JPH05237387A - Catalyst for synthesis of methylal and production of methylal - Google Patents

Catalyst for synthesis of methylal and production of methylal

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JPH05237387A
JPH05237387A JP7838092A JP7838092A JPH05237387A JP H05237387 A JPH05237387 A JP H05237387A JP 7838092 A JP7838092 A JP 7838092A JP 7838092 A JP7838092 A JP 7838092A JP H05237387 A JPH05237387 A JP H05237387A
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methylal
catalyst
methanol
reaction
produced
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Sumio Shinoda
純雄 篠田
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Daicel Corp
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Daicel Chemical Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To selectively produce methylal from methanol by one-stage reaction. CONSTITUTION:Methylal is produced by effecting the reaction of methanol in a liquid phase suspension system in the presence of a solid catalyst containing copper oxide. By this reaction, no methyl fumalate is produced but hydrogen in the equal mol to the produced amt. of methylal is obtd. as a byproduct. The solid catalyst may be a multiple oxide catalyst containing copper oxide and zinc oxide and may be deposited on a carrier such as silica. The amt. of catalyst used is 0.1-100 pts.wt. to 100 pts.wt. of methanol. The reaction is effected at 0-600 deg.C in the presence of the solid catalyst suspended in a solvent such as methanol.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、メタノールから一段の
反応でメチラール(ホルムアルデヒドジメチルアセター
ル)を製造できる触媒、および該触媒を用いたメチラー
ルの製造方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a catalyst capable of producing methylal (formaldehyde dimethyl acetal) from methanol in a one-step reaction, and a method for producing methylal using the catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】メチラー
ルは、ホルムアルデヒドとメタノールとを原料とし、種
々の酸触媒を用いて水溶液中で反応させることにより製
造されている。前記触媒としては、例えば、塩酸、硫酸
などの鉱酸、FeCl3 、AlCl3 などのルイス酸、
強酸性陽イオン交換樹脂、無機固体酸などが使用されて
いる(ドイツ特許明細書第800399号、ドイツ特許
明細書第1177126号、ドイツ特許明細書第115
5780号、特開昭47−29309号公報および特開
昭58−162546号公報)。
2. Description of the Related Art Methylal is produced by reacting formaldehyde and methanol as raw materials with various acid catalysts in an aqueous solution. Examples of the catalyst include mineral acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, Lewis acids such as FeCl 3 and AlCl 3 ,
Strongly acidic cation exchange resins, inorganic solid acids, etc. have been used (German Patent Specification No. 800399, German Patent Specification No. 1177126, German Patent Specification No. 115).
5780, JP-A-47-29309 and JP-A-58-162546).

【0003】しかし、これらの方法では、次のような問
題が生じる。
However, these methods have the following problems.

【0004】(1)ホルムアルデヒドは、銀又はFe2
3 −MoO3 などの固体触媒を用い、固気不均一系
で、メタノールを空気(酸素)酸化することにより工業
的に製造されている。このようにな方法において、メタ
ノールの水素は酸化され、水が生成し、消費される。従
って、水素の有効利用が計れない。
(1) Formaldehyde is silver or Fe 2
It is industrially produced by oxidizing methanol (air (oxygen)) in a solid-gas heterogeneous system using a solid catalyst such as O 3 —MoO 3 . In this way, the hydrogen of methanol is oxidized and water is produced and consumed. Therefore, effective use of hydrogen cannot be measured.

【0005】(2)このようにして製造されたホルムア
ルデヒドを改めて他の反応器に供給し、メタノールと反
応させ、メチラールを得る二段階プロセスであるため、
生産性が低下する。
(2) Since the formaldehyde produced in this way is fed to another reactor again and reacted with methanol to obtain methylal, it is a two-step process,
Productivity decreases.

【0006】また、上記の反応は、メタノール、ホルム
アルデヒド、メチラールと水との平衡反応であるため、
メチラールを製造するためには、反応系からメチラール
を連続的に抜き出す必要がある。
Further, since the above reaction is an equilibrium reaction of methanol, formaldehyde, methylal and water,
In order to produce methylal, it is necessary to continuously extract methylal from the reaction system.

