DE1567888C - Process for the preparation of crystalline zeolite Y. - Google Patents
Process for the preparation of crystalline zeolite Y.Info
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zeolith Y unter Verwendung von Reaktionssystemen mit niedrigem Siliciumdioxyd- und Wassergehalt. .;The invention relates to a process for the preparation of zeolite Y using reaction systems with low silica and water content. .;
Zeolith Y ist ein synthetisches kristallines Aluminosilicat vom sogenannten Molekularsiebtyp, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es strukturell aus einem dreidimensionalen Gitterwerk von SiO4- und AlO4-tetraedern besteht, das über Sauerstoffatome vernetzt ist und innere Räume enthält, die Moleküle mit bestimmten kritischen Abmessungen zu adsorbierenZeolite Y is a synthetic crystalline aluminosilicate of the so-called molecular sieve type, which is characterized by the fact that it structurally consists of a three-dimensional lattice structure of SiO 4 and AlO 4 tetrahedra, which is cross-linked by oxygen atoms and contains internal spaces containing molecules with certain critical dimensions to adsorb
ίο vermögen. Hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung ist üblicher kristallisierter Zeolith Y durch die folgende Formel gekennzeichnet:ίο fortune. Regarding the chemical composition Common crystallized zeolite Y is characterized by the following formula:
0,9 ± 0,2 Na2O: Al2O3: w SiO2: λ: H2O.0.9 ± 0.2 Na 2 O: Al 2 O 3 : w SiO 2 : λ: H 2 O.
Hierin hat w einen Wert von mehr als 3 bis zu 6 und χ einen Wert bis zu 9. Durch Behandlung mit Säuren oder einem Chelatbildner, der aus einer großen Zahl geeigneter Chelatbildner ausgewählt ist, z. B. mit Acetylaceton, kann der Wert von w durch selektive Entfernung von Aluminium aus der Kristallstruktur wesentlich erhöht werden, ohne das charakteristische Röntgenbeugungsbild des frisch hergestellten Kristalls zu zerstören. Dieses Beugungsbild hat im wesentlichen die nachstehend in Tabelle A genannten Werte. DieHerein, w has a value of more than 3 up to 6 and χ has a value of up to 9. By treatment with acids or a chelating agent selected from a large number of suitable chelating agents, e.g. B. with acetylacetone, the value of w can be increased significantly by selective removal of aluminum from the crystal structure without destroying the characteristic X-ray diffraction pattern of the freshly produced crystal. This diffraction pattern has essentially the values given in Table A below. the
as Werte für den Zwischenebenenabstand d sind in Angström ausgedrückt.The values for the interplanar distance d are expressed in angstroms.
1·1·
13, 1,1; 11, 7,10.8.2
13, 1.1; 11, 7,
88813,3,3; 995
888
Zeolith Y ist ausführlich in der USA.-Patentschrift 3 130 007 beschrieben. Ebenfalls beschrieben ist dort das zur Herstellung von Zeolith Y angewendete Verfahren, das im allgemeinen darin besteht, daß man ein wäßriges Natriumaluminosilicatgemisch altert, digeriert und kristallisiert, wobei die Anteile der Reaktionsteilnehmer in Mol Na2O, H2O, .Al2O3 und SiO2 hauptsächlich von dem Rohmaterial abhängen,Zeolite Y is extensively described in U.S. Patent 3,130,007. There is also described the process used to prepare zeolite Y, which generally consists of aging, digesting and crystallizing an aqueous sodium aluminosilicate mixture, the proportions of the reactants being expressed in moles of Na 2 O, H 2 O, Al 2 O 3 and SiO 2 mainly depend on the raw material,
das als Siliciumträger für das Reaktionssystem gewählt wurde. Wenn beispielsweise Natriumsilicat, Silicagele oder Kieselsäure als SiliciumqueUe verwendet werden, muß das wäßrige Natriumaluminosilicat-Reaktionssystem, ausgedrückt in Molverhältnissen der Oxyde, in einem der nachstehend in Tabelle B genannten Bereiche fallen.which was selected as the silicon support for the reaction system. For example, if sodium silicate, Silica gels or silicic acid used as silicon source must be the aqueous sodium aluminosilicate reaction system in terms of molar ratios of oxides fall within one of the ranges given in Table B below.
