パラジウム含有触媒、その製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法
【課題】アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造するための触媒、その触媒の製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供する。
【解決手段】アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒であって、触媒構成元素としてパラジウム元素およびタングステン元素を含有するパラジウム含有触媒。
【解決手段】アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒であって、触媒構成元素としてパラジウム元素およびタングステン元素を含有するパラジウム含有触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒、その製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
α，β−不飽和カルボン酸は工業上有用な物質が多い。例えば、アクリル酸やメタクリル酸は合成樹脂原料などの用途に極めて大量に使用されている。
【０００３】
α，β−不飽和カルボン酸を製造する方法として、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化して製造する方法について研究がされている。オレフィンを分子状酸素により液相酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造するための触媒として、例えば、特許文献１では、パラジウムと、鉛、ビスマス、タリウムまたは水銀との金属間化合物を含有するパラジウム含有触媒が提案されている。また、特許文献１においては、モリブデンの酸化物、ヘテロポリモリブデン酸およびヘテロポリモリブデン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種のモリブデン化合物の水溶液と前記触媒の存在下でオレフィンを酸化することが記載されている。
【０００４】
また、オレフィンからα，β−不飽和アルデヒドおよびα，β−不飽和カルボン酸を製造、または、α，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するための触媒として、例えば、特許文献２では、パラジウム金属１．０モルに対してテルル金属０．００１〜０．４０モルを含有するパラジウム含有触媒が提案されている。また、特許文献３では、パラジウム担持触媒およびその製造方法として、シリカ担体に金属酸化物が含まれているシリカ−金属酸化物担体に、パラジウムを担持した触媒が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−５９７２２号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／１１８１３４号
【特許文献３】特開２００７−２０３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１〜３に記載された方法に準じて製造したパラジウム含有触媒を使用した液相酸化においては、このパラジウム含有触媒の活性は十分といえず、より生産性が高いα，β−不飽和カルボン酸製造用触媒の開発が望まれている。
【０００７】
従って本発明の目的は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造するための触媒、その触媒の製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒であって、触媒構成元素としてパラジウム元素およびタングステン元素を含有するパラジウム含有触媒である。前記パラジウム含有触媒は、さらに、触媒構成元素としてテルル元素を含有することが好ましい。また、前記触媒構成元素の少なくとも１種が担体に担持されている担持型のパラジウム含有触媒とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明はパラジウム含有触媒を製造する方法であって、担持型のパラジウム含有触媒を製造する場合には、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる、または、パラジウム元素を担体に担持させた後、タングステン元素を担持させることが好ましい。さらに、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を還元剤で還元する工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法である。担持型のパラジウム含有触媒を製造する場合は、前記還元工程を担体の存在下で行うことが好ましい。
【００１０】
さらに本発明は、前記パラジウム含有触媒を用いて、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα，β−不飽和カルボン酸の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造できるパラジウム含有触媒、その触媒の製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のパラジウム含有触媒（以後、略して「触媒」ともいう。）は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素で液相酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造する（以後、略して「液相酸化」ともいう。）ための触媒であって、パラジウム元素およびタングステン元素を含有する。触媒中にパラジウム元素およびタングステン元素を含有することで、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造することが可能な触媒が得られる。触媒中のパラジウム元素１モルに対するタングステン元素のモル数、すなわちタングステン元素とパラジウム元素のモル比（「Ｗ／Ｐｄ」と略すこともある）は、０．００１〜０．２５が好ましく、０．０１〜０．２２５がより好ましい。触媒にタングステン元素を含有させることによって、α，β−不飽和カルボン酸の生産性が向上するが、過剰に含有させると、逆にα，β−不飽和カルボン酸の生産性が低下する。
【００１３】
本発明の触媒は、さらにテルル元素を含有することが好ましい。触媒中のパラジウム元素１モルに対するテルル元素のモル数、すなわちテルル元素とパラジウム元素のモル比（「Ｔｅ／Ｐｄ」と略すこともある）は、０．００１〜０．４が好ましく、０．００５〜０．３５がより好ましく、０．０１〜０．３がさらに好ましい。触媒にテルル元素を含有させることによって、α，β−不飽和カルボン酸の生産性が向上するが、過剰に含有させると、逆にα，β−不飽和カルボン酸の生産性が低下する。
【００１４】
このＷ／ＰｄおよびＴｅ／Ｐｄは、パラジウム含有触媒の製造に使用する、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物、タングステン元素を含む化合物、およびテルル元素を含む化合物の配合比等により調整可能である。なお、本明細書において、パラジウム含有触媒の製造に使用する、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を「Ｐｄ原料」、タングステン元素を含む化合物を「Ｗ原料」、テルル元素を含む化合物を「Ｔｅ原料」ともいう。
【００１５】
Ｗ／ＰｄおよびＴｅ／Ｐｄは、触媒に含まれるタングステン元素とパラジウム元素の質量および原子量、テルル元素とパラジウム元素の質量および原子量からそれぞれ算出できる。触媒に含まれるパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素の質量は元素分析により定量できる。元素分析法による触媒中のパラジウム元素とタングステン元素の質量の定量方法としては次のα処理液とβ処理液を調製して分析する方法が例示できる。テルル元素も同様に測定できる。
α処理液の調製：触媒０．２ｇ、および、所定量の濃硝酸、濃硫酸、過酸化水素水をテフロン（登録商標）製分解管にとり、マイクロ波加熱分解装置（ＣＥＭ社製、ＭＡＲＳ５（商品名））で溶解処理を行う。試料をろ過し、ろ液および洗浄水を合わせてメスフラスコにメスアップし、α処理液とする。
β処理液の調製：α処理液調製の際の不溶解分を集めたろ紙を白金製ルツボに移し加熱・灰化した後、メタホウ酸リチウムを加えてガスバーナーで溶融する。冷却後に塩酸と少量の水をルツボに入れて溶解後、メスフラスコにメスアップし、β処理液とする。
【００１６】
得られたα処理液およびβ処理液に含まれる各元素の質量を、ＩＣＰ発光分析装置（サーモエレメンタル社製、ＩＲＩＳ−Ａｄｖａｎｔａｇｅ（商品名））で定量し、両処理液中の元素毎の質量合計から触媒中の各元素の質量を求めることができる。
【００１７】
また、ポアフィリング法や浸漬担持法のようにＰｄ原料、Ｗ原料およびＴｅ原料に含まれるパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素の実質的に全量が触媒に含まれる方法で触媒を製造した場合には、使用するＰｄ原料のパラジウム含有率と配合量、使用するＷ原料のタングステン含有率と配合量、使用するＴｅ原料のテルル含有率と配合量から各元素の質量を算出してもよい。
【００１８】
本発明の触媒は、非担持型でもよいが、触媒構成元素（パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素）の少なくとも１種または全部が担体に担持されている担持型が好ましい。担体としては、例えば、活性炭、カーボンブラック、シリカ、アルミナ、マグネシア、カルシア、チタニアおよびジルコニア等が挙げられる。中でもシリカ、アルミナ、マグネシア、カルシア、チタニアおよびジルコニアがより好ましく、シリカ、チタニア、ジルコニアが特に好ましい。担体は１種でもよいが、２種以上を用いることもできる。２種以上を用いる場合は、例えば、シリカとアルミナとを混合して得られる混合酸化物等の混合物、複合酸化物であるシリカ−アルミナ等の複合物等が挙げられる。
【００１９】
担体の好ましい比表面積は担体の種類等により異なるので一概にいえないが、シリカの場合、５０ｍ2／ｇ以上が好ましく、１００ｍ2／ｇ以上がより好ましい。また１５００ｍ2／ｇ以下が好ましく、１０００ｍ2／ｇ以下がより好ましい。担体の比表面積は、小さいほど有用成分（パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素）がより表面に担持された触媒の製造が可能となり、大きいほど有用成分が多く担持された触媒の製造が可能となる。
【００２０】
担体の細孔容積は特に限定されないが、０．１ｃｃ／ｇ以上が好ましく、０．２ｃｃ／ｇ以上がより好ましい。また２．０ｃｃ／ｇ以下が好ましく、１．５ｃｃ／ｇ以下がより好ましい。
【００２１】
担体の形状やサイズは、反応装置の形状、サイズ等によって異なり、特に制限されないが、例えば、粉末状、粒状、球状、ペレット状など種々の形状が挙げられる。中でもろ別等の操作性が容易な粒状、球状が好ましい。担体が粉末状や粒状の場合の粒径（メディアン径）は、０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましい。また、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。担体の粒径は大きいほど触媒と反応液の分離が容易になり、小さいほど反応液中における触媒の分散性がよくなる。
【００２２】
担持型触媒の場合、担体に対するパラジウム元素の担持率は、担持前の担体質量に対して０．１〜４０質量％が好ましく、０．５〜３０質量％がより好ましく、１．０〜２０質量％がさらに好ましい。
【００２３】
担持型触媒の場合での各元素の担持率は、前記の方法等で求められる各元素の質量と使用する担体の質量から算出できる。また、担体の質量は、次のような方法で定量することもできる。すなわち、触媒を白金るつぼにとり、炭酸ナトリウムを加えて融解する。その後、蒸留水を加えて均一溶液として、ＩＣＰ発光分析で試料溶液中の特定元素の定量をする。例えばシリカ担体の場合、Ｓｉ元素を定量する。
【００２４】
本発明の触媒は、パラジウム元素、タングステン元素、およびテルル元素以外の、その他の金属元素を触媒構成元素として含んでいてもよい。その他の金属元素としては、例えば、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金、銀、オスミウム、銅、鉛、ビスマス、タリウム、水銀、アンチモン等が挙げられる。他の金属元素は１種または２種以上含有することができる。高い触媒活性を発現させる観点から、触媒に含まれる全ての触媒構成元素のうち、パラジウム元素、タングステン元素、およびテルル元素の合計が６０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。
【００２５】
触媒の製造に使用するその他の金属元素の原料としては、単体（金属）またはその他の金属元素を含む化合物（以後、「その他の原料」ともいう。）を使用することができる。以後、その他の原料、Ｐｄ原料、Ｗ原料およびＴｅ原料をまとめて「金属原料」ともいう。
【００２６】
触媒中において、金属元素が金属または化合物のいずれの状態で含まれているかは、ＸＰＳ分析によって結合状態を定性的に確認することで知ることができる。
【００２７】
次に、本発明の触媒の製造方法について説明する。
【００２８】
前に述べたように本発明の触媒は、非担持型でもよいが、触媒構成元素（パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素）の少なくとも１種または全部が担体に担持されている担持型が好ましい。
【００２９】
