DD296899A5 - HYDROPHOBIC ZEOLITHIC ALUMINOSILICATE WITH A HYDROPHILIC ALUMINUM-FINISHED SURFACE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents

HYDROPHOBIC ZEOLITHIC ALUMINOSILICATE WITH A HYDROPHILIC ALUMINUM-FINISHED SURFACE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF Download PDF

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DD296899A5
DD296899A5 DD34319790A DD34319790A DD296899A5 DD 296899 A5 DD296899 A5 DD 296899A5 DD 34319790 A DD34319790 A DD 34319790A DD 34319790 A DD34319790 A DD 34319790A DD 296899 A5 DD296899 A5 DD 296899A5
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Burkhard Schlicht
Wolfgang Lutz
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Schlicht,Burkhard,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrophobes zeolithisches Aluminosilicat mit hydrophiler Oberflaeche und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das hydrophobe zeolithische Aluminosilicat weist einen Gradienten des SiO2/Al2O3-Moduls von der Kristalloberflaeche zum Inneren hin auf. Erzeugt wird dieser Gradient durch eine rekristallisierende Realuminierung an der Oberflaeche mit einer 0,01 bis 5 n Natriumaluminatloesung bei Temperaturen zwischen 10 und 70C.{Dealuminierung; Aluminosilicate; Vorbehandlung, thermochemisch, extraktiv, substitutionell; Realuminierung, rekristallisierend; Oberflaeche; Natriumaluminat; Aluminiumgradient; Kristallinnere; Stabilitaet, hydrothermal; Hydrophobizizaet}The invention relates to a hydrophilic zeolite aluminosilicate having a hydrophilic surface and a process for its preparation. The hydrophobic zeolitic aluminosilicate has a gradient of the SiO 2 / Al 2 O 3 modulus from the crystal surface to the interior. This gradient is produced by a recrystallizing surface finish with a 0.01 to 5 N sodium aluminate solution at temperatures between 10 and 70 C. {Dealumination; aluminosilicates; Pretreatment, thermochemical, extractive, substitutional; Realization, recrystallization; Surface; sodium; aluminum gradient; Crystal inside; Stability, hydrothermal; Hydrophobizizaet}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein hydrophobes zeolithisches Aluminiumsilicat mit hydrophiler aluminiumreicher Oberfläche und ein Verfahren zu seiner Herstellung, bei dem die Einsatzstoffe thermochemischen oder extraktiven oder substitutioneilen Behandlungsstufen unterworfen werden.The invention relates to a hydrophilic zeolite aluminum silicate having a hydrophilic aluminum-rich surface and a process for its preparation in which the starting materials are subjected to thermochemical or extractive or substitutional treatment steps.

Das erfindungsgemäße hydrophobe zeolithische Aluminiumsilicat ist besonders zu selektiven Stofftrennung geeignet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Y-Zeolithe hoher hydrothermaler Stabilität, ausgeprägter Hydrophobizität udn spezifischer katalytischer Aktivität herzustellen.The hydrophobic zeolitic aluminum silicate according to the invention is particularly suitable for selective separation of substances. With the method according to the invention it is possible to produce Y-zeolites of high hydrothermal stability, pronounced hydrophobicity and specific catalytic activity.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Zeolithische Molekularsiebe der allgemeinen Formel Me2/nO · X AI2O3 · Y SiO2 · Z H2O,Zeolitic molecular sieves of the general formula Me 2 / n O.XAl 2 O 3 .Y SiO 2 .ZH 2 O,

worin Me ein Metallkation, η die Ladungszahl des Kations, X= 1, Y = 2 bis 6, Z = 0 bis 9 bedeutet, sind als Adsorbenzien zur selektiven Stofftrennung und katalytischen Stoffwandlung bekannt.where Me is a metal cation, η is the charge number of the cation, X = 1, Y = 2 to 6, Z = 0 to 9, are known as adsorbents for selective separation and catalytic conversion.

Diese Zeolithe werden bekanntlich auf direktem Wege durch Vermischen von Natriumsilicat und Natriumaluminat in alkalischer Lösung, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Komponenten, mit anschließender Kristallisation des anfallenden Aluminosilicatgels gewonnen.These zeolites are known to be obtained directly by mixing sodium silicate and sodium aluminate in alkaline solution, optionally with the addition of further components, followed by crystallization of the resulting aluminosilicate gel.

In der sich ausbildenden mikroporösen Zeolith-Struktur sind die Silicium- und Aluminiumatome über TO4-Tetraeder (T = Si, Al) miteinander verknüpft.In the developing microporous zeolite structure, the silicon and aluminum atoms are linked together via TO 4 tetrahedra (T = Si, Al).

Aus der Vierfachkoordination des Aluminiums resultiert die negative Ladung des Zeolith-Gerüstes. Diese wird durch Natriumionen kompensiert, die nach Abtrennung der Syntheselösung und Waschen der Kristalle in definierter Menge im Zeolith verbleiben.Quadruple coordination of the aluminum results in the negative charge of the zeolite framework. This is compensated by sodium ions, which remain in the zeolite after separation of the synthesis solution and washing of the crystals in a defined amount.

