JPH08224486A - 触媒の再生 - Google Patents

触媒の再生

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JPH08224486A
JPH08224486A JP7283611A JP28361195A JPH08224486A JP H08224486 A JPH08224486 A JP H08224486A JP 7283611 A JP7283611 A JP 7283611A JP 28361195 A JP28361195 A JP 28361195A JP H08224486 A JPH08224486 A JP H08224486A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒の再生、特に担持触媒、中でもグルコー
スの様なサッカライドのエピマー化に使用される担持さ
れたモリブデン触媒の再生にある。 【解決手段】 触媒へのサッカライド水溶液の供給を中
断しそして失った触媒活性を回復するために該触媒を酸
化剤で処理して、触媒を再生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、触媒の再生、特に担持
モリブデン触媒、中でもグルコースの様なサッカライド
のエピマー化に使用された担持モリブデン触媒の再生に
関する。
【0002】
【従来技術】サッカライドのエピマー化反応は良く知ら
れており、特にグルコースを六価モリブデン触媒により
エピマー化してグルコースとマンノースとの平衡状態混
合物を得ることは公知である。この反応についての最も
最近の文献はV.BilikによりChem.Zves
ti、26、第183〜186頁(1972)にあり、
一方1977年6月14日発行された米国特許第402
96,878号明細書にはこの触媒反応を使用する方法
の説明がある。この米国特許には更に、この方法で製造
されるマンノースを水素化して医薬品タブレットの成分
としておよび甘味料、湿潤剤および化学品中間体として
の有用な化合物であるマンニトールを得ることが説明さ
れている。米国特許第4,029,878号明細書に開
示された適する六価モリブデン触媒の例には、モリブデ
ン酸、イソポリモリブデン酸、ヘテロポリモリブデン酸
および、ホスホモリブデン酸ナトリウムやシリコモリブ
デン酸の如き酸塩が含まれる。この米国特許明細書には
更に、ヒドロキシルイオンがモリブデン酸塩イオンに交
換された陰イオン交換樹脂が触媒として使用できること
が説明されている。これの例にはAMBERLYST
A−26(即ちマクロ細孔のスチレン−ジビニルベンゼ
ン−第四陰イオン交換樹脂)に担持されたモリブデン酸
が使用されている。
【0003】特開昭55−076894号公報(JP5
5076894)には陰イオン交換体繊維に固着された
モリブデン酸塩を使用することが説明されている。モリ
ブデン酸塩−陰イオン交換体繊維結合体の活性が減少し
た時にエピマー化反応を停止しそして使い尽くされた触
媒をアルカリで浸出処理する。有機系の陰イオン交換体
繊維に新鮮なモリブデン酸を固着することが新規の活性
なモリブデン酸塩−陰イオン交換体繊維結合体を確実に
もたらす。
【0004】ヨーロッパ特許(B1)第400,641
号明細書にも、モリブデン酸塩が交換された後陰イオン
交換樹脂をエピマー化反応の目的で使用することが説明
されている。このヨーロッパ特許では方法パラメータが
結合したモリブデンの最小量しかエピマー化反応の間に
滲出しない様に最適化する。米国特許第4,029,8
78号明細書について批評している特開平4−3683
47号公報(1992年12月21日発行)には、陰イ
オン交換樹脂、例えばAMBERLYST A−26に
担持されたモリブデン酸は使用している間に余りにも迅
速に触媒活性が低下するので、工業的用途に適していな
い。それにもかかわらずこの特開平に説明された方法は
マクロ細孔の強塩基性陰イオン交換樹脂を担体とする担
持触媒を用いることを説明している。
【0005】上述の全ての触媒は運転中に不所望な活性
の低下を生じる。グルコースからマンノースへの所望の
