Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bimetallischen Katalysator
sowie auf ein Verfahren zur direkten Synthese von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoff
und Sauerstoff, welches diesen Katalysator verwendet.
Wasserstoffperoxid ist eine kommerziell wichtige Verbindung, welche
weithin in der Textilindustrie und in der Papierindustrie als ein Bleichmittel eingesetzt
wird, auf dem Umweltgebiet als ein Biozid eingesetzt wird und in der chemischen
Industrie in Oxidationsverfahren eingesetzt wird.
Beispiele für diese Verfahren sind solche, welche Titansilikalite
als Katalysatoren verwenden, wie beispielsweise die Epoxidierung von Olefinen (EP-100,119),
die Ammoximation von Carbonylverbindungen (US 4,794,198),
die Oxiation von Ammoniak zu Hydroxylamin (US 5,320,819)
sowie die Hydroxylierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen (US
4,369,783).
Es ist die industrielle Herstellung von wässrigen Lösungen
von H2O2 mittels eines komplexen Zweischrittverfahrens bekannt.
Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Lösung von Anthrachinon, wie beispielsweise
Butylanthrachinon oder Ethylanthrachinon, in einem mit Wasser unmischbaren, organischen
Medium hydriert und dann mit Luft oxidiert, um H2O2 herzustellen,
welches nachfolgend in wässriger Phase extrahiert wird.
Dieses Verfahren ist aufgrund der für die erforderliche komplexe
Produktionseinheit notwendigen hohen Investitionskosten und aufgrund der Notwendigkeit
des Abtrennens und des Entsorgens der Nebenprodukte, welche während der Oxidationsphase
erzeugt werden, und aufgrund des Aufreinigens und der Wiederherstellung der Anthrachinonlösung,
bevor diese wieder verwendet wird, teuer.
Zum Überwinden dieser Nachteile sind in dem Stand der Technik
Verfahren zur direkten Synthese von Wasserstoffperoxid aus H2 und O2
vorgeschlagen worden. Diese Verfahren verwenden im Allgemeinen ein Katalysatorsystem,
welches aus einem Edelmetall, insbesondere aus Metallen der Platingruppe oder deren
Mischungen, in der Form von Salzen oder getragenen Metallen besteht.
Beispielsweise beschreiben die US-Patente 4,772,458 und 4,832,938
ein Verfahren zur Synthese von wässrigen Lösungen von H2O2
in der Gegenwart von Wasserstoffionen und Bromidionen unter Verwendung eines Katalysators,
der auf auf Kohlenstoff getragenem Palladium und/oder Platin basiert. Zum Erhalten
von hohen Konzentrationen an H2O2 werden im Allgemeinen Säuremengen
in einem Bereich zwischen 2,5 und 10 g/Liter benötigt.
Die Verwendung hoher Mengen an Säuren erzeugt mit der Auflösung
der aktiven Phase (Metall) des Katalysators in dem Reaktionsmedium verbundene, ernsthafte
Probleme mit einer daraus folgenden Instabilität sowohl des Katalysators als
auch der hergestellten Wasserstoffperoxidlösung.
Aufgrund des hohen Säuregehaltes sind die hergestellten H2O2-Lösungen
unter diesen Bedingungen schwer zu verwenden. Diese Verfahren arbeiten unter kritischen
Bedingungen, weil, bezogen auf die Reaktionsmischung, H2-Konzentrationen
von mehr als 5% (17% oder mehr) eingesetzt werden, welche folglich in die Explosionsgrenze
von H2/O2-Mischungen fallen.
Die Patentanmeldung EP 492,064
beschreibt ein Verfahren zur Synthese von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoff und
Sauerstoff, welches einen Katalysator verwendet, der auf Palladium basiert, das
auf einem halogenierten Harz, insbesondere auf einem bromierten Styrol-/Divinylbenzol-Harz,
getragen wird.
Die Reaktion wird in Wasser in der Gegenwart einer aus Schwefel-,
Phosphor- oder Salpetersäure ausgewählten Säure durchgeführt.
Beim Arbeiten gemäß diesem Verfahren werden allerdings H2O2-Konzentrationen
von ungefähr 0,58% erhalten.