Traditionell bekannte Produkte dieser Stoffklasse sind Zeolithe des Typs A, X und Y, die sich in ihrer Struktur als auch in ihrem Gehalt an Aluminium innerhalb des Gerüstes mit у = 2 für den Typ А, у = 2 bis 3 für den Typ X und у = 3 bis 6 für den Typ Y unterscheiden. Mit sinkendem Gehalt an Aluminium und damit negativen und positiven Ladu ngsträgern im Kristall steigt dessen Hydrophobizität in der Sequenz A < X < Y. Dementsprechend werden polare Moleküle, beispielsweise Wasser oder Schwefelwasserstoff, bevorzugt am Zeolith Y adsorbiert. Gleichzeitig steigt die katalytische Aktivität der Zeolithe, vorzugsweise in Crack-Prozessen.Traditionally known products of this class are zeolites of the type A, X and Y, which are in their structure and in their content of aluminum within the framework with у = 2 for the type А, у = 2 to 3 for the type X and у = 3 to 6 for the type Y differ. With decreasing content of aluminum and thus negative and positive Ladu ngsträger in the crystal increases its hydrophobicity in the sequence A <X <Y. Accordingly, polar molecules, such as water or hydrogen sulfide, preferably adsorbed on the zeolite Y. At the same time, the catalytic activity of the zeolites increases, preferably in cracking processes.

Es ist bekannt, die Hydrophobizität und katalytische Aktivität der Zeolithe vom Typ Y durch eine weitere Erhöhung des Moduls S1O2/AI2O3ZU steigern. Da dies für Faujasite auf direktem Wege infolge Synthese nicht erreichbar ist, wurden Verfahren zur Dealuminierung der Y-Zeolithe eingesetzt. Diese Dealuminierung wird bekanntlich durch eine thermochemische, extraktive oder substitutionelle Behandlungsprozedur erreicht.It is known to increase the hydrophobicity and catalytic activity of type Y zeolites by further increasing the S1O2 / Al2O3ZU modulus. Since this is not achievable for faujasites by direct route as a result of synthesis, methods for dealumination of the Y zeolites were used. This dealumination is known to be accomplished by a thermochemical, extractive or substitutional treatment procedure.

Während beim thermochemischen Verfahren das aus dem Gitter herausgelöste Aluminium im Kristall verbleibt - es kann aber auch mittels zusätzlicher Säurebehandlung herausgelöst werden - sind die nach dem extraktiven oder Substitutionellen Verfahren dealuminierten Zeolithe frei von Nicht-Gitter-Aluminium.Whereas in the thermochemical process the aluminum dissolved out of the lattice remains in the crystal - but it can also be leached out by means of additional acid treatment - the zeolites dealuminated by the extractive or substitutional method are free of non-lattice aluminum.

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Diese so dealuminierten Y-ZeotSthe erreichen im Vergleich zum Ausgangsmaterial zwar eine höhere thermische, haben aber eine wert geringere hydrothermale Stabilität. Deahiminiefte Y-Zeolithe für Stofftrenn- und Stoffwandlungsprozesse werden bei hohen Temperaturen mit Wasserdampf regeneriert, wodurch geringe Standzeiten der Zeolithe, hohe Energieaufwendungen bei ihrer Regeneration und erhebliche Umweltbelastungen verursacht werdenThese so dealuminated Y-ZeotSthe achieve a higher thermal compared to the starting material, but have a lower hydrothermal stability value. Deahiminized Y zeolites for mass separation and material conversion processes are regenerated at high temperatures with steam, resulting in low zeolite lifetimes, high energy expenditure in their regeneration and significant environmental impact

Auch die Selektivität und Aktivität der Molekularsiebe werden dadurch nachteilig beeinflußt. The selectivity and activity of the molecular sieves are adversely affected.

Bei der Dealuminierung nach dem thermochemischen Verfahren wird aus der Protonenform des Zeoliths Y, die nach Austausch der Natrium- gegen Ammoniumionen mit anschließender thermischer Zersetzung des Ammoniumions erhalten wird, die dealuminierte Form bei thermischer Behandlung im Temperaturbereich von SOO bis 9000C in Gegenwart von Wasserdampf hergestellt. Oas dabei aus dem Gerüst herausgelöste Aluminium verbleibt als Nicht-Gerüst-Aluminium im Kristall. Die bei der Herauslösung gebildeten Fehlstellen heilen durch Einbau von Silicium aus, das an den anderen Stellen freigesetzt wird. So sind neben den Mikroporen im dealuminierten Material auch Mesoporen enthalten.In dealumination by the thermochemical process, the dealuminate of the zeolite Y, which is obtained after exchange of the sodium for ammonium ions with subsequent thermal decomposition of the ammonium ion, the dealuminated form upon thermal treatment in the temperature range from SOO to 900 0 C in the presence of water vapor manufactured. The aluminum removed from the framework remains as non-framework aluminum in the crystal. The defects formed during leaching heal by incorporation of silicon, which is liberated at the other sites. Thus, in addition to the micropores in the dealuminated material also mesopores are included.