本発明の担持型触媒は、担体にＰｄ原料を担持する工程（以後、「Ｐｄ担持工程」ともいう。）、担体にＷ原料を担持する工程（以後、「Ｗ担持工程」ともいう。）を含む方法で好適に製造できる。テルルを含有する担持型触媒を製造する場合には、担体にＴｅ原料を担持する工程（以後、「Ｔｅ担持工程」ともいう。）をさらに有する方法で好適に製造できる。その他の金属元素を含有する担持型触媒を製造する場合には、担体にその他の原料を担持する工程（以後、「その他の担持工程」ともいう。）を有する方法で製造することができる。Ｐｄ担持工程において担持するＰｄ原料が酸化状態のパラジウム元素を含む化合物である場合、このＰｄ原料を還元してパラジウム金属に変える工程（以後、「Ｐｄ還元工程」ともいう。）が必要である。Ｗ原料が酸化状態のタングステン元素を含む場合、Ｔｅ原料が酸化状態のテルル元素を含む場合、およびその他の原料が酸化状態のその他の金属元素を含む場合の各原料を還元して金属に変える工程（以後、それぞれ「Ｗ還元工程」、「Ｔｅ還元工程」、「その他の還元工程」ともいう。）は、実施しても、しなくてもよい。すなわち、触媒中において、タングステン元素、テルル元素、その他の金属元素は、金属または化合物のいずれの状態で含まれていてもよい。
【００３０】
Ｐｄ担持工程、Ｗ担持工程、Ｔｅ担持工程およびその他の担持工程（以後、これらをまとめて「担持工程」ともいう。）において、金属原料を担持する方法としては、例えば、金属原料の１種または２種以上を溶媒に溶解または分散した溶液またはスラリーを担体に含浸した後、乾燥して溶媒を除去する方法が挙げられる。
【００３１】
溶液またはスラリーを担体に含浸する方法としては、溶液またはスラリーを担体に吸収させる、ポアフィリング法や浸漬法が好ましい。溶媒は金属原料を溶解または分散できるものであれば特に限定されない。金属原料の溶媒としては、例えば、水；酢酸、吉草酸等の有機カルボン酸類；硝酸、塩酸等の無機酸；エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類等を単独または複数組み合わせて用いることができる。金属原料の溶解性または分散性あるいは担体の分散性の観点から、水、有機カルボン酸類が好ましい。
【００３２】
担持工程において、金属原料を担持する順序としては、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる、または、パラジウム元素を担体に担持させた後、タングステン元素を担持させることが好ましい。テルル元素等のパラジウム元素、タングステン元素以外の構成元素を含む触媒であれば、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる場合には、テルル元素等の他の構成元素をそれらと同時に担持させてもよい。タングステン元素よりも前にパラジウム元素を担体に担持させる場合には、テルル元素等の他の構成元素をパラジウム元素と同時に担持させてもよい。担持工程の操作は、溶液またはスラリーを用いて１度だけ行うこともできるが、複数の溶液またはスラリーを用いて複数回行うこともできる。複数回行う場合の２回目以降の担持工程は前回の担持工程後、後述する還元工程後のいずれに行ってもよい。
【００３３】
Ｐｄ原料としては、例えば、パラジウム塩、酸化パラジウム、酸化パラジウム合金等が挙げられる。中でも、パラジウム塩が好ましい。パラジウム塩としては、例えば、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩化物およびビス（アセチルアセトナト）パラジウム等が挙げられる。中でも、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩化物が好ましい。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００３４】
Ｗ原料としては、例えば、タングステン金属、タングステン酸、タングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸アンモニウム、タングステン塩、酸化タングステン等が挙げられる。タングステン塩としては、例えば、オキシ四塩化タングステン、六塩化タングステン、タングステンペンタエトキシド、タングステンペンタ−ｉｓｏ−プロポキシド等が挙げられる。中でも、タングステン酸、タングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸アンモニウムが好ましい。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、Ｗ還元工程は必ずしも必須ではないことから、Ｗ原料に含まれるタングステン元素は、酸化状態でも金属状態でも良い。
【００３５】
Ｔｅ原料としては、テルル金属、テルル塩、テルル酸およびその塩、亜テルル酸およびその塩、酸化テルル等が挙げられる。中でも、テルル酸およびその塩、亜テルル酸およびその塩、酸化テルルが好ましい。テルル塩としては、例えば、テルル化水素、四塩化テルル、二塩化テルル、六フッ化テルル、四ヨウ化テルル、四臭化テルル、二臭化テルル等が挙げられる。テルル酸塩としては、例えば、テルル酸ナトリウム、テルル酸カリウム等が挙げられる。亜テルル酸塩としては、例えば、亜テルル酸ナトリウム、亜テルル酸カリウム等が挙げられる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、Ｔｅ還元工程は必ずしも必須ではないことから、Ｔｅ原料に含まれるテルル元素は、酸化状態でも金属状態でも良い。
【００３６】
また、上記の化合物の他に、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素のうち２種以上の元素を含有する化合物を、その２種以上の元素の原料として用いることも可能である。具体的には、例えばパラジウム−テルル錯体等〔ＰｄＸn（ＴｅＲＲ’）4-n〕（式中、Ｐｄはパラジウムを表し、Ｘはフッ素、塩素、臭素またはヨウ素を表し、ＴｅＲＲ’は有機テルル化合物を表す。）を、Ｐｄ原料かつＴｅ原料として用いることが挙げられる。酸化状態のパラジウム元素とタングステン元素の両方を含有する化合物等をＰｄ原料かつＷ原料として用いることも可能である。
【００３７】
上記のようなＰｄ原料およびＷ原料を適宜選択して、触媒を製造するための原料として用いる。これらの原料の配合量は、Ｗ／Ｐｄやパラジウム元素の担持率が目的とする値となるように適宜選択する。テルル元素を含有する触媒を製造する場合には、さらに上記のようなＴｅ原料を適宜選択して、触媒を製造するための原料として用いる。Ｔｅ原料の配合量は、Ｔｅ／Ｐｄが目的とする値となるように適宜選択する。
【００３８】
また、パラジウム元素、タングステン元素、テルル元素以外に、その他の金属元素を触媒構成元素として含む触媒を製造する場合は、原料として、その他の原料を併用すればよい。その他の原料としては、例えば、その他の金属元素を含む、金属、金属酸化物、金属塩、金属酸素酸、金属酸素酸塩等が挙げられる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、その他の原料の酸化数は任意である。
【００３９】
前に述べたように、Ｐｄ担持工程において担持するＰｄ原料が酸化状態のパラジウム元素を含む化合物である場合には、Ｐｄ還元工程は必須である。一方、Ｗ還元工程、Ｔｅ還元工程およびその他の還元工程の実施は任意である。これらの各還元工程は別々に行ってもよいし、２種以上の元素の還元工程を同時に行ってもよい。また、還元工程を行う順序は任意である。
【００４０】
担持型の触媒を製造する際の還元方法としては、例えば、（１）酸化状態の金属元素を含む原料を担体上に担持してから還元剤を接触させて金属元素を還元する方法、（２）酸化状態の金属元素を含む原料の溶液またはスラリーと担体が接触している状態で還元剤を接触させて溶液またはスラリー中の金属元素を還元すると同時に担持する方法、（３）（２）の方法を実施した後、さらに他の原料を添加する方法等が挙げられる。中でも金属元素の分散度が高い触媒が得られ易い（１）の還元方法が好ましい。
【００４１】
（１）の還元方法としては、金属原料を上記の担持工程により担体上に担持した後、還元剤を接触させて酸化物を還元する方法が挙げられる。また、その還元に先立って加熱処理して金属酸化物として担体に担持し、次いで還元剤を接触させて酸化物を還元する方法が好ましい。加熱処理の温度は金属原料が酸化物に変化する分解温度以上とすることが好ましい。加熱処理の時間は金属原料の少なくとも一部が金属酸化物に変化する時間であればよく、１〜１２時間が好ましい。
【００４２】
（２）の還元方法としては、例えば、金属原料の１種または２種以上を前述したような溶媒に溶解または分散した溶液またはスラリーを担体に含浸させた状態で還元剤を接触させて金属原料を還元する方法、前記溶液またはスラリー中に担体を分散させた状態で還元剤を接触させて金属原料を還元する方法等が挙げられる。
【００４３】
還元剤を接触させる操作は、全ての金属原料を含む溶液またはスラリーを用いて１度だけ行うこともできるが、一部の金属原料を含む複数の溶液またはスラリーを用いて複数回行うこともできる。複数回行う場合は、２回目以降の還元処理では前回の還元処理した担体を使用する。
【００４４】
（３）の還元方法としては、例えば、担体の存在下で金属原料を還元剤で還元した後の溶液またはスラリーに、別途、他の金属原料を水などの溶媒に溶解または分散させた溶液またはスラリーを添加する手法が好ましい。添加する溶液またはスラリーの溶媒としては、水が一般的であるが、前述したような種々の有機溶媒等を用いてもよい。他の金属原料を添加した後に、再度還元剤を添加して還元してもよい。
【００４５】
還元処理を複数回行う場合、還元剤の種類、還元温度および時間、液相で行う際の溶媒の種類等は、各回で独立して適宜設定できる。
【００４６】
還元の際に用いる還元剤は特に限定されないが、例えば、ヒドラジン、ホルムアルデヒド、水素化ホウ素ナトリウム、水素、蟻酸、蟻酸の塩、エチレン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブチレン、１，３−ブタジエン、１−ヘプテン、１−ヘキセン、２−ヘキセン、シクロヘキセン、アリルアルコール、メタクリルアルコール、アクロレインおよびメタクロレイン等が挙げられる。中でもヒドラジン、ホルムアルデヒド、水素、蟻酸、蟻酸の塩が好ましい。また、これらを２種以上併用することもできる。
【００４７】
液相中で還元する際に使用する溶媒としては、水が好ましいが、担体の分散性によっては、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸、ｎ−吉草酸、イソ吉草酸等の有機酸類；ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類等の有機溶媒を単独または複数組み合わせて用いることができる。これらと水の混合溶媒を用いることもできる。
【００４８】
還元剤が気体の場合、溶液中への溶解度を上げるためにオートクレーブ等の加圧装置中で行うことが望ましい。その際、加圧装置の内部を還元剤で加圧することが好ましい。その圧力は０．１〜１ＭＰａ（ゲージ圧；以下の圧力はゲージ圧表記とする）が好ましい。
【００４９】
また、還元剤が液体の場合、還元を行う装置に制限はなく溶液中に還元剤を添加することで行うことができる。このときの還元剤の使用量は特に限定されないが、還元する原料１モルに対して１モル〜１００モルとすることが好ましい。
【００５０】
還元温度および還元時間は、還元する原料や還元剤等により異なるが、還元温度は−５〜１５０℃が好ましく、１５〜８０℃がより好ましい。還元時間は０．１〜４時間が好ましく、０．２５〜３時間がより好ましく、０．５〜２時間がさらに好ましい。
【００５１】
還元を必要としない金属原料を用いて担持型触媒を製造する場合は、上記の還元を終えた担体に、その金属原料を担持させればよい。
【００５２】
上記Ｐｄ原料、Ｗ原料およびＴｅ原料の担持、加熱処理および還元処理の全ての工程は同時、または任意の順序で行うことができる。また、その場合Ｐｄ原料の加熱処理の後に還元処理を行うことが好ましい。
【００５３】
得られた触媒は、水、有機溶媒等で洗浄することが好ましい。水、有機溶媒等での洗浄により、例えば、塩化物、酢酸根、硝酸根、硫酸根等の金属原料等に由来する不純物が除去される。洗浄の方法および回数は特に限定されないが、不純物によっては液相酸化反応を阻害する場合があるため不純物を十分除去できる程度に洗浄することが好ましい。洗浄された触媒は、ろ別または遠心分離などにより回収した後、そのまま反応に用いてもよい。また、Ｐｄ還元工程、Ｗ還元工程およびＴｅ還元工程を別工程で行う場合、その工程間で洗浄を行うことも好ましい。
【００５４】
また、回収された触媒を乾燥してもよい。乾燥方法は特に限定されないが、乾燥機を用いて空気中または不活性ガス中で乾燥することが好ましい。乾燥された触媒は、必要に応じて反応に使用する前に活性化することもできる。活性化の方法は特に限定されないが、例えば、水素気流中の還元雰囲気下で熱処理する方法が挙げられる。この方法によれば触媒構成元素の酸化被膜および洗浄で取り除けなかった不純物を除去することができる。調製した触媒の物性は、ＢＥＴ表面積測定、ＸＲＤ測定、ＣＯパルス吸着法、ＴＥＭ測定等により確認できる。
【００５５】
次に、本発明の触媒を用いて、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα，β−不飽和カルボン酸の製造方法について説明する。
【００５６】
原料のアルコールとしては、例えば、２−プロパノール、ｔ−ブタノール、２−ブタノール等が挙げられる。中でも、２−プロパノールおよびｔ−ブタノールが好適である。原料のアルコールは２種以上併用することもできる。原料のアルコールは、不純物として水や飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒドを少量含んでも良い。アルコールを原料とした製造では、脱水反応を経由してα，β−不飽和カルボン酸が得られる。例えば、原料が２−プロパノールの場合はプロピレンを経由するので、プロピレンと同一骨格を有するアクリル酸が得られ、原料がｔ−ブタノールの場合はイソブチレンを経由するので、イソブチレンと同一骨格を有するメタクリル酸が得られる。