Die Patentanmeldung EP 504,741
beschreibt ein Verfahren zur Synthese von H2O2 aus Wasserstoff
und Sauerstoff, in dem ein Katalysator eingesetzt wird, welcher auf Palladium oder
Platin basiert, das auf einem aus Oxiden von Molybdän, Zirkonium oder Wolfram
ausgewählten Säure- oder Supersäureträger getragen wird.
Beim Arbeiten gemäß diesem Verfahren wird Wasserstoffperoxid
in Konzentrationen von nicht mehr als 1% erhalten.
Das Patent US 5,320,921 beschreibt
ein Verfahren zur Synthese von H2O2 aus Wasserstoff und Sauerstoff,
bei dem ein Katalysator eingesetzt wird, welcher auf Palladium oder Platin, das
auf einer in Wasser unlöslich gemachten Heteropolysäure getragen wird,
basiert. Die Reaktion wird in Wasser in der Gegenwart von Bromidionen (0,5 mmol/Liter
Natriumbromid) durchgeführt. Es werden H2O2-Konzentrationen
von gleich ungefähr 1,1% erhalten.
Diese Verfahren des bekannten Standes der Technik sind folglich durch
eine niedrige Produktivität und Selektivität der Reaktion und durch die
Herstellung von H2O2-Lösungen, welche für eine ökonomische
industrielle Verwertung zu verdünnt sind, gekennzeichnet.
Die WO 98/16463 offenbart ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung
von Wasserstoffperoxid durch Reagieren von Wasserstoff und Sauerstoff in der Gegenwart
eines bimetallischen Katalysators, einer Säure und eines halogenierten Promotors
in einem wässrigen und/oder alkoholischen Reaktionsmedium.
Die US-A-4,295,957 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Hydrierungskatalysators
bestehend aus Imprägnieren eines Trägers mit einer Kupferverbindung, Trocknen
des imprägnierten Trägers und dann simultan oder nacheinander erfolgender
Zugabe anderer aus Pt, Pd und Re ausgewählter Metallkomponenten, geeigneterweise
durch Imprägnierung. Der Katalysator wird getrocknet, kalziniert und reduziert.
Allerdings wird der Katalysator nicht für die Herstellung von Wasserstoffperoxid
eingesetzt.
Die italienische Patentanmeldung MI 98-A-01843, welche von der Anmelderin
eingereicht worden ist, bezieht sich auf ein Verfahren zur direkten Synthese von
Wasserstoffperoxid unter Verwendung eines Katalysators, welcher auf Palladium und/oder
Platin, das auf einer sulfonierten Aktivkohle koimprägniert ist, basiert.
Es ist nunmehr herausgefunden worden, dass es durch Durchführen
der Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in der Gegenwart eines bimetallischen
Katalysators, der durch Dispergieren in Reihenfolge und alternierend von Vorläufern
der einzelnen Metallverbindungen des Katalysators auf einen Träger hergestellt
worden ist, möglich ist, die zuvor beschriebenen Nachteile des bekannten Standes
der Technik zu überwinden. Dieses Herstellungsverfahren erlaubt es ferner,
die Aktivität und die Selektivität des Katalysators, die Konzentration
von Wasserstoffperoxid oder den Verbrauch von Wasserstoff im Hinblick auf die Verfahrensanforderungen
und die Erhältlichkeit von Rohmaterialien, beispielsweise kostengünstigen
Wasserstoff, anzupassen.
Insbesondere ergibt die Verwendung dieser Katalysatoren die nachfolgenden
Vorteile:
(i) Die Möglichkeit der Verwendung extrem geringer Mengen an Halogeniden
(< 10-4 Mol/l) und freier Säuren (H+ < 10-2
Mol/l) in dem Reaktionsmedium. Dies hat vorteilhafte Effekte auf die Stabilität
des Katalysatorsystems und der erhaltenen H2O2-Lösungen,
was folglich die Möglichkeit der direkten Verwendung der vorgenannten Lösungen
in Oxidationsverfahren erlaubt. Die Gegenwart von lediglich Spuren an Halogeniden
und der Säuregehalt ist für die direkte Verwendung in den vorgenannten
Reaktionen kein Nachteil, weil die mögliche Zuführung von Salzen oder
der Säuregehalt in stromabwärtigen Verfahren minimiert wird.
