JP5048643B2 - イオン性液体を用いた過酸化水素の直接製造法 - Google Patents
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Description
しかし、過酸化水素の直接合成法において、有機溶媒を用いない系においても同様に優れた製造効率を有する製法が望まれている。
本発明の好ましい態様では、上記イオン性液体が、陽イオンと陰イオンの塩で、かつ常温で液体である有機化合物である。また、本発明の別の好ましい態様では、上記イオン性液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデカンホスホニウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1,3−ジアリルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N−ブチル−N−メチルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド及び1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートからなる群から選ばれる1以上の化合物を含む。
また、本発明の別の好ましい態様では、上記イオン性液体を、イオン性液体と上記水溶液中の水溶媒との合計量に対して、1〜50重量%添加する。更に、本発明の別の好ましい態様では、上記触媒が、チタニア(二酸化チタン)に貴金属を担持させた触媒であるか、あるいは、上記触媒が、貴金属を含むコロイド粒子が分散した貴金属コロイド溶液である。
本発明は、水溶液中で触媒の存在下に水素と酸素とを反応させる過酸化水素の直接製造法において、反応系にイオン性液体を存在させることを特徴とする過酸化水素の直接製造法である。
本発明におけるイオン性液体とは、陽イオンと陰イオンの塩で、かつ常温で液体である有機化合物である。具体的には、好ましいイオン性液体とは、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデカンホスホニウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1,3−ジアリルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N−ブチル−N−メチルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド及び1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートなどが挙げられる。これらのうち、より好ましくは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドおよび1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2以上を混合して使用してもよい。
本発明における貴金属コロイドを構成する微小粒子は、白金、パラジウム、銀、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウムといった貴金属を1種以上含む。好ましい貴金属コロイドは、単一粒子としては、白金またはパラジウム粒子を含むコロイドであり、また、白金/パラジウムコロイド、金/パラジウムコロイドのような2元系の貴金属コロイドも好ましい触媒である。また、コロイドを構成する貴金属粒子の粒径は1〜10nmのものが好ましい。これらの範囲外の粒径のコロイドを適用しても合成反応は生じるが、1〜10nmの領域のコロイドが特に活性が高いからである。
堺化学製高表面積ルチル型チタニア(STR100N)10g、HAuCl40.05gおよびPdCl20.12gを水100mlに懸濁した。マグネチックスターラーで攪拌しながら、加熱して半液体状になるまで水分を除去した。さらに、マグネチックスターラーを除去後、60℃にて一晩乾燥した。この乾燥試料を粉砕後、0.5〜1.18mmに整粒し、450℃、40ml/minのH2気流中で4時間還元処理を行うことにより、青紫色の粒状触媒を得た。
攪拌装置およびガス吹き込み管を備えたテフロン(登録商標)で内張りをした230mlのオートクレイブに、上記で製造したAu/Pd−ルチル型チタニア担持触媒1.5g、NaCl0.368g、硫酸2.8gおよび1-エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)6mlを蒸留水で希釈し、全量で75mlとして仕込んだ。オートクレイブを10℃に調整しながら、ガスを50ml/min(水素:2.5%、酸素:19.5%、窒素:30%、アルゴン:48%)でオートクレイブに吹き込みながら圧力を1Mパスカルに調整し、回転数800rpmで攪拌しながら2時間反応させた。
(1)過酸化水素の生成速度は、以下のように求めた。
過酸化水素生成速度=(生成した過酸化水素モル濃度)÷(反応時間)
なお、生成した過酸化水素のモル濃度は、硫酸チタニルを過酸化水素の発色剤として使用し、紫外可視分光光度計(商品名:V-550、日本分光製)を用いて測定した。
(2)水素の反応率は、以下のように求めた。
水素の反応率=(消費された水素量)÷(吹き込んだ水素の全量)
なお、消費された水素量は、ガスクロマトグラフィー(商品名:GC-8A、島津製作所製)を用いて測定した。
(3)過酸化水素の選択率は次式によって計算した。
過酸化水素の選択率(%)=[(反応により生成した過酸化水素のモル量)÷(消費された水素量から算出した過酸化水素の理論生成モル量)]×100
なお、生成した過酸化水素のモル量は、硫酸チタニルを過酸化水素の発色剤として使用し、紫外可視分光光度計(商品名:V-550、日本分光製)を用いて測定した。
(4)過酸化水素の収率は、以下のように求めた。
過酸化水素の収率=(水素の反応率)×(過酸化水素の選択率)
これらの結果を表−1に示す。
