(57)【要約】  ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂が開示されている。その樹脂は、吸着剤、触媒、および他の用途において有用である。また、ポリマーでカプセル化された、イオン交換樹脂と遷移金属との組合せを含む触媒も開示される。その触媒は、水素化、酸化、ヒドロホルミル化、ポリマー化、および他の有益な方法において有用である。ポリマーでカプセル化された、ある種の触媒は、水素および酸素から過酸化水素を製造する方法における生産性を高める。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーでカプセル化された、遷移金属とイオン交換樹脂との組合せを含む触媒。
【請求項２】
前記遷移金属は、レニウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銀、金およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１に記載の触媒。
【請求項３】
前記遷移金属は、レニウム、パラジウム、白金、銀、金およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１に記載の触媒。
【請求項４】
前記遷移金属は、パラジウムである請求項１に記載の触媒。
【請求項５】
前記イオン交換樹脂は、酸性樹脂である請求項１に記載の触媒。
【請求項６】
前記イオン交換樹脂は、スルホン酸ポリスチレン樹脂である請求項１に記載の触媒。
【請求項７】
前記ポリマーは、ポリスチレン、ポリオレフィン、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１に記載の触媒。
【請求項８】
前記ポリマーは、ポリスチレンである請求項１に記載の触媒。
【請求項９】
請求項１に記載の触媒の存在下、溶媒中で水素および酸素を反応させることを含む、過酸化水素を製造する方法。
【請求項１０】
前記遷移金属は、レニウム、パラジウム、白金、銀、金およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記遷移金属は、パラジウムである請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記イオン交換樹脂は、酸性樹脂である請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記イオン交換樹脂は、スルホン酸ポリスチレン樹脂である請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマーは、ポリスチレン、ポリオレフィンおよびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記触媒は、担体成分を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記溶媒は、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、二酸化炭素、水およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応は、過酸化水素安定剤の存在下で行われる請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂を含む組成物。
【請求項１９】
前記ポリマーは、ポリスチレン、ポリオレフィンおよびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１８に記載の組成物。
【請求項２０】
前記ポリマーは、ポリスチレンである請求項１８に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂、および触媒または吸着剤としてのそれの利用に関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
過酸化水素は、重要な中間化学製品であり、水処置、パルプおよび紙の漂白、ならびに有機合成のような用途において有益である。現時点で、過酸化水素を製造する商業的方法は、アントラキノンの自己酸化を伴う（例えば、米国特許第４，４２８，９２３号および６，５２４，５４７号参照）。その方法は、多数の反応および精製の工程を必要とし、大容量の溶媒を使用し、とうてい理想的とは言えない収率で過酸化水素を提供する。
【０００３】
また、過酸化水素は、適切な触媒の存在下、水素および酸素の直接的な反応によっても作製できるが、低い反応速度、乏しい選択性、および潜在的な爆発性の反応体により、直接的なＨ2Ｏ2の製造を商業的に実現することは、これまで妨げられてきた。しかしながら、安全で経済的な手法を特定することには、かなりの関心が依然よせられている。
