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JPS6345620B2 - - Google Patents
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JPS6345620B2 - - Google Patents

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JPS6345620B2
JPS6345620B2 JP18412384A JP18412384A JPS6345620B2 JP S6345620 B2 JPS6345620 B2 JP S6345620B2 JP 18412384 A JP18412384 A JP 18412384A JP 18412384 A JP18412384 A JP 18412384A JP S6345620 B2 JPS6345620 B2 JP S6345620B2
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JP
Japan
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alkoxysilane
polar compound
catalyst
butanediol
hexanediol
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JP18412384A
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Fujio Mizukami
Shuichi Niwa
Tooru Tsucha
Kazuo Shimizu
Juichi Imamura
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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【発明の詳細な説明】 本発明は多座あるいは架橋配位能を有する極性
化合物の溶媒中で、アルコキシシランと担持金属
塩を混合し均一溶液とし、次いで加水分解により
均一なゾルから寒天あるいはゼリー状に固化する
ゲル化工程を実施し、極性化合物の架橋配位能を
担持金属の均一高分散化並びに触媒の多孔化に利
用することを特徴とする金属担持触媒の調製方法
に関するものである。
金属触媒では、触媒の熱安定性や効率を高めた
り溶融による劣化を防ぐ目的で触媒活性成分を担
体に担持した金属担持触媒が普通反応に使用され
ているが、反応は金属粒子表面で進行するわけで
あるから、触媒金属粒子の表面積を大きくすれば
触媒活性が高まることになる。表面積を大きくす
るためには、粒径のより小さい微細な金属粒子を
担持した触媒、すなわち分散度の高い触媒を作れ
ば良い。このような触媒は単位金属重量あたりの
活性が高く省資源的で、とくに貴金属触媒では極
めて経済的である。
担持触媒の調製法として、最も普通に使われて
いるのは含浸法と共沈法である。含浸法とは、担
持金属塩を溶解した溶液に担体を浸し、溶解金属
塩を吸着させたのち乾燥することによつて担持触
媒を作る方法である。これは手軽な方法である
が、担持量によつては吸着時に、また乾燥時に濃
度分布が生じ易く、均質で高分散な担持触媒調製
法として必ずしも勧められるものではない。共沈
法は担体と担持金属塩を同時に沈殿させることに
よつて触媒を作る方法である。この方法では含浸
法にくらべ均質な触媒が得られ易いとされている
が、沈殿析出時に沈殿を発生させるために使用し
た塩類が不純物として取り込まれるという欠点が
ある。また、沈殿の析出はしばしば極く微小の沈
殿を核として生じるので、沈殿の成長の際に担持
金属塩の濃度分布が起き易く、満足のゆく均質な
高分散担持金属触媒は得られにくい。また、含浸
法においても共沈法においても触媒調製時に触媒
を多孔化することは困難である。
近年、含浸法とも共沈法とも異なる新しい触媒
調製法が見出された。すなわち、エチレングリコ
ール中に担体金属アルコキシドと担体金属塩を溶
解混合し、加熱後加水分解する方法が触媒24巻58
頁(1982年)および25巻311頁(1983年)に報告
されている。この方法では比較的均一なシリカ担
持ニツケル、コバルトおよびロジウム触媒やチタ
ニア担持ニツケル触媒が得られるとされている
が、調製時の温度が高いため以下に示すような
種々の欠点や本発明との相違点がある。すなわ
ち、この方法ではエチレングリコールはジアルキ
ルセルソルブに変り(触媒、25巻311頁)多座お
よび架橋配位能を失うため担体ケイ素と担持金属
を結びつけたり、ケイ素同士を結びつけることが
できなくなる。したがつて焼成時に担持金属が動
き易くなり大きな金属粒子が生成し分散度が悪く
なるとともに、熱処理時まで残つているエチレン
グリコールが少いので熱処理で飛散するエチレン
グリコールも少なく多孔化し難い。また、この方
法では担持金属MはM−O−Si結合によつて固定