【００５７】
原料のオレフィンとしては、例えば、プロピレン、イソブチレン、２−ブテン等が挙げられる。中でも、プロピレンおよびイソブチレンが好適である。原料のオレフィンは２種以上併用することもできる。原料のオレフィンは、不純物として飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒド等を少量含んでいてもよい。オレフィンから製造されるα，β−不飽和カルボン酸は、オレフィンと同一炭素骨格を有するα，β−不飽和カルボン酸である。例えば、原料がプロピレンの場合アクリル酸が得られ、原料がイソブチレンの場合メタクリル酸が得られる。また、通常オレフィンからはα，β−不飽和アルデヒドが同時に得られる。このα，β−不飽和アルデヒドは、オレフィンと同一炭素骨格を有するα，β−不飽和アルデヒドである。例えば、原料がプロピレンの場合アクロレインが得られ、原料がイソブチレンの場合メタクロレインが得られる。
【００５８】
原料のα，β−不飽和アルデヒドとしては、例えば、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド（β−メチルアクロレイン）、シンナムアルデヒド（β−フェニルアクロレイン）等が挙げられる。中でも、アクロレインおよびメタクロレインが好適である。原料のα，β−不飽和アルデヒドは２種以上併用することもできる。原料のα，β−不飽和アルデヒドは、不純物として飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒド等を少量含んでいてもよい。α，β−不飽和アルデヒドから製造されるα，β−不飽和カルボン酸は、α，β−不飽和アルデヒドのアルデヒド基がカルボキシル基に変化したα，β−不飽和カルボン酸である。例えば、原料がアクロレインの場合アクリル酸が得られ、原料がメタクロレインの場合メタクリル酸が得られる。
【００５９】
アルコール、オレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドから選択される２種以上の原料を組み合わせることもできる。原料の組み合わせは、オレフィンとアルコールの組み合わせが好ましく、原料としてアルコールを用いる場合は原料兼溶媒として用いることが好ましい。
【００６０】
液相酸化反応は連続式、バッチ式のいずれの形式で行ってもよいが、生産性を考慮すると工業的には連続式が好ましい。
【００６１】
液相酸化反応に用いる分子状酸素源は、空気が経済的であり好ましいが、純酸素または純酸素と空気との混合ガスを用いることもでき、必要であれば、空気または純酸素を窒素、二酸化炭素、水蒸気等で希釈した混合ガスを用いることもできる。分子状酸素は、オートクレーブ等の反応容器内に加圧状態で供給することが好ましい。
【００６２】
液相酸化反応に用いる溶媒としては、例えば、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、ｉｓｏ−酪酸、ｎ−吉草酸、ｉｓｏ−吉草酸、酢酸エチルおよびプロピオン酸メチルからなる群から選ばれる少なくとも１つの有機溶媒を用いることが好ましい。中でも、ｔ−ブタノール、メチルイソブチルケトン、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、ｉｓｏ−酪酸、ｎ−吉草酸およびｉｓｏ−吉草酸からなる群から選ばれる少なくとも１つの有機溶媒がより好ましい。また、α，β−不飽和カルボン酸をより選択率よく製造するために、これら有機溶媒に水を共存させることが好ましい。共存させる水の量は特に限定されないが、有機溶媒と水の合計質量に対して好ましくは２質量％以上、より好ましくは５質量％以上であり、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは５０質量％以下である。有機溶媒と水との混合物は均一な状態であることが望ましいが、不均一な状態であっても差し支えない。
【００６３】
液相酸化の反応系中に存在するオレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドの合計濃度は、反応器内に存在する溶媒に対して０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましい。また３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。アルコールを原料として用いる場合には、アルコール、オレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドの合計濃度は、反応器内に存在する液量全体中、０．５質量％以上が好ましく、２．０質量％以上がより好ましい。また９５質量％以下が好ましく、９０質量％以下がより好ましい。
【００６４】
また、反応系中に酸性物質が共存していても差し支えない。酸性物質としては、無機酸、ヘテロポリ酸およびその塩、並びに固体酸等が挙げられる。酸性物質は２種以上を併用することもできる。
【００６５】
分子状酸素の使用量は、反応系中に存在するオレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドの合計１モルに対して０．１モル以上が好ましく、０．２モル以上がより好ましく、０．３モル以上が特に好ましい。また、２０モル以下が好ましく、１５モル以下がより好ましく、１０モル以下が特に好ましい。
【００６６】
触媒は液相酸化を行う反応液に懸濁させた状態で使用することが好ましいが、固定床で使用してもよい。触媒の使用量は、反応器内に存在する溶液に対して０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましく、１質量％以上が特に好ましい。また、４０質量％以下が好ましく、３５質量％以下がより好ましく、３０質量％以下が特に好ましい。
【００６７】
反応温度および反応圧力は、用いる溶媒および原料によって適宜選択される。反応温度は３０℃以上が好ましく、５０℃以上がより好ましい。また、２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましい。反応圧力は大気圧（０ＭＰａ）以上が好ましく、０．２ＭＰａ以上がより好ましい。また、１０ＭＰａ以下が好ましく、７ＭＰａ以下がより好ましい。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明について実施例、比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。下記の実施例および比較例中の「部」は質量部である。
【００６９】
Ｗ／Ｐｄ、Ｔｅ／Ｐｄおよびパラジウム元素の担持率の算出に用いるパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素の質量は、それぞれ、使用するＰｄ原料のパラジウム含有率と配合量、使用するＷ原料のタングステン含有率と配合量、および使用するＴｅ原料のテルル含有率と配合量から算出した。また、担体質量に対するパラジウム元素の質量の比を「パラジウム元素の担持率」とした。担体質量は次のように定量した。まず、触媒を白金るつぼにとり、炭酸ナトリウムを加えて融解した。そして、蒸留水を加えて均一溶液として、ＩＣＰで試料溶液中のＳｉ原子を定量した。
【００７０】
（α，β−不飽和カルボン酸の製造における生成物の分析）
α，β−不飽和カルボン酸の製造における生成物の分析は、ガスクロマトグラフィーを用いて行った。なお、生成するα，β−不飽和カルボン酸の生産性は以下のように定義される。
【００７１】
α，β−不飽和カルボン酸の生産性（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））＝Ａ／（Ｂ×Ｃ）
ここで、Ａは生成したα，β−不飽和カルボン酸の質量（単位：ｇ）、Ｂは触媒に含まれるパラジウム元素の質量（単位：ｇ）、Ｃは反応時間（単位：時間）である。
【００７２】
［実施例１］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．２５部に純水４０部を加え、６０℃に加熱し溶解液Ａを調製した。溶解液Ａに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え、均一溶液を調製した。この溶液に粒状のシリカ担体（ＢＥＴ法による比表面積４５０ｍ2／ｇ、窒素ガス吸着法による細孔容積０．６８ｃｃ／ｇ、メディアン径５３．５８μｍ）２０部を完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素およびタングステン元素が担持された触媒前駆体（Ａ）を調製した。
【００７３】
３７質量％ホルムアルデヒド水溶液４０．０部に触媒前駆体（Ａ）を加えた。これを７０℃に加熱し、２時間攪拌保持することで還元処理を行った。次いで、吸引ろ過後、温水１０００部でろ過洗浄して、パラジウム元素およびタングステン元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００７４】
（反応評価）
オートクレーブに上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を内容積３３０ｍｌのオートクレーブ（東洋高圧製、型式：ＬＣ−３）に仕込んだ。さらに、反応溶媒としての８６質量％ｔ−ブタノール水溶液１００ｇと、反応溶液に対して２００ｐｐｍとなる量のラジカルトラップ剤としてのｐ−メトキシフェノールとを入れ、オートクレーブを密閉した。オートクレーブ内を窒素ガスで置換し、次いで、イソブチレンを６．５ｇ導入し、攪拌（回転数１０００ｒｐｍ）を開始し、１１０℃まで昇温した。昇温完了後、オートクレーブ内に窒素を内圧２．４ＭＰａまで導入した後、圧縮空気を内圧４．８ＭＰａまで導入した。反応中に内圧が０．２ＭＰａ低下した時点（内圧４．６ＭＰａ）で、酸素を０．２ＭＰａ導入する操作を繰り返した。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２３分であった。
【００７５】
反応終了後、氷水浴にてオートクレーブ内を冷却した。オートクレーブのガス出口にガス捕集袋を取り付け、ガス出口を開栓して出てくるガスを回収しながらオートクレーブ内の圧力を開放した。オートクレーブから触媒入りの反応液を取り出し、メンブランフィルターで触媒を分離して、反応液を回収した。回収した反応液と捕集したガスをガスクロマトグラフィーにより分析した。このとき生成したメタクリル酸は２１．８ｍｍｏｌ（１．８８ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は９．８（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００７６】
［比較例１］
（触媒調製）
実施例１の触媒調製においてＷ原料の添加を行わなかった。即ち溶解液Ａを調製せず、硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部に純水４０部を加え均一溶液を調製し、実施例１と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００７７】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．５ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は３３分であった。このときの生成したメタクリル酸は１９．５ｍｍｏｌ（１．６８ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は６．１（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００７８】
［実施例２］
（触媒調製）
実施例１と同様の手順で溶解液Ａを調製した。テルル酸０．１１部に純水１０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。溶解液Ａと溶解液Ｂとを混合し、さらに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製した。この溶液に実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、実施例１と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００７９】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２０分であった。このときの生成したメタクリル酸は２６．４ｍｍｏｌ（２．２７ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１３．１（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８０】
［実施例３］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．３７部を用いたこと以外は、実施例２と同様の操作で触媒調製を行いパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１５、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８１】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は１６分であった。このときの生成したメタクリル酸は３０．３ｍｍｏｌ（２．６１ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１９．６（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８２】