(ii) Die Herstellung von Wasserstoffperoxidlösungen in geeigneten Konzentrationen
für die direkte und ökonomisch sinnvolle Verwendung in Oxidationsverfahren
im Allgemeinen in einem Bereich zwischen 2% und 10 Gew.-%.
(iii) Die Möglichkeit des Durchführens der Reaktion unter hohen Sicherheitsbedingungen.
Tatsächlich bedeutet unterhalb von 4 Vol.-% Wasserstoff ein Arbeiten beträchtlich
außerhalb des Explosionsbereiches inerter H2-O2-Mischungen.
Im Einklang hiermit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen
bimetallischen Katalysator, der durch Dispergieren in Reihenfolge und alternierend
der Vorläufer der einzelnen Metallbestandteile des Katalysators auf einem Träger
erhalten wird, sowie auf ein Verfahren zur Synthese von Wasserstoffperoxid durch
die direkte Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff in der Gegenwart des Katalysators
in einem Lösemittelmedium, das einen halogenierten Promotor und einen Säurepromotor
enthält.
Insbesondere wird der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung
eingesetzte Katalysator erhalten durch:
(a) Herstellung der Lösungen oder Suspensionen der Vorläufer der einzelnen
Metallkomponenten des Katalysatorsystems,
(b) Dispersion der in (a) erhaltenen Lösungen oder Suspensionen in Reihenfolge
auf einem Träger,
(c) Behandeln des Katalysators mit einem Reduktionsmittel des Metalls und Trocknen
zwischen einer Dispersion und einer anderen bei 120 bis 140°C.
Bei der Herstellung des Katalysators können die Schritte (b)
und (c) einmal oder mehrmals wiederholt werden.
Die Metallbestandteile des Katalysators werden aus solchen der Platingruppe
ausgewählt. Palladium und Platin werden bevorzugt eingesetzt.
In diesen Katalysatoren ist Palladium normalerweise in einer Menge
in einem Bereich zwischen 0,01 und 5 Gew.-% und das Platin in einer Menge in einem
Bereich zwischen 0,01 und 1 Gew.-% anwesend, wobei das Atomverhältnis zwischen
Platin und Palladium in einem Bereich zwischen 0,1/99,9 und 50/50 liegt.
Das Palladium liegt vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich zwischen
0,4 und 2 Gew.-% und das Platin in einer Menge in einem Bereich zwischen 0,05 und
0,5 Gew.-% vor, wobei das Atomverhältnis zwischen Platin und Palladium in einem
Bereich zwischen 1/99 und 30/70 liegt.
Die Dispersion der aktiven Bestandteile des Trägers können
ausgehend von Lösungen ihrer Salze oder löslichen Komplexe ausgewählt
aus Acetaten, Halogeniden und Nitraten mittels Präzipitation, Imprägnierung
oder Adsorption bewirkt werden.
Die Reduktion der Katalysatorbestandteile zu dem Metallzustand können
mittels thermischer und/oder chemischer Behandlung mit reduzierenden Substanzen,
wie beispielsweise Wasserstoff, Natriumformiat, Natriumcitrat, unter Verwendung
von in dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren durchgeführt werden.
Der inerte Träger kann aus Aktivkohle, Silika, Aluminiumoxid,
Silika-Aluminiumoxid, Zeolithen und anderen Materialien, welche in dem Stand der
Technik gut bekannt sind, bestehen. Aktivkohle ist für die Herstellung der
für die vorliegende Erfindung geeigneten Katalysatoren bevorzugt.
Aktivkohlen, welche für die Zwecke der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden können, sind solche mit einem niedrigen Aschegehalt und mit
einer Oberfläche von wenigstens 100 m2/g und insbesondere solche
mit einer Oberfläche von mehr als 300 m2/g.
Sulfonierte Aktivkohlen, welche in der italienischen Patentanmeldung
MI 98-A-01843 beschrieben sind, können für diesen Zweck ebenfalls eingesetzt
werden.
Die Träger können in Pulver-/Korn- oder Pelletform etc.
vorliegen.
Vor dem Aufbringen der Vorläufer der einzelnen Metalle kann die
Aktivkohle einer Behandlung unterworfen werden, wie beispielsweise dem Waschen mit
destilliertem Wasser oder einer Behandlung mit Säuren, Basen oder verdünnten
Oxidationsmitteln, beispielsweise mit Essigsäure, Salzsäure, Natriumcarbonat
und Wasserstoffperoxid.