転化レベルを保持するために、触媒床を通る流速を次第
に低下させる必要がある。担持されていないモリブデン
化合物の代わりに担持されたモリブデン触媒を使用する
ことによる長所は、水性エピマー化生成物中のモリブデ
ンが遙かに少ないという事実であり、そしてこのことは
分離量および流出廃棄物の問題が少ないことを意味して
いる。しかしながら担持触媒の活性が徐々に低下するこ
とは不利でありそして、活性の低下速度を少なくする様
に触媒担体を選択した場合でも、交換しなければならな
い触媒を使用し続けることがもはや経済的でない程に活
性が低下するという時点に到達する。かゝる触媒を用い
る方法は、触媒の交換のための中断により、連続的に運
転することができない。
【0006】
【発明の構成】出願人は、モリブデンが担持されたエピ
マー化用触媒の活性が触媒を移動する必要なしにその場
で再生できる方法を見出した。この方法は完全な連続法
ではないけれども、担持モリブデン触媒を使用する上記
の方法よりも遙かに連続運転に近い。
【0007】それ故に本発明は、サッカライドの水溶液
を、担持された六価モリブデン触媒と接触させるサッカ
ライドのエピマー化法において、触媒へのサッカライド
水溶液の供給を中断しそして失われた触媒活性を回復す
るために該触媒を酸化剤で処理する、触媒再生段階を含
むことを特徴とする、上記方法に関する。触媒を酸化剤
の水溶液で処理して、サッカライド水溶液を触媒に供給
することができるようにするのが有利である。過酸化物
はこの方法で使用するための適する酸化剤であり、特に
過酸化水素が有利である。0.1〜30重量% の過酸化
水素水溶液を触媒の再生に使用してもよいが、再生用水
溶液の過酸化水素含有量が更に多いとより多量のモリブ
デンが担持触媒から滲み出すことが判っているので、
0.1波5% 濃度溶液を使用するのが有利である。酸化
剤の溶液は消耗を避けるために循環システムによって循
環してもよい。場合によってはこの溶液を開放ループ系
(open loop system) のモルブデン酸塩−イオン交換体
結合体にポンプ供給によって通す。
【0008】触媒は高温で、好ましくは30℃から担持
触媒がもはや安定でなくなる温度までの範囲で、特に好
ましくは40〜120℃、更に好ましくは70〜95℃
の範囲の温度で処理するのが有利である。酸化剤の水溶
液のpHは0.5〜7、好ましくは1.0〜5.5の範
囲内が有利である。何故ならば更に高いpHの条件では
担持触媒からモリブデンの滲み出し量が増加するからで
ある。
【0009】高温でモリブデン酸塩−担持結合体を作用
させる間に、有機物質が樹脂に逆に吸着され、これが樹
脂の孔および微細孔を塞いでしまう。活性モリブデン酸
塩のある場所が被覆されそして触媒活性が著しく低下す
る。この現象は有機汚染(付着)として知られている。
使用されたシロップ中の有機物質(炭化水素、蛋白質お
よび他の有機系汚染物質)は長期間に渡って重合し得
る。
【0010】樹脂上の有機系堆積物を除くために、樹脂
表面から有機物質を脱着する溶剤または溶液と接触させ
る必要がある。この溶剤としては水、水に塩および/ま
たは酸化剤を溶解した溶液が使用できる。プロパノー
ル、エタノール、メタノール、アセトニトリルまたはグ
リコールの様な有機系の溶出用溶剤〔Y.Pomera
nz,C.E.Meloan,Food Analys
is:Theory and Practice,第3
版、Chapman & Hall、ニューヨーク、3
43〜344頁、1994年およびC.Seaver,
J.Przybytek,LC−GC Int,8
(4)、第190〜195頁、1995年〕も使用でき
る。種々の溶剤の水含有または水不含の混合物も使用で
きる。実際、担体表面から有機物質を脱着し得るあらゆ
る溶剤系が使用できる。
【0011】脱着は、好ましくはMoの滲出が認められ
ないpHで室温または高温にて行うことができる。浄化
操作はこの操作の間にあらゆる時点で実施することがで
きる。Mo−担体結合体の寿命がこれによって著しく延
びる。浄化操作は、酸化剤で活性化処理する前に行うの
が有利である。
【0012】実施例1、2および3には、触媒の再生後
に転化率のレベルが著しく向上されることが示されてい
