DD209795A5 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SYNTHETIC, CRYSTALLINES, POROESEN BOROSILICATES WITH ZEOLITE FUEGE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen, kristallinen, poroesen Borosilikaten mit Zeolithgefuege. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Klasse von synthetischen, kristallinen, poroesen Borosilikaten. Erfindungsgemaess werden Boralithe E, d.h. synthetische, kristalline, poroese, zeolithische Borosilikate, hergestellt durch hydrothermale Umsetzung einer Silicium- und einer Borverbindung und eines Gemischs von Tetramethyl- und Tetrabutylammoniumhydroxid oder eines ggemischten quaternaeren Methylbutylammoniumhydroxids, gegebenenfalls in Gegenwart eines Alkalihydroxids oder Ammoniumhydroxids.The invention relates to a process for the preparation of synthetic, crystalline, porous borosilicates with zeolite structures. The aim of the invention is to provide a new class of synthetic, crystalline, porous borosilicates. According to the invention, boron E, i. synthetic, crystalline, porous, zeolitic borosilicates prepared by hydrothermal reaction of a silicon and a boron compound and a mixture of tetramethyl- and tetrabutylammonium hydroxide or a mixed quaternary methylbutylammonium hydroxide, optionally in the presence of an alkali hydroxide or ammonium hydroxide.
Description
Berlin, den 24.9.1983 APC 01B250 710/7 (62 413/18)Berlin, 24.9.1983 APC 01B250 710/7 (62 413/18)
Verfahren zur Herstellung von synthetischen, kristallinen, porösen BorosilikatenProcess for the preparation of synthetic, crystalline, porous borosilicates
Die .Erfindung betrifft synthetische Materialien auf der Basis von SiOo und B2°3 mit P°ro*ser kristalliner Struktur eines Zeolithen und ein Verfahren zu deren Hersteilung sowie deren Verwendung,The invention relates to synthetic materials based on SiO 2 and B 2 O 3 with P * ro * s crystalline structure of a zeolite and a process for their preparation and their use,
Synthetische Borsilicate sind bekannt« So hat das nach BI£-PS877 205 bekannte Borosilicat ein kristallines, poröses Gefüge. Es sind vier derartig synthetisierte Produkte daraus bekannt, nämlich "Boralith AM, "Boralith B", "Boralith C" und "Boralith D", die mit Hilfe von organischen Substanzen, vorzugsweise Tetraalkylammoniumionen, synthetisiert worden sind. Mit deren Hilfe läßt sich die Synthese auf das gewünschte Gefüge einstellen* Für Boralith A wurde Tetramethylammonium, für Botalith B Tetraethylammonium, für Boralith C Tetraethylammonium- oder Tetrapropylammoniumion oder ein von Ethylendiamin abgeleitetes Kation und für Boralith D letrabutylammoniumion angewandt·Synthetic borosilicates are known. "Thus, borosilicate, which is known from BI-PS877 205, has a crystalline, porous structure. There are four known products synthesized therefrom, namely Boralith A M , Boralith B, Boralith C and Boralith D which have been synthesized with the aid of organic substances, preferably tetraalkylammonium ions Synthesis to the desired microstructure * For Boralith A, tetramethylammonium was used, for Botalith B tetraethylammonium, for Boralith C tetraethylammonium or tetrapropylammonium ion or an ethylenediamine-derived cation and for Boralith D letrabutylammonium ion.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Klasse von synthetischen, kristallinen, porösen Borosilikaten.The aim of the invention is to provide a new class of synthetic, crystalline, porous borosilicates.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention
Der i&findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Syntheseverfahren und geeignete Reaktionskomponenten aufzufinden.It is the object of the invention to find a new synthesis process and suitable reaction components.
üirfindungagemäß konnte eine neue Klasse von "Boralithen", die im folgenden als "Boralithe EM bezeichnet werden, hergestellt werden, die mit Hilfe eines Gemische von Tetraalkylammoniumbasen oder gemischten Tetraalkylammoniumbasen synthetisiert werden können. Die Ammoniumbasen für die Herstellung von Boralith E. sind Gemische von Tetramethyl- und Tetrabutylaramoniumhydroxid in verschiedenen Mischungsverhältnissen oder gemischte Basen wie Tributylmethylammoniumhydroxid, Dimethyldibutylammoniumhydroxid und Butyltrimethylammoniumhydroxid·According to the invention, a new class of "Boralites", hereinafter referred to as "Boralites E M , which can be synthesized by means of a mixture of tetraalkylammonium bases or mixed tetraalkylammonium bases." The ammonium bases for the preparation of Boralith E. are mixtures of Tetramethyl- and tetrabutylaramonium hydroxide in various mixing ratios or mixed bases such as tributylmethylammonium hydroxide, dimethyldibutylammonium hydroxide and butyltrimethylammonium hydroxide
Die Boralithe E lassen sich in wasserfreiem Zustand durch das Molverhältnis der enthaltenen Oxide mit Hilfe folgender Pormel charakterisieren:Boralites E can be characterized in the anhydrous state by the molar ratio of the oxides contained by means of the following formulas:
worin a zwischen 0 und 1» χ zwischen 30 und 120 liegen kann und R quaternäre(s) Ammonium-kation(en) sein kann, während ein Kation wie H+ , MHt oder ein'Alkaliion bedeutet«where a between 0 and 1 χ can be between 30 and 120, and R can be quaternary ammonium cation (s), while a cation is H + , MHt, or an alkali ion.