Aus der DE-AS 2906656 ist ein hydrophobes zeolhhisches Aluminiumsilikat und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Das hydrophobe zeolithische Aluminiumsitikat hat ein molares SiO2/AljO3-Verhältnis von 4,5 bis 35, vorzugsweise 4,5 bis 9,0, eine Ionenaustausch!« pazität von nicht mehr als 0,070, eine Elementarzellendimension von 24,2 bis 24,45Ä, eine Oberfläche von mindestens 350 mVg, eine Adsorptionskapazität für Wasserdampf bei 25°C und einen p/po-Wert von 0,10 von weniger als 5,0Gew.-% und einen Restbutanortestwert von nicht mehr als 0,40Gew.-%.From DE-AS 2906656 a hydrophilic zeolhhisches aluminum silicate and a process for its preparation is known. The hydrophobic zeolitic aluminum isocyanate has a molar SiO 2 / AljO 3 ratio of 4.5 to 35, preferably 4.5 to 9.0, an ion exchange capacity of not more than 0.070, a unit cell dimension of 24.2 to 24, 45A, a surface area of at least 350 mVg, an adsorption capacity for water vapor at 25 ° C and a p / p o value of 0.10 of less than 5.0% by weight and a residual butanone test value of not more than 0.40% by weight. %.

Dieses bekannte hydrophobe zeolithische Aluminiumsilikat wird durch eine Calcinierung bei Temperaturen von 725 bis 8700C über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Adsorptionskapazität für Wasserdampf auf weniger als 5,0 Gew.-% zu vermindern, und nach Abkühlung durch einen den Na2O-Gehalt unter 0,5Gew.-% vermindernden Ionenaustausch erhalten. Die DE-OS 3142057 offenbart einen katalytisch wirksamen Zeolith, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Verwendung desselben.This known hydrophobic zeolitic aluminum silicate is obtained by calcination at temperatures of 725 to 870 0 C for a time sufficient to reduce the adsorption capacity for water vapor to less than 5.0 wt .-%, and after cooling by a Na 2 O content less than 0.5 wt% of reducing ion exchange. DE-OS 3142057 discloses a catalytically active zeolite, a process for its preparation and the use thereof.

Dieser bekannte Zeolith wird durch Austausch eines Natriumzeolithen vom Typ Y mit einer Ammoniumsalzlösung, Calcinieren des mit Ammoniumionen ausgetauschten Zeolithen bei einer Temperatur von etwa 537 bis 815°C und Umsetzen des calcinieren Zeolithen mit einer sauren Aluminiumsalzlösung mit einem pH-Wert von 2,0 bis 3,7 hergestellt. Als Ammoniumsalz wird Ammoniumsulfat und als Aluminiumsalz Aluminiumsulfat verwendet.This known zeolite by exchanging a Natriumzeolithen Y-type with an ammonium salt solution, calcining the exchanged with ammonium ions, zeolite at a temperature of about 537-815 ° C and reacting the calcined zeolite with an acidic aluminum salt solution having a pH value of 2.0 to 3.7 made. The ammonium salt used is ammonium sulfate and the aluminum salt is aluminum sulfate.

Die bekannten thermochemtschen Verfahren nach DE-AS 2906656 und DE-OS 3142057 haben den Nachteil eines hohen Energieverbrauches, der durch den Eintausch von Ammoniumionen, der Calcination bei Temperaturen oberhalb von 5000C und die thermische Behandlung im Wasserdampfstrom verursacht wird. Aufwendige Umweltschutzmaßnahmen, die zum Schutz von Abwasser und Abluft vor Ammoniak erforderlich sind, verteuern diese bekannten technischen Lösungen. Nachteilig wirken außerdem Kondensationseffekte von Sorptiven in den Mesoporen und die Einlagerung des Nicht-Gitter-Aluminiums in den Kristall, die die Selektivität und Aktivität der Produkte unerwünscht beeinflussen können. Es sind auch extraktive Verfahren nach DE-AS 1467149, DE-AS 2435716 und DE-PS 2510700 bekannt.The known thermochemical method according to DE-AS 2906656 and DE-OS 3142057 have the disadvantage of high energy consumption, which is caused by the exchange of ammonium ions, the calcination at temperatures above 500 0 C and the thermal treatment in the steam stream. Extensive environmental protection measures, which are required for the protection of wastewater and exhaust air from ammonia, make these known technical solutions more expensive. Also disadvantageous are the condensation effects of sorptives in the mesopores and the incorporation of the non-lattice aluminum into the crystal, which may undesirably affect the selectivity and activity of the products. There are also extractive method according to DE-AS 1467149, DE-AS 2435716 and DE-PS 2510700 known.

In der DE-AS 1467149 wird ein Verfahren zur Erhöhung des Siliciumdioxyd/Aluminiumoxyd-Verhältnisses im Kristallgitter eines kristallinen Aluminiumsilicate der Zeolithstruktur beschrieben.DE-AS 1467149 describes a process for increasing the silica / alumina ratio in the crystal lattice of a crystalline aluminosilicate of the zeolite structure.

Der kristalline Zeolith wird mindestens teilweise in die Wasserstofform überführt und dann in Gegenwart eines Lösungsmittels und gegebenenfalls eines Komplex- oder Chelatbildner für Aluminium behandelt bis die gewünschte Menge an Aluminiumionen aus den Tetraederplätzen des Kristallgitters entfernt ist.The crystalline zeolite is at least partially converted to the hydrogen form and then treated in the presence of a solvent and optionally a complex or chelating agent for aluminum until the desired amount of aluminum ions is removed from the tetrahedral sites of the crystal lattice.

