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JPH0346446B2 - - Google Patents
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JPH0346446B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0346446B2
JPH0346446B2 JP60098880A JP9888085A JPH0346446B2 JP H0346446 B2 JPH0346446 B2 JP H0346446B2 JP 60098880 A JP60098880 A JP 60098880A JP 9888085 A JP9888085 A JP 9888085A JP H0346446 B2 JPH0346446 B2 JP H0346446B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
catalyst
oxygen
amine
activated carbon
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60098880A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60246328A (en
Inventor
Kingu Cho Shain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Monsanto Co
Original Assignee
Monsanto Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Monsanto Co filed Critical Monsanto Co
Publication of JPS60246328A publication Critical patent/JPS60246328A/en
Publication of JPH0346446B2 publication Critical patent/JPH0346446B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は改良された酸化触媒を使用する第2ア
ミンおよび第1アミンの製造方法に関する。 米国特許第4264776号明細書には、第3アミン
を炭素触媒上で酸素をもつて接触酸化することに
よる第2アミンの製造方法が開示およびクレーム
されている。この触媒は、当業界に既知の型の活
性炭であり、しかも気体、蒸気、およびコロイド
状固体に対して高い吸収能を有し、かつ比較的大
きい比表面積を有する特徴がある。市販炭素触媒
の活性化は、通常炭素を、多孔性粒状構造および
大きい比表面積をもたらす水蒸気または二酸化炭
素をもつて高温(800℃〜900℃)に加熱すること
によつて行われる。 米国特許第4072706号明細書には、分子状酸素
含有気体を活性炭触媒と共に用いる第3アミンか
らのホスホノメチル基の酸化除去方法が開示され
ている。この開示された発明の方法において炭素
の任意の原料または形態を触媒または基体として
使用できることが分かる。 米国特許第3969398号明細書には、N−(ホスホ
ノメチルイミノ)ジ酢酸の接触酸化における活性
炭の使用が教示されている。このクレームされた
方法に有用な炭素触媒は多数の商品名の下に入手
できることが述べられている。 米国特許第3497564号明細書には、アルキルベ
ンゼンの酸化脱水素において触媒としての無定形
または黒鉛状炭素の使用が開示されている。この
方法においてどのような源の活性炭も使用可能で
あることが教示されている。 特願昭56−17634号明細書には、空気および排
気のような種々の気体中のSO3を選択的にSO2
変換させる還元触媒として有用なSO3/SO2変換
炭素材料の活性化方法が開示されている。円筒状
活性炭のような炭素材料は酸化酸、例えば硝酸を
もつて処理され、次いで不活性気体の下に300℃
〜700℃において熱処理される。 米国特許第4158643号明細書には、酸素を活性
炭の表面に加え、次いで炭素担体を不活性疎水性
化合物をもつて含浸する活性炭担体の酸化変性方
法が教示されている。気相活性化用の任意の市販
活性炭であつてもよい炭素担体は二酸化硫黄の存
在下における一酸化炭素の長期酸化に有用であ
る。 米国特許第3243383号明細書には、オレフイン
を液体生成物に重合させるに用いた使用ずる触媒
の再生方法が教示されている。この開示によれ
ば、使用ずみ炭素上酸化コバルト触媒は、不活性
雰囲気中で加熱、冷却され、次いで硝酸、酸化窒
素または二酸化窒素をもつて処理される。 前記引例の何れも、特に酸性表面酸化物および
塩基性表面酸化物が存在し得る炭素触媒の表面
は、アミン酸化速度に重要な役割を演じ得ること
を示唆していない。 本発明は酸素または酸素含有気体の存在下に第
3アミンまたは第2アミンを接触酸化して第2ア
ミンまたは第1アミンを選択的に生成させるため
に、表面から酸化物を除去された活性炭触媒を使
用することを特徴とする方法を提供する。かかる
表面酸化物の除去を行うために、炭素材料を、硝
酸、CrO3、H2O2、次亜塩素酸塩などのような酸
化剤またはH2O、H2O/NH3、CO2、NOx、空
気などの酸化剤気体にさらし、次いで温度約500
℃〜1500℃の範囲内において無酸素雰囲気中で炭
