JP2010075844A - Method for recovering catalyst and microreactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒の回収方法及びマイクロリアクタに関する。 The present invention relates to a catalyst recovery method and a microreactor.
化学反応においては、反応条件を穏和にしたり、反応率や選択率を向上させるなどの目的で反応触媒を用いることが広く行われている。また、反応触媒を反応終了後に回収することが行われている。 In chemical reactions, reaction catalysts are widely used for the purpose of mild reaction conditions and improving the reaction rate and selectivity. In addition, the reaction catalyst is recovered after completion of the reaction.
特許文献1には、高級脂肪酸又はそのアルカリ金属塩及び一般式(C6H5)2P−R−O(CH2)nCOOH(ここで、Pはp−フェニレン基であり、nは6〜18の整数である)で表されるカルボン酸又はそのアルカリ金属塩を吸着させたマグネタイト微粒子の有機溶媒サスペンションに、ハロゲン化ロジウム及びトリフェニルホスフィンを順次添加し、反応させることを特徴とする水添用触媒の製造方法が開示されており、上記の方法により得られた水添用触媒を、水添反応に用いた後、反応混合物に磁界を加えて触媒を分離する方法が開示されている。
また、特許文献2には、a)触媒金属コロイドを沈殿物としてフィルター上に濃縮し;b)それから沈殿物を含有するフィルターを焼却させて灰を形成し、該触媒金属コロイドの触媒金属を酸化し;c)及びその後、灰から該触媒金属を回収すること、を含む流動体から触媒金属を回収する方法が開示されている。
In Patent Document 1, a higher fatty acid or an alkali metal salt thereof and a general formula (C 6 H 5 ) 2 P—R—O (CH 2 ) n COOH (where P is a p-phenylene group, and n is 6 Water in which rhodium halide and triphenylphosphine are sequentially added to and reacted with an organic solvent suspension of magnetite fine particles adsorbed with a carboxylic acid represented by (18) or an alkali metal salt thereof. A method for producing a catalyst for addition is disclosed, and a method for separating the catalyst by applying a magnetic field to the reaction mixture after the hydrogenation catalyst obtained by the above method is used for a hydrogenation reaction is disclosed. .
Patent Document 2 discloses that a) a catalyst metal colloid is concentrated on a filter as a precipitate; b) a filter containing the precipitate is incinerated to form ash, and the catalyst metal of the catalyst metal colloid is oxidized. C) and thereafter recovering the catalytic metal from the ash, a method of recovering the catalytic metal from the fluid is disclosed.
本発明の目的は、流動触媒を用いた反応後に連続的に触媒を回収可能な触媒の回収方法、及び、マイクロリアクタを提供することである。 An object of the present invention is to provide a catalyst recovery method capable of continuously recovering a catalyst after a reaction using a fluidized catalyst, and a microreactor.
本発明の上記課題は、以下の<1>及び<7>に記載の手段により解決された。好ましい実施態様である<2>〜<6>、<8>〜<11>とともに以下に記載する。
<1> 触媒を含む反応液を微小流路内で送液する反応工程、該反応液に触媒分離液を合流させて、触媒粒子を成長させる成長工程、及び、成長した触媒粒子を回収する回収工程、を含むことを特徴とする触媒の回収方法、
<2> 前記触媒分離液の比重が、前記反応液の比重よりも大きい、上記<1>に記載の触媒の回収方法、
<3> 前記触媒が、二酸化チタン、酸化スズ、及び、それらの表面改質物、並びに、白金、ニッケル、パラジウム及びそれらの配位化合物よりなる群から選択される少なくとも1つを含む、上記<1>又は上記<2>に記載の触媒の回収方法、
<4> 前記触媒分離液がpH調整剤を含む、上記<1>〜上記<3>いずれか1つに記載の触媒の回収方法、
<5> 前記触媒分離液が界面活性剤又は凝集剤を含む、上記<1>〜上記<3>いずれか1つに記載の触媒の回収方法、
<6> 前記触媒分離液が反応液から触媒金属成分のみを析出する、上記<1>〜上記<5>いずれか1つに記載の触媒の回収方法、
<7> 触媒及び前記触媒の存在下に反応する対象物を含む反応液を送液する第一の微小流路と、前記反応液と、触媒分離液とを送液する第二の微小流路と、前記第二の微小流路から、成長した触媒粒子を回収する回収流路とを有することを特徴とするマイクロリアクタ、
<8> 触媒を含む第一液を送液する微小流路と、前記触媒の存在下に反応する対象物を含む第二液を送液する微小流路とを有する、上記<7>に記載のマイクロリアクタ、
<9> 触媒分離液を送液する微小流路を有する、上記<7>又は上記<8>に記載のマイクロリアクタ、
<10> 前記回収流路の流路幅が拡散方程式により決定された、上記<7>〜上記<9>いずれか1つに記載のマイクロリアクタ、
<11> 前記触媒分離液が、鉛直方向下方から反応液と合流する、上記<7>〜上記<10>いずれか1つに記載のマイクロリアクタ。
The above-described problems of the present invention have been solved by the means described in <1> and <7> below. It is described below together with <2> to <6> and <8> to <11>, which are preferred embodiments.
<1> A reaction step in which a reaction liquid containing a catalyst is sent in a microchannel, a growth step in which a catalyst separation liquid is joined to the reaction liquid to grow catalyst particles, and a recovery in which the grown catalyst particles are recovered A process for recovering the catalyst, comprising a step,
<2> The catalyst recovery method according to <1>, wherein the specific gravity of the catalyst separation liquid is larger than the specific gravity of the reaction liquid,
<3> The above <1, wherein the catalyst includes at least one selected from the group consisting of titanium dioxide, tin oxide, and surface modification products thereof, and platinum, nickel, palladium, and coordination compounds thereof. > Or the method for recovering a catalyst according to <2> above,
<4> The method for recovering a catalyst according to any one of <1> to <3> above, wherein the catalyst separation liquid contains a pH adjuster.
<5> The method for recovering a catalyst according to any one of <1> to <3> above, wherein the catalyst separation liquid contains a surfactant or a flocculant.
<6> The method for recovering a catalyst according to any one of <1> to <5> above, wherein the catalyst separation liquid deposits only the catalyst metal component from the reaction liquid.
<7> A first microchannel for feeding a reaction liquid containing a catalyst and an object that reacts in the presence of the catalyst, and a second microchannel for feeding the reaction liquid and a catalyst separation liquid A microreactor having a recovery channel for recovering the grown catalyst particles from the second microchannel,
<8> The above-mentioned <7>, which has a microchannel for feeding a first liquid containing a catalyst and a microchannel for feeding a second liquid containing an object that reacts in the presence of the catalyst. Microreactor,
<9> The microreactor according to the above <7> or the above <8>, which has a micro flow path for feeding a catalyst separation liquid.
<10> The microreactor according to any one of <7> to <9> above, wherein the flow path width of the recovery flow path is determined by a diffusion equation,
<11> The microreactor according to any one of <7> to <10>, wherein the catalyst separation liquid joins the reaction liquid from below in the vertical direction.
上記<1>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、触媒粒子を連続的に回収することができる。
上記<2>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、容易に触媒粒子を回収することができる。
上記<3>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、触媒粒子の成長が容易であり、触媒粒子の回収率に優れる。
上記<4>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、容易に触媒を回収可能な粒子径へ成長させることができる。
上記<5>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、容易に触媒を回収可能な粒子径へ成長させることができる。
上記<6>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より効率的に触媒を回収することができる。
上記<7>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、連続的に触媒粒子を回収可能なマイクロリアクタを提供することができる。
上記<8>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より回収効率に優れたマイクロリアクタを提供することができる。
上記<9>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より回収効率に優れたマイクロリアクタを提供することができる。
上記<10>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より回収効率に優れたマイクロリアクタを提供することができる。
上記<11>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より回収効率に優れたマイクロリアクタを提供することができる。
According to the invention described in <1> above, the catalyst particles can be continuously recovered as compared with the case where the present configuration is not provided.