Diese Aluminiumionen werden durch weitere Umsetzung mit einem komplex- oder chelatbildenden Mittel in einen Komplex oder ein Chelat überführt und vom Zeolith abgetrennt.These aluminum ions are converted into a complex or chelate by further reaction with a complexing or chelating agent and separated from the zeolite.

Ein Verfahren zur Herstellung von Zeolithen mit verbesserter Hochtemperatur- und Säurebeständigkeit ist aus der DE-PS 2510700 bekannt, bei dem der kristalline Aluminiumsilicatzeolith einem Basenaustausch mit einer Lösung von Salzen stickstoffhaltiger Basen unterworfen wird, wobei der Alkaligehah durch ein- oder mehrstufigen Basenaustausch verringert, das Produkt von nichtflüchtigen Anionen freigewaschen und auf Temperaturen zwischen 150 und 650X erhitzt, nachfolgend der Gehalt an Alkatlmetatfionen durch erneuten ein- oder mehrstufigen Basenaustausch verringert, das Produkt von nicht flüchtigen Anionen freigewaschen und bei Temperaturen zwischen 540 und 820°C calciniert wird. Die nach der zweiten Catcinierungsstufe erhaltenen Reaktionsprodukte behandelt man mit einer Lösung einer starken Mineralsäure.A process for the preparation of zeolites having improved high temperature and acid resistance is known from DE-PS 2510700, in which the crystalline aluminosilicate zeolite is subjected to a base exchange with a solution of salts of nitrogenous bases, wherein the alkali metal reduces by single or multi-stage base exchange, the Product of non-volatile anions washed and heated to temperatures between 150 and 650X, then the content of Alkatlmetatfionen reduced by renewed single or multi-stage base exchange, the product is washed free of non-volatile anions and calcined at temperatures between 540-820 ° C. The reaction products obtained after the second stage of the catination are treated with a solution of a strong mineral acid.

Diese bekannten Extraktionsverfahren haben den Nachteil, daß auch sie einen hohen Energieanfall verursachen und durch die Verwendung von Komplex-oder Chelatbildnern umweltproblematisch sind. Darüber hinaus sind Chelatbildner und konzentrierte Säuren teuer.These known extraction methods have the disadvantage that they also cause a high energy attack and by the use of complex or chelating agents are environmentally problematic. In addition, chelating agents and concentrated acids are expensive.

Außerdem haben diese Zeolithe Störstellen, die zu einer partiellen Amorphisierung, vor allem bei ihrer Anwendung führen. Ein weiterer Nachteil besteht in einer geringen hydrothermalen Stabilität der nach diesen bekannten Verfahren hergestellten Produkte.In addition, these zeolites have impurities that lead to a partial amorphization, especially in their application. Another disadvantage is a low hydrothermal stability of the products produced by these known methods.

Der Ablagerung Von Nicht-Gitter-Aluminium und dem Auftreten von Störstellen wirken bekanntlich die Substitutionsverfahren entgegen. Diese bekannten Verfahren ersetzen das im Zeolithgerüst enthaltene Aluminium durch Silicium. Aus der DE-PS 3132380 ist ein Verfahren zur Herstellung von ultrastabilen Zeolithen des Y-Typs bekannt, bei dem aktivierte Zeolithe bei Temperaturen von 150 bis 450X mit gasförmigen Chlor-, Fluor- oder Bromsilan umgesetzt werden. Die DE-OS 3 719049 beschreibt ein Verfahren zum Einbau von Silicium-Atomen anstelle von Aluminium-Atomen in das Kristallgitter eines Zeolithen durch Reaktion eines aktivierten kristallinen Zeolithen des Faujasit-Typs mit einem Halogensilan bei erhöhter Temperatur und anschließender Wäsche. Die Reaktionstemperatur liegt unter 150X und als Halogensilan wird ein Chlorsilan, insbesondere Siliciumtetrachlorid eingesetzt.The deposition of non-lattice aluminum and the occurrence of impurities are known to counteract the substitution processes. These known methods replace the aluminum contained in the zeolite skeleton by silicon. From DE-PS 3132380 a process for the preparation of ultrastable zeolites of the Y-type is known in which activated zeolites are reacted at temperatures of 150 to 450X with gaseous chlorine, fluorine or bromosilane. DE-OS 3,719049 describes a method for incorporation of silicon atoms in place of aluminum atoms in the crystal lattice of a zeolite by reaction of an activated crystalline zeolite of the faujasite type with a halosilane at elevated temperature and subsequent washing. The reaction temperature is below 150X and the halosilane used is a chlorosilane, in particular silicon tetrachloride.

Das Waschen erfolgt mit wäßrigen Pufferlösungen und Wasser. Diese nach dem bekannten Substitutionsverfahren hergestellten Produkte haben aber eine geringe hydrothermale Stabilität, die besonders bei der Regeneration hydrophober Adsorbenzien oder Katalysatoren mit Wasser auf Grund der Materialauflösung im Wasser zu kurzen Standzeiten führt. Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die die chemische bzw. hydrothermale Stabilität dealuminierter Zeolithe verbessern. Diese bekannten Verfahren verfolgen eine Modifizierung der Kristalloberfläche.The washing is carried out with aqueous buffer solutions and water. However, these products produced by the known substitution process have a low hydrothermal stability, which leads to short lifetimes especially in the regeneration of hydrophobic adsorbents or catalysts with water due to the dissolution of material in the water. Furthermore, processes are known which improve the chemical or hydrothermal stability of dealuminated zeolites. These known methods follow a modification of the crystal surface.