素材料を熱分解する処理順序に従う。 しかしながら、また処理は炭素の表面上の酸化
物と熱分解温度において反応するNH3および酸
素含有気体の存在下に炭素材料を同時に熱分解す
ることによつて行うことができる。適当な酸素含
有気体としては、水蒸気、NOx、O2、CO2、SO2
およびこのような気体の混合物がある。 すなわち、本発明の他の具体的態様において、
活性炭触媒の存在下に第3アミンまたは第2アミ
ンを反応条件下に酸素または酸素含有気体と一緒
にすることによる第2アミンおよび第1アミンの
改良された選択的製造方法において、酸化物が活
性炭触媒の表面から除かれた活性炭触媒を用いる
ことを含む改良方法が提供されることが見ること
ができる。 本明細書において用いる場合、「酸化物」の用
語は、酸素および酸素を含有するヘテロ原子官能
基を含有する炭素官能基を意味するように意図さ
れる。また、酸素を含有しない他のヘテロ原子官
能基は、処理の間に炭素材料の表面から除くこと
ができる。 本発明の方法に使用される、上のようにして製
造された活性炭は、第3アミンを接触酸化する第
2アミンの選択的製造において、予測できないほ
どすぐれた活性、すなわち反応速度を示す。さら
に、第3アミンおよび第2アミンからのカルボキ
シメチル基およびホスホノメチル基の酸化的除去
およびN−(ホスホノメチルイミノ)−ジ酢酸の接
触酸化は、本発明に使用する炭素触媒を用いて著
しく増進できる。 炭素材料をまず表面酸化物を除去する工程に上
のようにして供した場合に第3アミンの第2アミ
ンへの酸化および第2アミンの第1アミンへの酸
化における触媒としての炭素の活性は大いに増進
できる。炭素触媒酸化反応において、触媒作用機
構の解析は、触媒活性と表面積および(または)
細孔径分布の間の可能な相関関係を示唆する傾向
がある。炭素材料の表面上の塩基性酸化物および
酸性酸化物の存在は、酸化工程において著しい役
割を演じ得ることが今や見出だされた。本出願人
は任意の特別の理論によつて束縛されることを望
まないが、酸性酸化物が炭素の表面から除去され
る場合に、触媒の触媒活性は実質的に増加できる
と考えられる。 その教示が本明細書に参照されている米国特許
第4264776号明細書には、本発明の実施に使用す
る活性炭触媒を製造するための原料として使用で
きる種々の炭素材料が記載されている。炭素触媒
は、通常、炭素含有が骨炭についての約10%〜若
干の木炭についての約98%および有機重合体から
誘導された活性炭についてのほぼ100%の範囲に
ある市販活性炭である。市販炭素材料の非炭素質
物は、前駆物質源、加工および活性化法のような
要素により、通常変わる。例えば、アルミニウム
およびケイ素を含有する無機「灰」成分は、若干
のアルカリ金属およびアルカリ土類を伴つて大量
で存在し得る。後者の群は、活性炭の酸性−塩基
性特性に影響を及ぼす。活性炭によく見られる他
の無機元素の中には、鉄およびチタンがある。原
料源および活性化操作により、多量の酸素が一層
少量の水素、窒素、硫黄、および他の有機官能基
と共に存在し得る。個々の市販炭素材料を含み得
る種々の元素および不純物にも拘らず本発明の方
法はすべての市販活性炭触媒材料に適用できる。 下記は、処理後増大した活性を示す若干の活性
炭の一覧表である。この一覧表は、説明のために
示され、本発明に使用する活性炭の適用性を限定
するとは解釈されるべきではない。好ましくは、
炭素は粉末の形であるが、顆粒または他の任意の
適当な粒状形あるいは形状は本発明の実施に使用
できる。 商 品 名 販 売 ダルコ(Darco)G−60Specアイ・シ−・アイ−
アメリカ(ICI−America)
デラウエア州ウイルミン
トン所在 ダルコXアイ・シ−・アイ−アメリカ デラウエア州ウイルミントン所在 ノーリツト(Norit)SG Extraアメリカン・ノ
ーリツト・カンパニー・イ
ンコーポレーテツド
(Amer.Norit Co.,Inc.)
フロリダ州ジヤクソンビル
所在 ノーリツトEN4アメリカン・ノーリツト・カン
パニー・インコーポレーテ
ツド フロリダ州ジヤクソ
ンビル所在 ノーリツトEXWアメリカン・ノーリツト・カン
パニー・インコーポレーテ
ツド フロリダ州ジヤクソ
ンビル所在 ノーリツトAアメリカン・ノーリツト・カンパニ
ー・インコーポレーテツド
フロリダ州ジヤクソンビ
ル所在 ノーリツト Ultra−Cアメリカン・ノーリツ
ト・カンパニー・インコー
ポレーテツド フロリダ州
ジヤクソンビル所在 ノーリツトACXアメリカン・ノーリツト・カン
パニー・インコーポレーテ
ツド フロリダ州ジヤクソ
ンビル所在 XZバーネビイーチエニイ(Barnebey−Cheney)
オハイオ州コロンブス所
在 NWバーネビイーチエニイ オハイオ州コロンブ
ス所在 JVバーネビイーチエニイ オハイオ州コロンブ
ス所在 BL Pulv.カルゴン・コーポレーシヨン(Calgon
Corporation) ピツツバ
ーグ・アクチベーテツド・
カーボン・デイビジヨン
(Pittsburgh、Activated
Carbon Division) ペン
シルバニア州ピツバーグ所
在 PWA Pulv.カルゴン・コーポレーシヨン ピツツバーグ・アクチベー
テツド・カーボン・デイビ
ジヨン ペンシルバニア州ピツツ
バーグ所在 PCB Finesカルゴン・コーポレーシヨン ピツツバーグ・アクチベー
テツド・カーボン・デイビ
ジヨン ペンシルバニア州ピツツ
バーグ所在 P−100ノー・アメリカン・カーボン・インコー
ポレーテツド(No.