【０００４】
水素および酸素から過酸化水素を作製する公知の方法では、担持された遷移金属（第３〜１２族元素）、特に白金族金属を使用する。多種多様な無機および有機担体が特定されており、活性炭（米国特許第６，１６８，７７５号および６，６４９，１４０号）、フッ化炭素（米国特許第５，８４６，８９８号）、スルホン酸官能性炭素（米国特許第６，２８４，２１３号）、シリカ、アルミナ（米国特許第５，９６１，９４８号）、ポリマー繊維（米国特許第６，３７５，９２０号）、およびイオン交換樹脂（米国特許出願公開第２００３／０２１５３８３号および第２００４／０１５１６５８号）が挙げられる。
【０００５】
最近、「マイクロカプセル化」と呼ばれる技術が、改良された特性の触媒を調製するために使用された（例えば、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．（２００３）４４９およびその中で引用される文献；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．４０（２００１）３４６９；Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２０（１９９８）２９８５参照）。ＥＰ０４９８１６６Ａ１には、４−ブロモスチレンまたはスチレンが含浸され、引き続き重合されるアルミナ担持Ｐｄ触媒が開示されている（実施例７および比較例８参照）。ポリ（４−ブロモスチレン）で被覆された触媒のみが、水素および酸素からの過酸化水素の生成に活性を有する。米国特許出願公開第２００４／０１８４９８３号には、（ａ）活性成分としての白金族の１種類以上の金属と；（ｂ）１種類以上のポリオレフィンと；（ｃ）担体とから成る触媒が記載されている。ポリオレフィンを溶媒中に溶解させ、生じる溶液を担体または触媒に含浸するために使用する。この触媒は、ハロゲン化された促進剤および／または酸性促進剤を含んでいる反応溶媒中で水素および酸素から過酸化水素を製造するのに有用である。
【０００６】
〔発明の概要〕
１つの態様において、本発明は、ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂に関する。その樹脂は、吸着剤、触媒、および他の用途において有用である。また、本発明は、水素化、酸化、ヒドロホルミル化、ポリマー化、および他の有益な方法において有用な触媒を含む。その触媒は、ポリマーでカプセル化された、遷移金属とイオン交換樹脂との組合せを含む。ポリマーでカプセル化された、ある種の触媒は、水素および酸素から過酸化水素を製造する方法における生産性を高める。
【０００７】
〔発明の詳細な説明〕
１つの態様において、本発明は、ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂を含む組成物である。
【０００８】
イオン交換樹脂は、イオン交換特性を有する合成有機ポリマーである。イオン交換樹脂の例は、「Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ」、Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ  Ｈｅｌｆｆｅｒｉｃｈ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ（１９６２）、２６〜７１頁で見出すことができる。大部分のイオン交換樹脂は、ビニルモノマーから調製される付加コポリマーである。イオン交換樹脂は、機能により、強もしくは弱酸性または塩基性に分類される。酸性樹脂（陽イオン樹脂）は、一般にスルホン酸またはカルボン酸基を含む。その用途によっては、酸性イオン交換樹脂は、プロトンおよび他の陽イオン（例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド金属、亜鉛、カドミウム、アンモニウム、アルキルアンモニウム、アルキルホスホニウム）を含んでいてもよい。塩基性樹脂（陰イオン樹脂）は、一般に、アミン、置換アミン、アンモニウム、または置換アンモニウム基を含む。
【０００９】