Die erfindungsgemäßen Produkte sind rö'ntgenkristallin· Die Röntgenanalyse wird zu dieser Bestimmung mit Hilfe eines Pulver-Diffraktometers, ausgestattet mit elektronischem Pulszähler unter Anwendung der CuK O^-Strahlung, vorgenommen. Für die Berechnung der Intensitäten dient dieThe products according to the invention are X-ray crystalline. The X-ray analysis is carried out for this determination with the aid of a powder diffractometer equipped with an electronic pulse counter using the CuK O.sub.1 radiation. For the calculation of the intensities, the
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Höhe der Peaks, Sie werden angegeben in Prozent der Höhe des Peaks oder der Bande höchster Intensität·Height of the peaks, they are given as a percentage of the height of the peak or the highest intensity band ·
Das Röntgenbeugangsspektrum von Boralith E ist ähnlich dem von Boralith C, was die Gitterabstände d anbelangt, jedoch zeigten sich beträchtliche Variationen in den Intensitätsverhältnissen gegenüber Boralith C. Es kann festgestellt werden, daß in dem Spektrum der Boralithe E die Intensität einer gewissen Anzahl an typischen Reflexionen des Boraliths C gegenüber anderen geringer ist, die ihre charakteristischen Intensitäten behalten. licht eine einzige Probe von Boralith ü gibt einen Anhaltspunkt für ein vollständiges Verschwinden derartiger Reflexionen (Banden)·The Röntgenbeugangsspektrum of Boralith E is similar to that of Boralith C, in terms of the lattice spacings d, however, considerable variation in the intensity ratios against Boralith C. showed it can be observed that in the spectrum of Boralithe E the intensity of a certain number of typical reflections of Boralith C is lower than others, which retain their characteristic intensities. a single sample of Boralith ü gives a hint of a complete disappearance of such reflections (bands) ·
Aufgrund der Unterschiedlichkeit im Röntgenbeugungsspektrum ist ein Boralith eher als Boralithgruppe als eine einzige Verbindung zu bezeichnen. Die Banden oder Hauptreflexionen, die beim oben aufgezeigten Phänomen auftreten, können durch folgende Werte der Gitterabstände d charakterisiert werden;Due to the difference in the X-ray diffraction spectrum, a Boralith is rather a Boralith group than a single compound. The bands or major reflections that occur in the above-noted phenomenon can be characterized by the following values of the lattice spacings d;
0,965 + 0,010 nm0.965 + 0.010 nm
0,632 + 0,007 nm0.632 + 0.007 nm
0,567 + 0,007 nm0.567 + 0.007 nm
0,424 + 0,0005 nm0.424 + 0.0005 nm
0,398 + 0,005 nm0.388 + 0.005 nm
0,373 + 0,005 nm0.373 + 0.005 nm
0,363 + 0,005 nm0.363 + 0.005 nm
0,342 + 0,005 nm0.342 + 0.005 nm
0,293 ± 0,005 nm0.293 ± 0.005 nm
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Um eine quantitative Vorstellung des Phänomene zu geben, wurde das Verhältnis der Intensität der Reflexion bei d « 0,363 + 0,005 nm (I1) zu der Reflexion mit unveränderter Intensität bei d «0,383 ± 0,005 nm (Ig) ausgewählt· Bei Boralith C ist das Verhältnis I1 zu"L etwa 0,40· Bei Boralithen £ liegt dieses Verhältnis tiefer und kann bis auf Werte in der Größenordnung von 0,1 absinken« In jedem einzelnen Boralith ϋ ist die Verringerung der Intensität - ausgedrückt in % - für alle obigen Reflexionen ähnlich, während das Ausmaß dieses Phänomens von Produkt zu Produkt variiert·To give a quantitative idea of the phenomena, the ratio of the intensity of the reflection at d "0.363 + 0.005 nm (I 1 ) to the reflection with unchanged intensity at d" 0.383 ± 0.005 nm (I g ) was selected The ratio I 1 to "L about 0.40 · For Boralithen £ this ratio is lower and can fall down to values in the order of 0.1" In each Boralith ϋ is the reduction in intensity - in % - for all reflections above, while the extent of this phenomenon varies from product to product.