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So nutzt das Verfahren nach DE-OS 3806932 die Alkalisierung der Oberfläche von Kristallen, indem das Material unmittelbarThus, the process according to DE-OS 3806932 uses the alkalization of the surface of crystals by the material directly

nach der Synthese im alkalischen Zustand bei hoher Temperatur calciniert wird. Die Modifizierung erfolgt durch Kristallisationbei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur. Filtration, Ionenaustausch, Trocknung und gegebenenfalls Aktivierung durchthermische Behandlung. Die thermische Vorbehandlung des Zeolithen wird im alkalischen Zustand mit nachfolgendemis calcined after the synthesis in the alkaline state at high temperature. The modification is carried out by crystallization at elevated pressure and elevated temperature. Filtration, ion exchange, drying and optional activation by thermal treatment. The thermal pretreatment of the zeolite is in the alkaline state with subsequent

Innenaustausch und erneuter Aktivierung vorgenommen.Internal exchange and renewed activation made. Das Verfahren gemäß DE-OS 3806932 hat den Nachteil, daß die Erzeugung der alkalischen Schicht energieintensiv ist. Sinter-The process according to DE-OS 3806932 has the disadvantage that the generation of the alkaline layer is energy-intensive. sintered

und Schmelzprozesse beeinträchtigen außerdem den Zugang zum Mikroporensystem. Ferner ist eine Schädigung desand melting processes also affect access to the micropore system. Furthermore, damage to the

Kristallinneren infolge Rekristallisation nicht ausschließbar.Crystal interior not excludable due to recrystallization. Ein anderes bekanntes Verfahren (DE-OS 3125251) offenbart die Herstellung von KohlenwasserstoffumwandlungskatalysatorenAnother known process (DE-OS 3125251) discloses the preparation of hydrocarbon conversion catalysts

aus Zeolith, Aluminiumoxid oder einer anorganischen Oxidmatrix. Zunächst wird eine wäßrige Aufschlämmung vonfeinteiligem Zeolith hergestellt, zu der eine Aluminiumsalzlösung gegeben und der pH-Wert des gebildeten Reaktionsgemischesauf etwa 7 bis 8 eingestellt wird, damit eine Ausfällung von wasserhaltigen Aluminiumoxid auf den Zeolithteilchen erreicht wird.from zeolite, alumina or an inorganic oxide matrix. First, an aqueous slurry of fine zeolite is prepared to which an aluminum salt solution is added and the pH of the formed reaction mixture is adjusted to about 7 to 8 to achieve precipitation of hydrous alumina on the zeolite particles.

Anschließend wird der pH-Wert des Reaktionsgemisches mit einer Base auf etwa 9 bis 11 zur Stabilisierung des AluminiumoxidsSubsequently, the pH of the reaction mixture with a base at about 9 to 11 to stabilize the alumina

erhöht. Als Aluminiumsalzlösungen werden Aluminiumsulfat- oder Natriumaluminatlösungen oder Mischungen dieserelevated. As aluminum salt solutions are aluminum sulfate or Natriumaluminatlösungen or mixtures of these

Lösungen verwendet.Solutions used. Die mit diesem bekannten Verfahren hergestellten Produkte sind in ihrem Kristallinneren ungeschützt. Außerdem verringert sichThe products produced by this known method are unprotected in their crystal interior. It also decreases

der Anteil an aktivern Zeolith,the proportion of active zeolite,

Des weiteren besteht der Nachteil darin, daß der Zugang zum Mikrorensystem durch die Oxidschicht erschwert bzw. verhindertFurthermore, there is the disadvantage that access to the micro-terrorism system is impeded or prevented by the oxide layer

wird.becomes.

H.Hamdan und J.Klinowski (ACS Sym. Ser. No398, Sehe448 bis 464 [1989]-M.: Occellie, H.E.Robson, Eds.) beschreiben einH. Hamdan and J. Klinowski (ACS Sym. Ser. No398, Sehe448 to 464 [1989] -M .: Occellie, H. E. Robson, Eds.) Describe Verfahren zur sekundären Synthese von Zeolithen der Typen X und Y sowie ZSM-5.Process for the secondary synthesis of zeolites of types X and Y and ZSM-5. Bei diesem bekannten Verfahren wird Aluminium infolge isomorpher Substitution von Gitter-Silicium durch Aluminium wiederIn this known method, aluminum is recovered due to isomorphous substitution of lattice silicon by aluminum

in das Gerüst dealuminierter Zeolithe durch alkalische Laugung eingebaut. Als alkalische Lösung verwendet dieses Verfahrenzur Vermeidung von Rekristallisationsprozessen Kalilauge.incorporated into the framework of dealuminated zeolites by alkaline leaching. As an alkaline solution, this method uses potassium hydroxide to prevent recrystallization processes.