［実施例４］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．４９部を用いたこと以外は、実施例２と同様の操作で触媒調製を行いパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．２、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８３】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２２分であった。このときの生成したメタクリル酸は２６．６ｍｍｏｌ（２．２９ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．５（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８４】
［比較例２］
（触媒調製）
実施例２の触媒調製においてＷ原料の添加を行わなかった。即ち溶解液Ａを調製せず、テルル酸０．１１部に純水４０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。この溶解液Ｂに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製し、実施例１と同様の操作で触媒調製を行いパラジウム元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＴｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８５】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．５ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２５分であった。このときの生成したメタクリル酸は２７．９ｍｍｏｌ（２．４０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１１．５（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８６】
［実施例５］
（触媒調製）
実施例１と同様の手順で溶解液Ａを調製した。この溶解液Ａに実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中６００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、タングステン元素が担持された触媒前駆体（ａ）を調製した。
【００８７】
さらに、テルル酸０．１１部に純水４０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。この溶解液Ｂに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製した。この溶液に前記触媒前駆体（ａ）を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素が担持された触媒前駆体（ｂ）を調製した。
【００８８】
触媒前駆体（ｂ）に対し実施例１と同様の還元処理およびろ過洗浄を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８９】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２９分であった。このときの生成したメタクリル酸は３４．３ｍｍｏｌ（２．９５ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．２（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００９０】
［実施例６］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．３７部を用いて溶解液Ａを調製した以外は、実施例５と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１５、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００９１】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２９分であった。このときの生成したメタクリル酸は３５．９ｍｍｏｌ（３．０９ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．８（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００９２】
［実施例７］
（反応評価）
実施例２の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を内容積３３０ｍｌのオートクレーブ（東洋高圧製、型式：ＬＣ−３）に仕込んだ。さらに、反応溶媒としての８８質量％酢酸水溶液１１０ｇと、メタクロレイン５ｇと、反応溶液に対して２００ｐｐｍとなる量のラジカルトラップ剤としてのｐ−メトキシフェノールと、を入れ、オートクレーブを密閉した。オートクレーブ内を窒素ガスで置換し、攪拌（回転数１０００ｒｐｍ）を開始して、９０℃まで昇温した。昇温完了後、オートクレーブ内に圧縮空気を内圧３．２ＭＰａまで導入した。この時点を反応開始とし、３０分経過した時点で反応を終了した。その後の分析までの操作に関しては、実施例１と同じ方法で行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．０ｍｍｏｌ（２．５８ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２５．８（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９３】
［実施例８］
（反応評価）
実施例３の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３３．７ｍｍｏｌ（２．９０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２９．０（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９４】
［実施例９］
（反応評価）
実施例４の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．２ｍｍｏｌ（２．６０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２６．０（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９５】
［比較例３］
（反応評価）
比較例２の方法で調製した触媒のうち４．２ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は２９．５ｍｍｏｌ（２．５３ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２５．４（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９６】
［実施例１０］
（触媒調製）
硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部に純水４０部を加え均一溶液を調製した。これに実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素が担持された触媒前駆体（ａ）を調製した。
【００９７】
さらに、実施例１と同様の手順で溶解液Ａを調製し、この溶液に前記触媒前駆体（ａ）を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中６００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素およびタングステン元素が担持された触媒前駆体（ｂ）を調製した。
【００９８】
触媒前駆体（ｂ）に対し実施例１と同様の還元処理およびろ過洗浄を行い、パラジウム元素およびタングステン元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００９９】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．５ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は３１分であった。このときの生成したメタクリル酸は２４．６ｍｍｏｌ（２．１２ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は７．７（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【０１００】
［実施例１１］
（触媒調製）
テルル酸０．１１部に純水４０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。この溶解液Ｂに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製した。これに実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素およびテルル元素が担持された触媒前駆体（ａ）を調製した。
【０１０１】
さらに、実施例１０と同様の手順で前記触媒前駆体（ａ）にタングステン元素を担持させ、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素が担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【０１０２】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２８分であった。このときの生成したメタクリル酸は３３．６ｍｍｏｌ（２．９０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．４（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【０１０３】
［実施例１２］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．３７部を用いて溶解液Ａを調製した以外は、実施例１１と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１５、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【０１０４】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２７分であった。このときの生成したメタクリル酸は３３．６ｍｍｏｌ（２．９０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．９（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【０１０５】
［実施例１３］
実施例５の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は２９．９ｍｍｏｌ（２．５７ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２５．７（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０６】
［実施例１４］
実施例６の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．６ｍｍｏｌ（２．６４ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２６．４（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０７】
［実施例１５］
実施例１１の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．５ｍｍｏｌ（２．６３ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２６．３（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０８】
［実施例１６］
実施例１２の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３１．４ｍｍｏｌ（２．７０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２７．０（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒、その製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
α，β−不飽和カルボン酸は工業上有用な物質が多い。例えば、アクリル酸やメタクリル酸は合成樹脂原料などの用途に極めて大量に使用されている。
【０００３】
α，β−不飽和カルボン酸を製造する方法として、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化して製造する方法について研究がされている。オレフィンを分子状酸素により液相酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造するための触媒として、例えば、特許文献１では、パラジウムと、鉛、ビスマス、タリウムまたは水銀との金属間化合物を含有するパラジウム含有触媒が提案されている。また、特許文献１においては、モリブデンの酸化物、ヘテロポリモリブデン酸およびヘテロポリモリブデン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種のモリブデン化合物の水溶液と前記触媒の存在下でオレフィンを酸化することが記載されている。
【０００４】