【0007】一方、ホルムアルデヒドを用いることな
く、メタノールから一段の反応でメチラールを製造でき
るならば、この方法は、工業的プロセスとして有利であ
る。
On the other hand, if methylal can be produced from methanol in a one-step reaction without using formaldehyde, this method is advantageous as an industrial process.

【0008】従って、本発明の目的は、一段の反応でメ
タノールからメチラールを製造できる触媒を提供するこ
とにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a catalyst capable of producing methylal from methanol in a one-step reaction.

【0009】[0009]

【発明の構成】本発明者は、鋭意検討の結果、酸化銅を
含む触媒を用い、液相懸濁系でメタノールを反応させる
と、メチラールが選択的に生成すると共に、メチラール
の生成に対応して水素も生成することを見いだし、本発
明を完成した。
The present inventors have made earnest studies and found that when a catalyst containing copper oxide is used and methanol is reacted in a liquid phase suspension system, methylal is selectively formed and it is possible to cope with the formation of methylal. It was found that hydrogen is also generated by the above, and the present invention was completed.

【0010】すなわち、本発明は、メタノールからメチ
ラールを製造するための触媒が、酸化銅を含む固体触媒
であるメチラール合成用触媒を提供する。
That is, the present invention provides a catalyst for synthesizing methylal, wherein the catalyst for producing methylal from methanol is a solid catalyst containing copper oxide.

【0011】また、本発明は、メタノールからメチラー
ルを製造する方法であって、酸化銅を含む固体触媒の存
在下、メタノールを液相懸濁系で反応させるメチラール
の製造方法も提供する。
The present invention also provides a method for producing methylal from methanol, which comprises reacting methanol in a liquid phase suspension system in the presence of a solid catalyst containing copper oxide.

【0012】本発明の固体触媒は、少なくとも酸化銅を
含んでいればよい。なお、触媒の還元処理の有無による
銅の酸化状態は問わない。酸化銅としては、CuO、C
2Oが挙げられる。好ましい酸化銅は二価の酸化銅C
uOである。 固体触媒は、前記酸化銅に加えて、他の
金属酸化物を含む複合酸化物系触媒であってもよい。他
の酸化物としては、種々の酸化物、例えば、周期律II
b族元素の酸化物(例えば、ZnO、CdOなど)など
が例示できる。
The solid catalyst of the present invention may contain at least copper oxide. It should be noted that the oxidation state of copper does not matter whether or not the catalyst is subjected to reduction treatment. As copper oxide, CuO, C
u 2 O may be mentioned. Preferred copper oxide is divalent copper oxide C
uO. The solid catalyst may be a complex oxide-based catalyst containing another metal oxide in addition to the copper oxide. Other oxides include various oxides, for example, Periodic Table II.
Examples thereof include oxides of group b elements (eg, ZnO, CdO, etc.).

【0013】好ましい複合酸化物系触媒には、酸化銅と
酸化亜鉛との複合酸化物、例えば、CuO−ZnOなど
が含まれる。
A preferable complex oxide catalyst includes a complex oxide of copper oxide and zinc oxide, such as CuO-ZnO.

【0014】複合酸化物系触媒は、慣用の方法、例え
ば、特開昭53−108916号公報及び特開昭53−
68716号公報に記載された方法に準じて調製でき
る。すなわち、硫酸銅、硝酸銅、炭酸銅、酢酸銅などの
溶液と、亜鉛などの他の金属の硫酸塩、硝酸塩、酢酸
塩、炭酸塩などの溶液とを混合し、生成する沈澱物を洗
浄し、焼成することにより調製できる。
The complex oxide catalyst is prepared by a conventional method, for example, JP-A-53-108916 and JP-A-53-
It can be prepared according to the method described in Japanese Patent No. 68716. That is, a solution of copper sulfate, copper nitrate, copper carbonate, copper acetate, etc. is mixed with a solution of sulfate, nitrate, acetate, carbonate, etc. of another metal such as zinc, and the resulting precipitate is washed. It can be prepared by firing.