American Carbon,Inc.) オハイオ州コロンブス所
在 ヌチヤー(Nuchar)CNウエストバコ・コーポ
レーシヨン・カーボン・デ
パートメント(Westvaco
Corporation Carbon
Department) バージニ
ア州コビングトン所在 ヌチヤーC−1000Nウエストバコ・コーポレーシ
ヨン・カーボン・デパート
メント バージニア州コビ
ングトン所在 ヌチヤーC−190Aウエストバコ・コーポレーシ
ヨン・カーボン・デパート
メント バージニア州コビ
ングトン所在 ヌチヤーC−115Aウエストバコ・コーポレーシ
ヨン・カーボン・デパート
メント バージニア州コビ
ングトン所在 コード(Code)1551アライド・アメリカン・ノ
ーリツト・カンパニー・イ
ンコーポレーテツド
(Allied Amer.Norit Co.,
Inc.)ベーカー・アンド・
アダムソン・デイビジヨン
(Baker and Adamson
Division) フロリダ州ジ
ヤクソンビル所在 ノーリツト4×14メツシユアメリカン・ノーリツ
ト・カンパニー・インコー
ポレーテツド フロリダ州
ジヤクソンビル所在 Gl−9615バーネビイーチエニイオハイオ州コロ
ンブス所在 VG−8408バーネビイーチエニイオハイオ州コロ
ンブス所在 VG−8590バーネビイーチエニイオハイオ州コロ
ンブス所在 NB−9377バーネビイーチエニイオハイオ州コロ
ンブス所在 グレード235ウイトコ・ケミカル・コーポレーシ
ヨン(Witco Chemical
Corp.)アクチベーテツ
ド・カーボン・デイビジヨ
ン ニユーヨーク州ニユー
ヨーク所在 グレード337ウイトコ・ケミカル・コーポレーシ
ヨン アクチベーテツド・
カーボン・デイビジヨン
ニユーヨーク州ニユーヨー
ク所在 グレード517ウイトコ・ケミカル・コーポレーシ
ヨン アクチベーテツド・
カーボン・デイビジヨン
ニユーヨーク州ニユーヨー
ク所在 グレード256ウイトコ・ケミカル・コーポレーシ
ヨン アクチベーテツド・
カーボン・デイビジヨン
ニユーヨーク州ニユーヨー
ク所在 コロンビアSXACユニオン・カーバイド(Union
Carbide) ニユーヨーク
州ニユーヨーク所在 活性炭触媒製造の実施において、何れの場合も
炭素表面上の酸化物の全化学還元、すなわち炭素
表面から酸性酸化物の還元または除去を生じる一
段または多段方式によつて処理方法を行うことが
できる。 二段方式においては、炭素材料は、まず例えば
液体硝酸、二酸化窒素、CrO3、空気、酸素、
H2O2、次亜塩素酸塩または硝酸を蒸発させるこ
とによつて得られる気体の混合物のような酸化物
をもつて処理できる。この処理は、気体または液
体酸化剤の何れかを用いて行うことができる。液
体を用いる場合、水溶液100g当たりHNO3約10g
〜約80gを含有する濃硝酸が好ましい。好ましい
気体状酸化剤としては、酸素、二酸化窒素および
硝酸蒸気がある。特に有効な酸化剤は、同伴気体
および液体硝酸を蒸留することによつて得られる
蒸気によつて蒸気相に持ちこまれる硝酸を含む気
相の硝酸である。液体酸化剤については、温度約
60℃〜約90℃が適当であるが、気体酸化剤につい
ては処理工程に対して温度約50℃〜約500℃また
は一層高温の使用が有利であることが多い。 処理は、製造業者からの炭素を磁気撹拌棒を含
有する丸底フラスコに入れることによつて行うこ
とができる。液体硝酸は説明のために酸化剤とし
て選ばれる。炭素の使用量は、望まれる炭素添加
量%(炭素添加量%=硝酸溶液100ml当たり使用
炭素g)および使用硝酸溶液の容積によつて決定
される。通常、硝酸または他の液体酸化剤100ml
当たり炭素1g〜200gが十分である。温度制御は、
任意の適当な手段によつて与えることができる。
望むならば凝縮器およびスクラツバーをフラスコ
の丸底に接続できる。水、好ましくは脱イオン水
の計算容量を炭素に加え、次いで十分な69%〜71
%硝酸を加えて望まれる硝酸溶液を得る。次い
で、炭素および硝酸溶液を望まれる温度において
望まれる時間撹拌する。実験結果から、第1処理
工程における炭素添加量、温度、硝酸濃度等は炭
素材料の望まれる酸化の達成に特に重要でなく、
従つて広範囲にわたつて適当に決定できる。最高
の炭素添加量は経済的理由で好ましい。 撹拌後、炭素をろ過し、次いで得られた湿ケー
クを熱分解前に洗浄および(または)乾燥するか
あるいは洗浄および(または)乾燥しなくてもよ
い。 炭素を酸化剤をもつて処理する時間は、約5分
〜約10時間に広く変わり得る。好ましくは、反応
時間約30分〜約6時間が十分である。濃硝酸が酸
化剤の場合、接触時間約30分〜約3時間が十分で
ある。 第2工程においては、酸化された炭素材料を温
度約500℃〜約1500℃、好ましくは約800℃〜1200
℃の範囲内において熱分解、すなわち熱処理す
る。本発明の1実施態様においては、熱分解は、
熱分解を促進すると考えられる少量の水蒸気また
は二酸化炭素を含有する窒素のような雰囲気中で
行われる。本開示を考えて当業者が想到するよう
に、酸化物は、熱分解温度において炭素表面から
除かれるが、水蒸気または二酸化炭素のような酸
素含有気体の存在は避けなければならない。なぜ
ならば表面酸化物の再形成を避けるために炭素は
熱分解温度より低温に冷却するからである。従つ
て、熱分解を窒素、アルゴンまたはヘリウムのよ
うな不活性気体雰囲気中で行うのが好ましい。 湿ケークまたは乾燥炭素を、一緒に石英管に入
れるセラミツク製熱分解皿に入れる。本発明の1
実施態様においては、窒素ガスを、約70℃の水を
通し、次いで熱分解の間に石英管を通す。別の実
施態様においては、熱分解前に、石英管を管容積
の数倍の乾燥窒素をもつてフラツシングした後、
乾燥静止窒素雰囲気を保つ。熱分解皿を含有する
石英管を、約930℃の適当な熱分解装置に望まれ
る時間入れ、次いで窒素雰囲気を保ちながら冷却
する。 熱分解は、約5分〜60時間続き得るが、10分〜
6時間が通常満足である。経済的理由で一層短時
間が好ましい。なぜならば、予期されるように炭
素を長時間高温に連続してさらすことによつて、
酸化用の不良炭素触媒を生じ得るからである。さ
らに本出願人はどのような特別の理論によつても
束縛されるのを望まないが、熱分解温度における
長期加熱は、黒鉛の形成に有利であると考えら
れ、しかも黒鉛は第3アミンおよび第2アミンの
第2アミンおよび第1アミンへの酸化変換に対し
て活性炭程満足ではないと考えられる。熱分解
は、わずかに湿つた雰囲気またはNH3を含有す
る雰囲気中で起こるのが好ましい。なぜならば、
このれによつて一層短時間で一層活性な触媒を生
成すると思われるからである。 活性炭触媒製造の好ましい実施態様において
は、前記の炭素材料を、同時にNH3および酸素
含有気体、例えばH2O/NH3から構成される気
流を炭素を通しながら熱分解することによつて一
段で行われる。本発明の重要な特徴ではないが、
気流の流量は、新鮮なガス反応体と炭素表面の間
の適当な接触を得るに十分早いが、過大の炭素減
量および材料損失を防止するのに十分遅くなけれ
ばならない。気体混合物が望まれる結果を与える
ならば、例えばNH3/CO2、NH3/O2、NH3