Bereich a Bereich bArea a Area b
Bereich cArea c
NaaO/SiOs
SiO2/Al2O3
H2O/Ha2ONa a O / SiOs
SiO 2 / Al 2 O 3
H 2 O / Ha 2 O
0,6 bis 1,00.6 to 1.0
8 bis 308 to 30
12 bis 9012 to 90
1,5 bis 1,7
10 bis 30
20 bis 901.5 to 1.7
10 to 30
20 to 90
1,9 bis 2,1 etwa 10 40 bis 901.9 to 2.1 about 10 40 to 90
Wenn ein wäßiiges kolloidales Kieselsäuiesol oder ao Kieselsäure und für den Rest Natriumsilikat verkihi f Kil l d d fü d Gih fld ZIf an aqueous colloidal silica sol or ao silica and for the remainder sodium silicate verkihi f Kil l d d fü d Gih fld Z
eine reaktionsfähige amorphe feste Kieselsäure als Siliciumträger verwendet wird, müssen die Molverhältnisse der Oxyde in einen der Bereiche in Tabelle C fallen.If a reactive amorphous solid silica is used as the silicon support, the molar ratios must be used the oxides fall into one of the ranges in Table C.
Na2O/SiOa
SiO2/Al2O3
H2O/Na2ONa 2 O / SiO a
SiO 2 / Al 2 O 3
H 2 O / Na 2 O
Bereich dArea d
0,28 bis 0,300.28 to 0.30
8 bis 108 to 10
30 bis 5030 to 50
Bereich cArea c
etwa 0,4 10 bis 27 30 bis 50about 0.4 10 to 27 30 to 50
Zwar ist Zeolith Y als eines der vielseitigsten und wirksamsten synthetischen kristallinen Molekularsiebzeolithe sowohl für Adsorptions- als auch Katalysezwecke erkannt worden, jedoch gehört er zu den Zeolithen, die am schwierigsten in gleichbleibend hoher Reinheit und in hohen Ausbeuten, bezogen auf die Ausgangsmaterialien,' herauszustellen sind. ,Zeolite Y is recognized as one of the most versatile and effective synthetic crystalline molecular sieve zeolites has been recognized for both adsorption and catalysis purposes, but it is one of the Zeolites, the most difficult to obtain in consistently high purity and in high yields on the starting materials' are to be emphasized. ,
Nach der belgischen Patentschrift 598 968 dient in erster Linie Kaolin als Ausgangsmaterial. Die Zusammensetzung der Reaktionsgemische liegt außer- ·>-, halb der erfindungsgemäßen Bereiche. Die deutsche ijjj Patentschrift 1295 533 beschreibt ein Verfahren, daß von Reaktionsmischungen mit niedrigem Na2O-Gehalt ausgeht. Als kleinstes Verhältnis von H2O: Na2O wird 14,8 erreicht. Beide zitierten Verfahren verwenden wäßrige Gemische der Reaktionspartner. According to Belgian patent specification 598 968, kaolin is primarily used as the starting material. The composition of the reaction mixtures is outside the ranges according to the invention. The German patent specification 1295 533 describes a process that starts from reaction mixtures with a low Na 2 O content. The lowest ratio of H 2 O: Na 2 O reached is 14.8. Both cited processes use aqueous mixtures of the reactants.
Gegenstand der Erfindung ist dagegen ein Verfahren zur Herstellung von Zeolith Y aus einem Reaktionssystem auf Basis von Trockengelmischungen, das eine wirksamere Zusammensetzung hat, die zu einer höheren Ausbeute an Zeolith Y pro Gewichtseinheit des eingesetzten Siliziumträgers und zu einem erhöhten, auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad der Apparatur führt, als die bisher verwendeten Reaktionssysteme. Der erfindungsgemäße Verfahrensgang hat erhebliche wirtschaftliche Vorteile, da die hydrothermale Behandlung mit Vorrichtungen durchgeführt werden kann, die zur Verarbeitung von Feststoffen verwendet werden.The invention, however, is a process for the production of zeolite Y from a Reaction system based on dry gel mixtures, which has a more effective composition that to a higher yield of zeolite Y per unit weight of the silicon support used and to one increased, volume-based efficiency of the apparatus than those previously used Reaction systems. The process according to the invention has significant economic advantages, since the hydrothermal treatment can be carried out with devices designed for processing Solids are used.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von kristallinem Zeolith Y durch hydrothermale Behandlung von wäßrigen Natriumaluminosilikatgemischen ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Quelle von wenigstens 80 Molprozent des Siliciumdioxyds im Gemisch feste reaktionsfähige amorphe wendet und für das Gemisch folgende Zusammensetzung einhält:The method according to the invention for the preparation of crystalline zeolite Y by hydrothermal Treatment of aqueous sodium aluminosilicate mixtures is characterized by having as a source of at least 80 mole percent of the silica Solid reactive amorphous in the mixture and the following composition for the mixture complies with:
Na2O/SiO2 0,2 bis weniger als 0,6
SiO2/Al2O3 3,5 bis 7
H2O/Na2O 8 bis 13.Na 2 O / SiO 2 0.2 to less than 0.6 SiO 2 / Al 2 O 3 3.5 to 7
H 2 O / Na 2 O 8 to 13.