る。実施例2には、出発値が2触媒床容量/時の流速で
の生成物流中のマンノースが25〜26% である場合
に、再生触媒が最初の活性の100% を記録し、再生前
(29日間)の所望の転化率が0.5触媒床容量/時の
流速でのみ達成できることが示されている。
【0013】実施例4、5および6は色々の溶剤で塔中
の触媒を浄化すると触媒活性を著しく向上することが実
証されている。再生前に触媒を浄化するのが有利であ
る。本発明の方法が特に適するエピマー化反応はグリコ
ースからマンノースへのエピマー化である。この方法に
とってモリブデン触媒は、25重量% マンノースを得る
流速が0.5触媒床容量/時に減少した時に再生する必
要があると一般に考えられている。この段階では触媒は
再生工程の間に徐々に現れる濃い暗青色への変色があ
る。青色の完全な消失は、再生が完了したことおよび触
媒へのグルコースの供給を再び開始してもよいことを示
している。本発明に適するエピマー化法は多種多様であ
る。
【0014】エピマー化反応での反応成分または供給原
料は少なくとも1種類のアルドースまたはアルドース類
似物を含有している溶液、一般に水性溶液である。アル
ドースはアルデヒド基を持つ炭化水素である。4つの炭
素原子を持つものはテトロースと呼ばれ、5つの炭素原
子を持つものはペントースと呼ばれそして6つの炭素原
子を持つものはヘキソースと呼ばれ、7つの炭素原子を
持つものはヘプトースと呼ばれる等々である。テトロー
スはエリトロースとトレオースとより成る。ヘキソース
はアロース、アルトロース、グルコース、マンノース、
グロース、イドース、ガラクトースおよびタロースを含
有している。群としてのアルドヘキソース類が最も重要
であり得るが、エピマーのアルドペントース、リボース
およびアラビノースが本発明の実施にとって重要であ
る。
【0015】モリブデン酸塩によるエピマー化反応のた
めの本質的構造単位は
【0016】
【化1】
【0017】であると考えられそして、かゝる単位を有
する、アルドース自身以外のあらゆる他の化合物がアル
ドース類似物と呼ばれ得る。アルドース類似物の他の種
類はn≧4のn−デオキシ−アルドースより成り、即ち
炭素原子番号nの所に水酸基があるアルドースであり、
C−n(アルデヒド炭素がC−1である)は水素原子に
交換されている。この種類はラムノース、6−デオキシ
−グルコース、4−デオキシ−リクソース、5−デオキ
シ−アラビノース、4−デオキシ−マンノース、および
5−デオキシ−タロースがある。他の種類には、エステ
ルおよび/またはケタールをC−n(n≧4)の所で形
成するアルドースエステル類およびケタール類が包含さ
れる。例にはグルコース−6−アセテート、マンノース
−5,6−ジブチラート、4,6−O−エチリデン−マ
ンノース等が含まれる。他の種類にはウロン酸、即ちC
−6の所のヒドロキシメチル基がカルボン酸基に転化さ
れているヘキソースおよびアルドウロン酸、例えばグル
クロン酸、マレウロン酸、ガラクトウロン酸等がある。
更に他の種類には、6−デオキシ−6−アミノ−アルド
ースのそれ、即ちC−6のヒドロキシル基がアミノ基に
交換されているアルドース、4、5または6−O−アル
キルアルドースは適するアルドース類似物でもあるグル
コシドである。4−、5−または6−デオキシ−ハロア
ルドースでもある。
【0018】他の種類のアルドース類はオリゴサッカリ
ド、例えばマルトース、イソマルトース、メリビオー
ス、イソマルトトリオース、パラチノース、ゲンチオビ
オス、ラミナリビオスがある。6価モリブデン触媒のた
めの担体は、この目的に関連する従来技術、特に上述の
従来技術で示唆される担体から選択できる。特に有利な
担体は陰イオン交換樹脂、殊に強塩基性陰イオン交換樹
脂、特にマクロ細孔強塩基性陰イオン交換樹脂がある。
かゝる強塩基性樹脂は一般に第四アンモニウム官能基を
有しており、少なくとも100℃の温度で安定している
のが有利である。
【0019】担体に担持されたモリブデン化合物は、本
発明にとって有用なのはあらゆる六価モリブデン化合物
である。適する化合物は既に従来に報告されている。有
利なモリブデン化合物はモリブデン酸またはそれの塩、