H2OおよびNH3/NOxのような多くのNH3/酸
素−含有気体混合物を使用できる。通常、酸素含
有気体/NH3比は0:100〜90:10の範囲にあり
得る。さらに、窒素は、高い酸素含有気体濃度の
炭素の著しい減量を防止する希釈剤として使用で
きる。アンモニアは、塩基性気体であり、それ自
体炭素材料の表面上の種々の酸化物基の分解を助
長すると考えられる。熱分解の間にNH3を発生
する任意の他の化学物質もまたNH3源として満
足であることが分かるであろう。経済的理由で、
NH3/H2O気流は、活性炭触媒製造の方法の実
施に最も好ましい。 上記方法によつて処理された炭素材料は、第3
アミンおよび第2アミンの接触酸化に用いられる
場合、実質的に増大した活性、すなわち市販活性
炭よりも速い反応速度を示す。反応速度は、例え
ば他のすべての酸化反応条件が不変で、他の未処
理市販活性炭触媒をもつて得られる速度の30倍お
よびそれ以上まで増大できる。驚くべきことに、
例えばカーボンブラツクおよび糖炭のような初期
に不活性の炭素さえも本発明の方法により活性化
できる。第3アミンおよび第2アミンの接触酸化
の他に、上記方法によつて製造された炭素触媒
は、第3アミンからのカルボキシメチル基および
ホスホノメチル基の酸化除去およびN−(ホスホ
ノメチル−イミノ)ジ酢酸の接触酸化を向上させ
る。 本発明は、下記の例によつて一層明確に説明で
きる。 例 1 本例は、第3アミンの第2アミンへの変換に用
いられる場合に、本発明の触媒によつて得られる
改良された結果を具体的に説明する。 22種の粉末活性炭試料が市販原料から得られ、
各々の1部を前記の二段処理プロセスに供した。
炭素約12gを磁気撹拌機を備えた250mlの丸底フ
ラスコに入れた。次いで、18.1%硝酸100mlをフ
ラスコに加え、次に内容物を約85〜約100℃に6
時間加熱した。フラスコを室温に放冷し、次いで
多孔性フリツト上でろ過することによつて、炭素
を酸溶液から分離した。この炭素を85℃において
乾燥器で一夜乾燥し、次いでセラミツク製熱分解
皿に入れた。皿および炭素を石英管に入れた。管
および内容物を約930℃に加熱しながら乾燥窒素
を管に通した。加熱を1時間続けた。加熱を中止
し、次いで冷却の間炭素上の窒素流を保ちながら
管および内容物を室温に放冷した。 各試料からの処理および未処理炭素の1部を、
次いで水92ml中のN−(ホスホノメチルイミノ)
ジ酢酸7.3gの酸化において触媒として用いてN−
ホスホノメチルグリシンを生成した。触媒装入量
は各実験について1.2gであつた。各反応の観察か
ら得られたデータを下記第1表に示す。アミン酸
化は、オートクレーブ・エンジニアズ
(Autoclave Engineers)製のオートクレーブ中
で85℃および酸素圧力50psig〜55psigにおいて、
オートクレーブを通る酸素流量200ml/minを用
いて行われた。
The present invention relates to a process for making secondary and primary amines using improved oxidation catalysts. US Pat. No. 4,264,776 discloses and claims a process for preparing secondary amines by catalytic oxidation of tertiary amines with oxygen over a carbon catalyst. The catalyst is an activated carbon of the type known in the art and is characterized by a high absorption capacity for gases, vapors, and colloidal solids, and a relatively large specific surface area. Activation of commercially available carbon catalysts is usually carried out by heating the carbon to high temperatures (800°C to 900°C) with water vapor or carbon dioxide, which results in a porous granular structure and a large specific surface area. US Pat. No. 4,072,706 discloses a method for oxidative removal of phosphonomethyl groups from tertiary amines using a molecular oxygen-containing gas with an activated carbon catalyst. It is understood that any source or form of carbon can be used as a catalyst or substrate in the method of this disclosed invention. U.S. Pat. No. 3,969,398 teaches the use of activated carbon in the catalytic oxidation of N-(phosphonomethylimino)diacetic acid. It is stated that carbon catalysts useful in this claimed process are available under a number of trade names. US Pat. No. 3,497,564 discloses the use of amorphous or graphitic carbon as a catalyst in the oxidative dehydrogenation of alkylbenzenes. It is taught that any source of activated carbon can be used in this method. Japanese Patent Application No. 56-17634 describes the activation of an SO 3 /SO 2 conversion carbon material useful as a reduction catalyst for selectively converting SO 3 in various gases such as air and exhaust gas to SO 2 . A method is disclosed. Carbon materials such as cylindrical activated carbon are treated with an oxidizing acid, e.g. nitric acid, and then heated at 300°C under an inert gas.