また、オレフィンからα，β−不飽和アルデヒドおよびα，β−不飽和カルボン酸を製造、または、α，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するための触媒として、例えば、特許文献２では、パラジウム金属１．０モルに対してテルル金属０．００１〜０．４０モルを含有するパラジウム含有触媒が提案されている。また、特許文献３では、パラジウム担持触媒およびその製造方法として、シリカ担体に金属酸化物が含まれているシリカ−金属酸化物担体に、パラジウムを担持した触媒が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−５９７２２号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／１１８１３４号
【特許文献３】特開２００７−２０３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１〜３に記載された方法に準じて製造したパラジウム含有触媒を使用した液相酸化においては、このパラジウム含有触媒の活性は十分といえず、より生産性が高いα，β−不飽和カルボン酸製造用触媒の開発が望まれている。
【０００７】
従って本発明の目的は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造するための触媒、その触媒の製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒であって、触媒構成元素としてパラジウム元素およびタングステン元素を含有するパラジウム含有触媒である。前記パラジウム含有触媒は、さらに、触媒構成元素としてテルル元素を含有することが好ましい。また、前記触媒構成元素の少なくとも１種が担体に担持されている担持型のパラジウム含有触媒とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明はパラジウム含有触媒を製造する方法であって、担持型のパラジウム含有触媒を製造する場合には、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる、または、パラジウム元素を担体に担持させた後、タングステン元素を担持させることが好ましい。さらに、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を還元剤で還元する工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法である。担持型のパラジウム含有触媒を製造する場合は、前記還元工程を担体の存在下で行うことが好ましい。
【００１０】
さらに本発明は、前記パラジウム含有触媒を用いて、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα，β−不飽和カルボン酸の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造できるパラジウム含有触媒、その触媒の製造方法、およびα，β−不飽和カルボン酸の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のパラジウム含有触媒（以後、略して「触媒」ともいう。）は、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素で液相酸化してα，β−不飽和カルボン酸を製造する（以後、略して「液相酸化」ともいう。）ための触媒であって、パラジウム元素およびタングステン元素を含有する。触媒中にパラジウム元素およびタングステン元素を含有することで、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を高生産性で製造することが可能な触媒が得られる。触媒中のパラジウム元素１モルに対するタングステン元素のモル数、すなわちタングステン元素とパラジウム元素のモル比（「Ｗ／Ｐｄ」と略すこともある）は、０．００１〜０．２５が好ましく、０．０１〜０．２２５がより好ましい。触媒にタングステン元素を含有させることによって、α，β−不飽和カルボン酸の生産性が向上するが、過剰に含有させると、逆にα，β−不飽和カルボン酸の生産性が低下する。
【００１３】
本発明の触媒は、さらにテルル元素を含有することが好ましい。触媒中のパラジウム元素１モルに対するテルル元素のモル数、すなわちテルル元素とパラジウム元素のモル比（「Ｔｅ／Ｐｄ」と略すこともある）は、０．００１〜０．４が好ましく、０．００５〜０．３５がより好ましく、０．０１〜０．３がさらに好ましい。触媒にテルル元素を含有させることによって、α，β−不飽和カルボン酸の生産性が向上するが、過剰に含有させると、逆にα，β−不飽和カルボン酸の生産性が低下する。
【００１４】
このＷ／ＰｄおよびＴｅ／Ｐｄは、パラジウム含有触媒の製造に使用する、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物、タングステン元素を含む化合物、およびテルル元素を含む化合物の配合比等により調整可能である。なお、本明細書において、パラジウム含有触媒の製造に使用する、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を「Ｐｄ原料」、タングステン元素を含む化合物を「Ｗ原料」、テルル元素を含む化合物を「Ｔｅ原料」ともいう。
【００１５】
Ｗ／ＰｄおよびＴｅ／Ｐｄは、触媒に含まれるタングステン元素とパラジウム元素の質量および原子量、テルル元素とパラジウム元素の質量および原子量からそれぞれ算出できる。触媒に含まれるパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素の質量は元素分析により定量できる。元素分析法による触媒中のパラジウム元素とタングステン元素の質量の定量方法としては次のα処理液とβ処理液を調製して分析する方法が例示できる。テルル元素も同様に測定できる。
α処理液の調製：触媒０．２ｇ、および、所定量の濃硝酸、濃硫酸、過酸化水素水をテフロン（登録商標）製分解管にとり、マイクロ波加熱分解装置（ＣＥＭ社製、ＭＡＲＳ５（商品名））で溶解処理を行う。試料をろ過し、ろ液および洗浄水を合わせてメスフラスコにメスアップし、α処理液とする。
β処理液の調製：α処理液調製の際の不溶解分を集めたろ紙を白金製ルツボに移し加熱・灰化した後、メタホウ酸リチウムを加えてガスバーナーで溶融する。冷却後に塩酸と少量の水をルツボに入れて溶解後、メスフラスコにメスアップし、β処理液とする。
【００１６】
得られたα処理液およびβ処理液に含まれる各元素の質量を、ＩＣＰ発光分析装置（サーモエレメンタル社製、ＩＲＩＳ−Ａｄｖａｎｔａｇｅ（商品名））で定量し、両処理液中の元素毎の質量合計から触媒中の各元素の質量を求めることができる。
【００１７】
また、ポアフィリング法や浸漬担持法のようにＰｄ原料、Ｗ原料およびＴｅ原料に含まれるパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素の実質的に全量が触媒に含まれる方法で触媒を製造した場合には、使用するＰｄ原料のパラジウム含有率と配合量、使用するＷ原料のタングステン含有率と配合量、使用するＴｅ原料のテルル含有率と配合量から各元素の質量を算出してもよい。
【００１８】
本発明の触媒は、非担持型でもよいが、触媒構成元素（パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素）の少なくとも１種または全部が担体に担持されている担持型が好ましい。担体としては、例えば、活性炭、カーボンブラック、シリカ、アルミナ、マグネシア、カルシア、チタニアおよびジルコニア等が挙げられる。中でもシリカ、アルミナ、マグネシア、カルシア、チタニアおよびジルコニアがより好ましく、シリカ、チタニア、ジルコニアが特に好ましい。担体は１種でもよいが、２種以上を用いることもできる。２種以上を用いる場合は、例えば、シリカとアルミナとを混合して得られる混合酸化物等の混合物、複合酸化物であるシリカ−アルミナ等の複合物等が挙げられる。
【００１９】
担体の好ましい比表面積は担体の種類等により異なるので一概にいえないが、シリカの場合、５０ｍ2／ｇ以上が好ましく、１００ｍ2／ｇ以上がより好ましい。また１５００ｍ2／ｇ以下が好ましく、１０００ｍ2／ｇ以下がより好ましい。担体の比表面積は、小さいほど有用成分（パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素）がより表面に担持された触媒の製造が可能となり、大きいほど有用成分が多く担持された触媒の製造が可能となる。
【００２０】
担体の細孔容積は特に限定されないが、０．１ｃｃ／ｇ以上が好ましく、０．２ｃｃ／ｇ以上がより好ましい。また２．０ｃｃ／ｇ以下が好ましく、１．５ｃｃ／ｇ以下がより好ましい。
【００２１】
担体の形状やサイズは、反応装置の形状、サイズ等によって異なり、特に制限されないが、例えば、粉末状、粒状、球状、ペレット状など種々の形状が挙げられる。中でもろ別等の操作性が容易な粒状、球状が好ましい。担体が粉末状や粒状の場合の粒径（メディアン径）は、０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましい。また、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。担体の粒径は大きいほど触媒と反応液の分離が容易になり、小さいほど反応液中における触媒の分散性がよくなる。
【００２２】
担持型触媒の場合、担体に対するパラジウム元素の担持率は、担持前の担体質量に対して０．１〜４０質量％が好ましく、０．５〜３０質量％がより好ましく、１．０〜２０質量％がさらに好ましい。
【００２３】
担持型触媒の場合での各元素の担持率は、前記の方法等で求められる各元素の質量と使用する担体の質量から算出できる。また、担体の質量は、次のような方法で定量することもできる。すなわち、触媒を白金るつぼにとり、炭酸ナトリウムを加えて融解する。その後、蒸留水を加えて均一溶液として、ＩＣＰ発光分析で試料溶液中の特定元素の定量をする。例えばシリカ担体の場合、Ｓｉ元素を定量する。
【００２４】
本発明の触媒は、パラジウム元素、タングステン元素、およびテルル元素以外の、その他の金属元素を触媒構成元素として含んでいてもよい。その他の金属元素としては、例えば、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金、銀、オスミウム、銅、鉛、ビスマス、タリウム、水銀、アンチモン等が挙げられる。他の金属元素は１種または２種以上含有することができる。高い触媒活性を発現させる観点から、触媒に含まれる全ての触媒構成元素のうち、パラジウム元素、タングステン元素、およびテルル元素の合計が６０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。
【００２５】
触媒の製造に使用するその他の金属元素の原料としては、単体（金属）またはその他の金属元素を含む化合物（以後、「その他の原料」ともいう。）を使用することができる。以後、その他の原料、Ｐｄ原料、Ｗ原料およびＴｅ原料をまとめて「金属原料」ともいう。
【００２６】
触媒中において、金属元素が金属または化合物のいずれの状態で含まれているかは、ＸＰＳ分析によって結合状態を定性的に確認することで知ることができる。
【００２７】
次に、本発明の触媒の製造方法について説明する。
【００２８】
前に述べたように本発明の触媒は、非担持型でもよいが、触媒構成元素（パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素）の少なくとも１種または全部が担体に担持されている担持型が好ましい。
【００２９】
本発明の担持型触媒は、担体にＰｄ原料を担持する工程（以後、「Ｐｄ担持工程」ともいう。）、担体にＷ原料を担持する工程（以後、「Ｗ担持工程」ともいう。）を含む方法で好適に製造できる。テルルを含有する担持型触媒を製造する場合には、担体にＴｅ原料を担持する工程（以後、「Ｔｅ担持工程」ともいう。）をさらに有する方法で好適に製造できる。その他の金属元素を含有する担持型触媒を製造する場合には、担体にその他の原料を担持する工程（以後、「その他の担持工程」ともいう。）を有する方法で製造することができる。Ｐｄ担持工程において担持するＰｄ原料が酸化状態のパラジウム元素を含む化合物である場合、このＰｄ原料を還元してパラジウム金属に変える工程（以後、「Ｐｄ還元工程」ともいう。）が必要である。Ｗ原料が酸化状態のタングステン元素を含む場合、Ｔｅ原料が酸化状態のテルル元素を含む場合、およびその他の原料が酸化状態のその他の金属元素を含む場合の各原料を還元して金属に変える工程（以後、それぞれ「Ｗ還元工程」、「Ｔｅ還元工程」、「その他の還元工程」ともいう。）は、実施しても、しなくてもよい。すなわち、触媒中において、タングステン元素、テルル元素、その他の金属元素は、金属または化合物のいずれの状態で含まれていてもよい。
【００３０】
Ｐｄ担持工程、Ｗ担持工程、Ｔｅ担持工程およびその他の担持工程（以後、これらをまとめて「担持工程」ともいう。）において、金属原料を担持する方法としては、例えば、金属原料の１種または２種以上を溶媒に溶解または分散した溶液またはスラリーを担体に含浸した後、乾燥して溶媒を除去する方法が挙げられる。
【００３１】
溶液またはスラリーを担体に含浸する方法としては、溶液またはスラリーを担体に吸収させる、ポアフィリング法や浸漬法が好ましい。溶媒は金属原料を溶解または分散できるものであれば特に限定されない。金属原料の溶媒としては、例えば、水；酢酸、吉草酸等の有機カルボン酸類；硝酸、塩酸等の無機酸；エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類等を単独または複数組み合わせて用いることができる。金属原料の溶解性または分散性あるいは担体の分散性の観点から、水、有機カルボン酸類が好ましい。
【００３２】