【0015】なお、特開昭53−108916号公報に
開示されている触媒は、反応温度200〜350℃にお
いて、メタノールの気相反応によりギ酸メチルを生成さ
せるためには有効である。しかし、本発明のように液相
懸濁系でメタノールを反応させる場合には、ギ酸メチル
の生成は認められない。
The catalyst disclosed in JP-A-53-108916 is effective for producing methyl formate by a gas phase reaction of methanol at a reaction temperature of 200 to 350 ° C. However, when methanol is reacted in a liquid phase suspension system as in the present invention, the formation of methyl formate is not recognized.

【0016】前記酸化銅を含む触媒は、そのまま反応に
供してもよいが、触媒活性をさらに高めるため、少なく
とも酸化銅を担体に担持させて使用するのが好ましい。
The catalyst containing copper oxide may be used for the reaction as it is, but in order to further enhance the catalytic activity, it is preferable to use at least copper oxide supported on a carrier.

【0017】酸化銅や複合酸化物を担持させる担体とし
ては、例えば、活性炭、シリカ、アルミナ、シリカ−ア
ルミナ、ゼオライト、ベントナイトなどの粘土鉱物、マ
グネシア、シリカ−マグネシア、チタニア、ジルコニア
などの無機質担体;イオン交換樹脂、キレート樹脂など
の有機質担体が挙げられる。これらの担体は一種又は二
種以上併用できる。
As the carrier for supporting the copper oxide and the composite oxide, for example, activated carbon, silica, alumina, silica-alumina, zeolite, clay minerals such as bentonite, inorganic carriers such as magnesia, silica-magnesia, titania, zirconia; Examples of the organic carrier include ion exchange resins and chelate resins. These carriers can be used alone or in combination of two or more.

【0018】前記担体への触媒の担持は、沈澱法、含浸
法、イオン交換法、混練法などの慣用の方法により行な
うことができる。
The catalyst can be supported on the carrier by a conventional method such as a precipitation method, an impregnation method, an ion exchange method or a kneading method.

【0019】触媒の担持量は、メチラールの生成効率を
低下させない広い範囲で選択でき、例えば、担体100
重量部に対して、0.1〜200重量部、好ましくは1
〜100重量部、さらに好ましくは5〜80重量部程度
である。固体触媒は、粉末状、顆粒状、ペレット状、棒
状、楕円状、球状などのいずれであってもよい。
The supported amount of the catalyst can be selected within a wide range so as not to reduce the methylal production efficiency.
0.1 to 200 parts by weight, preferably 1
˜100 parts by weight, more preferably about 5 to 80 parts by weight. The solid catalyst may be in the form of powder, granules, pellets, rods, ellipses, spheres, or the like.

【0020】本発明の方法の特徴は、前記の固体触媒の
存在下、メタノールを液相懸濁系で反応させる点にあ
る。
A feature of the method of the present invention is that methanol is reacted in a liquid phase suspension system in the presence of the above solid catalyst.

【0021】この反応は特異的である。すなわち、固体
触媒を用いて、メタノールを液相懸濁系で反応させる
と、液相懸濁系では、メチラールが略100%の高い選
択率で生成し、気相では、生成したメチラールと等モル
量の水素が副生する。この理由について詳細は不明であ
るが、メタノールからギ酸チルへの転化反応においてホ
ルムアルデヒドが一次生成物として生成するものの、触
媒上で生成したホルムアルデヒドが、ギ酸メチルへの二
量化過程に進行するまでに、液相に存在するメタノール
と交換して脱離し、ギ酸メチルへの二量化が進行しない
ものと思われる。一方、液相系においては、遊離したホ
ルムアルデヒドが触媒の作用により、メタノールと反応
し、メチラールへ転化するものと推測される。従って、
本反応の総括反応は次式で表される。
This reaction is specific. That is, when methanol is reacted in a liquid phase suspension system using a solid catalyst, methylal is produced in the liquid phase suspension system with a high selectivity of about 100%, and in the gas phase, equimolar to the produced methylal. A certain amount of hydrogen is produced as a by-product. Although the details of this reason are unknown, although formaldehyde is produced as a primary product in the conversion reaction from methanol to tyl formate, the formaldehyde produced on the catalyst is allowed to progress to the dimerization process to methyl formate. It is thought that the dimerization into methyl formate does not proceed due to elimination by exchanging with methanol existing in the liquid phase. On the other hand, in the liquid phase system, it is presumed that the released formaldehyde reacts with methanol and is converted into methylal by the action of the catalyst. Therefore,
The overall reaction of this reaction is represented by the following formula.