Die Steigerung der hydrothermalen Stabilität wird jedoch bei diesen Produkten mit der Aufhebung der durch die DealuminierungThe increase in hydrothermal stability, however, occurs in these products with the lifting of the dealumination

bewirkten adsorptiven und katalytischen Eigenschaften sowie der thermischen Stabilität erkauft.caused adsorptive and catalytic properties and the thermal stability bought.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der hydrothermalen und thermischen Stabilität, der Verbesserung der Hydrophobizität, in der Beseitigung der unerwünschten Beeinflussung von Selektivität und der katalytischen Aktivität, in der Vermeidung der partiellen Amorphisierung, in der Herabsetzung des Energieverbrauches und in der Verbesserung des Umweltschutzes beim Einsatz hydrophoberzeolithischer Aluminosilicate.The object of the invention is to increase the hydrothermal and thermal stability, to improve the hydrophobicity, to eliminate the undesirable effects of selectivity and catalytic activity, to avoid partial amorphization, to reduce energy consumption and to improve environmental protection when using hydrophobic zeolite aluminosilicates.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrophobes zeolithisches Aluminosilicat zu entwickeln, das einenThe invention has for its object to develop a hydrophobic zeolitic aluminosilicate, a Aluminiumgradienten von der Kristalloberfläche zum Kristallinneren hin aufweist.Aluminum gradient from the crystal surface to the crystal inside out. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, bei Gewährleistung einer hohen Hydrophobizität, katalytischen undThe invention is further based on the object, while ensuring a high hydrophobicity, catalytic and

thermischen Stabilität ohne Einschränkung des Zutritts zum Mikroporensystem diesen Gradienten im Aluminosilicat zuerzeugen.thermal stability without limiting access to the micropore system to produce this gradient in the aluminosilicate.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das hydrophobe zeolithische Aluminosilicat einen Gradienten desAccording to the invention, this object is achieved in that the hydrophobic zeolitic aluminosilicate a gradient of SiO2/AI2Oj-MOdUIs von a2 an der Kristalloberfläche bis 200 im Kristallinneren hat.SiO 2 / Al 2 Oj MOdUIs from a2 at the crystal surface to 200 in the crystal interior. Die Aufgabe wird femer dadurch gelöst, daß eine rekristallisierende Realuminierung des dealuminierten zeolithischenThe object is further solved by a recrystallizing realumination of the dealuminated zeolitic Aluminosilicate an seiner Oberfläche mit einer 0,01 bis 5 η Lösung von Natriumaluminat bei Temperaturen zwischen 10 und 70°CAluminosilicates on its surface with a 0.01 to 5 η solution of sodium aluminate at temperatures between 10 and 70 ° C.

durchgeführt wird.is carried out.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Natriumaluminatlösung Natronlauge inIn a preferred embodiment of the process according to the invention, the sodium aluminate solution is sodium hydroxide solution in

der Konzentration einer 0,1 bis 3n Lösung zugesetztthe concentration of a 0.1 to 3n solution added

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Verweilzeit in derIn a further preferred embodiment of the process according to the invention, the residence time in the Natriumaluminatlösung wenige Sekunden bis 20 Stunden.Sodium aluminate solution a few seconds to 20 hours. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine stufenweise Durchführung derA preferred embodiment of the method according to the invention provides a stepwise implementation of

rekristallisierenden Realuminierung vor, indem die Behandlung mit hoher Konzentration in der ersten Stufe begonnen und diesebei abfallender Losungskonzentration in der letzten Stufe mit Wasser beendet wird.recrystallizing realumination by starting the high concentration treatment in the first stage and terminating with decreasing solution concentration in the last stage with water.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die verbrauchte Lösung nach der Fest/Flüssig-Trennung inIn a further embodiment of the method according to the invention, the spent solution after the solid / liquid separation in

der folgenden Stufe wiederverwendet, wobei nur für die erste, Stufe frische Lösung eingesetzt wird.reused at the next stage, using fresh solution only for the first, stage.

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung, insbesondere ihre Effektivität, besteht in der Erhöhung derThe technical-economic effects of the invention, in particular their effectiveness, consists in the increase of

hydrothermalen und thermischen Stabilität und in der Verbesserung der Hydrophobizität. Die Erfindung ermöglicht diehydrothermal and thermal stability and in the improvement of hydrophobicity. The invention enables the

Beseitigung der unerwünschten Beeinflussung der Selektivität und katalytischen Aktivität. Die partielle Amorphisierung wirdElimination of undesirable effects on selectivity and catalytic activity. The partial amorphization becomes

vermieden. Gleichzeitig wird der Energieverbrauch herabgesetzt und der Umweltschutz verbessert.avoided. At the same time, energy consumption is reduced and environmental protection improved.