According to the invention described in the above <2>, the catalyst particles can be easily recovered as compared with the case where this configuration is not provided.
According to the invention described in the above <3>, the growth of the catalyst particles is easy and the recovery rate of the catalyst particles is excellent as compared with the case where this configuration is not provided.
According to the invention described in the above <4>, the catalyst can be easily grown to a particle size that can be recovered as compared with the case where this configuration is not provided.
According to the invention described in the above <5>, the catalyst can be easily grown to a particle size that can be recovered as compared with the case where this configuration is not provided.
According to the invention described in the above <6>, the catalyst can be recovered more efficiently than when the present configuration is not provided.
According to the invention described in <7>, it is possible to provide a microreactor capable of continuously collecting catalyst particles as compared with the case where the present configuration is not provided.
According to the invention described in <8> above, it is possible to provide a microreactor that is more excellent in recovery efficiency than when the present configuration is not provided.
According to the invention described in <9> above, it is possible to provide a microreactor that is more excellent in recovery efficiency than when the present configuration is not provided.
According to the invention described in <10> above, it is possible to provide a microreactor with higher recovery efficiency than when the present configuration is not provided.
According to the invention described in <11> above, it is possible to provide a microreactor that is more excellent in recovery efficiency than when the present configuration is not provided.
本実施形態の触媒の回収方法は、触媒を含む反応液を微小流路内で送液する反応工程、該反応液に触媒分離液を合流させて、触媒粒子を成長させる成長工程、及び、成長した触媒粒子を回収する回収工程、を含むことを特徴とする。
また、本実施形態のマイクロリアクタは、触媒及び前記触媒と反応する対象物を含む反応液を送液する第一の微小流路と、前記反応液と、触媒分離液とを送液する第二の微小流路と、前記第二の微小流路から、成長した触媒粒子を回収する回収流路とを有することを特徴とする。
The catalyst recovery method of the present embodiment includes a reaction step in which a reaction liquid containing a catalyst is sent in a microchannel, a growth step in which a catalyst separation liquid is joined to the reaction liquid to grow catalyst particles, and a growth A recovery step of recovering the catalyst particles.
Further, the microreactor of the present embodiment is a second micro-channel for feeding a reaction liquid containing a catalyst and an object that reacts with the catalyst, the reaction liquid, and a catalyst separation liquid. It has a microchannel and a recovery channel for recovering the grown catalyst particles from the second microchannel.
(触媒の回収方法)
本実施形態の触媒の回収方法は、(1)触媒を含む反応液を微小流路内で送液する反応工程、(2)該反応液に触媒分離液を合流させて、触媒粒子を成長させる成長工程、及び、(3)成長した触媒粒子を回収する回収工程、を含むことを特徴とする。
以下、それぞれの工程について説明する。
(Catalyst recovery method)
The catalyst recovery method of this embodiment includes (1) a reaction step in which a reaction solution containing a catalyst is sent in a microchannel, and (2) a catalyst separation solution is joined to the reaction solution to grow catalyst particles. A growth step, and (3) a recovery step of recovering the grown catalyst particles.
Hereinafter, each process will be described.
(1)反応工程
反応工程では、触媒を含む反応液を微小流路内で送液する。反応液は微小流路内を送液されながら触媒の存在下に反応が進行する。なお、本実施形態において、予め触媒の存在下に反応を進行させ、反応が終了した反応液を送液してもよいが、微小流路内を送液しながら反応を進行させることが好ましい。微小流路内での反応はより均一に進行し、目的の反応を効率よく行うことができるので好ましい。
(1) Reaction process In a reaction process, the reaction liquid containing a catalyst is sent in a micro channel. The reaction proceeds in the presence of the catalyst while being fed through the microchannel. In the present embodiment, the reaction is allowed to proceed in the presence of a catalyst in advance, and the reaction solution after completion of the reaction may be sent. However, it is preferable to advance the reaction while sending the liquid in the microchannel. The reaction in the microchannel is preferable because the reaction proceeds more uniformly and the target reaction can be performed efficiently.
<微小流路>
反応液を送液する微小流路としては、数〜数千μmの幅(円相当流路直径)の流路が好ましく用いられる。本実施形態の触媒の回収方法において、微小流路は、マイクロスケールであるので、寸法及び流速がいずれも小さく、レイノルズ数は2,300以下である。したがって、微小流路内においては、通常の流路のような乱流支配ではなく層流支配である。
ここで、レイノルズ数(Re)は、下記式で表されるものであり、2,300以下のとき層流支配となる。
Re=uL/ν (u:流速、L:代表長さ、ν:動粘性係数)
<Microchannel>
As the micro channel for feeding the reaction solution, a channel having a width of several to several thousand μm (equivalent circle channel diameter) is preferably used. In the catalyst recovery method of the present embodiment, since the microchannel is microscale, both the size and the flow velocity are small, and the Reynolds number is 2,300 or less. Therefore, in the micro flow channel, the turbulent flow control is not performed as in the normal flow channel, but the laminar flow control is performed.
Here, the Reynolds number (Re) is expressed by the following formula, and when it is 2,300 or less, the laminar flow is dominant.
Re = uL / ν (u: flow velocity, L: representative length, ν: kinematic viscosity coefficient)
本実施形態において、微小流路の等価直径(円相当流路直径)は、5mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましく、0.8mm以下であることがさらに好ましく、0.5mm以下であることが特に好ましい。また、0.1mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましく、0.3mm以上であることがさらに好ましい。微小流路の等価直径が上記範囲内であると、流路詰まりを生じにくく、また、層流支配とすることができるので好ましい。 In the present embodiment, the equivalent diameter (circular equivalent channel diameter) of the microchannel is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, still more preferably 0.8 mm or less, and Particularly preferably, it is 5 mm or less. Further, it is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, and further preferably 0.3 mm or more. It is preferable for the equivalent diameter of the microchannel to be within the above range because the channel is less likely to be clogged and the laminar flow can be controlled.
<触媒>
触媒は、一般的に溶液に溶かして、あるいは分散させて使用する均一系触媒(homogeneous catalyst)と、固相のままで用いる不均一系触媒(heterogeneous catalyst)に大別される。
不均一系触媒とは、触媒が反応系と別個の相を形成しているものをいい、固体触媒による気相や液相の反応系が大半であり、固体触媒ともいわれる。均一系触媒と比して、生成物からの触媒の分離や再処理が容易である一方、触媒作用は固体表面に限定され、反応分子の吸着、表面反応及び反応生成物の脱着の諸過程が触媒の効果に大きな影響を与える。
一方、均一系触媒とは、反応物相と触媒相が均一な相で作用する触媒であり、気相における分解、酸化などの反応で作用するNO、Br2、I2などの気相均一系触媒、気相・液相で作用する、酸、塩基触媒の他、主として液相で作用する可溶性金属塩、金属錯体等の金属微粒子、酵素が例示できる。
本実施形態において、触媒は、均一系触媒であり、可溶性金属塩及び金属微粒子を含む金属触媒であることが好ましい。
<Catalyst>
In general, the catalyst is roughly classified into a homogeneous catalyst used in a solution or dispersed and a heterogeneous catalyst used in a solid phase.
The heterogeneous catalyst is a catalyst in which the catalyst forms a separate phase from the reaction system, and most of the reaction system is a gas phase or a liquid phase using a solid catalyst, and is also called a solid catalyst. Compared to homogeneous catalysts, it is easier to separate and reprocess the catalyst from the product, but the catalytic action is limited to the solid surface, and the processes of adsorption of reactive molecules, surface reaction, and desorption of reaction products are It has a great influence on the effectiveness of the catalyst.
On the other hand, a homogeneous catalyst is a catalyst in which a reactant phase and a catalyst phase act in a uniform phase, and a gas phase homogeneous system such as NO, Br 2 , or I 2 that acts in reactions such as decomposition and oxidation in the gas phase. In addition to the catalyst, acid, base catalyst acting in the gas phase / liquid phase, soluble metal salts acting mainly in the liquid phase, metal fine particles such as metal complexes, and enzymes can be exemplified.