labeile 1 zeigt einen Vergleich der Röntgenbeugungsspektren eines Boraliths E - hergestellt nach Beispiel 4 - und dem Spektrum eines typischen Boraliths C - hergestellt naoh BJi-PS 877 205· Beide Spektren wurden von Produkten in der Wasserstofform aufgenommen, d. h», sie wurden 6 h bei 550 0C gebrannt mit Ammoniumacetat, einem Ionenaustausch unterworfen und anschließend nochmals 6 h bei 550 0C gehalten.Figure 1 shows a comparison of the X-ray diffraction spectra of a Boralith E - prepared according to Example 4 - and the spectrum of a typical Boralith C - prepared by BJi-PS 877 205. Both spectra were taken from products in the hydrogen form, i. h, they were 6 h at 550 0 C calcined with ammonium acetate, subjected to ion exchange and then held again at 550 0 C for 6 h.
Geringe Variationen im Spektrum der Tabelle 1 kann aus Variationen des Si/B-Verhältnisses der Brenntemperatur oder der Anwesenheit von Kationen beruhen«Slight variations in the spectrum of Table 1 may be due to variations in the Si / B ratio of the firing temperature or the presence of cations. "
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Tabelle I (JPortsetzung)Table I (JPortsetzung)
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Boralithe E erfolgt durch hydrothermale Umsetzung einer Silicium-liefernden Substanz, einer Bor-liefernden Substanz und einem Gemisch von Tetramethylammonium- und Tetrabutylammoniumhydroxid inBoralites E according to the invention are prepared by hydrothermal reaction of a silicon-supplying substance, a boron-providing substance and a mixture of tetramethylammonium and tetrabutylammonium hydroxide
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bestimmten Mengenverhältnissen oder eines gemischten Methylbutylammoniurahydroxids gegebenenfalls in Gegenwart eines Alkalihydroxids oder Ammoniumhydroxid bei einem pH-Wert zwischen 9 und 14 bei einer Temperatur zwischen 100 und 220 0C während 2 bis 30 Tagen,certain proportions or of a mixed methylbutylammonium hydroxide, if appropriate in the presence of an alkali metal hydroxide or ammonium hydroxide at a pH of between 9 and 14 at a temperature between 100 and 220 0 C for 2 to 30 days,
In Tabelle 2 sind die Molverhältnisse der eingesetzten Reaktionspartner angegeben.Table 2 shows the molar ratios of the reactants used.
Das Molverhältnis Tetramethylammonium zu Tetrabutylammonium im falle eines Gemisches liegt bevorzugt zwischen 0,3 und 3.The molar ratio tetramethylammonium to tetrabutylammonium in the case of a mixture is preferably between 0.3 and 3.
Die Silioium-liefernde Verbindung kann ein Tetraalkylorthosilikat wie Tetraethylorthosilikat oder Tetramethylorthosilikat sein oder kolloidale Kieselsäure, Kieselgel, Hatriumsilikat, Aerosil (durch Plammenhydrolyse hergestellte SiO2) od. dgl· sein.The silioium-donating compound may be a tetraalkylorthosilicate such as tetraethylorthosilicate or tetramethylorthosilicate or colloidal silica, silica gel, sodium silicate, Aerosil (SiO 2 prepared by the hydrolysis of plams) or the like.
Die Bor-liefernde Verbindung kann ein Trialkylborat, Tetraalkylborat sein oder Borsäure, Natriumborat oder Borax.The boron-providing compound may be a trialkyl borate, tetraalkyl borate or boric acid, sodium borate or borax.
Die Auswahl der Silicium- und Bor-liefernden VerbindungenThe selection of silicon and boron-providing compounds
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hängt im allgemeinen von der größeren oder geringeren Reinheit des herzustellenden Produktes ab.generally depends on the greater or lesser purity of the product to be produced.
Boralithe E lassen sich für katalytische Zwecke oder für Adsorptionsverfahren anwenden, und zwar als solche oder aufgetragen auf einem mehr oder weniger inerten Substrat, vorzugsweise einer Kieselsäure/Tonerde oder eines tonart igen Materials.Boralites E can be used for catalytic purposes or for adsorption processes, as such or applied to a more or less inert substrate, preferably a silica / clay or a clay-like material.