担持工程において、金属原料を担持する順序としては、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる、または、パラジウム元素を担体に担持させた後、タングステン元素を担持させることが好ましい。テルル元素等のパラジウム元素、タングステン元素以外の構成元素を含む触媒であれば、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる場合には、テルル元素等の他の構成元素をそれらと同時に担持させてもよい。タングステン元素よりも前にパラジウム元素を担体に担持させる場合には、テルル元素等の他の構成元素をパラジウム元素と同時に担持させてもよい。担持工程の操作は、溶液またはスラリーを用いて１度だけ行うこともできるが、複数の溶液またはスラリーを用いて複数回行うこともできる。複数回行う場合の２回目以降の担持工程は前回の担持工程後、後述する還元工程後のいずれに行ってもよい。
【００３３】
Ｐｄ原料としては、例えば、パラジウム塩、酸化パラジウム、酸化パラジウム合金等が挙げられる。中でも、パラジウム塩が好ましい。パラジウム塩としては、例えば、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩化物およびビス（アセチルアセトナト）パラジウム等が挙げられる。中でも、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩化物が好ましい。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００３４】
Ｗ原料としては、例えば、タングステン金属、タングステン酸、タングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸アンモニウム、タングステン塩、酸化タングステン等が挙げられる。タングステン塩としては、例えば、オキシ四塩化タングステン、六塩化タングステン、タングステンペンタエトキシド、タングステンペンタ−ｉｓｏ−プロポキシド等が挙げられる。中でも、タングステン酸、タングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸アンモニウムが好ましい。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、Ｗ還元工程は必ずしも必須ではないことから、Ｗ原料に含まれるタングステン元素は、酸化状態でも金属状態でも良い。
【００３５】
Ｔｅ原料としては、テルル金属、テルル塩、テルル酸およびその塩、亜テルル酸およびその塩、酸化テルル等が挙げられる。中でも、テルル酸およびその塩、亜テルル酸およびその塩、酸化テルルが好ましい。テルル塩としては、例えば、テルル化水素、四塩化テルル、二塩化テルル、六フッ化テルル、四ヨウ化テルル、四臭化テルル、二臭化テルル等が挙げられる。テルル酸塩としては、例えば、テルル酸ナトリウム、テルル酸カリウム等が挙げられる。亜テルル酸塩としては、例えば、亜テルル酸ナトリウム、亜テルル酸カリウム等が挙げられる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、Ｔｅ還元工程は必ずしも必須ではないことから、Ｔｅ原料に含まれるテルル元素は、酸化状態でも金属状態でも良い。
【００３６】
また、上記の化合物の他に、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素のうち２種以上の元素を含有する化合物を、その２種以上の元素の原料として用いることも可能である。具体的には、例えばパラジウム−テルル錯体等〔ＰｄＸn（ＴｅＲＲ’）4-n〕（式中、Ｐｄはパラジウムを表し、Ｘはフッ素、塩素、臭素またはヨウ素を表し、ＴｅＲＲ’は有機テルル化合物を表す。）を、Ｐｄ原料かつＴｅ原料として用いることが挙げられる。酸化状態のパラジウム元素とタングステン元素の両方を含有する化合物等をＰｄ原料かつＷ原料として用いることも可能である。
【００３７】
上記のようなＰｄ原料およびＷ原料を適宜選択して、触媒を製造するための原料として用いる。これらの原料の配合量は、Ｗ／Ｐｄやパラジウム元素の担持率が目的とする値となるように適宜選択する。テルル元素を含有する触媒を製造する場合には、さらに上記のようなＴｅ原料を適宜選択して、触媒を製造するための原料として用いる。Ｔｅ原料の配合量は、Ｔｅ／Ｐｄが目的とする値となるように適宜選択する。
【００３８】
また、パラジウム元素、タングステン元素、テルル元素以外に、その他の金属元素を触媒構成元素として含む触媒を製造する場合は、原料として、その他の原料を併用すればよい。その他の原料としては、例えば、その他の金属元素を含む、金属、金属酸化物、金属塩、金属酸素酸、金属酸素酸塩等が挙げられる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。なお、その他の原料の酸化数は任意である。
【００３９】
前に述べたように、Ｐｄ担持工程において担持するＰｄ原料が酸化状態のパラジウム元素を含む化合物である場合には、Ｐｄ還元工程は必須である。一方、Ｗ還元工程、Ｔｅ還元工程およびその他の還元工程の実施は任意である。これらの各還元工程は別々に行ってもよいし、２種以上の元素の還元工程を同時に行ってもよい。また、還元工程を行う順序は任意である。
【００４０】
担持型の触媒を製造する際の還元方法としては、例えば、（１）酸化状態の金属元素を含む原料を担体上に担持してから還元剤を接触させて金属元素を還元する方法、（２）酸化状態の金属元素を含む原料の溶液またはスラリーと担体が接触している状態で還元剤を接触させて溶液またはスラリー中の金属元素を還元すると同時に担持する方法、（３）（２）の方法を実施した後、さらに他の原料を添加する方法等が挙げられる。中でも金属元素の分散度が高い触媒が得られ易い（１）の還元方法が好ましい。
【００４１】
（１）の還元方法としては、金属原料を上記の担持工程により担体上に担持した後、還元剤を接触させて酸化物を還元する方法が挙げられる。また、その還元に先立って加熱処理して金属酸化物として担体に担持し、次いで還元剤を接触させて酸化物を還元する方法が好ましい。加熱処理の温度は金属原料が酸化物に変化する分解温度以上とすることが好ましい。加熱処理の時間は金属原料の少なくとも一部が金属酸化物に変化する時間であればよく、１〜１２時間が好ましい。
【００４２】
（２）の還元方法としては、例えば、金属原料の１種または２種以上を前述したような溶媒に溶解または分散した溶液またはスラリーを担体に含浸させた状態で還元剤を接触させて金属原料を還元する方法、前記溶液またはスラリー中に担体を分散させた状態で還元剤を接触させて金属原料を還元する方法等が挙げられる。
【００４３】
還元剤を接触させる操作は、全ての金属原料を含む溶液またはスラリーを用いて１度だけ行うこともできるが、一部の金属原料を含む複数の溶液またはスラリーを用いて複数回行うこともできる。複数回行う場合は、２回目以降の還元処理では前回の還元処理した担体を使用する。
【００４４】
（３）の還元方法としては、例えば、担体の存在下で金属原料を還元剤で還元した後の溶液またはスラリーに、別途、他の金属原料を水などの溶媒に溶解または分散させた溶液またはスラリーを添加する手法が好ましい。添加する溶液またはスラリーの溶媒としては、水が一般的であるが、前述したような種々の有機溶媒等を用いてもよい。他の金属原料を添加した後に、再度還元剤を添加して還元してもよい。
【００４５】
還元処理を複数回行う場合、還元剤の種類、還元温度および時間、液相で行う際の溶媒の種類等は、各回で独立して適宜設定できる。
【００４６】
還元の際に用いる還元剤は特に限定されないが、例えば、ヒドラジン、ホルムアルデヒド、水素化ホウ素ナトリウム、水素、蟻酸、蟻酸の塩、エチレン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブチレン、１，３−ブタジエン、１−ヘプテン、１−ヘキセン、２−ヘキセン、シクロヘキセン、アリルアルコール、メタクリルアルコール、アクロレインおよびメタクロレイン等が挙げられる。中でもヒドラジン、ホルムアルデヒド、水素、蟻酸、蟻酸の塩が好ましい。また、これらを２種以上併用することもできる。
【００４７】
液相中で還元する際に使用する溶媒としては、水が好ましいが、担体の分散性によっては、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸、ｎ−吉草酸、イソ吉草酸等の有機酸類；ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類等の有機溶媒を単独または複数組み合わせて用いることができる。これらと水の混合溶媒を用いることもできる。
【００４８】
還元剤が気体の場合、溶液中への溶解度を上げるためにオートクレーブ等の加圧装置中で行うことが望ましい。その際、加圧装置の内部を還元剤で加圧することが好ましい。その圧力は０．１〜１ＭＰａ（ゲージ圧；以下の圧力はゲージ圧表記とする）が好ましい。
【００４９】
また、還元剤が液体の場合、還元を行う装置に制限はなく溶液中に還元剤を添加することで行うことができる。このときの還元剤の使用量は特に限定されないが、還元する原料１モルに対して１モル〜１００モルとすることが好ましい。
【００５０】
還元温度および還元時間は、還元する原料や還元剤等により異なるが、還元温度は−５〜１５０℃が好ましく、１５〜８０℃がより好ましい。還元時間は０．１〜４時間が好ましく、０．２５〜３時間がより好ましく、０．５〜２時間がさらに好ましい。
【００５１】
還元を必要としない金属原料を用いて担持型触媒を製造する場合は、上記の還元を終えた担体に、その金属原料を担持させればよい。
【００５２】
上記Ｐｄ原料、Ｗ原料およびＴｅ原料の担持、加熱処理および還元処理の全ての工程は同時、または任意の順序で行うことができる。また、その場合Ｐｄ原料の加熱処理の後に還元処理を行うことが好ましい。
【００５３】
得られた触媒は、水、有機溶媒等で洗浄することが好ましい。水、有機溶媒等での洗浄により、例えば、塩化物、酢酸根、硝酸根、硫酸根等の金属原料等に由来する不純物が除去される。洗浄の方法および回数は特に限定されないが、不純物によっては液相酸化反応を阻害する場合があるため不純物を十分除去できる程度に洗浄することが好ましい。洗浄された触媒は、ろ別または遠心分離などにより回収した後、そのまま反応に用いてもよい。また、Ｐｄ還元工程、Ｗ還元工程およびＴｅ還元工程を別工程で行う場合、その工程間で洗浄を行うことも好ましい。
【００５４】
また、回収された触媒を乾燥してもよい。乾燥方法は特に限定されないが、乾燥機を用いて空気中または不活性ガス中で乾燥することが好ましい。乾燥された触媒は、必要に応じて反応に使用する前に活性化することもできる。活性化の方法は特に限定されないが、例えば、水素気流中の還元雰囲気下で熱処理する方法が挙げられる。この方法によれば触媒構成元素の酸化被膜および洗浄で取り除けなかった不純物を除去することができる。調製した触媒の物性は、ＢＥＴ表面積測定、ＸＲＤ測定、ＣＯパルス吸着法、ＴＥＭ測定等により確認できる。
【００５５】
次に、本発明の触媒を用いて、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα，β−不飽和カルボン酸の製造方法について説明する。
【００５６】
原料のアルコールとしては、例えば、２−プロパノール、ｔ−ブタノール、２−ブタノール等が挙げられる。中でも、２−プロパノールおよびｔ−ブタノールが好適である。原料のアルコールは２種以上併用することもできる。原料のアルコールは、不純物として水や飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒドを少量含んでも良い。アルコールを原料とした製造では、脱水反応を経由してα，β−不飽和カルボン酸が得られる。例えば、原料が２−プロパノールの場合はプロピレンを経由するので、プロピレンと同一骨格を有するアクリル酸が得られ、原料がｔ−ブタノールの場合はイソブチレンを経由するので、イソブチレンと同一骨格を有するメタクリル酸が得られる。
【００５７】
原料のオレフィンとしては、例えば、プロピレン、イソブチレン、２−ブテン等が挙げられる。中でも、プロピレンおよびイソブチレンが好適である。原料のオレフィンは２種以上併用することもできる。原料のオレフィンは、不純物として飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒド等を少量含んでいてもよい。オレフィンから製造されるα，β−不飽和カルボン酸は、オレフィンと同一炭素骨格を有するα，β−不飽和カルボン酸である。例えば、原料がプロピレンの場合アクリル酸が得られ、原料がイソブチレンの場合メタクリル酸が得られる。また、通常オレフィンからはα，β−不飽和アルデヒドが同時に得られる。このα，β−不飽和アルデヒドは、オレフィンと同一炭素骨格を有するα，β−不飽和アルデヒドである。例えば、原料がプロピレンの場合アクロレインが得られ、原料がイソブチレンの場合メタクロレインが得られる。
【００５８】
原料のα，β−不飽和アルデヒドとしては、例えば、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド（β−メチルアクロレイン）、シンナムアルデヒド（β−フェニルアクロレイン）等が挙げられる。中でも、アクロレインおよびメタクロレインが好適である。原料のα，β−不飽和アルデヒドは２種以上併用することもできる。原料のα，β−不飽和アルデヒドは、不純物として飽和炭化水素および／または低級飽和アルデヒド等を少量含んでいてもよい。α，β−不飽和アルデヒドから製造されるα，β−不飽和カルボン酸は、α，β−不飽和アルデヒドのアルデヒド基がカルボキシル基に変化したα，β−不飽和カルボン酸である。例えば、原料がアクロレインの場合アクリル酸が得られ、原料がメタクロレインの場合メタクリル酸が得られる。
【００５９】
アルコール、オレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドから選択される２種以上の原料を組み合わせることもできる。原料の組み合わせは、オレフィンとアルコールの組み合わせが好ましく、原料としてアルコールを用いる場合は原料兼溶媒として用いることが好ましい。
【００６０】
液相酸化反応は連続式、バッチ式のいずれの形式で行ってもよいが、生産性を考慮すると工業的には連続式が好ましい。
【００６１】