In the present embodiment, the catalyst is a homogeneous catalyst, and is preferably a metal catalyst containing a soluble metal salt and metal fine particles.
本実施形態において、触媒としては、二酸化チタン、酸化スズ、二酸化チタン、及び、それら(酸化チタン、酸化スズ、二酸化チタン)の表面改質物、白金、ニッケル、パラジウム、及び、それら(白金、ニッケル、パラジウム)の配位化合物が例示できる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、成長工程で触媒粒子に成長させる観点から、配位パラジウム触媒、酸化チタン触媒が好適である。
In this embodiment, as the catalyst, titanium dioxide, tin oxide, titanium dioxide, and surface modified products of these (titanium oxide, tin oxide, titanium dioxide), platinum, nickel, palladium, and them (platinum, nickel, Palladium) is a coordination compound. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, a coordinated palladium catalyst and a titanium oxide catalyst are preferable from the viewpoint of growing into catalyst particles in the growth step.
パラジウム触媒とは、この分野でパラジウム触媒として用いられているものであれば全て含まれるが、Pd(0)、Pd(I)、Pd(II)由来のものが好ましく挙げられる。
Pd(0)由来のものとしてはPd(0)そのもの(配位子等を有さないもの)及び配位子が配位したPd(0)錯体が含まれ、Pd(I)由来のものには、例えば[ジクロロ−μ−ビスビス(ジメチルホスフィノ)メタン]二パラジウ(Pd2Cl2[(CH3)2PCH2P(CH3)2]2)、ジクロロ−μ−ビスビス[(ジフェニルホスフィノ)メタン]二パラジウム(Pd2Cl2[Ph2PCH2PPh2]2)等が挙げられ、Pd(II)由来のものとしては例えばPd(II)塩が好ましく挙げられ、これには、例えばPd(II)ハロゲン化物(塩化物、臭化物、ヨウ化物等)、Pd(II)カルボン酸塩(例えば酢酸塩及びプロピオン酸塩)等が含まれる。中でもPd(0)及びPd(II)塩が好ましく、Pd(0)がより好ましい。
The palladium catalyst includes all those used as a palladium catalyst in this field, but those derived from Pd (0), Pd (I), and Pd (II) are preferred.
Pd (0) -derived materials include Pd (0) itself (which does not have a ligand or the like) and a Pd (0) complex coordinated with a ligand. Are, for example, [dichloro-μ-bisbis (dimethylphosphino) methane] diparadiu (Pd 2 Cl 2 [(CH 3 ) 2 PCH 2 P (CH 3 ) 2 ] 2 ), dichloro-μ-bisbis [(diphenylphos Fino) methane] dipalladium (Pd 2 Cl 2 [Ph 2 PCH 2 PPh 2 ] 2 ) and the like, and examples of those derived from Pd (II) include Pd (II) salts, which include For example, Pd (II) halides (chlorides, bromides, iodides, etc.), Pd (II) carboxylates (eg acetates and propionates) and the like are included. Of these, Pd (0) and Pd (II) salts are preferred, and Pd (0) is more preferred.
Pd(0)錯体の配位子としては、例えば1,5−シクロオクタジエン(COD)、ジベンジリデンアセトン(DBA)、ビピリジン(BPY)、フェナントロリン(PHE)、ベンゾニトリル(PhNC)、イソシアニド(RNC)、トリエチルアルシン(As(Et)3);ジメチルフェニルホスフィン(P(CH3)2Ph)、ジフェニルホスフィノフェロセン(dPPf)、トリメチルホスフィン(P(CH3)3)、トリエチルホスフィン(P(Et)3)、トリtert−ブチルホスフィン(P(tBu)3)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)、トリメトキシホスフィン(P(OCH3)3)、トリエトキシホスフィン(P(OEt)3)、トリtert−ブトキシホスフィン(P(OtBu)3)、トリフェニルホスフィン(PPh3)、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン(DPPE)、トリフェノキシホスフィン(P(OPh)3)等の有機ホスフィン配位子等が挙げられ、中でも有機ホスフィン配位子が好ましく、特にトリフェニルホスフィン、トリtert−ブチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリメチルホスフィン等が好ましい。これらの中でもさらにトリフェニルホスフィンが好ましい。
パラジウム触媒が配位子を有するPd(0)である場合、その配位子の数は、調製の際に使用する直鎖型有機高分子化合物の種類や架橋反応条件等により異なるが、通常1〜4個であり、それら単体又は反応とかかわりのない微粒子(例えばSiO2やAl2O3、活性炭など)に担持させたものを使用してもよい。
Examples of the ligand of the Pd (0) complex include 1,5-cyclooctadiene (COD), dibenzylideneacetone (DBA), bipyridine (BPY), phenanthroline (PHE), benzonitrile (PhNC), and isocyanide (RNC). ), Triethylarsine (As (Et) 3 ); dimethylphenylphosphine (P (CH 3 ) 2 Ph), diphenylphosphinoferrocene (dPPf), trimethylphosphine (P (CH 3 ) 3 ), triethylphosphine (P (Et) ) 3), tri-tert- butylphosphine (P (tBu) 3), tricyclohexylphosphine (PCy 3), trimethoxy phosphine (P (OCH 3) 3), triethoxy phosphine (P (OEt) 3), tri tert - butoxy phosphine (P (OtBu) 3), triphenyl Sufin (PPh 3), 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane (DPPE), organic phosphine ligands such as tri-phenoxy phosphine (P (OPh) 3) can be mentioned, among them organic phosphine ligand Triphenylphosphine, tritert-butylphosphine, triethylphosphine, trimethylphosphine and the like are particularly preferable. Of these, triphenylphosphine is more preferable.
When the palladium catalyst is Pd (0) having a ligand, the number of ligands varies depending on the type of linear organic polymer compound used in the preparation, the crosslinking reaction conditions, etc., but usually 1 It is also possible to use ˜4 particles, or those supported on fine particles (for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , activated carbon, etc.) which are not related to the single substance or reaction.
本実施形態に使用する酸化チタン触媒とは、この分野で酸化チタン触媒として用いられているものであれば全て含まれ、具体的には、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型の結晶構造を持つ二酸化チタンが用いられる。特に光触媒として汎用されているアナターゼ型の微粒子触媒が多くの反応に適している。酸化チタン触媒は単体で用いてもよいし、反応とかかわりのない微粒子(例えばSiO2やAl2O3、活性炭など)に担持させ、分散性を改善した触媒粒子を使用してもよい。 The titanium oxide catalyst used in this embodiment includes all those used as a titanium oxide catalyst in this field. Specifically, the titanium oxide catalyst has a crystal structure of anatase type, rutile type or brookite type. Titanium is used. In particular, anatase type fine particle catalysts widely used as photocatalysts are suitable for many reactions. The titanium oxide catalyst may be used alone, or catalyst particles having improved dispersibility by supporting them on fine particles (for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , activated carbon, etc.) that are not involved in the reaction may be used.
金属微粒子を無機微粒子及び高分子微粒子の表面に担持させて触媒として機能させる場合において、その担持母粒子としては、SiO2、Al2O3、ZnO、TiO2、CaTiO3、活性炭、ポリスチレンなどが好ましく、特に水系溶媒を用いる時は、表面積が大きく、かつ、微小な粒子が得られる、多孔質SiO2が好ましい。 In the case where metal fine particles are supported on the surface of inorganic fine particles and polymer fine particles to function as a catalyst, the supported mother particles include SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, TiO 2 , CaTiO 3 , activated carbon, polystyrene, and the like. In particular, when an aqueous solvent is used, porous SiO 2 is preferable because it has a large surface area and fine particles can be obtained.