ゲル状および巨大網状のイオン交換樹脂の両方とも使用することができる（Ｆ．Ｈｅｌｆｆｅｒｉｃｈ、上記文献、第５９〜６０頁参照）。非常に小さなゲル状の微小球の凝集体から成り、よって細孔および粗孔の両者を有する巨大網状イオン交換樹脂が、特に好ましい。樹脂の平均孔径は、１０オングストローム（Å）を超えることが好ましく、２０Åを超えることがより好ましい。樹脂の内部表面積は、グラムあたり１〜１０００平方メートル（ｍ2／ｇ）の範囲内であり、１０〜９００ｍ2／ｇの範囲内が好ましく、３０〜６００ｍ2／ｇの範囲内がより好ましい（Ｒ．Ｌ．Ａｌｂｒｉｇｈｔ、「Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｓｕｐｐｏｒｔｓ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ」（１９８７）、Ａ．Ｂ．Ｓｔｉｌｅｓ，Ｅｄ、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１５９〜１８６頁の「Ｂａｓｉｃ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  ｂｙ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」参照）。
【００１０】
本発明のイオン交換樹脂は、ポリマーでカプセル化されている。「カプセル化」とは、ポリマーの層の内部に含まれており、層に囲まれていることを意味する。イオン交換樹脂は種々の大きさ（例えば、約１０μｍ〜約２ｍｍ）のビーズとして典型的に供給されるため、カプセル化は、ポリマーコーティング中に樹脂ビーズを捕捉することを伴う。
【００１１】
一般に、ポリマーは、付加または縮合重合で作製される天然または合成有機ポリマー（それは炭素原子を含む）である。ポリマーでカプセル化された触媒の作製で使用することに適するポリマーは、１種類以上の重合性モノマーをフリーラジカル、イオン、配位、または縮合重合して製造されるホモポリマーまたはランダムおよびブロックコポリマーである。例として、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリ尿素、ポリアクリル、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリシロキサン、多糖、ポリペプチド、ポリヌクレオチド等、およびそれらの混合物が挙げられる。好ましくは、ポリスチレン、ポリオレフィン、およびそれらの混合物である。特に好ましくは、ポリスチレンである。ポリマーは、塊状、溶液、懸濁、または乳化重合法によって生成できる。ポリマーは炭化水素でもよく、または、ハロゲン、ヒドロキシル、アミン、アンモニウムハライド、カルボン酸、ホスフィン、ホスフィンオキシド、アルコキシ、シラン、シロキシ等などの官能基を含んでいてもよい。ハロゲンを含んでいるポリマー（例えば、ポリ（４−ブロモスチレン））が、特に好ましい。
【００１２】
イオン交換樹脂をポリマー中にカプセル化するのに適する方法は、多数ある。適切な技法として、例えば、スプレー乾燥、スプレー冷却、スプレー塗工、相分離およびコアセルベーション、射出処理塗工、流動床塗工、ドライオンドライ塗工、溶融押出、蒸着、その場界面重合を含むその場重合等が挙げられる。これらおよび他のマイクロカプセル化の技法は、「Ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｐｈａｒｍａｃｙ」、Ｍ．Ｄｏｎｂｒｏｗ，Ｅｄ．１〜１４頁の序章、およびその中で引用される文献、ならびにＧ．Ｂｅｅｓｔｍａｎ、「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ」（１９９９）、Ｈ．Ｓｃｈｅｒ，Ｅｄ．３１〜５４頁の「Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」に記載されている。また、米国特許第６，１５６，２４５号も参照。
【００１３】
その場重合は、１つの好ましい技法である。イオン交換樹脂を、モノマー、開始剤、およびその他の成分を含む反応媒体中に懸濁させ、次いで重合を進行させて、ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂を得る。モノマーは、親水性（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）、疎水性（例えば、スチレン）、またはこれらの組合せでよい。適切な技法として、塊状、乳化、懸濁、および界面重合が挙げられる。このような方法で、ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂を調製できる。例として、スチレンまたはスチレンと他のエチレン性モノマーの混合物を、イオン交換樹脂の水性懸濁液中で重合させることができる。
【００１４】