Insbesondere ist es beobachtet worden, dass der durch Dispergieren
zunächst von Palladium und dann von Platin auf dem Träger erhaltene Katalysator
aktiver ist, wohingegen der durch Dispergieren von zunächst Platin und dann
von Palladium in Reihenfolge erhaltene selektiver ist.
Der Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere
in einem Verfahren zur direkten Synthese von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoff
und Sauerstoff in einem Lösemittel in der Gegenwart eines halogenierten Promotors
und eines Säurepromotors vorteilhaft.
Der Katalysator wird in katalytischen Mengen im Allgemeinen in einem
Bereich zwischen 10-6 und 10-2 Mol des in dem Katalysator
pro Liter an Reaktionsmedium enthaltenen Gesamtmetalls eingesetzt.
Vorteilhafte Ergebnisse werden unter Verwendung von Katalysatormengen
in einem Bereich zwischen 10-4 und 10-3 Mol an in dem Katalysator
pro Liter an Reaktionsmedium enthaltenem Gesamtmetall erhalten.
Das Reaktionslösemittel kann aus Wasser, einem C1-C3-Alkohol
oder deren Mischungen bestehen.
Unter den C1-C3-Alkoholen ist für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung Methanol bevorzugt. Unter den Mischungen ist eine Mischung
von Methanol und Wasser mit einem Gewichtsverhältnis in einem Bereich zwischen
50/50 und 99,9/0,1, bevorzugt zwischen 90/10 und 99/1, bevorzugt.
Der Säurepromotor kann jede Substanz sein, welche in dem flüssigen
Reaktionsmedium H+-Wasserstoffionen erzeugen kann, und ist im Allgemeinen
ausgewählt aus anorganischen Säuren, wie beispielsweise Schwefel-, Phosphor-,
Salpetersäuren, oder aus organischen Säuren, wie beispielsweise Sulfonsäuren.
Schwefelsäure und Phosphorsäure sind bevorzugt. Die Konzentration der
Säure liegt im Allgemeinen in einem Bereich zwischen 20 und 1.000 mg pro kg
an Lösung und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 und 500 mg pro kg an
Lösung.
Der halogenierte Promotor kann jede Substanz sein, welche in dem flüssigen
Reaktionsmedium Halogenionen erzeugen kann. Verbindungen, welche Bromidionen erzeugen
können, sind bevorzugt. Diese Verbindungen sind im Allgemeinen ausgewählt
aus Bromwasserstoffsäure und ihren in dem Reaktionsmedium löslichen Salzen,
beispielsweise Natriumbromid, Kaliumbromid, Natrium- oder Ammoniumbromat. Bromwasserstoffsäure,
Natriumbromid und Kaliumbromid sind insbesondere bevorzugt.
Die Konzentration des halogenierten Promotors liegt im Allgemeinen
in einem Bereich zwischen 0,1 und 50 mg pro kg an Lösung und vorzugsweise in
einem Bereich zwischen 1 und 10 mg pro kg an Lösung.
Die Herstellung von Wasserstoffperoxid wird durch Reagieren von Sauerstoff
und Wasserstoff in dem Reaktionsmedium in der Gegenwart des Katalysators und der
Promotoren und in der Gegenwart von oder ohne ein Inertgas ausgewählt aus Stickstoff,
Helium und Argon durchgeführt. Das Gas ist vorzugsweise Stickstoff.
Das molare Verhältnis von H2/O2 in der
Zuführung liegt in einem Bereich zwischen 1/2 und 1/100, vorzugsweise zwischen
1/3 und 1/15, und die Konzentration an Wasserstoff in der Gasphase in Kontakt mit
dem flüssigen Reaktionsmedium wird geeigneterweise bei einem niedrigeren Wert
als 4,5 molar außerhalb der Explosivitätsgrenzen der H2/O2/Inertgas-Mischung
gehalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens
gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Reaktion unter Verwendung von
Luft anstelle von reinem Sauerstoff durchgeführt werden.