【0022】 3CH3 OH→CH3 OCH2 OCH3 +H2 +H2 O 本発明の方法は、減圧、常圧、加圧下のいずれの状態で
も行なうことができ。反応形式もバッチ式、流通反応方
式、反応蒸留方式などのいずれであってもよい。メチラ
ールを連続的に製造する連続反応方式においては、反応
混合物からメチラールを連続的に抜き出す反応蒸留方式
が好ましい。
3CH 3 OH → CH 3 OCH 2 OCH 3 + H 2 + H 2 O The method of the present invention can be carried out under any of reduced pressure, normal pressure and increased pressure. The reaction system may be a batch system, a flow reaction system, a reactive distillation system, or the like. In the continuous reaction system in which methylal is continuously produced, a reactive distillation system in which methylal is continuously extracted from the reaction mixture is preferable.

【0023】触媒の使用量は、メチラールの生成効率が
低下しない範囲で適当に選択でき、例えば、メタノール
100重量部に対して、0.1〜100重量部、好まし
くは0.5〜50重量部、さらに好ましくは1〜30重
量部程度である。
The amount of the catalyst used can be appropriately selected within a range in which the methylal production efficiency does not decrease. For example, 0.1 to 100 parts by weight, preferably 0.5 to 50 parts by weight, relative to 100 parts by weight of methanol. And more preferably about 1 to 30 parts by weight.

【0024】反応は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの
不活性雰囲気下、例えば、0〜600℃、好ましくは5
0〜400℃、さらに好ましくは100〜300℃程度
で行なうことができる。懸濁系を維持するため、反応
は、触媒に対して貧溶媒の存在下で行なわれる。溶媒と
しては、反応に悪影響を及ぼさない種々の不活性溶媒、
例えば、アルコール類、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水
素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エステル系
溶媒、ケトン系溶媒やこれらの混合溶媒が使用できる。
好ましい反応においては、アルコール類、特に反応原料
であるメタノールそのものが溶媒として使用される。
The reaction is carried out in an inert atmosphere of nitrogen, helium, argon or the like, for example, 0 to 600 ° C., preferably 5
It can be carried out at 0 to 400 ° C, more preferably at 100 to 300 ° C. The reaction is carried out in the presence of an antisolvent for the catalyst in order to maintain the suspension system. As the solvent, various inert solvents that do not adversely affect the reaction,
For example, alcohols, aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, ester solvents, ketone solvents and mixed solvents thereof can be used.
In a preferred reaction, alcohols, particularly methanol itself which is a reaction raw material, is used as a solvent.

【0025】本発明の方法では、液相懸濁系で反応する
ため、生成物からのメチラールの分離が容易であるだけ
でなく、ギ酸などの腐蝕性化合物が生成しないので、装
置が腐蝕しないという利点がある。
In the method of the present invention, since the reaction is carried out in a liquid phase suspension system, not only the separation of methylal from the product is easy, but also a corrosive compound such as formic acid is not formed, so that the apparatus is not corroded. There are advantages.