<反応液>
本実施形態において、反応液は、触媒と、該触媒の存在下に反応する対象物とを少なくとも含むものであり、反応する対象物としては特に限定されない。
例えば、パラジウム触媒を使用する例としては、ハロゲン化アリール/アルケニルを末端オレフィンとクロスカップリングさせて、置換オレフィンを合成するMizoroki-Heck反応、有機ホウ素化合物と有機ハロゲン化合物とをクロスカップリングさせるSuzuki-Miyaura Cross Coupling反応、有機ハロゲン化物又は有機トリフラートと有機スズ化合物との間でクロスカップリングを行う、Migita-Kosugi-Stille Cross Coupling反応等が例示できる。
<Reaction solution>
In the present embodiment, the reaction liquid includes at least a catalyst and an object that reacts in the presence of the catalyst, and the object to be reacted is not particularly limited.
For example, as an example of using a palladium catalyst, Mizoroki-Heck reaction for synthesizing substituted olefins by cross-coupling aryl / alkenyl halides with terminal olefins, Suzuki for cross-coupling organic boron compounds and organic halogen compounds. Examples include a -Miyaura Cross Coupling reaction, a Migita-Kosugi-Stille Cross Coupling reaction in which cross-coupling is performed between an organic halide or organic triflate and an organic tin compound.
また、酸化チタン触媒を使用する例としては、有機化合物の分解が例示できる。すなわち、酸化チタン及び有機化合物を含有する反応液を送液しつつ、光を照射することで有機化合物を分解する反応が例示できる。
その他、均一系触媒を使用する公知の反応から適宜選択することができ、特に限定されない。
Moreover, decomposition | disassembly of an organic compound can be illustrated as an example which uses a titanium oxide catalyst. That is, the reaction which decomposes | disassembles an organic compound can be illustrated by irradiating light, sending the reaction liquid containing a titanium oxide and an organic compound.
In addition, it can select suitably from well-known reaction using a homogeneous catalyst, and is not specifically limited.
反応液中の触媒は、粒子形状であってもよいし、溶解していてもよく、特に限定されないが、体積平均粒子径が10μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましい。体積平均粒子径が10μm以下であると、一般的な流路サイズでは詰まりを生じにくく、また、比表面積が大きいことから、反応が速やかに進行するので好ましい。なお、体積平均粒子径が10μm以下である態様は、触媒が溶解している場合をも含むものである。 The catalyst in the reaction solution may be in the form of particles or may be dissolved, and is not particularly limited, but the volume average particle diameter is preferably 10 μm or less, and more preferably 3 μm or less. When the volume average particle diameter is 10 μm or less, it is preferable that a general flow path size does not cause clogging, and since the specific surface area is large, the reaction proceeds quickly. In addition, the aspect whose volume average particle diameter is 10 micrometers or less includes the case where the catalyst is melt | dissolving.
また、触媒及び該触媒と反応する対象物の他に、溶媒を含有することが好ましく、微小流路内を送液する観点から、反応液の粘度が1〜200mPa・sであることが好ましく、1〜80mPa・sであることがより好ましい。上記の粘度となるように、使用する溶媒を適宜選択すればよい。
溶媒としては、特に限定されず水(イオン交換水、蒸留水)、MEK(メチルエチルケトン)、THF(テトラヒドロフラン)、酢酸エチル等、反応に用いられる公知の溶媒から適宜選択することができる。
また、必要とされる反応条件に従って、反応液のpH、温度等を適宜選択することが好ましい。
In addition to the catalyst and the target that reacts with the catalyst, it is preferable to contain a solvent, and from the viewpoint of feeding the liquid in the microchannel, the viscosity of the reaction solution is preferably 1 to 200 mPa · s, More preferably, it is 1-80 mPa * s. What is necessary is just to select the solvent to be used suitably so that it may become said viscosity.
It does not specifically limit as a solvent, It can select suitably from well-known solvents used for reaction, such as water (ion-exchange water, distilled water), MEK (methyl ethyl ketone), THF (tetrahydrofuran), ethyl acetate.
Moreover, it is preferable to appropriately select the pH, temperature, etc. of the reaction solution according to the required reaction conditions.
反応液の送液速度は特に限定されず、微小流路の流路径、目的とする回収速度等に応じて適宜選択することができるが、0.001〜100ml/hであることが好ましく、0.01〜50ml/hであることがより好ましい。送液速度が上記範囲内であると、流路詰まりを生じにくく、また、処理速度に優れるので好ましい。
反応液の微小流路への送液はマイクロシリンジ、ロータリーポンプ、スクリューポンプ、遠心ポンプ、ピエゾポンプ等で圧入することが好ましい。
The reaction solution feeding speed is not particularly limited and can be appropriately selected according to the channel diameter of the microchannel, the intended recovery rate, etc., but is preferably 0.001 to 100 ml / h, More preferably, it is 0.01 to 50 ml / h. It is preferable for the liquid feeding speed to be within the above-mentioned range since clogging of the flow path is unlikely to occur and the processing speed is excellent.
The reaction solution is preferably pumped into the microchannel by a microsyringe, rotary pump, screw pump, centrifugal pump, piezo pump or the like.
反応液は、予め触媒含有液と前記触媒と反応する対象物の含有液を導入する2つの流路によって微小流路内に送液してもよいし、予め触媒と、該触媒と反応する対象物とを含む反応液を調製して、微小流路に送液することもでき、特に限定されない。 The reaction liquid may be fed into the micro flow path by two flow paths that introduce the catalyst-containing liquid and the liquid containing the object that reacts with the catalyst in advance, or the catalyst and the object that reacts with the catalyst in advance A reaction solution containing a product can be prepared and sent to a microchannel, and is not particularly limited.
(2)成長工程
成長工程は、該反応液に触媒分離液を合流させて、触媒粒子を成長させる工程である。
本実施形態において、成長工程は、触媒分離液を合流させることにより、反応液中の触媒を、該反応液中の触媒より大きい触媒粒子に成長させるものであれば、特に限定されない。
成長した触媒粒子の粒子径は、特に限定されないが、触媒の分離が可能な大きさであることが好ましく、体積平均粒子径が30μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましい。また、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。
成長した触媒粒子の体積平均粒子径が30μm以上であると、回収に適する粒径となり、触媒粒子の回収が容易であるので好ましい。また、触媒粒子の体積平均粒子径が流路の円相当直径の1/10以下であると、流路詰まりを生じにくいので好ましい。
(2) Growth Step The growth step is a step for growing catalyst particles by joining the catalyst separation liquid to the reaction liquid.
In the present embodiment, the growth step is not particularly limited as long as the catalyst separation liquid is joined to grow the catalyst in the reaction liquid into catalyst particles larger than the catalyst in the reaction liquid.
The particle diameter of the grown catalyst particles is not particularly limited, but is preferably a size that allows separation of the catalyst, and the volume average particle diameter is preferably 30 μm or more, and more preferably 50 μm or more. Moreover, it is preferable that it is 200 micrometers or less, and it is more preferable that it is 100 micrometers or less.
It is preferable that the volume average particle diameter of the grown catalyst particles is 30 μm or more because the particle diameter is suitable for recovery and the recovery of the catalyst particles is easy. Further, it is preferable that the volume average particle diameter of the catalyst particles is 1/10 or less of the equivalent circle diameter of the flow path because clogging of the flow path is difficult to occur.
成長工程は、触媒分離液と反応液を層流状態で合流させることにより、触媒分離液と反応液の界面で触媒粒子の成長を促すものであってもよいし、触媒分離液と反応液を合流させた後、例えば、流路外から超音波振動を与える、流路を振動させる、流路内に邪魔板を設ける等して、触媒分離液と反応液を混合して送液するものであってもよく、特に限定されない。
なお、触媒分離液の送液は、上述の反応液の送流と同様に、マイクロシリンジ、ロータリーポンプ、スクリューポンプ、遠心ポンプ、ピエゾポンプ等で圧入することが好ましく、好ましい送液速度も同様である。
The growth step may promote catalyst particle growth at the interface between the catalyst separation liquid and the reaction liquid by joining the catalyst separation liquid and the reaction liquid in a laminar flow state. After merging, the catalyst separation liquid and the reaction liquid are mixed and sent, for example, by applying ultrasonic vibration from outside the flow path, vibrating the flow path, or providing a baffle plate in the flow path. There may be, and it is not specifically limited.