Die Reaktion wird typischerweise bei Temperaturen in einem Bereich
zwischen –5°C und 90°C, vorzugsweise zwischen 2°C und 50°C,
und bei einem Gesamtdruck von mehr als dem Atmosphärendruck, vorzugsweise in
einem Bereich zwischen 50 und 300 Atmosphären, durchgeführt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann chargenweise
oder vorzugsweise kontinuierlich unter Verwendung eines für den Zweck geeigneten
und aus den in dem Stand der Technik beschriebenen ausgewählten Reaktors durchgeführt
werden.
Beim Arbeiten unter den vorgenannten Bedingungen ist es möglich,
Wasserstoffperoxid unter sicheren Bedingungen mit einer Reaktionsproduktivität
von normalerweise in einem Bereich zwischen 30 und 200 g an H2O2(ausgedrückt
als 100% H2O2) pro Liter Reaktionsmedium pro Stunde und mit
einer molaren Selektivität für die Bildung von H2O2,
welche sich auf den aufgebrauchten Wasserstoff bezieht, in einem Bereich zwischen
60% und 90% herzustellen. Die so erhaltenen Wasserstoffperoxidlösungen können
direkt in Oxidationsprozessen eingesetzt werden, welche die Verwendung von H2O2
ohne kostenträchtige Zwischenproduktverarbeitung, wie beispielsweise Säure-
und Lösemittelentfernungsarbeitsschritte, umfassen.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht
es, dass die Reagenzien mit hohen Umsetzungen und Selektivitäten zu H2O2
umgewandelt werden, wodurch H2O2-Lösungen ohne Azidität
oder lediglich mit Spuren an Azidität und/oder Salzen enthaltend erhalten werden.
Die nachfolgenden Beispiele, deren einziger Zweck es ist, die vorliegende
Erfindung in größerem Detail zu beschreiben, sollten in keiner Weise dazu
betrachtet werden, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
BEISPIEL 1Herstellung des Katalysators
a) 8 g aktivierte Seekiefer-Holzkohle in Pulverform (Ceca 2S/E) werden in eine
0,5 Liter Glasflasche enthaltend 90 ml demineralisiertes Wasser und 0,28 g Na2CO3
eingefüllt. Die Suspension wird für 10 Minuten unter Rühren bei Raumtemperatur
(20 bis 25°C) belassen.
Nachfolgend werden tropfenweise 0,101 g an H2PtCl6-Lösung
(8 Gew.-% Pt) verdünnt in 10 ml Wasser zugegeben.
Die Suspension wird für 10 Minuten bei Raumtemperatur belassen
und wird dann in einem Wasserbad für 10 Minuten auf 90°C erhitzt. Eine
0,76 g Natriumformiat in 10 ml Wasser enthaltende Lösung wird dann zugegeben
und das Rühren wird für 2 Stunden bei 90°C fortgesetzt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Suspension filtriert
und die gewonnene Aktivkohle wird mit destilliertem Wasser gewaschen, bis die Chloride
entfernt worden sind, und in einem Ofen für 2 Stunden bei 120°C getrocknet.
b) Der so erhaltene Kohlenstoff wird in einer in 90 ml 0,4 g Na2CO3
Wasser enthaltenden Lösung resuspendiert und wird dann der unter a) beschriebenen
Prozedur folgend behandelt, aber unter Verwendung einer Lösung von 0,8 g an
Na2PdCl4 mit 10% Pd anstelle der Lösung von H2PtCl6.
Nach dem Trocknen bei 120°C wird ein 1% Pd und 0,1% Pt enthaltender
Katalysator auf Aktivkohle erhalten.
BEISPIEL 2
Es wird dasselbe wie in Beispiel 1 beschriebene Verfahren angewendet,
allerdings mit einer umgekehrten Reihenfolge der Pt-Pd-Abscheidung.
In dem Schritt a) wird eine Lösung von Na2PdCl4
eingesetzt und in Schritt b) die Lösung von H2PtCl6 unter
Beibehaltung derselben Mengen. Es wird ein Katalysator erhalten, der 0,1% Pt und
1% Pd auf Aktivkohle enthält.
BEISPIEL 3 (VergleichsbeispiellHerstellung eines koimprägnierten Katalysators
8 g aktivierte Seekiefer-Holzkohle in Pulverform (Ceca 2S/E) werden
in eine 0,5 Liter Glasflasche eingefüllt, welche 90 ml demineralisiertes Wasser
und 0,28 g Na2CO3 enthält.