【0026】本発明の方法で得られたメチラールは、例
えば、酸化反応により高濃度のホルマリンを製造する上
で有用である。すなわち、メチラールを、Mo−Fe系
複合酸化物などの触媒の存在下、酸化すると、メタノー
ルやジメチルエーテルの酸化反応による場合よりも高濃
度のホルムアルデヒド水溶液が得られる[石油学会誌,
第13巻,第6号、第463〜467頁(199
0)]。メチラールの酸化により生成したホルムアルデ
ヒドは、高濃度で高純度であるため、通常のホルミル化
反応、ポリマーの製造、例えば、フェノール樹脂、ポリ
アセタール、メチレンジフェニルイソシアネートなどの
製造に利用できる。
The methylal obtained by the method of the present invention is useful, for example, for producing a high concentration of formalin by an oxidation reaction. That is, when methylal is oxidized in the presence of a catalyst such as a Mo-Fe composite oxide, a formaldehyde aqueous solution having a higher concentration than that obtained by the oxidation reaction of methanol or dimethyl ether is obtained [Petroleum Society of Japan,
Vol. 13, No. 6, pp. 463-467 (199
0)]. Formaldehyde produced by the oxidation of methylal has a high concentration and a high degree of purity, and thus can be used for ordinary formylation reaction and polymer production, for example, production of phenol resin, polyacetal, methylenediphenyl isocyanate and the like.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の触媒は、メタノールからメチラ
ールへの選択率が高く、一段の反応でメタノールからメ
チラールを製造できる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The catalyst of the present invention has a high selectivity from methanol to methylal, and methylal can be produced from methanol by a one-step reaction.

【0028】固体触媒が、酸化銅と酸化亜鉛とを含む場
合には、触媒活性が高く、メタノールからメチラールへ
の転化率をさらに高めることができる。
When the solid catalyst contains copper oxide and zinc oxide, the catalytic activity is high and the conversion rate from methanol to methylal can be further increased.

【0029】触媒が、担体に担持されている場合には、
さらに触媒活性を高めることもできる。
When the catalyst is supported on a carrier,
Further, the catalytic activity can be increased.

【0030】本発明の方法によれば、酸化銅を含む固体
触媒の存在下、メタノールを液相懸濁系で反応させるこ
とにより、メチラールが選択的に生成し、一段の反応で
メタノールからメチラールを効率よく製造できる。ま
た、懸濁系で反応するので、反応生成物からメチラール
の分離も容易である。さらには、反応により生成する水
素を種々の用途に利用でき、原料メタノールを効率よく
利用できる。
According to the method of the present invention, methylal is selectively produced by reacting methanol in a liquid phase suspension system in the presence of a solid catalyst containing copper oxide, and methylal is converted from methanol in a one-step reaction. Can be manufactured efficiently. Further, since the reaction is carried out in a suspension system, methylal can be easily separated from the reaction product. Further, hydrogen generated by the reaction can be used for various purposes, and the raw material methanol can be efficiently used.

【0031】[0031]

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on the following examples.

【0032】なお、以下の実施例および比較例におい
て、生成物はガスクロマトグラフィーにより定量した。
In the following examples and comparative examples, the products were quantified by gas chromatography.

【0033】触媒の調製1 酢酸第2銅200g、炭酸亜鉛15g、シリカ[関東化
学(株)製、無水ケイ酸]10gを水80mlと3時間
混練し、窒素ガス雰囲気下、80℃で8時間乾燥した
後、窒素雰囲気下、650℃で3時間焼成し、触媒Cu
O−ZnO/SiO2 を得た。得られた触媒は、80重
量%のCuO、10重量%のZnO、10重量%のSi
2 で構成されていた。
Preparation of catalyst 1 200 g of cupric acetate, 15 g of zinc carbonate, and 10 g of silica [silicic acid anhydride manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.] were kneaded with 80 ml of water for 3 hours, and under a nitrogen gas atmosphere at 80 ° C. for 8 hours. After drying, calcination is performed at 650 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, and the catalyst Cu is used.
To give the O-ZnO / SiO 2. The resulting catalyst was 80 wt% CuO, 10 wt% ZnO, 10 wt% Si.
It was composed of O 2 .

【0034】実施例1 前記触媒の調製1において得られた1gの触媒CuO−
ZnO/SiO2 と、メタノール150mlとを500
mlのオートクレーブに入れ、アルゴン雰囲気下、温度
200℃で反応させた。結果を図1に示す。
Example 1 1 g of catalyst CuO-obtained in Preparation 1 of the above catalyst
500 with ZnO / SiO 2 and 150 ml of methanol
It was put in a ml autoclave and reacted at a temperature of 200 ° C. under an argon atmosphere. The results are shown in Figure 1.