The catalyst separation liquid is preferably fed by a microsyringe, a rotary pump, a screw pump, a centrifugal pump, a piezo pump, etc., and the preferred liquid feeding speed is the same as in the above-described reaction liquid flow. is there.
<触媒分離液>
触媒分離液は、触媒を含む反応液が送液されている微小流路に合流させることにより、反応液中の触媒よりも大きな触媒粒子に成長させることができるものであれば、特に限定されず、使用する触媒及び反応系等により適宜選択することが好ましい。
具体的には触媒分離液がpH調整剤を含む態様、界面活性剤又は凝集剤のいずれか一方を含む態様が例示できる。
<Catalyst separation liquid>
The catalyst separation liquid is not particularly limited as long as it can grow into catalyst particles larger than the catalyst in the reaction liquid by joining the fine flow path through which the reaction liquid containing the catalyst is fed. It is preferable to select appropriately according to the catalyst and reaction system to be used.
Specifically, an embodiment in which the catalyst separation liquid includes a pH adjusting agent, and an embodiment in which either the surfactant or the flocculant is included can be exemplified.
触媒分離液は、反応液中の触媒粒子を、より大きな触媒粒子へと凝集させるものであってもよいし、反応液から触媒金属成分のみを十分回収可能な30μm以上のサイズで析出するもの、また、析出した粒子を30μm以上のサイズに凝集させるもの、等のいずれの手法であってもよい。
反応液から触媒金属成分のみを析出する場合、反応液中において、触媒は溶解状態であり、触媒金属成分を析出させることで触媒粒子へと成長させる。
The catalyst separation liquid may be one that agglomerates the catalyst particles in the reaction liquid into larger catalyst particles, or deposits with a size of 30 μm or more that can sufficiently recover only the catalyst metal component from the reaction liquid, Further, any method such as a method of aggregating the precipitated particles to a size of 30 μm or more may be used.
When only the catalyst metal component is deposited from the reaction solution, the catalyst is in a dissolved state in the reaction solution, and is grown into catalyst particles by depositing the catalyst metal component.
触媒として配位パラジウム触媒を使用する場合には、配位パラジウム触媒は水及び有機溶媒に溶解するが、失活した0価の金属パラジウムは、溶解しないことが知られている。そこで、配位パラジウム触媒を使用する場合には、反応が終了した反応液を失活させると、金属パラジウムが析出してくるので、回収することができる。 When a coordination palladium catalyst is used as the catalyst, it is known that the coordination palladium catalyst dissolves in water and an organic solvent, but deactivated zero-valent metal palladium does not dissolve. Therefore, in the case of using a coordination palladium catalyst, when the reaction solution after the reaction is deactivated, metal palladium is precipitated and can be recovered.
また、一般に、等電点付近では、静電的な反発力が弱まるため、粒子が凝集する傾向にある。そこで、金属粒子触媒を使用した場合には、該金属粒子の等電点付近のpHに調整することによって、粒径を大きく成長させることができる。
触媒分離液がpH調整剤を含有する場合、該pH調整剤としては特に限定されず、無機酸、無機塩基、有機酸又は有機塩基のいずれも使用することができる。
In general, the electrostatic repulsive force is weakened near the isoelectric point, so that the particles tend to aggregate. Therefore, when a metal particle catalyst is used, the particle size can be increased by adjusting the pH to be close to the isoelectric point of the metal particle.
When the catalyst separation liquid contains a pH adjuster, the pH adjuster is not particularly limited, and any of an inorganic acid, an inorganic base, an organic acid, or an organic base can be used.
さらに、触媒分離液は、界面活性剤又は凝集剤を含有することもできる。
界面活性剤としては、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン性界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤;またポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を例示することができ、凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム水溶液(PAC)、硫酸アルミ水溶液(硫酸バンド)、塩化第二鉄水溶液などが挙げられ、目的に応じて適宜選択することが好ましい。
Further, the catalyst separation liquid may contain a surfactant or a flocculant.
Surfactants include sulfate, sulfonate, phosphate, and soap anionic surfactants; amine and quaternary ammonium salt and other cationic surfactants; and polyethylene Nonionic surfactants such as glycol-based, alkylphenol ethylene oxide adduct-based, polyhydric alcohol-based and the like can be exemplified. As the aggregating agent, polyaluminum chloride aqueous solution (PAC), aluminum sulfate aqueous solution (sulfuric acid band), Examples thereof include an aqueous ferric chloride solution, and it is preferable to select appropriately according to the purpose.
具体的には、ポリスチレン樹脂の分散液とポリ塩化アルミニウム水溶液の組合せ、又は、ポリエステル樹脂と硫酸アルミニウム水溶液の組合せが好ましく例示できる。 Specifically, a combination of a polystyrene resin dispersion and a polyaluminum chloride aqueous solution, or a combination of a polyester resin and an aluminum sulfate aqueous solution can be preferably exemplified.
また、前記触媒分離液の比重が、反応液の比重よりも大きいことも好ましい。この場合、反応液を微小流路内で上に送液し、触媒分離液を微小流路内で下に送液して層流を形成させることにより、安定した界面の形成が可能であるので好ましい。また、成長した触媒粒子の比重が触媒分離液よりも重い場合、触媒粒子の沈降反応を利用して、触媒粒子を回収できるので好ましい。 Moreover, it is also preferable that the specific gravity of the catalyst separation liquid is larger than the specific gravity of the reaction liquid. In this case, it is possible to form a stable interface by sending the reaction solution upward in the micro flow channel and sending the catalyst separation solution downward in the micro flow channel to form a laminar flow. preferable. Further, when the specific gravity of the grown catalyst particles is heavier than that of the catalyst separation liquid, it is preferable because the catalyst particles can be recovered by utilizing the sedimentation reaction of the catalyst particles.
(3)回収工程
本実施形態において、回収工程では、成長した触媒粒子を回収する。
前記回収の仕方は特に限定されず、濾過(フィルトレーション)により回収することもできるし、成長工程で送流されている触媒粒子の濃度、すなわち、成長工程における触媒粒子の濃度よりも濃縮された触媒粒子分散液として回収してもよい。
(3) Recovery step In the present embodiment, in the recovery step, the grown catalyst particles are recovered.
The method of recovery is not particularly limited, and can be recovered by filtration (filtration) or concentrated more than the concentration of catalyst particles sent in the growth process, that is, the concentration of catalyst particles in the growth process. The catalyst particle dispersion may be recovered.
回収工程では、触媒粒子の沈降又は浮上を利用して触媒粒子を濃縮して回収してもよく、例えば、特開2006−116520号公報に記載の方法が例示できる。また、流路を横断する方向に電解を生じさせて触媒粒子を回収してもよく、例えば特開2006−187770号公報に記載の方法が例示できる。また、微小流路に曲がり部を設け、遠心力を利用して粒子を回収する方法が例示でき、例えば、特開2004−33008号公報、Xu Ji et al, "A CENTRIFUGATION-ENHANCED HIGH-EFFICIENCY MICRO-FILTER WITH SPIRAL CHANNEL", IEEE TRANSDUCERS &EUROSENSORS 2007 (The 14th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems), pp.1865-1868に記載の方法が例示できる。 In the recovery step, the catalyst particles may be concentrated and recovered by utilizing the sedimentation or floating of the catalyst particles. For example, a method described in JP-A-2006-116520 can be exemplified. Further, the catalyst particles may be recovered by causing electrolysis in a direction crossing the flow path. For example, a method described in JP-A-2006-187770 can be exemplified. In addition, a method of collecting a particle using a centrifugal force by providing a bent portion in a micro flow path can be exemplified. -FILTER WITH SPIRAL CHANNEL ", IEEE TRANSDUCERS & EUROSENSORS 2007 (The 14th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems), pp.1865-1868.