液相酸化反応に用いる分子状酸素源は、空気が経済的であり好ましいが、純酸素または純酸素と空気との混合ガスを用いることもでき、必要であれば、空気または純酸素を窒素、二酸化炭素、水蒸気等で希釈した混合ガスを用いることもできる。分子状酸素は、オートクレーブ等の反応容器内に加圧状態で供給することが好ましい。
【００６２】
液相酸化反応に用いる溶媒としては、例えば、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、ｉｓｏ−酪酸、ｎ−吉草酸、ｉｓｏ−吉草酸、酢酸エチルおよびプロピオン酸メチルからなる群から選ばれる少なくとも１つの有機溶媒を用いることが好ましい。中でも、ｔ−ブタノール、メチルイソブチルケトン、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、ｉｓｏ−酪酸、ｎ−吉草酸およびｉｓｏ−吉草酸からなる群から選ばれる少なくとも１つの有機溶媒がより好ましい。また、α，β−不飽和カルボン酸をより選択率よく製造するために、これら有機溶媒に水を共存させることが好ましい。共存させる水の量は特に限定されないが、有機溶媒と水の合計質量に対して好ましくは２質量％以上、より好ましくは５質量％以上であり、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは５０質量％以下である。有機溶媒と水との混合物は均一な状態であることが望ましいが、不均一な状態であっても差し支えない。
【００６３】
液相酸化の反応系中に存在するオレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドの合計濃度は、反応器内に存在する溶媒に対して０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましい。また３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。アルコールを原料として用いる場合には、アルコール、オレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドの合計濃度は、反応器内に存在する液量全体中、０．５質量％以上が好ましく、２．０質量％以上がより好ましい。また９５質量％以下が好ましく、９０質量％以下がより好ましい。
【００６４】
また、反応系中に酸性物質が共存していても差し支えない。酸性物質としては、無機酸、ヘテロポリ酸およびその塩、並びに固体酸等が挙げられる。酸性物質は２種以上を併用することもできる。
【００６５】
分子状酸素の使用量は、反応系中に存在するオレフィンおよびα，β−不飽和アルデヒドの合計１モルに対して０．１モル以上が好ましく、０．２モル以上がより好ましく、０．３モル以上が特に好ましい。また、２０モル以下が好ましく、１５モル以下がより好ましく、１０モル以下が特に好ましい。
【００６６】
触媒は液相酸化を行う反応液に懸濁させた状態で使用することが好ましいが、固定床で使用してもよい。触媒の使用量は、反応器内に存在する溶液に対して０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましく、１質量％以上が特に好ましい。また、４０質量％以下が好ましく、３５質量％以下がより好ましく、３０質量％以下が特に好ましい。
【００６７】
反応温度および反応圧力は、用いる溶媒および原料によって適宜選択される。反応温度は３０℃以上が好ましく、５０℃以上がより好ましい。また、２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましい。反応圧力は大気圧（０ＭＰａ）以上が好ましく、０．２ＭＰａ以上がより好ましい。また、１０ＭＰａ以下が好ましく、７ＭＰａ以下がより好ましい。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明について実施例、比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。下記の実施例および比較例中の「部」は質量部である。
【００６９】
Ｗ／Ｐｄ、Ｔｅ／Ｐｄおよびパラジウム元素の担持率の算出に用いるパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素の質量は、それぞれ、使用するＰｄ原料のパラジウム含有率と配合量、使用するＷ原料のタングステン含有率と配合量、および使用するＴｅ原料のテルル含有率と配合量から算出した。また、担体質量に対するパラジウム元素の質量の比を「パラジウム元素の担持率」とした。担体質量は次のように定量した。まず、触媒を白金るつぼにとり、炭酸ナトリウムを加えて融解した。そして、蒸留水を加えて均一溶液として、ＩＣＰで試料溶液中のＳｉ原子を定量した。
【００７０】
（α，β−不飽和カルボン酸の製造における生成物の分析）
α，β−不飽和カルボン酸の製造における生成物の分析は、ガスクロマトグラフィーを用いて行った。なお、生成するα，β−不飽和カルボン酸の生産性は以下のように定義される。
【００７１】
α，β−不飽和カルボン酸の生産性（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））＝Ａ／（Ｂ×Ｃ）
ここで、Ａは生成したα，β−不飽和カルボン酸の質量（単位：ｇ）、Ｂは触媒に含まれるパラジウム元素の質量（単位：ｇ）、Ｃは反応時間（単位：時間）である。
【００７２】
［実施例１］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．２５部に純水４０部を加え、６０℃に加熱し溶解液Ａを調製した。溶解液Ａに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え、均一溶液を調製した。この溶液に粒状のシリカ担体（ＢＥＴ法による比表面積４５０ｍ2／ｇ、窒素ガス吸着法による細孔容積０．６８ｃｃ／ｇ、メディアン径５３．５８μｍ）２０部を完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素およびタングステン元素が担持された触媒前駆体（Ａ）を調製した。
【００７３】
３７質量％ホルムアルデヒド水溶液４０．０部に触媒前駆体（Ａ）を加えた。これを７０℃に加熱し、２時間攪拌保持することで還元処理を行った。次いで、吸引ろ過後、温水１０００部でろ過洗浄して、パラジウム元素およびタングステン元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００７４】
（反応評価）
オートクレーブに上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を内容積３３０ｍｌのオートクレーブ（東洋高圧製、型式：ＬＣ−３）に仕込んだ。さらに、反応溶媒としての８６質量％ｔ−ブタノール水溶液１００ｇと、反応溶液に対して２００ｐｐｍとなる量のラジカルトラップ剤としてのｐ−メトキシフェノールとを入れ、オートクレーブを密閉した。オートクレーブ内を窒素ガスで置換し、次いで、イソブチレンを６．５ｇ導入し、攪拌（回転数１０００ｒｐｍ）を開始し、１１０℃まで昇温した。昇温完了後、オートクレーブ内に窒素を内圧２．４ＭＰａまで導入した後、圧縮空気を内圧４．８ＭＰａまで導入した。反応中に内圧が０．２ＭＰａ低下した時点（内圧４．６ＭＰａ）で、酸素を０．２ＭＰａ導入する操作を繰り返した。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２３分であった。
【００７５】
反応終了後、氷水浴にてオートクレーブ内を冷却した。オートクレーブのガス出口にガス捕集袋を取り付け、ガス出口を開栓して出てくるガスを回収しながらオートクレーブ内の圧力を開放した。オートクレーブから触媒入りの反応液を取り出し、メンブランフィルターで触媒を分離して、反応液を回収した。回収した反応液と捕集したガスをガスクロマトグラフィーにより分析した。このとき生成したメタクリル酸は２１．８ｍｍｏｌ（１．８８ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は９．８（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００７６】
［比較例１］
（触媒調製）
実施例１の触媒調製においてＷ原料の添加を行わなかった。即ち溶解液Ａを調製せず、硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部に純水４０部を加え均一溶液を調製し、実施例１と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００７７】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．５ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は３３分であった。このときの生成したメタクリル酸は１９．５ｍｍｏｌ（１．６８ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は６．１（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００７８】
［実施例２］
（触媒調製）
実施例１と同様の手順で溶解液Ａを調製した。テルル酸０．１１部に純水１０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。溶解液Ａと溶解液Ｂとを混合し、さらに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製した。この溶液に実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、実施例１と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００７９】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２０分であった。このときの生成したメタクリル酸は２６．４ｍｍｏｌ（２．２７ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１３．１（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８０】
［実施例３］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．３７部を用いたこと以外は、実施例２と同様の操作で触媒調製を行いパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１５、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８１】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は１６分であった。このときの生成したメタクリル酸は３０．３ｍｍｏｌ（２．６１ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１９．６（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８２】
［実施例４］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．４９部を用いたこと以外は、実施例２と同様の操作で触媒調製を行いパラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．２、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８３】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２２分であった。このときの生成したメタクリル酸は２６．６ｍｍｏｌ（２．２９ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．５（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８４】
［比較例２］
（触媒調製）
実施例２の触媒調製においてＷ原料の添加を行わなかった。即ち溶解液Ａを調製せず、テルル酸０．１１部に純水４０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。この溶解液Ｂに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製し、実施例１と同様の操作で触媒調製を行いパラジウム元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＴｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８５】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．５ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２５分であった。このときの生成したメタクリル酸は２７．９ｍｍｏｌ（２．４０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１１．５（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００８６】
［実施例５］
（触媒調製）
実施例１と同様の手順で溶解液Ａを調製した。この溶解液Ａに実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中６００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、タングステン元素が担持された触媒前駆体（ａ）を調製した。
【００８７】
