[发明专利]获得过氧化氢的方法和用于该方法的催化剂载体

说明书

本发明涉及获得过氧化氢的方法和用于该方法的催化剂载体。本发明提供了一种催化剂载体，该催化剂载体包含用至少一种酸基团和至少一种卤素原子官能化的材料；和一种负载的催化剂，该负载的催化剂包括(i)一种催化剂和(ii)包括这种经官能化的材料的催化剂载体；以及它们在过氧化氢的生产中的用途。本发明还涉及一种用于生产过氧化氢的方法，包括：在一个反应器中，使氢和氧在包括这种经官能化的材料的负载的催化剂的存在下，任选添加一种惰性气体，进行反应。

本申请是申请日为2012年7月9日，申请号为201280035014.6，发明名称为“获得过氧化氢的方法和用于该方法的催化剂载体”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求于2011年7月15日提交的欧洲专利申请号11174178.1的优先权，出于所有的目的将该申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及一种在溶剂和催化剂的存在下通过氢和氧的直接反应来获得过氧化氢的方法。这种催化剂包括一种选自周期表第7至11族的一种元素的化合物或它们的至少一种的组合，这种化合物被负载在一种同时用酸基团和卤素原子进行官能化了的材料上。

现有技术

过氧化氢是一种非常重要的商业产品，被广泛用作纺织工业或造纸工业中的漂白剂，化学工业中以及过氧化物化合物生产反应(过硼酸钠、过碳酸钠、金属过氧化物类、或过羧酸类)、氧化反应(氧化胺制造)、环氧化反应、和羟基化反应(增塑剂和稳定剂制造)中的一种消毒剂和一种基本产品。将其用于在半导体工业中进行表面清洁，用于铜、黄铜、和其他铜合金表面的化学抛光，用于电子电路雕刻等。

目前最多使用的用于生产过氧化氢的工业方法是烷基蒽氢醌的自氧化法。这种由许多还原、氧化、萃取、纯化、和浓缩步骤组成的方法是非常复杂的，因此导致相当高的投资和可变成本。

一种非常有吸引力的对这种方法的替代方案是直接通过使氢和氧在来自铂族的金属催化剂的存在下，使用爆炸浓度的氢(美国专利号4,681,751、4,772,458、4,832,938、和5,338,531)或在爆炸极限以外的氢(国际专利申请号WO 99/41190、WO 2001/05498、和WO2001/05501，美国专利申请号6,168,775)进行反应来生产过氧化氢。然而，在这些方法中，为了获得高浓度的过氧化氢在反应介质中要求高浓度的H+和Br离子。这些离子是从强酸(如硫酸、磷酸、盐酸、或硝酸)以及无机溴化物获得的。但是使用具有高酸浓度的溶液进行工作要求使用特殊设备来抵抗腐蚀。除以上之外，酸溶液和卤化离子的存在有利于这些活性金属(铂族)的溶解，这首先导致催化剂失活，并且由于溶解的金属的浓度非常低，它们的回收变得难以实施。

为了避免这些缺点，已经提出了在反应介质中不存在卤化物离子和/或酸的多种替代方法。例如，在欧洲专利号EP 492 064中，提出了一种基于负载在用卤素官能化的树脂上的钯的催化剂的用途，反应介质是水和一种过氧化氢稳定剂，但是实现的H2O2浓度仅为大约按重量计0.58％。另一个替代方案(欧洲专利号EP 504 741)是使用负载在一种过酸型无机固体(如氧化钼、氧化锆、或氧化钨)上的钯催化剂，然而，实现的过氧化氢浓度不超过按重量计1％。

WO 01/05501 A1披露了一种适合用于直接生产过氧化氢的负载的金属催化剂。使这种催化剂经受用一种含有溴和溴化物离子的酸性水溶液的处理。然而，这种处理不会引起使用酸基团和卤素原子对载体的官能化。而只是用酸、溴、和溴化物浸渍这种载体，这样使得可以在过氧化氢合成过程中将这些分子和原子滤出。此外，根据WO 01/05501 A1的实例8，过氧化氢的制备仍要求将相当大的量的酸和溴化物添加到这种水溶液中。因此，如此生产的过氧化氢要求一种纯化后处理，以通过膜分离或离子交换除去这些离子。