本実施形態において、触媒分離液及び反応液を送液する微小流路の下流に、成長した触媒粒子を回収するための回収流路を設けることも好ましい。また、回収流路の流路幅を拡散方程式で決定することが好ましい。
拡散方程式の一般解は、以下の式で与えられる。
In this embodiment, it is also preferable to provide a recovery flow path for recovering the grown catalyst particles downstream of the micro flow path for feeding the catalyst separation liquid and the reaction liquid. Moreover, it is preferable to determine the channel width of the recovery channel by a diffusion equation.
The general solution of the diffusion equation is given by
水平方向に2種の溶液が層流される場合、濃度50%の位置が常に流路の中心となるように濃度最大の点が動くと考えられる。
拡散がゼロとなる位置で分岐して回収すれば、触媒分離液と反応液の界面で触媒粒子が凝集及び/又は析出する場合、理論上完全に凝集及び/又は析出した触媒粒子を回収することができる。
When two kinds of solutions are laminarly flowed in the horizontal direction, it is considered that the point of maximum concentration moves so that the position of 50% concentration always becomes the center of the flow path.
If the catalyst particles are branched and collected at a position where the diffusion is zero, and the catalyst particles are aggregated and / or precipitated at the interface between the catalyst separation liquid and the reaction liquid, the catalyst particles which are theoretically completely aggregated and / or precipitated should be recovered. Can do.
図を参照して説明する。
図1左図は、回収流路の流路幅を拡散方程式で決定したマイクロリアクタの平面図である。反応液と触媒分離液を、それぞれ幅及び高さが1.0mmの矩形の流路に送流し、Y字流路で合流させ、長さ50mmの合流流路を層流状態で送液している。
図1右図は、合流からYmmの地点における相対濃度を示している。ここで、流路長が50mmであるので、Y=50mmの曲線に着目すれば、流路の幅中心から約0.15mmで相対濃度が0となっている。従って、図1左図において、触媒分離液と反応液との界面から0.15mmの点から左側を触媒回収液として回収すれば、界面において生じた触媒粒子を、ほぼ完全に回収することができる。
This will be described with reference to the drawings.
The left diagram of FIG. 1 is a plan view of a microreactor in which the channel width of the recovery channel is determined by a diffusion equation. The reaction liquid and the catalyst separation liquid are respectively sent to a rectangular flow path having a width and height of 1.0 mm, merged by a Y-shaped flow path, and fed by a 50 mm long merge flow path in a laminar flow state. Yes.
The right diagram in FIG. 1 shows the relative concentration at the point Ymm from the merge. Here, since the flow path length is 50 mm, if attention is paid to the curve of Y = 50 mm, the relative density is 0 at about 0.15 mm from the width center of the flow path. Accordingly, in the left diagram of FIG. 1, if the left side from the point of 0.15 mm from the interface between the catalyst separation liquid and the reaction liquid is recovered as the catalyst recovery liquid, the catalyst particles generated at the interface can be recovered almost completely. .
(マイクロリアクタ)
本実施形態のマイクロリアクタは、触媒及び前記触媒の存在下に反応する対象物を含む反応液を送液する第一の微小流路と、前記反応液と、触媒分離液とを送液する第二の微小流路と、前記第二の微小流路から、成長した触媒粒子を回収する回収流路とを有することを特徴とする。
図2は、本実施態様のマイクロリアクタ1の一実施態様を示す概念模式図である。
触媒を含む第一液Aを微小流路2を介して送液し、また、該触媒の存在下に反応する対象物を含む第二液Bを微小流路3を介して送液する。A液及びB液を、例えば衝突型マイクロミキサ4で混合し、混合液である反応液Cを第一の微小流路5に送液する。第一の微小流路5の長さは、反応に必要とされる時間に応じて適宜決定することが好ましい。また、第一の微小流路5は、反応条件に応じて、加熱、撹拌(混合)等を行うこともでき、所望の反応条件に応じて、送液条件を適宜選択することが好ましい。なお、図2では、触媒としては触媒10が含有されている。
十分な反応を行った後、第一の微小流路5の反応液Cに対して、触媒分離液Dを送液する。触媒分離液Dは触媒分離液導入路6を介して、第二の微小流路7に送液される。
第二の微小流路7では、反応液C及び触媒分離液Dが層流下で送液されている。図2において、反応液と触媒分離液の界面において、触媒10の凝集が生じ、触媒10よりも大きな粒子径を有する触媒粒子11へ成長している。該触媒粒子11を回収流路8を介して回収し、反応液は、反応液回収流路9から回収する。これにより、反応液C中の触媒を回収することができる。
なお、図2では、触媒を含む第一液Aと、触媒と反応する対象物を含む第二液Bとを、それぞれ送液してミキシングしているが、本実施態様はこれに限定されるものではなく、予め第一液A及び第二液Bを混合してから反応液Cを第一の微小流路に送液してもよく、特に限定されない。また、触媒、反応液、触媒分離液としては、本実施態様の回収方法で記載したそれぞれを好適に使用することができる。
(Microreactor)
The microreactor of the present embodiment includes a first microchannel that sends a reaction liquid containing a catalyst and an object that reacts in the presence of the catalyst, a second microchannel that sends the reaction liquid, and a catalyst separation liquid. And a recovery channel for recovering the grown catalyst particles from the second micro channel.
FIG. 2 is a conceptual schematic diagram showing one embodiment of the microreactor 1 of this embodiment.
The first liquid A containing the catalyst is sent through the micro flow path 2, and the second liquid B containing the object that reacts in the presence of the catalyst is sent through the micro flow path 3. The A liquid and the B liquid are mixed by, for example, the collision type micromixer 4, and the reaction liquid C that is the mixed liquid is fed to the
After sufficient reaction, the catalyst separation liquid D is sent to the reaction liquid C in the
In the second microchannel 7, the reaction liquid C and the catalyst separation liquid D are sent under laminar flow. In FIG. 2, the aggregation of the
In FIG. 2, the first liquid A containing the catalyst and the second liquid B containing the target that reacts with the catalyst are fed and mixed, respectively, but this embodiment is limited to this. There is no particular limitation, and the first liquid A and the second liquid B may be mixed in advance and then the reaction liquid C may be sent to the first microchannel. Moreover, as a catalyst, a reaction liquid, and a catalyst separation liquid, each described with the collection | recovery method of this embodiment can be used conveniently.
以下、実施例に基づき本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態は実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」は、断らない限り「重量部」の意味である。 Hereinafter, although this embodiment is described concretely based on an example, this embodiment is not limited to an example. In the examples, “part” means “part by weight” unless otherwise specified.
<実施例1>
実施例1では、Suzuki-Miyauchi Coupling反応を行った後、パラジウム触媒を析出させて回収した。
図3は実施例1で使用したマイクロリアクタの構成概念図である。
以下に示すA液、B液、C液及びD液は、60.0ml/hにて送液した。
A液:0.1mol/L ブロモベンゾニトリル含水THF(75%)溶液
B液:0.1mol/L 4−フェニルボロン酸含水THF(75%)溶液
C液:触媒(Pd/SiO2触媒、中心粒径:2.5μm)を10wt%で分散させた、0.1mol/L NaHCO3溶液
D液:0.2mol/L HNO3溶液
<Example 1>
In Example 1, after performing Suzuki-Miyauchi Coupling reaction, the palladium catalyst was deposited and recovered.
FIG. 3 is a conceptual diagram of the configuration of the microreactor used in Example 1.
The following A liquid, B liquid, C liquid, and D liquid were sent at 60.0 ml / h.