相分離／コアセルベーションによるポリマーカプセル化は、もう１つの好ましい技法である。ポリマーカプセル化材料としてポリスチレンを使用する好適な手法は、小林らによって例示されている（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．（２００３）４４９およびその中で引用される文献；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．４０（２００１）３４６９；Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２０（１９９８）２９８５参照）。パラジウム化合物をカプセル化するための、小林により教示される特に好都合なコアセルベーション手法においては、ポリスチレンを温シクロヘキサン中に溶解する。その混合物中に、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）を溶解する。０℃までゆっくりと冷却すると、相分離およびカプセル形成が起こる。ヘキサンを加えてマイクロカプセルを固め、次いでこれを単離し、洗浄し、および乾燥させる。同様に、イオン交換樹脂を、溶媒中のポリマー（例えば、ポリスチレン、ポリイソブチレン）の溶液と混合する。より低温まで冷却するまたは／および溶媒混合物中のポリマーの溶解性を減少させるためにもう１種類の溶媒を添加すると、相分離が起き、ポリマーでカプセル化された樹脂が得られる。
【００１５】
界面法の１つが、ポリ尿素でカプセル化された遷移金属の調製について、Ｌｅｙらによって例示されている（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．（２００２）１１３２および１１３４；ならびにＣｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．（２００３）６７８参照）。Ｌｅｙの例において、重合性モノマーおよび遷移金属供給源を含む有機相を、乳化剤および／または安定剤を含む水相中に懸濁させる。界面において重合が起こり、マイクロカプセル壁が形成される。遷移金属供給源をイオン交換樹脂に代えることで、ポリ尿素でカプセル化された本発明のイオン交換樹脂を類似して調製する。マイクロカプセルを生成するその場重合のもう１つの例については、Ａｄｖ．Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．１３（２００２）２６５を参照。
【００１６】
ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂は、多くの用途で使用できる。これらの使用としては、水の軟水化および脱イオン、廃物処置、食品加工、触媒、ならびに化学および製薬工業における精製手段が挙げられる。ポリマーでカプセル化されたイオン交換樹脂は、例えば、アルコール脱水（米国特許第３，２５６，２５０号参照）、オレフィン水和化（米国特許第４，３５２，９４５号参照）、縮合（米国特許第４，４２８，２８３号参照）、エーテル化（米国特許第４，７３１，４９０号参照）、およびイオン交換樹脂の多くの他の従来の使用法において使用できる。ポリマーカプセル化により、化学反応におけるイオン交換樹脂触媒の活性および／または選択性が改良されると考えられる。同様に、イオン交換樹脂が吸着用途で使用される場合、ポリマーカプセル化は、吸着される化学種の相対拡散速度に必ず影響し、よって、吸着能力および／または選択性を改良する。
【００１７】
もう１つの態様において、本発明は、ポリマーでカプセル化された、遷移金属とイオン交換樹脂との組合せを含む触媒である。適切な遷移金属は、第４〜１１族中で見出される。これらの最初の行は、例えば、ＴｉからＣｕまでの遷移金属を含む。好ましい遷移金属は、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、およびＡｕである。遷移金属の選択は、触媒が触媒するために使用される反応に依存する。例えば、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、またはＯｓを含む触媒は、水素化反応に使用できる（例えば、ＥＰ１４６９００６、ＷＯ２００５０１４１６８参照）。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｒｕ、Ｍｏ、またはＷを含む触媒は、酸化反応の触媒として有用なことがある（例えば、「Ｎｅｗ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ」、Ｇ．ＣｅｎｔｉおよびＦ．Ｔｒｉｆｉｒｏ，Ｅｄ．１〜３２頁参照）。Ｒｈ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、またはＯｓを含む触媒は、ヒドロホルミル化反応に使用できる（例えば、米国特許第５，７６３，６７７号参照）。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｒｕ、またはＯｓを含む触媒は、重合反応に使用できる（例えば、米国特許第６，９０８，８７６号、６，９５１，８３１号、および第５，７２８，７８５号参照）。