Das Reaktionsgemisch wird wenigstens 6 Stunden,The reaction mixture is at least 6 hours,
vorzugsweise 8 bis 48 Stunden, bei Raumtempeiatur gealtert, bevor es auf erhöhte 'Temperatur gebracht wird. Die erhöhte Temperatur wird beibehalten, bis Kristalle von Zeolith Y gebildet worden sind.preferably 8 to 48 hours, aged at room temperature before being brought to elevated 'temperature will. The elevated temperature is maintained until crystals of zeolite Y have been formed.
Für die Zuführung der erforderlichen reaktionsfähigen Form von Silicium, Aluminium und Natrium .zum Reaktionssystem erwiesen sich Verbindungen, die bisher in üblichen Verfahren zur Herstellung von Zeolith Y verwendet wurden, als ebenfalls geeignet für das Verfahren gemäß der Erfindung. Aluminium in Form von aktiviertem Aluminiumoxyd, y-Aluminiumoxyd, Aluminiumtrihydrat, Aluminiumoxydgelen, Aluminiumoxydsolen und Natriumaluminat, Silicium in Form von festen amorphen Siliciumdioxyden, wie Dampfphasenkieselsäure, chemisch gefällten Siliciumdioxyden, Kieselsäure, Kieselsäuregelen, Kieselsäuresolen und Natriumsilicaten und Natrium in Form von Natriumhydroxyd, Natriumaluminat odei Natriumsilicat sind sämtlich geeignete Reagenzien. Als Siliciumträger dient vorzugsweise ein festes amorphes Siliciümdioxyd mit mittlerer Teilchengröße unter etwa 1,0 μ. Aluminiumoxydtrihydrat wild als Aluminiumquelle und Natriumhydroxyd als Natriumquelle bevorzugt. For supplying the required reactive form of silicon, aluminum and sodium .Zum reaction system have been found to be compounds that have hitherto been used in conventional processes for the preparation of Zeolite Y were also used as being suitable for the process according to the invention. aluminum in the form of activated aluminum oxide, y-aluminum oxide, Aluminum trihydrate, aluminum oxide gels, aluminum oxide sols and sodium aluminate, silicon in the form of solid amorphous silicon dioxides, such as vapor phase silica, chemically precipitated silicas, silica, silica gels, silica sols and sodium silicates and Sodium in the form of sodium hydroxide, sodium aluminate or sodium silicate are all suitable Reagents. A solid, amorphous silicon dioxide with a medium level is preferably used as the silicon carrier Particle size below about 1.0 microns. Alumina trihydrate is wildly preferred as the aluminum source and sodium hydroxide as the sodium source.
Wenn die Reaktionsteilnehmer zui Bildung des Reaktionssystems, aus dem Zeolith A kristallisiert, zusammengegeben weiden, ist die Reihenfolge des Mischens nicht entscheidend wichtig. Zwar sind alle Reaktionssysteme im Rahmen der Erfindung »nasse« Gele, d.h., sie können in Appaiaturen, die zur Handhabung von fließfähigen Medien geeignet sind, verarbeitet weiden, jedoch wird bei Systemen am unteren Ende des Bereiches des H„O/Na2O-Veihälthisses bei Verwendung eines festen amorphen Siliciumdioxyds als Siliciumträger eine gleichmäßige Zusammensetzung bei allen Reihenfolgen des Mischens, zuweilen nicht sofort erreicht. Demgemäß erwies es sich zur Erzielung eines Reaktionssystems von völlig gleichmäßiger Zusammensetzung als zweckmäßig, die endgültige Zusammensetzung zu bilden, indem eine Aufschlämmung des festen amorphen SiliciumdioxydsIf the reactants are brought together to form the reaction system from which zeolite A crystallizes, the order of mixing is not critically important. Although all reaction systems within the scope of the invention are "wet" gels, ie they can be processed in apparatuses that are suitable for handling flowable media, systems at the lower end of the range of the H "O / Na 2 O- As a result, when a solid amorphous silicon dioxide is used as the silicon carrier, a uniform composition is sometimes not achieved immediately in all the sequences of mixing. Accordingly, in order to obtain a reaction system of perfectly uniform composition, it has been found useful to form the final composition by adding a slurry of the solid amorphous silica