例えばモリブデン酸アンモニウムまたは−ナトリウムで
ある。担持触媒は担体を室温において、担体の上に触媒
が所望の程度担持されるのに十分な時間、例えば72時
間までモリブデン化合物の水溶液に接触させることによ
って製造される。担体に接触するモリブデン化合物の溶
液のpHは0.5〜7、好ましくは1.0〜5.5の範
囲内である。担体に担持されるモリブデン化合物触媒の
有利な担体量は担体によって色々であるが、簡単な実験
によって確かめることができる。所定の担体に担持され
る量が多過ぎるとは、エピマー化反応の間に担体からモ
リブデンが溶液中に滲出す量が増加するという欠点があ
るので、避けるべきである。
【0020】サッカライド、例えば触媒に供給される溶
液は10〜60重量% 、好ましくは20〜50重量% の
固形分含有量を有している。エピマー化反応は70〜1
60℃、好ましくは70〜100℃の温度および0.5
〜7、好ましくは1.0〜5.5の範囲の供給溶液のp
H値で実施することができる。触媒再生段階および洗浄
段階は、触媒の最終活性が使用するのに低くなり過ぎる
前に、数回繰り返す。それ故に本発明を触媒の有効寿命
を著しく延ばし且つそれによってプロセスコストが低減
されることは実施例から明らかである。
【0021】本発明を以下に実施例によって更に詳細に
説明する。
【0022】
【実施例】実施例1 使用する樹脂はDOWEX MSA−1というマクロ細
孔の強塩基性陰イオン交換樹脂である(DOWEXは商
標である)。この樹脂を250g /Lのモリブデン酸ナ
トリウムを含有する水溶液に12時間浸漬する。痕跡量
の過酸化水素(0.3g /L)をpH3.5のモリブン
酸ナトリウム溶液に添加する。担体に担持されるモリブ
デン酸ナトリウムの量は元素状モリブデンとして12
8.4g /L(樹脂)であった。
【0023】前記のパラグラフに記載した様に製造され
た100mLの担持触媒を40cmの長さ、2.5cm
の直径を有するガラス製カラムに入れる。50% 濃度
(固形分含有量)のグルコース溶液を0.5触媒床容量
/時の速度でカラムに供給する。カラムの温度を90℃
に維持しそして供給溶液のpHを3.5に維持する。エ
ピマー化反応生成物は最初に30重量% (固形分含有量
を基準とする)のマンノースを含有しており、17日の
間にこの量が25% 以下に低下した。この値でグルコー
スの供給を中止し、青色に見える触媒床を2.0触媒床
の1% 濃度過酸化水素溶液にて90℃で1時間洗浄す
る。過酸化水素溶液のpHは3.5であり、この処理の
間に触媒床の青色が消える。次いでグルコース溶液の供
給を再び開始しそしてエピマー化生成物中のマンノース
の量が再び約30% に戻る。
【0024】実施例2 この実施例では、97.1% のグルコース、2.1% の
DP2 (ジサッカライド類)、0.3% のDP3 (トリ
サッカライド)および0.5% ≧DP4 (テトラサッカ
ライドおよび更に高級なサッカライド)を含有するシロ
ップから25重量% のマンノース含有量のシロップを製
造する。
【0025】15.8g のNa2 MoO4 ・2H2 Oを
80mLの脱イオン水に溶解し、pHをH2 SO4 (9
6重量% 、5倍に希釈)で3.5にする。この溶液を、
400mLのH2 Oで洗浄した50mLのDOWEX
MSA−1に添加する。この樹脂を、全てのモリブデン
酸塩が結合するまで攪拌する。固着する間にpHを継続
的に3.5に調整する。
【0026】モリブデン酸塩−DOWEX MSA−1
結合体をカラム(二重ジャケット付きガラス製カラム)
に導入し、90℃に加熱する。pH2の40% (固形分
含有量)グルコース溶液をこのカラムに供給する。流速
を25〜26% のマンノースを含有する溶液を連続的に
得るように調整する〔出発時の流速:2触媒床容積/時
(bv/h)〕。29日後に流速は0.5触媒床容積/
時に低下されている。結合体を、糖分が流出液中に検出
(屈折率測定)できなくなるまでH2 Oで洗浄する。次
いで5触媒床容積(bv)の1.5% 濃度H2 2 水溶
液を90℃で2.5bv/hでカラムに供給する。結合
体を5bvのH2 Oで洗浄しそしてエピマー化を継続し
た後で、25.6% のマンノースを含有する生成物が