Die Suspension wird unter Rühren für 10 Minuten bei Raumtemperatur
(20 bis 25°C) belassen.
Nachfolgend werden unter Rühren tropfenweise 0,101 g einer Lösung
von H2PtCl6 (8 Gew.-% Pt) sowie 0,80 g Na2PdCl4
(10% Pd) verdünnt in 10 ml Wasser zugegeben.
Die Suspension wird für 10 Minuten bei Raumtemperatur belassen
und wird dann in einem Wasserbad für 10 Minuten auf 90°C erhitzt. Es wird
dann eine 760 mg Natriumformiat in 10 ml Wasser enthaltende Lösung zugegeben
und das Rühren wird bei 90°C für 2 Stunden fortgesetzt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Suspension filtriert
und die gesammelte Aktivkohle wird mit destilliertem Wasser gewaschen, bis die Chloride
entfernt worden sind, und in einem Ofen für 2 Stunden bei 120°C getrocknet.
Der Endkatalysator enthält 1% Pd und 0,1% Pt; die aktive Phase
wurde durch Koimprägnierung von Pd und Pt erhalten.
BEISPIEL 4 (Vergleichsbeispiel)
Dasselbe wie in Beispiel 3 beschriebene Verfahren wird angewendet,
allerdings unter Verwendung von lediglich Pd-Salz bei der Herstellung.
Es wird ein Katalysator erhalten, welcher 1% Pd auf Aktivkohle enthält.
BEISPIEL 5 (Vergleichsbeispiel)
Dasselbe wie in Beispiel 3 beschriebene Verfahren wird angewendet,
allerdings unter Verwendung von lediglich Pt-Salz bei der Herstellung.
Es wird ein Katalysator erhalten, welcher 0,1% Pt auf Aktivkohle enthält.
BEISPIEL 6Synthese von H2O2
Es wird eine Mikropilotanlage eingesetzt, welche aus einem Hastelloy
C-Autoklaven besteht, der mit einem Thermostatregulationssystem, mit einem Magnetrührer,
mit einem Regulations- und Steuersystem für den Drucks während der Reaktion,
mit einem Filter zum kontinuierlichen Entfernen der die Reaktionsprodukte enthaltenden
flüssigen Phase, mit einem Zuführungssystem für die Lösemittelmischung,
in der die Reaktion stattfindet, sowie mit einer Reihe von Instrumenten für
die Regulation und Steuerung der Gaszuführungen ausgestattet ist. Der Reaktionsverlauf
wird durch kontinuierliches Analysieren des Wasserstoffs und Sauerstoffs in der
Zuführung und an dem Auslass des Reaktors überprüft.
Die Selektivität mit Bezug zu dem umgesetzten Wasserstoff wird
auf der Basis der Konzentration an H2O2 in dem Reaktionsabfluss
und auf der Basis der Analyse des den Reaktor verlassenden H2 berechnet.
Die H2O2-Konzentration, welche gebildet wird, wird durch Titration
mit Kaliumpermanganat bestimmt.
In den Reaktor werden 0,6 g von wie in dem Beispiel 1 beschrieben
hergestellten Katalysator und 200 g einer Methanol:Wasser-Lösung (95/5 Gew.-%)
enthaltend 6 ppm HBr und 300 ppm H2SO4 eingefüllt.
Der Autoklav wird ohne Rühren mit 100 bar mit Druck beaufschlagt
mit einer Gasmischung, welche aus 3,6% H2, 10% O2 und 86,4%
N2 besteht. Das Rühren wird dann bis zu 800 Umdrehungen/Minuten
begonnen, der Druck wird mit einem kontinuierlichen Strom aufrechterhalten und es
werden 700 Normliter (N1) derselben Gasmischung sowie 300 g/Stunde einer Methanol:Wasser-Lösung
mit der zuvor beschriebenen Zusammensetzung zu der gleichen Zeit zugeführt.
Die Temperatur innerhalb des Reaktors wird bei 6°C gehalten. Die Ergebnisse
sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
BEISPIEL 7
Das Beispiel 6 wird unter Verwendung des in Beispiel 2 hergestellten
Verfahrens wiederholt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2
BEISPIEL 8
Das Beispiel 6 wird unter Verwendung eines wie in Beispiel 2 hergestellten
Katalysators wiederholt, aber unter Verwendung eines sulfonierten Kohlenstoffs als
Träger, der wie in Beispiel 1 des italienischen Patents MI 98-A-01843 beschrieben
hergestellt worden ist.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3
BEISPIEL 9 (Vergleichsbeispiel)
Das Beispiel 6 wird unter Verwendung des in Beispiel 3 hergestellten
Katalysators wiederholt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 4 wiedergegeben.