Ausführungsbeispieleembodiments Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to four exemplary embodiments. Als Einsatzprodukte für die stabilisierende Behandlung werden Zeolithe verwendet, die erhalten werden nach demAs feedstocks for the stabilizing treatment zeolites are used, which are obtained after the

- thermischen Verfahren mit anschließender Extraktion des Nicht-Gitter-Aluminiums, indem das Ausgangsmaterial NaY des- Thermal process followed by extraction of the non-lattice aluminum by the starting material NaY of

-4- 295-4- 295

Moduls SiOj/AI2Oj ш 4,6 in zwei Schritten mit Ammoniumionen ausgetauscht, zwischenzeitlich bei 5200C calciniert, anschließend bei 7400C in Gegenwart von Wasserdampf eines Partialdruckes von 1 atm getempert und in 1 η HCI im Rücklauf gelaugt, oderModule SiOj / Al 2 Oj ш 4.6 exchanged in two steps with ammonium ions, calcined in the meantime at 520 0 C, then annealed at 740 0 C in the presence of water vapor of a partial pressure of 1 atm and leached in 1 η HCl in the reflux, or

- ,Extraktionsverfahren, indem ein zweimal mit Ammoniumionen und zwischenzeitlich bei 600"C calcinierter Zeolith in 2,5 η HNOj zweimal unter Rühren gelaugt, oder-, Extraction process by leaching a twice with ammonium ions and meanwhile at 600 "C calcined zeolite in 2.5 η HNOj twice with stirring, or

- Substitutionsverfahren, indem der von Wasser befreite Zeolith bei 4700C in einem mit SiCI4 beladenen Inertgasstrom behandelt wurde.- Substitution process by the de-watered zeolite was treated at 470 0 C in an SiCI 4 loaded inert gas stream.

In Tabelle 1 sind die erreichten Dealuminierungsgrade und die hydrothermale Stabilität bezogen auf das AusgangsmaterialTable 1 shows the degrees of dealumination achieved and the hydrothermal stability relative to the starting material

dargestellt. Gleichermaßen enthält Tabelle 1 auch die hydrothermale Stabilität der behandelten Proben, die mit der Angabe desshown. Likewise, Table 1 also shows the hydrothermal stability of the treated samples, which is indicated by the

Moduls SiO2/AI2O3 der Kristalloberfläche im Vergleich zu dem der Volumenphase ergänzt wurde.Module SiO 2 / Al 2 O 3 of the crystal surface was added in comparison to the volume phase. Die Prüfung der hydrothermalen Stabilität erfolgt grundsätzlich unter Sättigungsdruck des Wassers für 72 Stunden bei einemThe hydrothermal stability test is basically carried out under saturation pressure of the water for 72 hours at a Masseverhältnis Feststoff/Flüssigkeit von 40.Mass ratio solid / liquid of 40. Diese verschärften Prüfbedingungen wurden gewählt, um deutliche Veränderungen der Kristallstruktur zu erhalten.These tightened test conditions were chosen to obtain significant changes in the crystal structure. Tabelle 1Table 1

Probesample Art d. DealuminierungType d. dealumination Modul SiO2/AI2O3 Module SiO 2 / Al 2 O 3 hydrothermalhydrothermally MOdUlSi(VAI2O3 MOdUlSi (VAI 2 O 3 Oberfl.Surface. hydrotherhydrothermal stabilstable __ mal stabilsometimes stable bis °Cto ° C Vol.Vol. 1616 bis "Cto "C NaYNaY __ 4,64.6 215215 __ __ USIUSI thermochem. u.ThermoChem. u. 9090 120120 8888 1212 195195 sr. Extraktionsr. extraction 1919 USIIUSII Extraktionextraction 5656 105105 4848 1717 175175 USIIIUSIII Substitutionsubstitution 6868 130130 6868 205205 USIVUSIV Substitutionsubstitution 6868 130130 6565 195195

US: UltrastabilUS: ultrastable

(die Verteilung von SiO2 und AI2O3 im Volumen und auf der Oberfläche wurde mittels naßchemischer Analyse und ESCA-(the distribution of SiO 2 and Al 2 O 3 in the volume and on the surface was determined by means of wet-chemical analysis and ESCA).

Messung ermittelt).Measurement determined). Beispiel 1example 1 Der nach dem thermochemischen Verfahren dealuminierte und extrahierte Zeolith USI wurde bei 400C für 1 Stunde in einer 0,1 ηThe dealuminated and extracted by the thermochemical process zeolite USI was at 40 0 C for 1 hour in a 0.1 η Lösung von Natriumaluminat intensiv gerührt, gewaschen und getrocknet.Solution of sodium aluminate thoroughly stirred, washed and dried. Ohne Verlust an Kristallinität und Hydrophobizität wurde eine Steigerung der hydrothermalen Stabilität von 12O0C auf 195°CWithout loss of crystallinity and hydrophobicity, an increase in the hydrothermal stability from 12O 0 C to 195 ° C.

erhalten. Während die Volumenphase der Kristalle nahezu unverändert vorlag, war deren Oberfläche deutlich mit Aluminiumangereichert.receive. While the volume phase of the crystals was almost unchanged, their surface was clearly enriched with aluminum.