化されシリカの網目構造の中にとりこまれる(触
媒24巻、58頁)ため、高分散なシリカ担持金属触
媒ができたとしてもシリカ表面上に現われている
触媒金属は少なく、従つて触媒金属は有効に使わ
れているとはいい難い。更にこの方法では調製温
度が高いため担持金属種により不溶物を形成し沈
殿を生じ、均一高分散の触媒が出来ないことも多
いうえ、エチレングリコールがアルコキシシラン
に対して多すぎるため溶液全体が寒天状あるいは
ゼリー状にゲル化しないこともある。
本発明者らはかかる点を改善すべく種々研究を
行つた結果、本発明に到達したものである。本発
明は、アルコキシシランと触媒金属塩と多座配位
能あるいは架橋配位能を有する極性化合物を用
い、温度10〜75℃及びアルコキシシランと極性化
合物とのモル比1:1〜10の条件下で形成したア
ルコキシシランと触媒金属塩を含む極性化合物溶
液を加水分解処理してゲル化させた後、該ゲル中
に含まれる結合した極性化合物が実質的に揮散し
ない条件下で乾燥した後、高温熱処理し、該ゲル
中に残存する結合極性化合物を飛散させて細孔を
形成させることを特徴とする多孔性高分散金属触
媒の調製方法を提供するものである。
すなわち、均質で高分散な触媒を調製するため
の第一段階は均一な溶液を作ることであるから、
アルコキシシランと触媒金属塩と極性化合物を均
一に混合しかつ触媒金属塩の沈殿を生じさせない
ような75℃以下の低温、好ましくは20℃から70℃
で温めるのが良い。水酸基を持つ極性化合物の場
合、そのエーテル化を防ぐためにも、また触媒金
属シロキサン(M−O−Si)結合の生成を防ぐた
めにも必要以上の加熱を避けることが肝要であ
り、この方面からも20℃から70℃で温めるのが適
当である。
水酸基のエーテル化はジオールの配位能力の極
度の低下を来し、ジオールの触媒金属固定化能力
および架橋能力を著しく減ずるので、エーテル化
を極力避ける必要があるとともに、エーテル化に
よるジオールの減少を考慮して触媒調製時のジオ
ール量を定めることが大切である。ジオール使用
量がアルコキシシランに対して多すぎると、加水
分解時にゾル全体が固化せず、ジオール溶液にゼ
リーあるいは寒天状物質が浮いているような状態
となる。このような場合、触媒金属塩はジオール
中に大部分溶け込んで来ているので、ゲルとジオ
ール溶液を分離したとしても、含浸法と本質的に
同じこととなり、均質で高分散な触媒は得られな
い。極性化合物とアルコキシシランの使用量は、
一般にアルコキシシラン1モルに対し、極性化合
物1〜10モル、好ましくは1.5〜5モルが適当で
ある。極性化合物としては、常圧における沸点が
100℃以上のものの使用が一般的である。
アルキル置換基の少ないジオールは、しばしば
ある種の触媒金属塩と不溶性の錯体を形成し沈殿
を生じる。たとえば、シリカ担持ロジウム触媒を
調製するために、エチレングリコール中でエトキ
シシランと塩化ロジウムを加温混合していると微
細な沈殿が生じ溶液が不透明化、すなわち不均一
化してくる。このような場合は、沈殿を生じない
ようなジオール、一般には分岐度の高いジオー
ル、たとえばピナコールや2−メチル−2,4−
ペンタンジオール(ヘキシレングリコール)を使
うが、ケトアルコール、アミノアルコール、オキ
シカルボン酸、ケトカルボン酸、ジカルボン酸、
特殊な場合にはジケトンなどジオール以外の沈殿
を生じない多座あるいは架橋配位能を有する極性
化合物を使うことによつて、均質でかつ多孔性の
高分散シリカ担持金属触媒(担持金属粒径20Å以
下、表面積150〜1000m2/g、細孔容積0.01〜0.4
cm3/g)を調製することができる。従つて、担持
金属の状況に応じて、極性化合物を変えたり、二
種以上混合して用いたりする必要がある。
本発明で用いる触媒金属塩としては、チタニウ
ム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバル
ト、ニツケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウ
ム、ヒ素、セレン、ニオブ、モリブデン、テクネ
チウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウ
ム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、ラ
ンタノイド、ハフニウム、タンタル、タングステ
ン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、
金、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウ
ム、アスタチン、又はアクチノイドの塩が挙げら
れる。これらのものは、単独又は混合物の形で用
いられる。この触媒金属の担持量は、製品中、一
般に0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜5重量%程
度である。
混合過程における沈殿の析出を防ぐために低温
で調製したり、あるいはアルコキシドの性質から