Heat treated at ~700°C. US Pat. No. 4,158,643 teaches a method for oxidative modification of activated carbon supports by adding oxygen to the surface of the activated carbon and then impregnating the carbon support with an inert hydrophobic compound. The carbon support, which can be any commercially available activated carbon for gas phase activation, is useful for long-term oxidation of carbon monoxide in the presence of sulfur dioxide. U.S. Pat. No. 3,243,383 teaches a method for regenerating catalysts used to polymerize olefins to liquid products. According to this disclosure, a spent cobalt oxide on carbon catalyst is heated in an inert atmosphere, cooled, and then treated with nitric acid, nitrogen oxide, or nitrogen dioxide. None of the above references suggest that the surface of the carbon catalyst, in particular where acidic and basic surface oxides may be present, may play a significant role in the amine oxidation rate. The present invention uses an activated carbon catalyst from which oxides have been removed from the surface in order to catalytically oxidize a tertiary amine or a secondary amine in the presence of oxygen or an oxygen-containing gas to selectively produce a secondary amine or a primary amine. Provided is a method characterized by using. To effect the removal of such surface oxides, the carbon material may be treated with oxidizing agents such as nitric acid, CrO 3 , H 2 O 2 , hypochlorite, etc. or H 2 O, H 2 O/NH 3 , CO 2 , exposed to an oxidizing gas such as NO x , air, and then heated to a temperature of approximately 500 °C.
The treatment sequence is to thermally decompose the carbon material in an oxygen-free atmosphere within the range of 1500°C to 1500°C. However, the treatment can also be carried out by simultaneously pyrolyzing the carbon material in the presence of NH 3 and oxygen-containing gases which react at the pyrolysis temperature with oxides on the surface of the carbon. Suitable oxygen-containing gases include water vapor, NO x , O 2 , CO 2 , SO 2
and mixtures of such gases. That is, in another specific embodiment of the present invention,
In an improved selective process for the production of secondary and primary amines by combining a tertiary amine or a secondary amine with oxygen or an oxygen-containing gas under reaction conditions in the presence of an activated carbon catalyst, the oxide is It can be seen that an improved method is provided which involves using activated carbon catalyst removed from the surface of the catalyst. As used herein, the term "oxide" is intended to mean a carbon functionality containing oxygen and an oxygen-containing heteroatom functionality. Also, other heteroatomic functional groups that do not contain oxygen can be removed from the surface of the carbon material during processing. The activated carbon used in the process of the invention, prepared as described above, exhibits unexpectedly good activity, ie, reaction rate, in the selective production of secondary amines for catalytic oxidation of tertiary amines. Additionally, the oxidative removal of carboxymethyl and phosphonomethyl groups from tertiary and secondary amines and the catalytic oxidation of N-(phosphonomethylimino)-diacetic acid are significantly enhanced with the carbon catalyst used in the present invention. can. When the carbon material is first subjected to the step of removing surface oxides as described above, the activity of carbon as a catalyst in the oxidation of tertiary amines to secondary amines and the oxidation of secondary amines to primary amines is It can be greatly improved. In carbon catalytic oxidation reactions, the analysis of the catalytic mechanism is based on the catalytic activity, surface area and/or
There is a tendency to suggest a possible correlation between pore size distribution. It has now been found that the presence of basic and acidic oxides on the surface of carbon materials can play a significant role in the oxidation process. Although applicants do not wish to be bound by any particular theory, it is believed that the catalytic activity of the catalyst can be substantially increased if acidic oxides are removed from the surface of the carbon. U.S. Pat. No. 4,264,776, the teachings of which are incorporated herein by reference, describes various carbon materials that can be used as feedstock to make activated carbon catalysts used in the practice of this invention. The carbon catalyst is typically commercially available activated carbon with carbon content ranging from about 10% for bone char to about 98% for some charcoals and nearly 100% for activated carbons derived from organic polymers. The non-carbonaceous nature of commercially available carbon materials typically varies depending on factors such as precursor sources, processing and activation methods. For example, inorganic "ash" components containing aluminum and silicon may be present in large amounts with some alkali metals and alkaline earths. The latter group influences the acidic-basic properties of activated carbon. Among other inorganic elements commonly found in activated carbon are iron and titanium. Depending on the feedstock source and activation procedure, large amounts of oxygen may be present along with smaller amounts of hydrogen, nitrogen, sulfur, and other organic functional groups. Despite the variety of elements and impurities that individual commercially available carbon materials may contain, the process of the present invention is applicable to all commercially available activated carbon catalyst materials. Below is a list of some activated carbons that exhibit increased activity after treatment. This list is provided for illustrative purposes and is not to be construed as limiting the applicability of activated carbon for use in the present invention. Preferably,
Although the carbon is in powder form, granules or any other suitable particulate form or shape can be used in the practice of this invention. Product Name Sales Darco G-60Spec I.C.I.
America (ICI-America)
Norit SG Extra, Wilmington, Delaware American Norit Co., Inc. Amer.Norit Co., Inc.