Solution A: 0.1 mol / L bromobenzonitrile-containing THF (75%) solution Solution B: 0.1 mol / L 4-phenylboronic acid-containing THF (75%) solution Solution C: Catalyst (Pd / SiO 2 catalyst, center 0.1 mol / L NaHCO 3 solution in which particle size: 2.5 μm) is dispersed at 10 wt% D solution: 0.2 mol / L HNO 3 solution
A液(60.0ml/h)を微小流路30を介して、また、B液(60.0ml/h)は微小流路31を介して、IMM社製マイクロミキサ32に送液し、マイクロミキサ32にて混合し、その混合物を微小流路33(φ1.0mm、長さ0.5m、テフロン(登録商標)チューブ)に送液した。
次に、C液を微小流路35を介して中心衝突型マイクロリアクタ(Kinetic-energy Mixing Reactor)34に送液(60.0ml/min)し、A液及びB液の混合液と、C液とを混合した。上記A液〜C液の混合液(反応液)を第一の微小流路36(φ1.0mm、長さ3.0m、SUS管)に送液した。前記第一の微小流路36は、ヒーター37にて75℃で加熱保持し、Suzuki-Miyauchi Coupling反応を終了させた。
その後、温度が30℃以下となったところで、上記D液を微小流路38を介して送液(60.0ml/h)し、前記反応液と上下の層流場となるように、第二の微小流路39(φ1.0mm、長さ2.5m、テフロン(登録商標)チューブ)に送液した。なお、反応液を上層、D液を下層となるように送液した。
C液中に含まれていたPd/SiO2微粒子は、界面のpHが7.0〜9.3であるため、D液側で凝集し沈殿する。一方、反応生成物であるビフェニル化合物はTHF側(上層)に溶解したまま存在する。そこで、上層を微小流路41から分離回収し(120.0ml/h)、蒸留することにより、目的の生成物を得ることができる。一方、Pdを含有する水溶性液体は下層の回収流路40から回収することができた(120.0ml/h)。
ここで、下層に含まれるPd/SiO2粒子の平均粒子径は35μmであった。
Liquid A (60.0 ml / h) is sent to the IMM micromixer 32 via the
Next, the liquid C is sent to the central collision type microreactor (Kinetic-energy Mixing Reactor) 34 through the micro channel 35 (60.0 ml / min), and the liquid mixture of liquid A and liquid B, liquid C, Were mixed. The liquid mixture (reaction liquid) of the liquid A to liquid C was fed to the first microchannel 36 (φ1.0 mm, length 3.0 m, SUS tube). The
Thereafter, when the temperature becomes 30 ° C. or lower, the liquid D is sent (60.0 ml / h) through the
The Pd / SiO 2 fine particles contained in the liquid C aggregate and precipitate on the liquid D side because the pH of the interface is 7.0 to 9.3. On the other hand, the biphenyl compound as the reaction product is present dissolved in the THF side (upper layer). Therefore, the target product can be obtained by separating and collecting the upper layer from the microchannel 41 (120.0 ml / h) and distilling the upper layer. On the other hand, the water-soluble liquid containing Pd could be recovered from the lower recovery channel 40 (120.0 ml / h).
Here, the average particle diameter of Pd / SiO 2 particles contained in the lower layer was 35 [mu] m.
<実施例2>
実施例2では、パラジウム触媒をマイクロ流路内で合成し、その後該触媒を用いてSuzuki-Miyauchi Coupling反応を行い、さらに反応後に触媒の回収(分離)を行った。
図4は、実施例2で使用したマイクロリアクタ50の構成概念図である。
以下に示すA液〜F液を使用した。
A液:140℃の塩化パラジウム(II)+トリフェニルホスフィン+ジメチルスルホキシド(0.1:0.5:17(モル比))(送液速度 60.0ml/h)
B液:ヒドラジン水和物(滴下速度0.024mol/h)
C液:0.1mol/L ブルもベンゾニトリル含水THF(75%)溶液(送液速度:150ml/h)
D液:0.1mol/L 4−フェニルボロン酸含水THF(75%)溶液(送液速度:150ml/h)
E液:イオン交換水(送液速度:600ml/h)
F液:酢酸エチル溶液(送液速度:300ml/h)
<Example 2>
In Example 2, a palladium catalyst was synthesized in a microchannel, and thereafter, a Suzuki-Miyauchi Coupling reaction was performed using the catalyst, and the catalyst was recovered (separated) after the reaction.
FIG. 4 is a conceptual diagram of the configuration of the
The following liquid A to liquid F were used.
Liquid A: Palladium chloride (II) at 140 ° C. + triphenylphosphine + dimethyl sulfoxide (0.1: 0.5: 17 (molar ratio)) (liquid feeding speed 60.0 ml / h)
Liquid B: hydrazine hydrate (dropping rate 0.024 mol / h)
C liquid: 0.1 mol / L blu benzonitrile water-containing THF (75%) solution (liquid feeding speed: 150 ml / h)
Solution D: 0.1 mol / L 4-phenylboronic acid-containing THF (75%) solution (feed rate: 150 ml / h)
Liquid E: ion-exchanged water (liquid feeding speed: 600 ml / h)
Liquid F: ethyl acetate solution (liquid feeding speed: 300 ml / h)
微小流路51内で140℃まで加熱したA液に微小流路52を介してB液を滴下し、微小流路53(φ1.0mm、長さ2m、テフロン(登録商標)チューブ)を送液することによって、Pd錯体を合成した。120℃まで徐冷し、発生したN2を気液の層分離でセトラー付きのY字分岐微小流路54より除去した。これにより、触媒であるPd(PPh3)4の合成が溶媒中に溶解した状態で完了した。
上記触媒を含む溶液を微小流路55(φ1.0mm長さ3mのテフロン(登録商標)チューブ)に送液し、75℃まで冷却した。
次に前記触媒を含む溶液に、微小流路56を介してC液を、微小流路57を介してD液を送液し、75℃の保持下で衝突型の混合を行い、混合液を微小流路59(φ1.0mm、長さ3m、テフロン(登録商標)チューブ)に送液した。これにより、溶媒中に溶解した状態でビフェニル化合物を得た。
Liquid B is dropped into liquid A heated to 140 ° C. in
The solution containing the catalyst was sent to a micro flow channel 55 (Teflon (registered trademark) tube having a diameter of 1.0 mm and a length of 3 m) and cooled to 75 ° C.
Next, liquid C is sent to the solution containing the catalyst via the
次に、E液を微小流路60を介して送液し、F液を微小流路61を介して送液し、層流場で前記ビフェニル化合物を含有する溶液(ビフェニル化合物含有溶液)と合流させ、微小流路62を送液した。微小流路62は、3重管型であり(中心φ0.5mm、長さ1m)、最外周にE液を、中心にF液を送液した。
E液とビフェニル化合物含有溶液が混和したため、E液に溶解しない触媒Pdとビフェニルの微粒子が析出した。F液はそれ以外の溶媒と混和しないため、重力の影響でF液中に前述のビフェニル化合物及びPd粒子が沈殿するが、ビフェニル化合物はF液に可溶なためにF液中に溶解し、その液を層流下で分離しフィルタリング(20μmメッシュナイロン)することでPdのみを除去することができた。
また、残った溶液の溶媒を揮発させ、目的のビフェニル化合物を得た。
Next, the E liquid is sent through the
Since the solution E and the biphenyl compound-containing solution were mixed, fine particles of catalyst Pd and biphenyl that did not dissolve in the solution E were deposited. Since the F liquid is not miscible with other solvents, the aforementioned biphenyl compound and Pd particles are precipitated in the F liquid due to the influence of gravity. However, since the biphenyl compound is soluble in the F liquid, it dissolves in the F liquid. The liquid was separated under laminar flow and filtered (20 μm mesh nylon) to remove only Pd.
Moreover, the solvent of the remaining solution was volatilized and the target biphenyl compound was obtained.