Tabelle 4
BEISPIEL 10 (Vergleichsbeispiel)
Das Beispiel 6 wird unter Verwendung des in dem Beispiel 4 hergestellten
Katalysators wiederholt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 5 aufgeführt.
Tabelle 5
BEISPIEL 11 (Vergleichsbeispiel)
Das Beispiel 6 wird unter Verwendung des in dem Beispiel 5 hergestellten
Katalysators wiederholt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 6 aufgeführt.
Tabelle 6
Anspruch[de]
Verfahren zur Synthese von Wasserstoffperoxid durch die direkte Reaktion
von Wasserstoff mit Sauerstoff in einem Lösemittelmedium enthaltend einen halogenierten
Promotor sowie einen Säurepromotor in der Gegenwart eines bimetallischen Katalysators,
der durch Dispergieren der einzelnen Metallkomponenten des Katalysators, in Reihenfolge
und alternierend, auf einem Träger erhältlich ist.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallkomponenten des Katalysators
aus solchen der Platingruppe ausgewählt sind.Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metalle Palladium und Platin sind.Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Katalysator eine Palladiummenge
in einem Bereich zwischen 0,01 und 5 Gew.-% sowie eine Platinmenge in einem Bereich
zwischen 0,01 und 1 Gew.-% enthält, wobei das Atomverhältnis von Platin/Palladium
in einem Bereich zwischen 0,1/99,9 und 50/50 liegt.Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Katalysator eine Palladiummenge
in einem Bereich zwischen 0,4 und 2 Gew.-% sowie eine Platinmenge in einem Bereich
zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-% enthält, wobei das Atomverhältnis von Platin/Palladium
in einem Bereich zwischen 1/99 und 30/70 liegt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Träger ausgewählt ist
aus Aktivkohle, mit Sulfonsäuregruppen funktionalisierter Aktivkohle, Silika,
Aluminiumoxid, Silika-Aluminiumoxid und Zeolithen.Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Träger eine Aktivkohle mit
einem niedrigen Aschegehalt und einer Oberfläche von wenigstens 100 m2/g
ist.Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Aktivkohle eine Oberfläche
von mehr als 300 m2/g aufweist.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der bimetallische Katalysator erhältlich
ist durch:
(a) Herstellung von Lösungen oder Suspensionen von Vorläufern der einzelnen
Metallkomponenten des Katalysatorsystems,
(b) Dispersion der in Schritt (a) erhaltenen Lösungen oder Suspensionen in
Reihenfolge auf einem Träger,
(c) Behandlung des Katalysators mit einem Reduktionsmittel des Metalls und Trocknen
bei 120 bis 140°C zwischen einer Dispersion und der anderen.Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schritte (b) und (c) ein oder mehrere
Male wiederholt werden können.Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vorläufer der Metalle deren
Salze oder lösliche Komplexe aus Acetaten, Halogeniden und Nitraten ausgewählt
sind.Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dispersion der Vorläufer der
einzelnen Metallkomponenten des Katalysatorsystems auf dem Träger mittels Präzipitation,
Imprägnierung oder Adsorption durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Reduktion der Metalle mittels einer
thermischen und/oder chemischen Behandlung mit. Reduktionsmitteln, wie beispielsweise
Wasserstoff, Natriumformiat oder Natriumcitrat, durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reaktionsmedium ausgewählt
ist aus Wasser, einem C1-C3-Alkohol oder einer Mischung hiervon.Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Alkohol Methanol ist.Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Reaktionsmedium eine Mischung
von Alkohol:Wasser mit einem Gewichtsverhältnis zwischen den beiden in einem
Bereich zwischen 50:50 und 99,9:0,1 ist.Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Gewichtsverhältnis von Alkohol:Wasser
in einem Bereich zwischen 90:10 und 99:1 liegt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der halogenierte Promotor ausgewählt
ist aus Verbindungen, welche in dem flüssigen Reaktionsmittel Halogenionen
erzeugen können.Verfahren nach Anspruch 18, wobei der halogenierte Promotor ausgewählt
ist aus Verbindungen, welche Bromidionen, wie beispielsweise Bromwasserstoffsäure
und deren in dem Reaktionsmittel löslichen Salze, wie beispielsweise basische