Noritz EN4 American Noritz Company, Inc., Jacksonville, Florida Noritz EXW American Noritz Company, Inc., Jacksonville, Florida Noritz A American Noritz Company, Inc., Jacksonville, Florida Noritz Ultra-C, Jacksonville, Florida American Noritz Company, Inc. Noritz ACX, Jacksonville, Florida American Noritz Company, Inc. XZ Barnebey-Cheney, Jacksonville, Florida
NW Barneby Each, located in Columbus, Ohio JV Barneby Each, located in Columbus, Ohio BL Pulv. Calgon Corporation (Calgon) located in Columbus, Ohio
Corporation) Pittsburgh Activated Corporation
Carbon Division (Pittsburgh, Activated)
Carbon Division) PWA Pulv. Calgon Corporation Pittsburgh Activated Carbon Division located in Pittsburgh, Pennsylvania PCB Fines Calgon Corporation Pittsburgh Activated Carbon Division located in Pittsburgh, Pennsylvania P-100 No. located in Pittsburgh, Pennsylvania・American Carbon Incorporated (No.
American Carbon, Inc.) Nuchar CN Westvaco Corporation Carbon Department, Columbus, Ohio
Carbon Corporation
Nutiya C-1000N West Vaco Corporation Carbon Department, Covington, Virginia Nutiya C-190A West Vaco Corporation Carbon Department, Covington, Virginia Nutiya C-115A West Vaco Corporation Carbon Department, Covington, Virginia John Carbon Department Covington, Virginia Code 1551 Allied Amer.Norit Co., Ltd.
Inc.) Baker &
Baker and Adamson
Division) Noritz 4x14 mesh located in Jacksonville, Florida American Norrit Company, Inc. Gl-9615 Barnebee Each, Jacksonville, Florida VG-8408 Barnebee Each, Columbus, Ohio VG-8590 Bar, Jacksonville, Florida Witco Chemical Co., Ltd., Columbus, Ohio NB-9377 Grade 235 Witco Chemical Co., Columbus, Ohio
Corp.) Activated Carbon Division Grade 337 Witco Chemical Corporation New York, New York Activated Carbon Division
carbon division
Grade 517 Witco Chemical Corporation Activated, New York, New York
carbon division
Grade 256 Witco Chemical Corporation Activated, New York, New York
carbon division
Columbia SXAC Union Carbide, New York, New York
Carbide, New York, New York In the practice of producing activated carbon catalysts, a method of treatment, in each case by a single or multi-stage process resulting in the total chemical reduction of oxides on the carbon surface, i.e. the reduction or removal of acidic oxides from the carbon surface. It can be performed. In the two-stage method, the carbon material is first mixed with, for example, liquid nitric acid, nitrogen dioxide, CrO 3 , air, oxygen,
It can be treated with oxides such as H 2 O 2 , hypochlorite or mixtures of gases obtained by evaporating nitric acid. This treatment can be performed using either gas or liquid oxidizers. When using liquid, approximately 10g of HNO3 per 100g of aqueous solution
Concentrated nitric acid containing ~80g is preferred. Preferred gaseous oxidizing agents include oxygen, nitrogen dioxide and nitric acid vapor. A particularly effective oxidizing agent is nitric acid in the gas phase, including nitric acid carried into the vapor phase by the entrained gas and the vapor obtained by distilling liquid nitric acid. For liquid oxidizers, the temperature approx.
Temperatures from 60°C to about 90°C are suitable, although for gaseous oxidizing agents it is often advantageous to use temperatures from about 50°C to about 500°C or even higher temperatures for the process. Treatment can be carried out by placing the carbon from the manufacturer into a round bottom flask containing a magnetic stirring bar. Liquid nitric acid is chosen as the oxidizing agent for purposes of illustration. The amount of carbon used is determined by the desired % carbon addition (% carbon addition = grams of carbon used per 100 ml of nitric acid solution) and the volume of nitric acid solution used. Usually 100ml of nitric acid or other liquid oxidizing agent
1g to 200g of carbon is sufficient. Temperature control is
It can be provided by any suitable means.
A condenser and scrubber can be connected to the round bottom of the flask if desired. Add the calculated volume of water, preferably deionized water, to the carbon, then add enough 69% to 71%
% nitric acid to obtain the desired nitric acid solution. The carbon and nitric acid solution is then stirred at the desired temperature for the desired time. From the experimental results, the amount of carbon added, temperature, nitric acid concentration, etc. in the first treatment step are not particularly important for achieving the desired oxidation of the carbon material;
Therefore, it can be appropriately determined over a wide range. The highest carbon loading is preferred for economic reasons. After stirring, the carbon is filtered and the resulting wet cake may or may not be washed and/or dried before pyrolysis. The time for treating the carbon with the oxidizing agent can vary widely from about 5 minutes to about 10 hours. Preferably, a reaction time of about 30 minutes to about 6 hours is sufficient. When concentrated nitric acid is the oxidizing agent, a contact time of about 30 minutes to about 3 hours is sufficient. In the second step, the oxidized carbon material is heated to a temperature of about 500°C to about 1500°C, preferably about 800°C to 1200°C.