【００１８】
所望の反応の触媒となる限り、遷移金属は任意の適切な形態で存在できる。例えば、フリーの金属（例えば、ＰｔまたはＰｄ金属）として、金属の混合物（例えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔの混合物または合金等）として存在してもよく、または単独または複数種類の金属および他の配位子を組み込んでいる錯体（例えば、ＰｔＣｌ2、Ｐｄ（ＮＨ3）4Ｃｌ2、またはテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０））の一部であってもよい。
【００１９】
同様に、遷移金属の酸化状態は、重要ではない。パラジウムは、例えば、０〜＋４またはそのような酸化状態の任意の組合せのいずれの酸化状態にあってもよい。所望の酸化状態または酸化状態の組合せを達成するために、触媒に導入後、遷移金属化合物を完全にまたは部分的に、事前に還元しておいてもよい。しかしながら、事前の還元を全く行わなくとも、満足できる触媒性能を達成できる。
【００２０】
遷移金属を触媒中に組み込ませる方法は、特に重要ではない。例えば、含浸、吸着、イオン交換、沈殿等によって遷移金属をイオン交換樹脂上に担持できる。遷移金属は、ポリマーカプセル化の前、その間、またはその後に、樹脂に加えればよい。１つの特定の方法では、カプセル化に先立ち、遷移金属をイオン交換樹脂に加える。
【００２１】
遷移金属の供給源として使用される遷移金属化合物または錯体に関しては、特に制約はない。適切な化合物として、遷移金属の、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物（例えば、塩化物、臭化物）、カルボン酸塩（例えば、酢酸塩）、およびアミンまたはホスフィン錯体（例えば、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）、パラジウム（ＩＩ）テトラアミンブロミド）が挙げられる。
【００２２】
イオン交換樹脂および遷移金属に加えて、触媒は、炭素、チタニア、ジルコニア、酸化ニオブ、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、チタニア−シリカ、ジルコニア−シリカ、ニオビア−シリカ、およびそれらの混合物などの他の担体成分を含むことができる。例えば、イオン交換樹脂および任意の上記の構成要素の複合体を、遷移金属を担持するために使用できる。
【００２３】
触媒は、酸化、水素化、ヒドロホルミル化、およびその他多くの多種多様な有機反応で使用できる。例として、水素、アルカン（例えば、プロパン、イソブタン、エチルベンゼン、クメン）、アルケン（例えば、プロピレン、ヘキセン、塩化アリル）、またはアレーン（例えば、ベンゼン、フェノール）の酸化；アルケン（例えば、プロピレン、アリルアルコール）またはエポキシド（例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド）のヒドロホルミル化；および、アルケン、アルデヒド、またはケトンの水素化が挙げられる。１つの特に有益な反応は、水素および酸素からの過酸化水素の製造である。これらの反応の多くにおいて、ポリマーカプセル化によって触媒活性および／または選択性を改善でき、特に液体反応混合物での遷移金属の浸出を低減できる。
【００２４】
更にもう１つの態様において、本発明は、過酸化水素を製造する方法（Ｈ2Ｏ2製造方法）を提供する。その方法は、触媒存在下、溶媒中で水素および酸素を反応させることを含む。その触媒は、上述のように、ポリマーでカプセル化された、遷移金属とイオン交換樹脂との組合せを含む。表１（下記）に示すように、ポリマーでカプセル化された、遷移金属とイオン交換樹脂との組合せは、ポリマーでカプセル化されていない同様の触媒と比較して、水素および酸素から過酸化水素を製造するにあたり、より生産的である。
【００２５】
Ｈ2Ｏ2製造方法にとって適切な触媒は、前の説明部に記載されている。好ましい樹脂は、酸性である。それらは、他の陽イオン（例えば、Ｎａ、Ｋ、アンモニウムイオン）を含んでいてもよいが、他の陽イオンを本質的に含まない樹脂が、Ｈ2Ｏ2製造方法にとって特に望ましい。例えば、樹脂中に存在する他の陽イオンの量は、樹脂の重量に対して、好ましくは１重量％未満、より好ましくは０．１重量％未満、最も好ましくは０．０１重量％未満である。本方法に特に適する樹脂の１つの群は、スルホン酸ポリスチレン樹脂、即ち、スルホン酸官能基を含んでいる架橋ポリスチレンである。ジビニルベンゼンが、架橋剤として使用される。好ましい遷移金属は、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、およびそれらの混合物である。Ｐｄが最も好ましい。