2.1bv/hで得られる。
【0027】実施例3 36g のNa2 MoO4 を160mLの脱イオン水に溶
解し、pHをH2 Oで3.5にする。この溶液を、10
0mLのLewait(R) MP−500(Bayer
社)が充填されたガラス製カラムに循環供給する。モリ
ブデン酸塩が完全に固着された後に、樹脂を10bvの
2 Oで洗浄する。
【0028】実施例2の物質を結合体に40% (固形分
含有量)濃度グルコースを90℃そしてpH2にて通
す。最初の流速は2bv/hであり、25% のマンノー
スが得られる。29日後に流速が0.6bv/hに低下
し、25.3% のマンノースを含有する生成物が得られ
る。この結合体を、糖分が流出液中に検出(屈折率測
定)できなくなるまでカラム中でH2 Oで洗浄しそして
5bvの3% 濃度H2 2溶液で5bv/hで再活性化
する。次いで結合体を10bvのH2 Oで洗浄しそして
エピマー化を継続すると、25.6% のマンノースを含
有する生成物が1.5bv/hで得られる。
【0029】実施例4 実施例2に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリ
ブデン酸塩−Dowex MSA−1結合体を製造す
る。実施条件は実施例2に記載したのと同じである。第
0日で、結合体に供給する溶液を止めそして結合体を、
糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。
温度を室温に下げそして結合体を6日間水中に放置す
る。次いで結合体を5触媒床溶液の水で洗浄しそしてカ
ラムの温度を90℃に高め、シロップ(pH2)を40
% 濃度(固形分含有量)で結合体に通す。
【0030】結果を次の表に示す: 日 流速(bv/h) マンノース(重量% ) −2 1.0 25.3 −1 1.0 25.3 0 0.9 25.4 1 1.1 26.2 2 0.8 26.2 3 0.9 26.3 第0日は結合体を洗浄する実際の日である。第1日は結
合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日
である。
【0031】実施例5 実施例2に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリ
ブデン酸塩−Dowex MSA−1結合体を製造す
る。実施条件は実施例2に記載したのと同じである。第
0日で、結合体に供給する溶液を止めそして結合体を、
糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。
温度を室温に下げそして結合体を水で夜通し1.0bv
/hで洗浄する。その後にカラムの温度を90℃に高め
そしてシロップ(pH2)を40% 濃度(固形分含有
量)で結合体に通す。
【0032】結果を次の表に示す: 日 流速(bv/h) マンノース(重量% ) −1 1.2 24.8 0 1.0 25.4 1 1.0 26.3 2 1.3 25.8 第0日は結合体を洗浄する実際の日である。第1日は結
合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日
である。
【0033】実施例6 実施例2に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリ
ブデン酸塩−Dowex MSA−1結合体を製造す
る。実施条件は実施例2に記載したのと同じである。第
0日で、結合体に供給する溶液を止めそして結合体を、
糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。
温度を室温に下げそして結合体を以下の溶剤〔50% の
イソプロパノール/50% の脱イオン水(v/v)、5
0% のエタノール/50% の脱イオン水(v/v)およ
び50% のアセトニトリル/50% の脱イオン水〕にて
夜通し1.0bv/hで洗浄する。その後に結合体を5
bvの水で洗浄し、カラムの温度を90℃に高めそして
シロップ(pH2)を40% 濃度(固形分含有量)で結
合体に通す。