Boralithe B lassen sich auch als Katalysatoren für die verschiedensten Reaktionen, wie sie auch beispielsweise in der BE-PS 877 205 erwähnt sind, anwenden.Boralites B can also be used as catalysts for a wide variety of reactions, as also mentioned, for example, in Belgian Pat. No. 877,205.
Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele weiter erläutert.The invention will be further illustrated by the following examples.
In ein Pyrex-Glasgefäß wurden in einer CO2-freien Atmosphäre unter Rühren 400 g destilliertes Wasser, 90,6 g Tributylmethylammoniuinhydroxid in 40 gew.-%iger wäßriger Lösung, 8,3 g Borsäure und 0,26 g Natriumhydroxid eingerührt. H ach vollständiger Auflösung wurden 138,6 g Tetraethylorthosilikat eingerührt.400 g of distilled water, 90.6 g of tributylmethylammonium hydroxide in 40% strength by weight aqueous solution, 8.3 g of boric acid and 0.26 g of sodium hydroxide were stirred into a Pyrex glass vessel in a CO 2 -free atmosphere with stirring. After complete dissolution, 138.6 g of tetraethylorthosilicate were stirred in.
Das Reaktionsgemisch wurde bei 70 0C unter Rühren 5 h gehalten, wobei Ethanol, der sich durch Hydrolyse von Tetraethylorthosilikat bildete, abgetrieben wurde.The reaction mixture was maintained at 70 ° C. with stirring for 5 hours, whereby ethanol, which formed by hydrolysis of tetraethyl orthosilicate, was driven off.
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Das erhaltene milchige Gel wurde mit destilliertem Wasser auf 400 cm-* aufgefüllt, dieses dann in einen Autoklaven mit Rührer überführt und darin bei 160 0C , 60 h unter dem Druck gehalten, der sich von selbst infolge der Reaktionen einstellt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der erhaltene Feststoff von der Mutterlauge zentrifugiert, mit destilliertem Wasser zur Entfernung löslicher Verunreinigungen gewaschen und schließlich bei 120 0C getrocknet·The milky gel was filled with distilled water to 400 cm- *, then to convert it into an autoclave with a stirrer and is maintained at 160 0 C, 60 h under the pressure which is established automatically as a result of reactions. After cooling to room temperature, the resulting solid was centrifuged from the mother liquor, washed with distilled water to remove soluble impurities, and finally dried at 120 ° C..
Ein Teil dieses Produkts wurde 6 h bei 550 0C gehalten, einem Ionenaustausch mit Amraoniumacetat unterworfen und dann nochmals 6 h bei 550 0G gebrannt·A portion of this product was held for 6 hours at 550 0 C, subjected to ion exchange with Amraoniumacetat 6 h and then again fired at 550 G 0 ·
Das Verhältnis SiOg/BgO., in dem erhaltenen Produkt betrug 60. Der so erhaltene Boralith E zeichnet sich nicht nur durch ein RöntgenbeugungsspektruHl ähnlich dem der Tabelle aus, sondern hat auch in Intensitätsverhältnis I1 : I2 von 0,34, wobei I1 die Intensität im Röntgenbeugungsspektrum bei einem Gitterabstand d 0,363 ± 0,005 nm und für I2 von 0,383 + 0,005 nm sind.The ratio SiOg / BgO., In the product obtained was 60. The Boralith E thus obtained is not only characterized by an X-ray diffraction spectrum similar to that of the table, but also has an intensity ratio I 1 : I 2 of 0.34, where I 1 the intensity in the X-ray diffraction spectrum at a grating pitch d is 0.363 ± 0.005 nm and for I 2 is 0.383 + 0.005 nm.
Entsprechend Beispiel 1 wurden weitere Boralithe hergestellt, deren Verhältnisse der Reaktionspartner in Tabelle 3 zusammengefaßt sind· Bei Beispiel 6 wurde als Silioium-liefernde Verbindung kolHdale Kieselsäure ("Ludox A.S.") mit 40 Gew,-% SiO2 angewandt. Bei allen anderen Beispielen wurde jedoch Tetraethylorthosilikat eingesetzt·According to Example 1 further Boralithe were prepared, the ratios of the reactants are summarized in Table 3. In Example 6 kolHdale silica ("Ludox AS") with 40 wt -% SiO 2 was used as Silioium-supplying compound. In all other examples, however, tetraethylorthosilicate was used.
Die so erhaltenen Boralithe sind durch das g Verhältnie und das Verhältnis der Intensitäten der angegebenen Gitterabstände charakterisiert·The boron heel thus obtained are characterized by the g ratio and the ratio of the intensities of the stated lattice spacings.
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