加水分解がすみやかに進行せず、加水分解に長時
間を要する場合には、酸やアルカリなどの加水分
解促進剤を用いると加水分解を円滑に行うことが
できる。加水分解促進剤は通常の無機塩、有機
酸、無機アルカリ、有機塩基のいずれでも良い
が、強いて挙げるなら熱処理過程で飛散し易い多
座あるいは架橋配位能を有する有機酸(カルボン
酸、ケトルカルボン酸、オキシカルボン酸など)
あるいは有機塩基(アミン、アミノアルコールな
ど)、たとえばギ酸、シユウ酸、酒石酸、マロン
酸、コハク酸、エタノールアミン、プロパノール
アミンなどが良い。
加水分解で生じたゼリー状あるいは寒天状ゲル
を適当な大きさに粉砕し、該ゲル中に含まれる結
合極性化合物が実質的に揮散しない条件下、例え
ば80℃から110℃の温度、減圧下で10時間から30
時間乾燥する。この乾燥処理により、ゲル中に含
まれる揮散性の水や極性化合物は除去されるが、
担体ケイ素や触媒金属に結合する極性化合物は実
質的に揮散せずゲル中に残存する。次に、熱処理
を行つて極性化合物を飛散させ、多孔性高分散シ
リカ担持触媒を完成するわけであるが、熱処理は
触媒の使用目的に応じて温度および雰囲気を設定
すれば良い。この場合、通常のすべての熱処理方
法が採用できるとともに、いくつかの熱処理方法
を組合せることも可能である。たとえば水素雰囲
気のみで熱処理することもできるし、酸素あるい
は空気中で熱処理することも可能であり、また酸
素、空気あるいは不活性ガス中で熱処理した後更
に水素気流中で熱処理することもできる。
以上、述べてきたような方法で調製した触媒は
粉末X線回折では明瞭な回折線を示さず、また電
子顕微鏡からは担持金属粒径が20Å以下で高分散
となつていることが確かめられるとともに、調製
時に使用した極性化合物によつて変動するが、表
面積は150〜1000m2/gで細孔径は40Å以下に分
布し、細孔容積は0.01〜0.4cm3/gであつた。こ
のように高分散でしかも細孔容積の小さな触媒の
調製は、含浸法や共沈法では一般には極めて困難
である。また、このようにして得られる多孔性シ
リカ担持触媒では触媒金属あるいは触媒金属酸化
物が均一に分布しているので触媒活性が高く、水
素化、接触酸化、異性化あるいは水和反応用触媒
として有効に利用しうるものである。
次に実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。
実施例 1 200mlのビーカーに1gの三塩化オスミウムと
50gのエチレングリコールを加え、65℃で30分あ
たためながら完全に溶解する。次に109gのテト
ラエトキシシランを加え3時間、同温度であたた
め、ここに得られた均一溶液に19gの水を加え、
同温度で撹拌していると、次第に粘稠なゾルとな
り、水添加後1〜2時間で溶液全体が寒天状に固
化したゲルが得られる。ゲルを同温度で1時間放
置したのち更に室温で一昼夜放置する。次に、ゲ
ルを適当な大きさに砕き300mlナス型フラスコに
入れ、減圧下100℃でロータリーエバポレーター
で24時間乾燥する。収量57.3g(SiO2として計算
した重量の約1.8倍)。400℃で8時間熱処理を行
い、2wt%Os−SiO2触媒32.5gを得た。表面積
794m2/g、細孔容積0.10cm2/g。
実施例 2 200mlのビーカーに10mlのエタノールを入れ、
これに0.0652gの塩化第二銅二水和物と0.912g
の塩化第二コバルト六水和物を25℃で溶解し50g
のエチレングリコールを加え65℃で30分あたため
る。この溶液に63.3gのテトラエトキシシランを
加え、同温度で3時間撹拌する。次に1.0gの酒
石酸を11.5gの水に溶解した水溶液を加え、同温
度で50分撹拌し、再び1.0gの酒石酸を含む12.1
gの水溶液を加え、同温度で撹拌していると、約
10分後に固化する。収量29.2g。実施例1と同一
条件で熱処理すると、表面積712m2/gの0.1wt%
Cu−1wt%Co−SiO2触媒が18.8g得られた。
実施例 3 200mlのビーカーに10mlのエタノールを入れこ
れに0.75gの塩化ニツケル六水和物を30℃で溶か
す。この溶液に50gの2,3−ブタンジオールを
加え60℃で1時間あたためた後63.4gのテトラエ
トキシシランを加え、同温度で3時間あたためな
がら撹拌する。次に、この溶液に22gの水を加
え、同温度であたためながら撹拌していると、水
添加後約2時間でゲル化する。乾燥後の収量32.4
g。熱処理を実施例1と同様にして行うと、表面
積537m2/gの1wt%Ni−SiO2触媒が19g得られ
た。
実施例 4 300mlのビーカーに50gのエタノールアミンを
入れ、これに0.5gの三塩化ロジウムを60℃で溶
解する。この溶液に73.8gのテトラエトキシシラ
ンを加え、60℃で2時間あたためながら撹拌す
る。次に、この溶液に14gの水を添加すると寒天
状に固化した。乾燥及び熱処理は実施例1と同様
にして行い、表面積382m2/gのRh−SiO2触媒
21.5gを得た。
実施例 5 300mlのビーカーに10mlのエタノールを入れ、
これに1.5gの六塩化白金酸をとかし、さらに100