【0034】結果を次の表に示す: a)溶剤:50% のエタノール/50% の脱イオン水(v/v) 日 流速(bv/h) マンノース(重量% ) −1 1.2 24.7 0 0.7 26.1 1 1.3 25.8 第0日は結合体を洗浄する実際の日である。第1日は結
合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日
である。
【0035】 b)溶剤:50% のイソプロパノール/50% の脱イオン水(v/v) 日 流速(bv/h) マンノース(重量% ) −1 1.3 25.0 0 0.9 26.2 1 1.3 26.6 第0日は結合体を洗浄する実際の日である。第1日は結
合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日
である。
【0036】 c)溶剤:50% のアセトニトリル/50% の脱イオン水(v/v) 日 流速(bv/h) マンノース(重量% ) −1 1.2 24.0 0 0.8 26.2 1 1.0 27.3 第0日は結合体を洗浄する実際の日である。第1日は結
合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミリアム・エルセビールス ベルギー国、1910 カムペンフート、クウ エルプゼーウエーク、20

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サッカライドの水溶液を、担持された六
    価モリブデン触媒と接触させることによるサッカライド
    のエピマー化法において、触媒へのサッカライド水溶液
    の供給を中断しそして失われた触媒活性を回復するため
    に該触媒を酸化剤で処理する触媒再生段階を含むことを
    特徴とする、上記方法。
  2. 【請求項2】 触媒を過酸化物、特に過酸化水素の水溶
    液で処理する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 過酸化物の水溶液が0.1〜30重量%
    の過酸化水素溶液、特に0.1〜5重量% の過酸化水素
    溶液である請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 触媒を30℃から触媒担体が最早安定で
    なくなる温度までの範囲内の温度、好ましくは40℃〜
    120℃、特に好ましくは70〜95℃の範囲内の温度
    で酸化剤で処理する請求項1〜3のいずれか一つに記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 酸化剤の溶液のpH値が0.5〜7、好
    ましくは1.0〜5.5の範囲内である請求項1〜4の
    いずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項6】 エピマー化がグルコースからマンノース
    への転化反応である請求項1〜5項のいずれか一つに記
    載の方法。
  7. 【請求項7】 触媒担体が陰イオン交換樹脂、好ましく
    はマクロ細孔の強塩基性の陰イオン交換樹脂である請求
    項1〜6のいずれか一つに記載の方法。
  8. 【請求項8】 担体に担持される六価モリブデン化合物
    がモリブデン酸またはモリブデン酸の塩、例えばモリブ
    デン酸ナトリウムまたは−アンモニウムである請求項1
    〜7のいずれか一つに記載の方法。
  9. 【請求項9】 触媒に供給されるサッカライド溶液が1
    0〜70重量% 、好ましくは20〜50重量% の固形分
    含有量を有している請求項1〜8のいずれか一つに記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 触媒の再生段階の他に触媒の洗浄段階
    を含む請求項1に記載の方法。
  11. 【請求項11】 触媒の洗浄段階を水、水に塩および/
    または酸化剤を溶解した溶液、溶出用有機溶剤またはそ
    れの混合物を用いて行う請求項10に記載の方法。
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