Pyrolysis, ie heat treatment, within the range of °C. In one embodiment of the invention, the pyrolysis comprises:
It is carried out in an atmosphere such as nitrogen containing small amounts of water vapor or carbon dioxide, which are believed to promote thermal decomposition. As one skilled in the art will appreciate in view of this disclosure, oxides are removed from the carbon surface at pyrolysis temperatures, but the presence of oxygen-containing gases such as water vapor or carbon dioxide must be avoided. This is because the carbon is cooled below its pyrolysis temperature to avoid reformation of surface oxides. It is therefore preferred that the pyrolysis is carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon or helium. The wet cake or dry carbon is placed in a ceramic pyrolysis dish which is placed together in a quartz tube. 1 of the present invention
In an embodiment, nitrogen gas is passed through water at about 70° C. and then through a quartz tube during pyrolysis. In another embodiment, prior to pyrolysis, the quartz tube is flushed with several tube volumes of dry nitrogen, and then
Maintain a dry, static nitrogen atmosphere. The quartz tube containing the pyrolysis dish is placed in a suitable pyrolysis apparatus at about 930° C. for the desired time and then cooled while maintaining a nitrogen atmosphere. Pyrolysis can last from about 5 minutes to 60 hours, but from 10 minutes to
6 hours is usually satisfactory. Shorter times are preferred for economic reasons. This is because, as expected, by continuously exposing carbon to high temperatures for long periods of time,
This is because a defective carbon catalyst for oxidation may be produced. Furthermore, although Applicants do not wish to be bound by any particular theory, it is believed that prolonged heating at pyrolysis temperatures favors the formation of graphite, and that graphite is It is believed that activated carbon is not as satisfactory for the oxidative conversion of secondary amines to secondary and primary amines. Preferably, the pyrolysis takes place in a slightly humid atmosphere or an atmosphere containing NH3 . because,
This is because it is thought that a more active catalyst can be produced in a shorter time. In a preferred embodiment of the activated carbon catalyst production, the carbon material is pyrolyzed in one step by simultaneously passing a gas stream consisting of NH 3 and an oxygen-containing gas, e.g. H 2 O/NH 3 through the carbon. It will be done. Although not a critical feature of the invention,
The flow rate of the air stream must be fast enough to obtain adequate contact between the fresh gas reactant and the carbon surface, but slow enough to prevent excessive carbon weight loss and material loss. If a gas mixture gives the desired result, e.g. NH 3 /CO 2 , NH 3 /O 2 , NH 3 /
Many NH3 /oxygen-containing gas mixtures can be used, such as H2O and NH3 / NOx . Typically, the oxygen-containing gas/ NH3 ratio may range from 0:100 to 90:10. Additionally, nitrogen can be used as a diluent to prevent significant loss of carbon at high oxygen-containing gas concentrations. Ammonia is a basic gas and is thought to itself promote the decomposition of various oxide groups on the surface of carbon materials. Any other chemical that generates NH3 during pyrolysis will also prove satisfactory as a source of NH3 . For economic reasons,
A NH3 / H2O stream is most preferred for carrying out the method of activated carbon catalyst production. The carbon material treated by the above method is
When used in the catalytic oxidation of amines and secondary amines, they exhibit substantially increased activity, ie, faster reaction rates than commercially available activated carbons. Reaction rates can be increased, for example, by a factor of 30 and more than those obtained with other untreated commercially available activated carbon catalysts, all other oxidation reaction conditions being unchanged. Surprisingly,
Even initially inert carbons such as carbon black and charcoal can be activated by the method of the invention. In addition to the catalytic oxidation of tertiary and secondary amines, the carbon catalyst prepared by the above method can be used for the oxidative removal of carboxymethyl and phosphonomethyl groups from tertiary amines and for the catalytic removal of N-(phosphonomethyl-imino)diacetic acid. Improves catalytic oxidation of The invention can be explained more clearly by the following examples. Example 1 This example illustrates the improved results obtained with the catalyst of the present invention when used to convert tertiary amines to secondary amines. Twenty-two powdered activated carbon samples were obtained from commercially available raw materials;
A portion of each was subjected to the two-step process described above.
Approximately 12 g of carbon was placed in a 250 ml round bottom flask equipped with a magnetic stirrer. Then, 100 ml of 18.1% nitric acid was added to the flask, and the contents were then heated to about 85 to about 100°C for 6
heated for an hour. The carbon was separated from the acid solution by allowing the flask to cool to room temperature and then filtering over a porous frit. The carbon was dried in an oven at 85° C. overnight and then placed in a ceramic pyrolysis dish. The dish and carbon were placed in a quartz tube. Dry nitrogen was passed through the tube while heating the tube and contents to approximately 930°C. Heating was continued for 1 hour. Heating was discontinued and the tube and contents were then allowed to cool to room temperature while maintaining a flow of nitrogen over the carbon during cooling. A portion of the treated and untreated carbon from each sample was
Then N-(phosphonomethylimino) in 92 ml of water
N- was used as a catalyst in the oxidation of 7.3 g of diacetic acid.
Phosphonomethylglycine was produced. Catalyst charge was 1.2 g for each experiment. Data obtained from observations of each reaction are shown in Table 1 below. Amine oxidation was performed in an Autoclave Engineers autoclave at 85°C and oxygen pressure of 50 psig to 55 psig.
It was carried out using an oxygen flow rate of 200 ml/min through the autoclave.