【００２６】
その方法には、酸素および水素ガスが必要である。水素および酸素の任意の供給源を使用できるが、分子状酸素（Ｏ2）および分子状水素（Ｈ2）が好ましい。使用される水素の酸素に対するモル比（Ｈ2：Ｏ2）は、好ましくは１：１０〜１０：１の範囲内である。より好ましくは、Ｈ2：Ｏ2比は、１：２〜４：１の範囲内である。
【００２７】
酸素および水素に加え、不活性ガスを使うこともできる。好ましくは、不活性ガスは、ヘリウム、ネオン、またはアルゴンなどの希ガスである。また、窒素、メタン、エタン、プロパン、および二酸化炭素も使用できる。安価および入手が容易であるため、窒素が好ましい。不活性ガスにより、反応混合物において酸素および水素のレベルを爆発限界外に保つ方法が、好都合に提供される。
【００２８】
その方法は、溶媒存在下で行われる。適切な溶媒により、ガス状反応体を安全に反応させ過酸化水素を形成できる効果的な程度にまでガス状反応体を希釈する。適切な溶媒としては、例えば、炭化水素（例えば、プロパン、ブタン、イソブタン、トルエン、キシレン）、ハロゲン化炭化水素（例えば、ジクロロメタン、クロロベンゼン、フッ化炭化水素）、ニトリル（例えば、アセトニトリル）、および含酸素溶媒が挙げられる。好ましくは、水素および酸素の両者が、溶媒中で許容できる可溶性を有する。含酸素溶媒が好ましい。含酸素溶媒は、好ましくは、反応条件下で液体である。適切な含酸素溶媒は、水、酸素を含有する炭化水素（アルコール、エーテル、エステル、ケトン等）、二酸化炭素、およびそれらの混合物である。好ましい含酸素溶媒としては、低級脂肪族アルコールが挙げられ、特に、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等、およびそれらの混合物などのＣ1〜Ｃ4アルコールである。また、フッ化アルコールも使用できる。特に好ましい含酸素溶媒は、水、メタノール、二酸化炭素、およびそれらの混合物である。二酸化炭素が単独溶媒または共溶媒の場合、好ましくは、反応条件下において液体または超臨界流体である。
【００２９】
その方法は、連続流式、半回分式、または回分式を利用して行うことができる。触媒は、スラリーまたは固定床の形式で使用できる。１〜２００バールの範囲内の総圧力で実施することが好ましい。反応は、所望の量の過酸化水素を製造するのに有効な温度で、好ましくは０℃〜１００℃の範囲内の温度、より好ましくは２０℃〜６０℃で行われる。
【００３０】
過酸化水素安定剤を使用して過酸化水素の分解を最小限にすることが、好都合な場合がある。適切な安定剤として、無機酸、有機酸、上記の酸の塩、キレート剤等が挙げられる。過酸化水素安定剤の例としては、硝酸、硫酸、リン酸、塩化水素酸、臭化水素酸、ピロリン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシ−エチリデン−１，１−ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラ（メチレン−ホスホン酸）、およびそれらの対応する上記の塩（例えば、ナトリウム、カリウム、アンモニウム塩）である。安定剤は、反応混合物の重量に対し、典型的には０．１〜１０００ｐｐｍ（１００万あたりの部）、好ましくは０．１〜１００ｐｐｍ、より好ましくは１〜１０ｐｐｍの範囲内で添加される。
【００３１】
以下の実施例は、本発明を単に例示するものである。当業者は、本発明の趣旨および特許請求の範囲内で、多くの変形を認識するであろう。
【００３２】
＜比較実施例１：Ｐｄ／Ａ３６触媒＞
Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ３６樹脂（Ａ３６、ロームアンドハース社より得られる酸性樹脂）（５０．５ｇ）を、穏やかに攪拌しながら、ビーカー中でメタノール（１００ｇ）によって洗浄する。次いで、メタノールをデカントする。このメタノール洗浄の工程を、６回繰返す。洗浄されたＡ−３６樹脂および１００ｇのメタノールを含む懸濁液に、１．７０８ｇの酢酸パラジウムおよび７０ｇのアセトンを含む溶液を、室温で混合しながら添加する。３０分後、固体を濾別し、１００ｇのメタノールで洗浄し、次いで一定の重量となるまで６０℃において真空オーブン中で乾燥する。乾燥された固体触媒（触媒Ａ）（４６．５ｇ）は、１．９重量％のＰｄを含む。
【００３３】
＜実施例２：ポリスチレンでカプセル化されたＰｄ／Ａ３６触媒＞