gの1,4−ブタンジオールを加え55℃で30分あ
たためてのち、63.3gのテトラエトキシシランを
加え、同温度で4時間あたためながら撹拌する。
次にこの溶液に22gの水を加え、同温度であたた
めながら撹拌していると、水添加後2〜3時間で
ゲル化する。乾燥及び熱処理を実施例1と同様な
操作で行うと、表面積959m2/g、細孔容積0.2
cm3/gの3wt%Pt−SiO2触媒19gを得た。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルコキシシラン、触媒金属塩、および多座
    配位能あるいは架橋配位能を有する極性化合物を
    用い、温度10〜75℃及びアルコキシシランと極性
    化合物とのモル比1:1〜10の条件下で形成した
    アルコキシシランと触媒金属塩を含む極性化合物
    溶液を加水分解処理してゲル化させた後、該ゲル
    中に含まれる結合した極性化合物が実質的に揮散
    しない条件で乾燥し、次いで高温熱処理し、該ゲ
    ル中に残存する結合極性化合物を飛散させて細孔
    を形成させることを特徴とする多孔性高分散金属
    触媒の調製方法。 2 触媒金属塩がチタニウム、バナジウム、クロ
    ム、マンガン、鉄、コバルト、ニツケル、銅、亜
    鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ニ
    オブ、モリブデン、テクネチウム、ロジウム、パ
    ラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、
    アンチモン、テルル、ランタノイド、ハフニウ
    ム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミ
    ウム、イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、
    鉛、ビスマス、ポロニウム、アスタチン、又はア
    クチノイドの塩である特許請求の範囲第1項の方
    法。 3 極性化合物が一価アルコール、二価アルコー
    ル、アミノアルコール、ケトアルコール、ジケト
    ン、モノカルボン酸、ケトカルボン酸、オキシカ
    ルボン酸、およびジカルボン酸の1種または2種
    以上の混合物である特許請求の範囲第1項の方
    法。 4 二価アルコールが炭素数14以下のジオールの
    1種または2種以上の混合物である特許請求の範
    囲第3項の方法。 5 前記二価アルコールがエチレングリコール、
    1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジ
    オール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタ
    ンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−
    ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、
    1,4−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジ
    オール、1,2−ヘキサンジオール、1,5−ヘ
    キサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、
    2,5−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4
    −ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ブタ
    ンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサ
    ンジオール、ピナコール、1,2−シクロヘキサ
    ンジオール、1,3−シクロヘキサンジオールお
    よび1,4−シクロヘキサンジオールの1種また
    は2種以上の混合物である特許請求の範囲第4項
    の方法。 6 アルコキシシランがアルコキシ基炭素数が1
    から6までのアルコキシシランの1種または2種
    以上の混合物である特許請求の範囲第1項の方
    法。 7 アルコキシシランがメトキシシラン、エトキ
    シシラン、n−プロポキシシラン、iso−プロポ
    キシシラン、n−ブトキシシラン、iso−ブトキ
    シシランおよびsec−ブトキシシランの1種また
    は2種以上の混合物である特許請求の範囲第1項
    の方法。 8 溶液形成温度および加水分解温度が20℃から
    70℃である特許請求の範囲第1項の方法。 9 アルコキシシランと極性化合物とのモル比が
    1:1.5〜5である特許請求の範囲第1項の方法。
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