mit einer Lösung des Natriumaluminats in Wasser gemischt wird. Wenn Natriumaluminat als Aluminium-, träger verwendet wird, wird dessen wäßrige Lösung einfach gebildet, indem ein Teil der insgesamt erforderlichen Wassermenge zum Natriumaluminat gegeben wird. Wenn jedoch Aluminiumoxyd oder Aluminiumtrihydrat verwendet werden soll, wird die Natriumaluminatlösung hergestellt, indem dieses Reagenz in einer wäßrigen Natriumhydroxydlösung bei etwa 900C gelöst wird. Es ist vorteilhaft, die so gebildete Natriumaluminatlösung vor der Vermischung mit der wäßrigen Aufschlämmung des festen amorphen Siliciumdioxyds auf etwa 30° C zu kühlen.is mixed with a solution of the sodium aluminate in water. When sodium aluminate is used as the aluminum support, its aqueous solution is formed simply by adding a portion of the total amount of water required to the sodium aluminate. However, when alumina or aluminum trihydrate should be used, the sodium aluminate solution is prepared by this reagent is dissolved in an aqueous sodium hydroxide solution at about 90 0 C. It is advantageous to cool the sodium aluminate solution thus formed to about 30 ° C. before mixing it with the aqueous slurry of solid amorphous silicon dioxide.
Ebenso wie bei den üblichen bekannten Verfahren zur Herstellung von ZeolithY erwies es sich als vorteilhaft, das Gel zu altern, indem es bei Umgebungs^ temperatur (etwa 23° C) etwa 8 bis 48 Stunden ruhig stehengelassen wird. Die Alterungsdauer ist um so länger, je höher das Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-. Verhältnis ist. Anschließend wird die Temperatur in den Bereich von etwa 80 bis 120° C, vorzugsweise auf etwa 1000C, erhöht, worauf man die Digerierung und Kristallisation etwa 48 Stunden stattfinden läßt. Eine Digerierungsdauer von nur etwa 5 Stunden ist angewendet worden, jedoch wird eine Dauer von etwa 20 bis 48 Stunden bevorzugt.As with the usual known processes for the production of zeolite, it has proven advantageous to age the gel by allowing it to stand quietly at ambient temperature (about 23 ° C.) for about 8 to 48 hours. The higher the silicon dioxide-aluminum oxide, the longer the aging time. Ratio is. The temperature is then increased in the range from about 80 to 120.degree. C., preferably to about 100.degree. C., whereupon the digestion and crystallization are allowed to take place for about 48 hours. A digestion time of only about 5 hours has been used, but a time of about 20 to 48 hours is preferred.
Die Kristalle von Zeolith Y werden mit reinem Wasser gewaschen, bis das ablaufende Waschwasser einen pH-Wert von weniger als 8 hat. Die Kristalle werden anschließend getrocknet und bei Temperaturen von etwa 300 bis 4500C aktiviert. Wenn eine feste reaktionsfähige amorphe Kieselsäure ein Reaktionsgemisch, das ein wäßriges Natriumaluminatsilicat enthält, die Quelle von wenigstens 80 Molprozent des, Siliciumdioxyds im Gemisch ist und der Rest durch Natriumsilicat gestellt wird, kann ein Reaktionsteilnehmergemisch mit einem sehr niedrigen Wassergehalt verwendet werden. An Hand der folgenden Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.The crystals of zeolite Y are washed with pure water until the washing water running off has a pH value of less than 8. The crystals are then dried and activated at temperatures of about 300 to 450 0 C. When a solid reactive amorphous silica is a reaction mixture containing an aqueous sodium aluminate silicate, the source of at least 80 mole percent of the silica in the mixture and the remainder being provided by sodium silicate, a reactant mixture having a very low water content can be used. The process according to the invention is described in more detail with the aid of the following examples.
Beispiel 1 und 2Example 1 and 2
Unter Verwendung, eines amorphen festen Siliciumdioxyds als Siliciumträger, von Aluminiumtrihydrat als Aluminiumträger und Natriumhydroxyd (76 Gewichtsprozent Na2O) als Natriumquelle tmd vonUsing an amorphous solid silica as the silicon support, aluminum trihydrate as the aluminum support, and sodium hydroxide (76 percent by weight Na 2 O) as the sodium source and of
ίο Wasser wurden 2 Reaktionssysteme wie folgt her-ίο water, 2 reaction systems were produced as follows
. gestellt: ..·'... placed: ..·'..