Beispiel 2Example 2 Ein durch Säureextraktion dealuminiertes zeolithisches Material USII wurde bei Raumtemperatur in einer 2 η Lösung vonA zeolitic material USII dealuminated by acid extraction was reacted at room temperature in a 2 η solution of Natriumaluminat suspendiert und für 10 Minuten gerührt, nach Fest/Flüssig-Trennung in 0,15n Lösung von NatriumaluminatSodium aluminate and stirred for 10 minutes, after solid / liquid separation into 0.15N solution of sodium aluminate

aufgenommen und 30 Minuten gerührt sowie anschließend nach erneuter Fest/Flüssig-Trennung in einer dritten Stufe für 3and stirred for 30 minutes and then after a further solid / liquid separation in a third stage for 3

Stunden mit Wasser behandelt.Hours treated with water. Bei geringem Verlust an Hydrophobizität wurde eine Steigerung der hydrothermalen Stabilität um 700C infolge derWith a slight loss of hydrophobicity, an increase in the hydrothermal stability by 70 0 C due to the Realuminierung der Kristalloberfläche erzielt.Realization of the crystal surface achieved. Beispiel 3Example 3 Ein mittels Substitution von Gitter-Aluminium durch Silicium dealuminierter Zeolith USIII wurde in seiner hydrothermalenA zeolite USIII dealalyated by substitution of lattice aluminum by silicon was used in its hydrothermal Stabilität infolge der Realuminierung der Kristalloberfläche in 0,3η Natriumaluminatlösung und einstündigem Rühren bei 60°CStability due to the re-aluminization of the crystal surface in 0.3 N sodium aluminate solution and stirring at 60 ° C for 1 hour

erheblich gesteigert.considerably increased.

Die Kristallinität und die Sorptionseigenschaften des so behandelten Materials waren nicht nachweislich geändert.The crystallinity and the sorption properties of the material thus treated had not been demonstrably changed. Beispiel 4Example 4 Ein mittels Substitution dealuminierter Zeolith USIV wurde zur Erhöhung seiner hydrothermalen Stabilität für 15 Minuten inA substitution dealuminated zeolite USIV was used to increase its hydrothermal stability for 15 minutes in

einer 1,2n Lösung von Natriumaluminat, die Natronlauge entsprechend einer 1,7 η Lösung enthielt, behandelt.a 1.2N solution of sodium aluminate containing sodium hydroxide solution corresponding to a 1.7 η solution treated.

Ohne Verlust an Kristallinität und Hydrophobizität wurde eine Steigerung der hydrothermalen Stabilität auf 195"C bewirkt.Without loss of crystallinity and hydrophobicity, an increase in hydrothermal stability to 195 ° C was effected.

Claims (6)

-1- 295 899 Patentansprüche:-1- 295 899 Claims: 1. Hydrophobes zeolithisches Aluminosilicat mit hydrophiler aluminiumreicher Oberfläche und einen Gradienten des SiO2/AI2O3-Moduls von >2 an der Kristalloberfläche bis 200 im Kristallinneren.1. Hydrophobic zeolitic aluminosilicate with a hydrophilic aluminum-rich surface and a gradient of the SiO 2 / Al 2 O 3 modulus of> 2 at the crystal surface to 200 in the crystal interior. 2. Verfahren zur Herstellung von hydrophoben zeolithischen Aluminosilicat mit hydrophiler aluminiumreicher Oberfläche nach Anspruch 1, bei dem die Einsatzstoffe thermochemischen oder extraktiven oder substitutioneilen Prozeßstufen unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine rekristallisierende Realuminierung des dealuminierten Aluminosilicates an seiner Oberfläche mit einer 0,01 η bis 5 η Lösung von Natriumaluminat bei Temperaturen zwischen 10 und 700C durchgeführt wird.2. A process for the preparation of hydrophilic zeolitic aluminosilicate hydrophilic aluminum-rich surface according to claim 1, wherein the starting materials are subjected to thermochemical or extractive or substitutioneil process stages, characterized in that a recrystallizing realumination of the dealuminated aluminosilicate on its surface with a 0.01 η to 5 η solution of sodium aluminate at temperatures between 10 and 70 0 C is performed. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Natriumaluminatlösung Natronlauge in der Konzentration einer 0,1 bis3n Lösung zugesetzt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the sodium aluminate solution of sodium hydroxide solution in the concentration of a 0.1 to 3n solution is added. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in der Natriumaluminatlösung wenige Sekunden bis 20 Stunden beträgt.4. The method according to claim 2 and 3, characterized in that the residence time in the sodium aluminate solution is a few seconds to 20 hours. 5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rekristallisierende Realuminierung stufenweise erfolgt, indem die Behandlung mit hoher Konzentrat in der ersten Stufe begonnen und diese bei abfallender Lösungskonzentration in der letzten Stufe mit Wasser beendet wird.5. The method according to claim 2 to 4, characterized in that the recrystallizing realumination is carried out stepwise by starting the treatment with high concentrate in the first stage and this is terminated with decreasing solution concentration in the last stage with water. 6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Lösung nach der Fest/Flüssig-Trennung in der folgenden Stufe wiederverwendet und nur für die erste Stufe frische Lösung eingesetzt wird.6. The method according to claim 2 to 5, characterized in that the spent solution is reused after the solid / liquid separation in the following stage and fresh solution is used only for the first stage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4207815A1 (en) * 1992-03-09 1993-09-16 Wolfgang Dr Rer Nat Lutz Hydrophobic aluminosilicate zeolite prodn. and stabilisation - by dealumination and then surface alumination with alkaline sodium aluminate soln., to increase stability without conversion to amorphous form
DE102012006542A1 (en) * 2012-04-02 2013-10-02 Clariant Produkte (Deutschland) Gmbh Methyl iodide adsorber, use thereof and method of adsorbing methyl iodide

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