１３ｇのスチレンおよび０．１５ｇの２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＡＩＢＮ）の溶液が入っている２オンスの王冠瓶に、水（１２０ｇ）中の０．１５％ポリ（ビニルアルコール）溶液および実施例１から触媒Ａ３０ｇを充填する。窒素置換後、瓶に蓋をして、油浴中７０℃で３時間、次いで９０℃で更に３時間、回転攪拌することで懸濁重合を行う。室温まで冷却後、ポリマーでカプセル化された触媒を濾別し、脱イオン水で２回洗浄し、一定の重量となるまで６０℃において真空オーブン中で乾燥する。得られた触媒（触媒Ｂ）は、１．０４重量％のＰｄを含む。
【００３４】
＜実施例３：過酸化水素の製造＞
試験は、４５０ｍＬの多管式Ｐａｒｒ反応器中で行う。反応器中の５本の試験管は、同一の気相を共有する。それぞれの試験管には磁気攪拌子が入れてあり、全ての攪拌子は同一の速度で攪拌する。試験管１、２および５には、それぞれ１０ｍｇの触媒Ｂを充填する。試験管３および４には、それぞれ５．６ｍｇの触媒Ａを充填する。それぞれの試験管の触媒は、０．１ｍｇのＰｄを含む。それぞれの試験管に５．６ｇのメタノール／水（重量で７０／３０）を加えた後、反応器を閉じ、窒素を流した。反応器の内容物を３０℃まで加熱後、反応器を水素で１００ｐｓｉｇまで充填し、次いで窒素中の酸素（４モル％）混合物で１４００ｐｓｉｇまで充填する。それぞれの試験管中の反応混合物を、３０℃で１時間、磁気的に攪拌した後、室温まで冷却する。それぞれの溶液中の過酸化水素の濃度を、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）で決定する。表１には、ポリスチレンでカプセル化されたＰｄ／Ａ３６触媒を使用する本発明の方法によって、ポリスチレンでカプセル化されていないＰｄ／Ａ３６触媒上の同一量のＰｄにより進行される同様の方法より高い収率で過酸化水素が得られることを示す。
【００３５】
【表１】
2009511414.tif 000002
【００３６】
＜実施例４：過酸化水素の製造＞
攪拌装置および浸漬管（浸漬管は５ミクロンフィルターでキャップされている）を備える３００ｍＬのオートクレーブに、実施例２から触媒Ｂ３００ｍｇ、脱イオン水６ｇ、およびメタノール４８ｇを充填する。反応混合物を６６ｐｓｉｇの水素で充填し、次いで、窒素中の酸素（４モル％）混合物で総圧力１２９４ｐｓｉｇまで充填する。反応混合物を３０℃で７０分加熱し、次いで、浸漬管を通して、溶液をもう１つの３００ｍＬオートクレーブに濾過する。濾過された溶液中の過酸化水素の濃度は、約１重量％であると期待される。
【００３７】
＜実施例５：ＨＢｒ存在下での過酸化水素の製造＞
０．６ｇの０．０６３重量％ＨＢｒ水溶液が反応混合物に含まれる以外は、実施例４の手順を繰返す。過酸化水素溶液の濃度は、約１．５重量％であると期待される。
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月2日(2007.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーでカプセル化された、遷移金属とイオン交換樹脂との組合せを含む触媒の存在下、溶媒中で水素および酸素を反応させることを含む、過酸化水素を製造する方法。
【請求項２】
前記遷移金属は、レニウム、パラジウム、白金、銀、金およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記遷移金属は、パラジウムである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂は、酸性樹脂である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記イオン交換樹脂は、スルホン酸ポリスチレン樹脂である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマーは、ポリスチレン、ポリオレフィンおよびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記触媒は、担体成分を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶媒は、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、二酸化炭素、水およびこれらの混合物からなる群より選ばれる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応は、過酸化水素安定剤の存在下で行われる請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2009511414.tif 000003
2009511414.tif 000004
2009511414.tif 000005