ここで、C液及びD液と混合する前に微小流路59から溶液を回収したところ、パラジウム錯体は完全に溶解した状態であった。一方、フィルタリングされた触媒は、平均粒子径42μmであった。
Here, when the solution was collected from the
なお、Pdをナノ粒子が錯体中に埋め込まれるように共重合させつつ、反応に適したサイズまでしか成長させなかったポリマーナノ粒子を触媒として使用し、反応後、再びポリマーを再重合させ、分級できる(又はフィルトレーションできる)サイズまで成長させた後、回収する方法でもよい。 In addition, while polymerizing Pd so that the nanoparticles are embedded in the complex, polymer nanoparticles that have been grown only to a size suitable for the reaction are used as a catalyst, and after the reaction, the polymer is repolymerized and classified. It may be a method of collecting after growing to a size that can (or can be filtered).
<実施例3>
実施例3では、本実施形態のマイクロリアクタを用いて、排水の浄化を行った。
図5は、本実施例で使用したマイクロリアクタ70の概念図である。また、図6は、実施例3で使用したマイクロリアクタの寸法図面(平面図)である。
凝集・合一法で作製したトナーの洗浄液には、不純物である金属イオンや、反応過程で残った残留有機物などが存在している。排水中に含まれる金属イオンは、イオン交換膜等で除去できるが、有機物は分解することが困難である。
本実施例では、水系に分散できるように、SiO2の表面にTiO2を担持させた微粒子(平均粒子径1.2μm)を触媒とし、微小流路内で廃液と混合し、TiO2の光触媒効果で有機物を分解した。
<Example 3>
In Example 3, wastewater was purified using the microreactor of this embodiment.
FIG. 5 is a conceptual diagram of the
The toner cleaning liquid produced by the aggregation / unification method includes metal ions as impurities and residual organic substances remaining in the reaction process. Metal ions contained in the wastewater can be removed by an ion exchange membrane or the like, but organic substances are difficult to decompose.
In this embodiment, as can be dispersed in an aqueous, fine particles was supported TiO 2 on the surface of the SiO 2 (average particle diameter 1.2 [mu] m) as a catalyst, it was mixed with waste in the microchannel, the TiO 2 photocatalyst The organic matter was decomposed by the effect.
なお、実施例3で使用したマイクロリアクタは、ガラス基板(厚さ2.5mm)に0.5mmの溝加工を行って流路を作製し、溝(微小流路)を作製した前記ガラス基板の上に、蓋としてガラス基板(厚さ1.0mm)を拡散接合し、作製した。 In addition, the microreactor used in Example 3 produced a flow path by processing a 0.5 mm groove on a glass substrate (thickness 2.5 mm), and the top of the glass substrate on which the groove (micro flow path) was formed. Then, a glass substrate (thickness: 1.0 mm) was diffusion bonded as a lid and produced.
以下のA液からC液を使用した。
A液:触媒分散液(pH 7.0、触媒:SiO2/TiO2コート、平均粒子径1.2μm、12vol%水分散液)
B液:トナー洗浄液
C液:次亜塩素酸水溶液(pH1.7)
なお、本実施例において、A液及びB液の合計流量は100ml/hとし、C液の流量は、100ml/hとした。
C liquids were used from the following A liquids.
Liquid A: catalyst dispersion (pH 7.0, catalyst: SiO 2 / TiO 2 coat, average particle size 1.2 μm, 12 vol% aqueous dispersion)
B liquid: toner cleaning liquid C liquid: hypochlorous acid aqueous solution (pH 1.7)
In this example, the total flow rate of liquid A and liquid B was 100 ml / h, and the flow rate of liquid C was 100 ml / h.
触媒微粒子を含有するA液を微小流路71を介して送液し、トナー洗浄液であるB液を微小流路72を介して送液し、衝突型ミキサ73で混合し、混合流路74に送液した。混合流路74では光照射を行い、酸化チタンの光触媒反応を利用してB液中の有機物を分解した。
Liquid A containing catalyst fine particles is fed through the
十分に光触媒反応が進行した後、微小流路75を介して、C液を送液し、反応液及びC液を混合流路76に層流下に送液した。次亜塩素酸水溶液とA液及びB液の混合液との界面において、触媒粒子の凝集が生じた。凝集した触媒粒子は、回収流路77を介して回収し、反応液は微小流路78から排出した。
回収流路の幅は拡散方程式により決定し、凝集した(成長した)触媒粒子を回収した。
なお、TiO2微粒子のpH等電点は約6.0であり、pH6前後では粒子間の反発力がないため凝集し、それより離れていると(例えば、pH=2又はpH=12)、反発力が強くなり、分散する。一般的には、pH7前後で分散することが要求されるため、表面をSiO2被覆することで、等電点をpH2〜4に変化させている。
これらの現象は「DLVO理論」で解明され、その解説は「最新顔料分散技術」技術情報協会発行、67−74ページ、(1993)に詳しい。また、DLVO理論で解明されるポテンシャルカーブは、それぞれのpHで図7(a)、(b)のようになると予想される。
本実施例では、次亜塩素酸を用いてpHを2程度にシフトさせることにより、等電点付近のpHとし、触媒粒子を凝集させ、フィルタリング等が可能な大きさに成長させることができた。なお、濾過された触媒粒子の体積平均粒子径は、32μmであった。
After the photocatalytic reaction sufficiently progressed, the liquid C was sent through the
The width of the recovery channel was determined by a diffusion equation, and aggregated (growth) catalyst particles were recovered.
Note that the pH isoelectric point of the TiO 2 fine particles is about 6.0, and aggregates because there is no repulsive force between the particles around pH 6, and when the particles are further away (for example, pH = 2 or pH = 12), The resilience increases and disperses. Generally, since it is required to disperse around pH 7, the isoelectric point is changed to pH 2 to 4 by coating the surface with SiO 2 .
These phenomena are clarified by “DLVO theory”, and the explanation thereof is detailed in “Latest Pigment Dispersion Technology”, Technical Information Association, pages 67-74, (1993). In addition, the potential curve elucidated by the DLVO theory is expected to be as shown in FIGS. 7A and 7B at each pH.
In this example, by shifting the pH to about 2 using hypochlorous acid, the pH was set near the isoelectric point, the catalyst particles were aggregated, and could be grown to a size capable of filtering and the like. . The filtered catalyst particles had a volume average particle diameter of 32 μm.
1 マイクロリアクタ
2、3 微小流路
4 衝突型マイクロミキサ
5 第一の微小流路
6 触媒分離液導入路
7 第二の微小流路
8 回収流路
9 反応液回収流路
10 触媒
11 触媒粒子
30、31、33、35、38、41 微小流路
32 マイクロミキサ
34 マイクロリアクタ
36 第一の微小流路
37 ヒーター
39 第二の微小流路
40 回収流路
50 マイクロリアクタ
51、52、53、54、55、56、57、59、60、61、62 微小流路
70 マイクロリアクタ
71、72、75、78 微小流路
73 衝突型ミキサ
74 混合流路
76 混合流路
77 回収流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro reactor 2, 3 Micro flow path 4
Claims (11)
該反応液に触媒分離液を合流させて、触媒粒子を成長させる成長工程、及び、
成長した触媒粒子を回収する回収工程、を含むことを特徴とする
触媒の回収方法。 A reaction process in which a reaction solution containing a catalyst is sent in a micro-channel,
A growth step in which a catalyst separation liquid is joined to the reaction liquid to grow catalyst particles; and
And a recovery step of recovering the grown catalyst particles. A method for recovering a catalyst.
前記反応液と、触媒分離液とを送液する第二の微小流路と、
前記第二の微小流路から、成長した触媒粒子を回収する回収流路とを有することを特徴とする
マイクロリアクタ。 A first microchannel for feeding a reaction liquid containing a catalyst and an object that reacts in the presence of the catalyst;
A second microchannel for feeding the reaction liquid and the catalyst separation liquid;
A microreactor comprising a recovery channel for recovering the grown catalyst particles from the second microchannel.
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|---|---|---|---|---|
| WO2012002249A1 (en) * | 2010-06-28 | 2012-01-05 | Dic 株式会社 | Micro mixer |
| JP2013252510A (en) * | 2011-11-11 | 2013-12-19 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Particle fractionation apparatus and particle fractionation method |
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