さらに、テルル酸０．１１部に純水４０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。この溶解液Ｂに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製した。この溶液に前記触媒前駆体（ａ）を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素が担持された触媒前駆体（ｂ）を調製した。
【００８８】
触媒前駆体（ｂ）に対し実施例１と同様の還元処理およびろ過洗浄を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００８９】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２９分であった。このときの生成したメタクリル酸は３４．３ｍｍｏｌ（２．９５ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．２（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００９０】
［実施例６］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．３７部を用いて溶解液Ａを調製した以外は、実施例５と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１５、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００９１】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２９分であった。このときの生成したメタクリル酸は３５．９ｍｍｏｌ（３．０９ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．８（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【００９２】
［実施例７］
（反応評価）
実施例２の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を内容積３３０ｍｌのオートクレーブ（東洋高圧製、型式：ＬＣ−３）に仕込んだ。さらに、反応溶媒としての８８質量％酢酸水溶液１１０ｇと、メタクロレイン５ｇと、反応溶液に対して２００ｐｐｍとなる量のラジカルトラップ剤としてのｐ−メトキシフェノールと、を入れ、オートクレーブを密閉した。オートクレーブ内を窒素ガスで置換し、攪拌（回転数１０００ｒｐｍ）を開始して、９０℃まで昇温した。昇温完了後、オートクレーブ内に圧縮空気を内圧３．２ＭＰａまで導入した。この時点を反応開始とし、３０分経過した時点で反応を終了した。その後の分析までの操作に関しては、実施例１と同じ方法で行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．０ｍｍｏｌ（２．５８ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２５．８（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９３】
［実施例８］
（反応評価）
実施例３の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３３．７ｍｍｏｌ（２．９０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２９．０（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９４】
［実施例９］
（反応評価）
実施例４の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．２ｍｍｏｌ（２．６０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２６．０（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９５】
［比較例３］
（反応評価）
比較例２の方法で調製した触媒のうち４．２ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は２９．５ｍｍｏｌ（２．５３ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２５．４（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【００９６】
［実施例１０］
（触媒調製）
硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部に純水４０部を加え均一溶液を調製した。これに実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素が担持された触媒前駆体（ａ）を調製した。
【００９７】
さらに、実施例１と同様の手順で溶解液Ａを調製し、この溶液に前記触媒前駆体（ａ）を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中６００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素およびタングステン元素が担持された触媒前駆体（ｂ）を調製した。
【００９８】
触媒前駆体（ｂ）に対し実施例１と同様の還元処理およびろ過洗浄を行い、パラジウム元素およびタングステン元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【００９９】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．５ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は３１分であった。このときの生成したメタクリル酸は２４．６ｍｍｏｌ（２．１２ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は７．７（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【０１００】
［実施例１１］
（触媒調製）
テルル酸０．１１部に純水４０部を加え溶解させ溶解液Ｂを調製した。この溶解液Ｂに硝酸パラジウム硝酸溶液（パラジウム元素２３．５質量％）４．２６部を加え均一溶液を調製した。これに実施例１と同様のシリカ担体２０部を加え完全に浸漬した後、エバポレーションで浸漬溶媒を除去した。このような浸漬担持法で溶液を含浸させた担体を空気中３００℃で３時間焼成（昇温速度＝１℃／分）を行い、パラジウム元素およびテルル元素が担持された触媒前駆体（ａ）を調製した。
【０１０１】
さらに、実施例１０と同様の手順で前記触媒前駆体（ａ）にタングステン元素を担持させ、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素が担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【０１０２】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．６ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２８分であった。このときの生成したメタクリル酸は３３．６ｍｍｏｌ（２．９０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．４（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【０１０３】
［実施例１２］
（触媒調製）
パラタングステン酸アンモニウム五水和物［（ＮＨ4）10Ｗ12Ｏ41・５Ｈ2Ｏ］０．３７部を用いて溶解液Ａを調製した以外は、実施例１１と同様の操作で触媒調製を行い、パラジウム元素、タングステン元素およびテルル元素がシリカ担体に担持された触媒を調製した。この触媒のＷ／Ｐｄは０．１５、Ｔｅ／Ｐｄは０．０５、パラジウム元素の担持率は５．０質量％であった。
【０１０４】
（反応評価）
上記の方法で調製した触媒のうち１０．７ｇ（パラジウム元素としては０．５ｇ）を用いた以外は、実施例１と同様の操作で反応評価を行った。酸素追加量の合計が２．０ＭＰａに達した時点で反応を終了した。反応時間は２７分であった。このときの生成したメタクリル酸は３３．６ｍｍｏｌ（２．９０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は１２．９（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表１に示した。
【０１０５】
［実施例１３］
実施例５の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は２９．９ｍｍｏｌ（２．５７ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２５．７（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０６】
［実施例１４］
実施例６の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．６ｍｍｏｌ（２．６４ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２６．４（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０７】
［実施例１５］
実施例１１の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３０．５ｍｍｏｌ（２．６３ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２６．３（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０８】
［実施例１６］
実施例１２の方法で調製した触媒のうち４．３ｇ（パラジウム元素としては０．２ｇ）を用いた以外は、実施例７と同様の操作で反応評価を行った。このときの生成したメタクリル酸は３１．４ｍｍｏｌ（２．７０ｇ）であり、メタクリル酸の生産性は２７．０（ｇ／（ｇＰｄ×ｈ））であった。結果を表２に示した。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒であって、触媒構成元素としてパラジウム元素およびタングステン元素を含有するパラジウム含有触媒。
【請求項２】
さらに、触媒構成元素としてテルル元素を含有する請求項１記載のパラジウム含有触媒。
【請求項３】
前記触媒構成元素の少なくとも１種が担体に担持されている請求項１または２記載のパラジウム含有触媒。
【請求項４】
請求項３記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、パラジウム元素を担体に担持させた後、タングステン元素を担持させる工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を還元剤で還元する工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項７】
請求項３記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、前記担体の存在下で酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を還元剤で還元する工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか一項記載のパラジウム含有触媒を用いて、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【請求項１】
アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドからα，β−不飽和カルボン酸を製造するためのパラジウム含有触媒であって、触媒構成元素としてパラジウム元素およびタングステン元素を含有するパラジウム含有触媒。
【請求項２】
さらに、触媒構成元素としてテルル元素を含有する請求項１記載のパラジウム含有触媒。
【請求項３】
前記触媒構成元素の少なくとも１種が担体に担持されている請求項１または２記載のパラジウム含有触媒。
【請求項４】
請求項３記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、パラジウム元素とタングステン元素とを同時に担体に担持させる工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、パラジウム元素を担体に担持させた後、タングステン元素を担持させる工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を還元剤で還元する工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項７】
請求項３記載のパラジウム含有触媒を製造する方法であって、前記担体の存在下で酸化状態のパラジウム元素を含む化合物を還元剤で還元する工程を含むパラジウム含有触媒の製造方法。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか一項記載のパラジウム含有触媒を用いて、アルコール、オレフィンまたはα，β−不飽和アルデヒドを分子状酸素により液相酸化するα，β−不飽和カルボン酸の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−７１２９９（Ｐ２０１２−７１２９９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８８８１（Ｐ２０１１−１７８８８１）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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