Bromide, Natriumbromat oder Ammoniumbromid, erzeugen können.Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Verbindung Bromwasserstoffsäure,
Natriumbromid oder Kaliumbromid ist.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des halogenierten
Promotors in einem Bereich zwischen 0,1 und 50 mg pro kg der Lösung liegt.Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Konzentration des halogenierten
Promotors in einem Bereich zwischen 1 und 10 mg pro kg der Lösung liegt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Säurepromotor ausgewählt
ist aus Substanzen, welche in dem Reaktionsmedium H+-Wasserstoffionen
erzeugen können.Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Säurepromotor ausgewählt
ist aus anorganischen Säuren, wie Schwefel-, Phosphor-, Salpetersäure,
oder aus organischen Säuren, wie Sulfonsäuren.Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Säurepromotor Schwefelsäure
oder Phosphorsäure ist.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des Säurepromotors
in einem Bereich zwischen 20 und 1.000 mg pro kg der Lösung liegt.Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Konzentration des Säurepromotors
in einem Bereich zwischen 50 und 500 mg pro kg der Lösung beträgt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Katalysator in, in einem Bereich
zwischen 10-6 und 10-2 Mol des in dem Katalysator pro Liter
des Reaktionsmediums enthaltenden Gesamtmetalls liegenden Mengen eingesetzt wird.Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Katalysator in, in einem Bereich
zwischen 10-4 und 10-3 Mol des in dem Katalysator pro Liter
des Reaktionsmediums enthaltenden Gesamtmetalls liegenden Mengen eingesetzt wird.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion bei einer Temperatur in
einem Bereich zwischen –5 und 90°C durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Temperatur in einem Bereich zwischen
2 und 50°C liegt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion bei einem höheren
als dem Atmosphärendruck liegenden Gesamtdruck durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Gesamtdruck in einem Bereich zwischen
50 und 300 Atmosphären liegt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei das molare Verhältnis von Wasserstoff:Sauerstoff
in der Zuführung in einem Bereich zwischen 1:2 und 1:100 liegt.Verfahren nach Anspruch 34, wobei das molare Verhältnis von Wasserstoff:Sauerstoff
in der Zuführung in einem Bereich zwischen 1:3 und 1:15 liegt.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion in der Gegenwart eines
Inertgases ausgewählt aus Stickstoff, Helium und Argon durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Inertgas Stickstoff ist.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration an Wasserstoff in
der Gasphase in Kontakt mit dem flüssigen Reaktionsmedium bei einem Wert von
weniger als 4,5 molar gehalten wird.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion unter Einsatz von Luft
als Sauerstoffquelle durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion chargenweise oder kontinuierlich
durchgeführt wird.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lösung von Wasserstoffperoxid
direkt in einem Oxidationsverfahren eines Substrats ausgewählt aus Olefinen,
aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ammoniak und Carbonylverbindungen unter Einsatz
von Titansilikalit als Katalysator eingesetzt wird.Bimetallischer Katalysator, welcher zur Herstellung von Wasserstoffperoxid
geeignet ist, erhältlich durch Dispergieren, in Reihenfolge und alternierend,
von Vorläufern der einzelnen Metallkomponenten des Katalysators durch:
(a) Herstellung von Lösungen oder Suspensionen der Vorläufer der einzelnen
Metallkomponenten des Katalysatorsystems,
(b) Dispersion der in Schritt (a) erhaltenen Lösungen oder Suspensionen in
Reihenfolge auf einem Träger,
(c) Behandlung des Katalysators mit einem Reduktionsmittel des Metalls und Trocknen
zwischen einer Dispersion und der anderen bei 120 bis 140°C.Katalysator nach Anspruch 42, wobei die Schritte (b) und (c) ein oder
mehrere Male wiederholt werden können.Katalysator nach Anspruch 42, wobei die Metallkomponenten des Katalysators
aus solchen der Platingruppe ausgewählt sind.Katalysator nach Anspruch 43, wobei die Metalle Palladium und Platin
sind.