. Ein ausreichender Teil des ingsesamt verwendeten Wassers wurde zur Auflösung des Natriumhydroxyds verwendet. Das Aluminiumtrihydrat wurde zu dieser Lösung gegeben und genügend lange auf 900C erhitzt, um das Aluminiumtrihydrat zu lösen und Natriumaluminat mit dem verfügbaren Natrium zu bilden. Das Siliciumdioxyd wurde in das restliche Wasser eingerührt und bei einer Temperatur von 300C zur Natriumaluminatlösung gegeben. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Gemisches wurde mit einem schweren Knetwerk oder mit einem mit Kühlmantel versehenen Bandmischer kräftig durchgearbeitet. Die erhaltenen trockenen Gele wurden 8 bis 48 Stunden. A sufficient proportion of all the water used was used to dissolve the sodium hydroxide. The aluminum trihydrate was added to this solution and heated to 90 ° C. for a sufficient time to dissolve the aluminum trihydrate and to form sodium aluminate with the available sodium. The silica was stirred into the rest of the water and added at a temperature of 30 0 C to the sodium aluminate solution. In order to achieve a uniform mixture, a heavy kneader or a ribbon mixer equipped with a cooling jacket was used vigorously. The resulting dry gels were 8 to 48 hours
as bei Raumtemperatur gealtert und dann 48 Stunden bei 100° C digeriert. Das kristalline Produkt (Zeolith Y) wurde abhängig vom Natriumhydroxydgehalt entweder gewaschen, bis der pH-Wert des ablaufenden Waschwassers 8 betrug, oder keiner weiteren Behandlung unterworfen. In allen Fällen wurde die Struktur von Zeolith Y durch übliche Röntgenanalyse festgestellt. Die Zusammensetzungen der jeweiligen Reaktionssysteme, ausgedrückt in Molfraktionen und in Molverhältnissen der Oxyde von Natrium, Aluminium, Silicium und Wasserstoff, der ungefähre Prozentsatz von ZeolithY im kristallisierten Produkt und das SiO2/Al2O3-Verhältnis des gebildeten Zeolithe Y sind in der folgenden Tabelle genannt.Aged at room temperature and then digested for 48 hours at 100 ° C. Depending on the sodium hydroxide content, the crystalline product (zeolite Y) was either washed until the pH of the washing water running off was 8, or was not subjected to any further treatment. In all cases, the structure of zeolite Y was determined by conventional X-ray analysis. The compositions of the respective reaction systems, expressed in molar fractions and in molar ratios of the oxides of sodium, aluminum, silicon and hydrogen, the approximate percentage of zeolite Y in the crystallized product and the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of the zeolite Y formed are in the following Called table.
Beispiel
Nr.example
No.
Molfraktion des GelsMolfraction of the gel
SiO2 SiO 2
AUO3 AUO 3
Na2ONa 2 O
H2OH 2 O
MolMole
MolMole
MolverhältnisseMolar ratios
NajO/SiO,NajO / SiO,
SiOJAl2O8 HaO/Na20SiOJAl 2 O 8 H a O / Na 2 O
Produkteinheit (%)Product unit (%)
Röntgenanalyse X-ray analysis
O2/
Adsorption*)O 2 /
Adsorption*)
SKyAl2O3
im ProduktSKyAl 2 O 3
in the product
0,570
0,7020.570
0.702
0,130
0,1060.130
0.106
0,300
0,1920.300
0.192
2,5
2,52.5
2.5
0,526
0,2740.526
0.274
4,38 6,674.38 6.67
95,8
10095.8
100
98,0
8898.0
88
*) 100°/o ZeolithY = 34,5% O2-Adsorption bei 100 mm Hg und -183°C.*) 100% zeolite Y = 34.5% O 2 adsorption at 100 mm Hg and -183 ° C.
3
4,763
4.76
Claims (2)
SiO2/Al2O3 3,5 bis 7
H2O/Na2O 8 bis 13.Na 2 O / SiO 2 0.2 to less than 0.6
SiO 2 / Al 2 O 3 3.5 to 7
H 2 O / Na 2 O 8 to 13.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US48410965A | 1965-08-31 | 1965-08-31 | |
US48411665A | 1965-08-31 | 1965-08-31 | |
US48410965 | 1965-08-31 | ||
US48411665 | 1965-08-31 | ||
DEU0013047 | 1966-08-27 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1567888A1 DE1567888A1 (en) | 1972-03-09 |
DE1567888B2 DE1567888B2 (en) | 1972-07-20 |
DE1567888C true DE1567888C (en) | 1973-02-15 |
Family
ID=
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