イオン性液体として、実施例1の1-エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)に代えて、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを用いた以外は実施例1と同様に実施した。実施例1と同様に測定した結果を表−1に示す。
イオン性液体として、実施例1の1-エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)に代えて、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートを用いた以外は実施例1と同様に実施した。実施例1と同様に測定した結果を表−1に示す。
イオン性液体を用いなかった以外は、実施例1と同様に実施した。実施例1と同様に測定した結果を表−1に示す。
蒸留水25mlおよびエタノール25mlの混合溶液中に125μmolHAuCl4および375μmolPdCl2を加えた。さらに、コロイドを均一に分散するために、保護剤としてポリビニルピロリドン(分子量:40,000)0.43gを、還元剤としてシュウ酸二水和物1gを加えた。マグネチックスターラーで攪拌しながら、60分還流を行うことにより、赤褐色の粘稠な液体が得られた。
攪拌装置およびガス吹き込み管を備えたテフロン(登録商標)で内張りをした230mlのオートクレイブに、上記で製造したAu/Pd−PVPコロイド溶液14ml、NaCl0.368g、硫酸2.8gおよび1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド 6mlを蒸留水で希釈し、全量で75mlとして仕込んだ。オートクレイブを10℃に調整しながら、ガスを250ml/min(水素:2.5%、酸素:19.5%、窒素:30%、アルゴン:48%)でオートクレイブに吹き込みながら圧力を1Mパスカルに調整し、回転数800rpmで攪拌しながら30分反応させた。実施例1と同様に測定した結果を表−2に示す。
イオン性液体として、実施例4の1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドに代えて、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートを用いた以外は実施例4と同様に実施した。実施例1と同様に測定した結果を表−2に示す。
イオン性液体を用いなかった以外は、実施例4と同様に実施した。実施例1と同様に測定した結果を表−2に示す。
Claims (9)
- 水溶液中で触媒の存在下に水素と酸素とを反応させる過酸化水素の直接製造法において、反応系に、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデカンホスホニウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1,3−ジアリルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N−ブチル−N−メチルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド及び1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートからなる群から選ばれる1以上の化合物を含むイオン性液体を存在させることを特徴とする過酸化水素の直接製造法。
- 前記イオン性液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドおよび1−エチル−3−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェートからなる群から選ばれる1以上の化合物を含む請求項1に記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記イオン性液体を、該イオン性液体と前記水溶液中の水溶媒との合計量に対して、1〜50重量%添加する請求項1または2に記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記イオン性液体の添加量が2〜40重量%である請求項3に記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記触媒が、チタニア(二酸化チタン)に貴金属を担持させた触媒である請求項1から4のいずれかに記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記貴金属が、白金、パラジウム、銀、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム及びオスミウムからなる群より選択される1種以上を含む請求項5記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記触媒が、貴金属を含むコロイド粒子が分散した貴金属コロイド溶液である請求項1から4のいずれかに記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記貴金属コロイド溶液を構成するコロイド粒子が、白金、パラジウム、銀、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム及びオスミウムからなる群より選択される1種以上を含む請求項7記載の過酸化水素の直接製造法。
- 前記貴金属コロイド溶液が、保護剤として、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコールクエン酸、酒石酸、アルギン酸、ポリリン酸、ポリ(N−カルボキシメチル)アリルアミン、ポリ(N,N−ジカルボキシメチル)アリルアミン及びポリ(N−カルボキシメチル)エチレンイミンからなる群から選択される1以上の有機化合物を含む請求項7または8記載の過酸化水素の直接製造法。
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