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新規ヘテロポリ酸等の修飾により得た触媒を用いて、ベンゼンからフエノールへの直接酸化を検討する

Research Project

Project/Area Number 04F04572
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Catalyst/Resource chemical process
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Host Researcher 村田 和久  独立行政法人産業技術総合研究所, バイオマス研究センターBTL触媒チーム, チーム長
Foreign Research Fellow LIU Yanyong  独立行政法人産業技術総合研究所, バイオマス研究センターBTL触媒チーム, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2004 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsベンゼン / 酸化 / フェノール / 酸素分子 / パラジウム / ヘテロポリ酸 / メソポーラスシリカ / スルホラン
Research Abstract

フェノールは世界年産約700万トンの基幹化成品であり,種々の高分子材料の中間体として重要である。現在,全世界のフェノール生産プロセスの90%がクメン法で占められている。クメン法は3行程から成っており,アセトンを併産し,環境負荷が大きく,設備を腐食するといった問題がある。本研究では,酸素分子によりベンゼンから直接一段でフェノールを合成する触媒の開発を目指している。
ヘテロポリ酸は強い酸性と酸化力を併せ持ち,構成元素を種々の金属原子に置換することにより酸性・酸化力および活性点の構造を系統的に制御できる。そのため,Cu,Ti,Pd,V,Fe,Nbなどの活性遷移金属をヘテロポリ酸の骨格の中に導入し,均一系バッチ反応器でベンゼンの直接酸素酸化を行った。合成した[(C_4H_9)_4N]_5[PW_<11>CuO_<39>(H_2O)]触媒は323K,12時間の反応で9.2%のベンゼンの転化率と91.8%のフェノールへの選択率を示し,TON値は25.8に達しており,文献に報告された触媒の中で最も高い性能を示した。遷移金属イオンの性能はCu>V>Fe>>Mn>Ti>Cr>Co>Ni>Znの順序で,ヘテロポリ酸の中央元素はP=Si>Ge>Bの順序でベンゼンを酸化する能力が低下する。スルホラン(Sulfolane)溶媒はフェノールへの選択率を向上させるが,量が多くなるとベンゼンの転化率を低下させる。アスコルビン酸(Ascorbic acid)は必要な還元剤である。反応系の中で酸素の圧力が高くなると,より多くの酸素分子は溶媒の中に溶け込まれるため,ベンゼンの転化率が向上する。
メソポーラスシリカ多孔体(HMS)は高表面積(>1000m^2/g)と均一な細孔(〜4nm)を有しており,触媒担体として魅力がたくさんある。そのため,ヘテロポリ酸触媒を表面修飾法によりメソポーラスシリカ多孔体の表面及び細孔内に固定化させ,ハイブリッド型触媒を創製し,新規高性能なベンゼンの直接酸素酸化用触媒の開発を行った。開発した反応系の中で,HMS-PMo_<10>V_2O_<40>+Pd(OAc)_2系は393K,6時間で8.1%の転化率と81.4%の選択率を得て,初めて非均一系で,還元剤なしで酸素分子によるベンゼンからフェノールへの直接合成に成功した。触媒をろ過回収し,5回再利用しても,活性成分は反応液に脱離せず,活性は低下しなかった。

Report

(1 results)
  • 2005 Annual Research Report

Research Products

(3 results)

All 2005 Other

All Journal Article (3 results)

  • [Journal Article] Effects of vanadium supported on ZrO_2 and sulfolane on the synthesis of phenol by hydroxylation of benzene with oxygen and acetic acid on palladium catalyst2005

    • Author(s)
      Kazuhisa Murata, Yanyong, Megumu Inaba
    • Journal Title

      Catalysis Letters 102

      Pages: 143-147

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Liquid-phase oxidation of benzene to phenol by molecular oxygen over transition metal substituted polyoxometalate compounds2005

    • Author(s)
      Yanyong Liu, Kazuhisa Murata, Megumu Inaba
    • Journal Title

      Catalysis Communications 6

      Pages: 679-683

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Direct oxidation of benzene to phenol by molecular oxygen over catalytic systems containing Pd(OAc)_2 and heteropolyacid immobilized on HMS or PIM

    • Author(s)
      Yanyong Liu, Kazuhisa Murata, Megumu Inaba
    • Journal Title

      Journal of Molecular Catalysis A : Chemical 印刷中

    • Related Report
      2005 Annual Research Report

URL: 

Published: 2005-03-31   Modified: 2016-04-21  

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