【表】 例 2 熱分解時間を1時間〜6時間に変えた以外は、
ノーリツトW20炭素の6個の部分を例1の二段処
理に供した。結果を第2表に示す。 第 2 表 アミン酸化時間(分) 熱分解時間(時間) 処理触媒 未処理触媒 1 16 69 2 11 − 3 11 − 4 11 − 5 6 − 6 10 − 例 3 内径1.9cm×長さ40.6cmの石英管に、カルゴン
C450活性炭2.5gを入れる。この管を、N2流70
ml/min〜100ml/minを70℃の10%NH4OH水溶
液にスパージングすることによつて得られた気流
に接続する。この石英管を次いで、予熱された
30.5cmの管状炉に入れ、次に930℃において60分
熱分解し、次いで何ら空気を接触することなく乾
燥N2雰囲気下に室温に冷却する。 上記の炭素を用いて、「オートクレーブ・エン
ジニアズ」社製300mlオートクレーブ中で85℃、
圧力3.44×105N/m2およびO2流量200ml/minに
おいて種々の第3アミンを第2アミンに酸化す
る。試料をHPLCによつて分析する。反応体の濃
度、触媒添加量および種々の第3アミンの処理触
媒対未処理触媒の反応時間を、当業者に既知の数
種の適当な方法の何れか1つによつて決定できる
反応終点と共に第3表に挙げる。
[Table] Example 2 Except for changing the pyrolysis time from 1 hour to 6 hours,
Six portions of Noritz W20 carbon were subjected to the two-step process of Example 1. The results are shown in Table 2. Table 2 Amine oxidation time (minutes) Pyrolysis time (hours) Treated catalyst Untreated catalyst 1 16 69 2 11 - 3 11 - 4 11 - 5 6 - 6 10 - Example 3 Quartz with inner diameter 1.9 cm x length 40.6 cm Calgon in the tube
Add 2.5g of C450 activated carbon. Connect this tube to N2 flow 70
Connect to an air flow obtained by sparging 10% NH 4 OH aqueous solution at 70° C. from ml/min to 100 ml/min. This quartz tube was then preheated
Place in a 30.5 cm tube furnace and then pyrolyze at 930° C. for 60 min, then cool to room temperature under a dry N 2 atmosphere without any air contact. Using the above carbon, heat at 85℃ in a 300ml autoclave manufactured by Autoclave Engineers.
Various tertiary amines are oxidized to secondary amines at a pressure of 3.44×10 5 N/m 2 and an O 2 flow rate of 200 ml/min. Analyze the sample by HPLC. Concentrations of reactants, catalyst loading and reaction times for treated versus untreated catalysts for various tertiary amines, with a reaction end point that can be determined by any one of several suitable methods known to those skilled in the art. Listed in Table 3.

【表】 例 4 内径1.9cm×長さ35.6cmの石英管に、ノーリツ
トW−20活性炭3.55gを入れた。この管をNH3
ス50ml/minおよび水蒸気89ml/minの流れに接
続し、次いで予熱された30.5cmの管状炉に入れ、
次に930℃において30分熱分解した。次いで、こ
の管を空気と何ら接触することなく乾燥N2雰囲
気下に室温に冷却した。得られた炭素は減量54%
を与えた。 次いで、N−(ホスホノメチルイミノ)ジ酢酸
7.3g、前記触媒1.2gおよびH2O92mlを「オートク
レーブ・エンジニアズ」製300mlのオートクレー
ブ中で混合し、次いで70℃、O2圧力3.44×
105N/m2およびO2流量200ml/minにおいて酸化
した。反応は9.7分で終了した。処理触媒を用い
た反応速度は、未処理触媒を用いた反応よりも
11.4倍速かつた。
[Table] Example 4 3.55 g of Noritz W-20 activated carbon was placed in a quartz tube with an inner diameter of 1.9 cm and a length of 35.6 cm. The tube was connected to a flow of NH 3 gas 50 ml/min and steam 89 ml/min and then placed in a preheated 30.5 cm tube furnace;
Next, it was thermally decomposed at 930°C for 30 minutes. The tube was then cooled to room temperature under a dry N2 atmosphere without any contact with air. The carbon obtained is reduced by 54%
gave. Then, N-(phosphonomethylimino)diacetic acid
7.3 g, 1.2 g of the above catalyst and 92 ml of H 2 O were mixed in a 300 ml autoclave manufactured by "Autoclave Engineers" and then heated at 70 °C and O 2 pressure 3.44 ×
Oxidation was carried out at 10 5 N/m 2 and an O 2 flow rate of 200 ml/min. The reaction was completed in 9.7 minutes. The reaction rate with treated catalyst is faster than that with untreated catalyst.
It was 11.4 times faster.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第3アミンまたは第2アミンを活性炭触媒の
存在下酸素または酸素含有気体と反応条件下で一
緒にすることによる第2アミンおよび第1アミン
の選択的製造方法において、 表面から酸化物が除去された活性炭触媒を用
い、しかも、 出発物質の前記第2アミンはN−ホスホノメチ
ル第2アミンまたはN−カルボキシメチル第2ア
ミンであり、そして 出発物質の前記第3アミンはN−ホスホノメチ
ル第3アミンまたはN−カルボキシメチル第3ア
ミンであることを特徴とする方法。 2 第2アミンが第3アミンから製造される、特
許請求の範囲第1項の方法。 3 第3アミンがN−ホスホノメチル第3アミン
である、特許請求の範囲第2項の方法。 4 第3アミンがN−(ホスホノメチルイミノ)
ジ酢酸である、特許請求の範囲第3項の方法。 5 N−ホスホノメチルグリシンが製造される、
特許請求の範囲第4項の方法。
[Claims] 1. A method for selectively producing a secondary amine and a primary amine by combining a tertiary amine or a secondary amine with oxygen or an oxygen-containing gas under reaction conditions in the presence of an activated carbon catalyst, comprising: using an activated carbon catalyst from which oxides have been removed, and the secondary amine of the starting material is N-phosphonomethyl secondary amine or N-carboxymethyl secondary amine, and the tertiary amine of the starting material is N- A method characterized in that it is a phosphonomethyl tertiary amine or an N-carboxymethyl tertiary amine. 2. The method of claim 1, wherein the secondary amine is prepared from a tertiary amine. 3. The method of claim 2, wherein the tertiary amine is an N-phosphonomethyl tertiary amine. 4 The tertiary amine is N-(phosphonomethylimino)
4. The method of claim 3, wherein the diacetic acid is diacetic acid. 5 N-phosphonomethylglycine is produced,
The method according to claim 4.
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