同様の操作を行い、仮焼成体を得た。この仮焼成体の還元率を表2に示す。得られた仮焼成体を窒素ガス雰囲気中で520℃で4時間本焼成し、実施例7の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。 A mixed solution obtained by mixing both of the liquid A and the liquid B was aged at 65 ° C. with a stirring speed of 2000 rpm for 4 hours to obtain a raw material slurry. Using this raw material slurry, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a temporarily fired body. Table 2 shows the reduction rate of this temporarily fired body. The obtained calcined product was calcined at 520 ° C. for 4 hours in a nitrogen gas atmosphere to obtain an oxide catalyst of Example 7. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the X-ray energy value at the first inflection point is shown in Table 3.
触媒の反応評価として、実施例7の酸化物触媒4.8gを直径14mmのジャケット付SUS製反応管に充填し、反応温度430℃でプロピレン8容量%、酸素12.8容量%、水蒸気3.0容量%、及び窒素76.2容量%からなる混合ガスを120mL/min(NTP)の流量で通気し、アクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表5に示す。 As an evaluation of the reaction of the catalyst, 4.8 g of the oxide catalyst of Example 7 was charged into a jacketed SUS reaction tube having a diameter of 14 mm, and at a reaction temperature of 430 ° C., 8% by volume of propylene, 12.8% by volume of oxygen, and 3. Acrolein synthesis reaction was performed by aeration of a mixed gas composed of 0% by volume and 76.2% by volume of nitrogen at a flow rate of 120 mL / min (NTP). The reaction evaluation results are shown in Table 5.
[比較例5]
仮焼成と本焼成を空気雰囲気下で実施したこと以外は実施例7と同様の操作を行い、比較例5の酸化物触媒を得た。得られた酸化物触媒の組成を表2に示し、仮焼成体の還元率及び第一変曲点のX線エネルギーの値を表3に示す。
[Comparative Example 5]
An oxide catalyst of Comparative Example 5 was obtained by performing the same operation as in Example 7 except that the preliminary calcination and the main calcination were performed in an air atmosphere. The composition of the obtained oxide catalyst is shown in Table 2, and the reduction rate of the calcined product and the value of the X-ray energy at the first inflection point are shown in Table 3.
触媒の反応評価として、比較例5の酸化物触媒4.9gを反応管に充填し、実施例7と同じ条件で、アクロレイン合成反応を行った。反応評価結果を表5に示す。 As a catalyst reaction evaluation, 4.9 g of the oxide catalyst of Comparative Example 5 was filled in a reaction tube, and an acrolein synthesis reaction was performed under the same conditions as in Example 7. The reaction evaluation results are shown in Table 5.
本発明は、オレフィン又はアルコールの気相接触酸化による不飽和アルデヒドの製造に用いる酸化物触媒として産業上の利用可能性を有する。 The present invention has industrial applicability as an oxide catalyst used in the production of unsaturated aldehydes by gas phase catalytic oxidation of olefins or alcohols.
Claims (6)
前記モリブデンと複合化した前記鉄のK吸収端X線吸収微細構造スペクトルを1階微分して得られるパターンにおける第一変曲点が、7125.5〜7127.0eVのX線エネルギーに現れる、オレフィン及び/又はアルコールを原料とする不飽和アルデヒドの製造用酸化物触媒。 Contains molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium,
An olefin in which a first inflection point in a pattern obtained by first-order differentiation of the K absorption edge X-ray absorption fine structure spectrum of the iron combined with the molybdenum appears in X-ray energy of 715.5 to 7127.0 eV And / or an oxide catalyst for producing an unsaturated aldehyde using alcohol as a raw material .
Mo12BiaFebCocCedAeBfOg (1)
(式(1)中、Moはモリブデン、Biはビスマス、Feは鉄、Coはコバルト、Ceはセリウムを示し、
Aはカリウム、セシウム、及びルビジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、
Bはニッケル、マンガン、銅、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、錫、鉛、ランタン、プラセオジウム、ネオジム、及びユウロピウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、
a〜fは、Mo12原子に対する各元素の原子比を示し、1.5≦a≦6、2≦b≦6、2≦c≦8、0.5≦d≦6、0.01≦e≦2、及び0≦f<2を満たし、
gは酸素以外の構成元素の原子価によって決まる酸素の原子数である。) The oxide catalyst of Claim 1 which has a composition represented by the following compositional formula (1).
Mo 12 Bi a Fe b Co c Ce d A e B f O g (1)
(In the formula (1), Mo represents molybdenum, Bi represents bismuth, Fe represents iron, Co represents cobalt, and Ce represents cerium.
A represents at least one element selected from the group consisting of potassium, cesium, and rubidium;
B represents at least one element selected from the group consisting of nickel, manganese, copper, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, lead, lanthanum, praseodymium, neodymium, and europium,
a to f indicate the atomic ratio of each element to the Mo12 atom, and 1.5 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 6, 2 ≦ c ≦ 8, 0.5 ≦ d ≦ 6, 0.01 ≦ e ≦ 2 and 0 ≦ f <2,
g is the number of oxygen atoms determined by the valence of the constituent elements other than oxygen. )
モリブデン、ビスマス、鉄、コバルト、及びセリウムを含む原料と、酸化剤及び還元剤と、を混合して原料スラリーを得る混合工程と、
前記原料スラリーを乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥体を仮焼成して仮焼成体を得る仮焼成工程と、
前記仮焼成体を本焼成して酸化物触媒を得る本焼成工程と、
を含み、
前記仮焼成工程及び前記本焼成工程は、不活性ガス雰囲気で行い、
前記仮焼成工程において、前記仮焼成体の還元率を10%以上100%未満になるよう制御する、酸化物触媒の製造方法。 A method for producing an oxide catalyst according to claim 1 or 2,
A mixing step of mixing a raw material containing molybdenum, bismuth, iron, cobalt, and cerium with an oxidizing agent and a reducing agent to obtain a raw material slurry;
A drying step of drying the raw slurry to obtain a dried body;
A pre-baking step of pre-baking the dried body to obtain a pre-fired body;
A main calcination step of subjecting the temporary calcination body to an oxide catalyst;
Including
The preliminary firing step and the main firing step are performed in an inert gas atmosphere,
The method for producing an oxide catalyst, wherein, in the preliminary calcination step, the reduction rate of the calcined product is controlled to be 10% or more and less than 100%.
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