【0035】図1より明らかなように、反応によりメチ
ラールが選択的に生成する。なお、ギ酸メチルは検出さ
れなかった。また、気相には、メチラールと等モルの水
素が認められた。
As is clear from FIG. 1, the reaction selectively produces methylal. Methyl formate was not detected. In the gas phase, hydrogen was found equimolar to methylal.

【0036】実施例2 前記触媒の調製1において得られた5gの触媒CuO−
ZnO/SiO2 と、メタノール50mlとを用いる以
外、実施例1と同様にして反応させた。結果を図2に示
す。
Example 2 5 g of catalyst CuO-obtained in Preparation 1 of the above catalyst
Reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that ZnO / SiO 2 and 50 ml of methanol were used. The results are shown in Figure 2.

【0037】図1と図2との対比より明らかなように、
触媒量が増加するにつれて、反応によりメチラールが多
量にかつ選択的に生成する。なお、ギ酸メチルは検出さ
れなかった。また、気相には、メチラールと等モルの水
素が認められた。
As is clear from the comparison between FIG. 1 and FIG.
As the amount of catalyst increases, the reaction produces more and more methylal. Methyl formate was not detected. In the gas phase, hydrogen was found equimolar to methylal.

【0038】比較例 前記触媒の調製1において得られた触媒CuO−ZnO
/SiO2 100mgをパルス反応装置の反応管に充
填し、ヘリウムをキャリアーガスとして25ml/分の
流量で供給し、メタノール1μl(2.47×10-5
ル)を注入し、温度200℃で気相反応したところ、
0.05×10-5モルのギ酸メチルが生成したものの、
メチラールは検出されなかった。
Comparative Example The catalyst CuO—ZnO obtained in Preparation 1 of the above catalyst
/ SiO 2 100 mg was filled in a reaction tube of a pulse reactor, helium was used as a carrier gas at a flow rate of 25 ml / min, 1 μl of methanol (2.47 × 10 −5 mol) was injected, and the temperature was set to 200 ° C. After a phase reaction,
Although 0.05 × 10 −5 mol of methyl formate was produced,
No methylal was detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は実施例1における結果を示すグラフであ
る。
FIG. 1 is a graph showing the results of Example 1.

【図2】図2は実施例2における結果を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the results of Example 2.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 メタノールからメチラールを製造するた
めの触媒が、酸化銅を含む固体触媒であるメチラール合
成用触媒。
1. A catalyst for synthesizing methylal, wherein the catalyst for producing methylal from methanol is a solid catalyst containing copper oxide.
【請求項2】 固体触媒が、酸化銅と酸化亜鉛とを含む
請求項1記載のメチラール合成用触媒。
2. The catalyst for synthesizing methylal according to claim 1, wherein the solid catalyst contains copper oxide and zinc oxide.
【請求項3】 触媒が、担体に担持されている請求項1
又は2記載のメチラール合成用触媒。
3. The catalyst according to claim 1, which is supported on a carrier.
Or the catalyst for synthesizing methylal according to 2.
【請求項4】 メタノールからメチラールを製造する方
法であって、酸化銅を含む固体触媒の存在下、メタノー
ルを液相懸濁系で反応させるメチラールの製造方法。
4. A method for producing methylal from methanol, which comprises reacting methanol in a liquid phase suspension system in the presence of a solid catalyst containing copper oxide.
JP7838092A 1992-02-27 1992-02-27 Catalyst for synthesis of methylal and production of methylal Pending JPH05237387A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6403841B1 (en) 1999-09-22 2002-06-11 Japan Science And Technology Corporation Process for preparing partial oxidates of lower alcohols
JP2009508685A (en) * 2005-09-20 2009-03-05 アルケマ フランス Method for preparing partial oxidation product of lower alcohol by direct oxidation of lower alcohol, and catalyst used in this method
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