DE3532087A1 - Verfahren zur herstellung eines kristallinen aluminosilikats - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines kristallinen aluminosilikatsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese eines kristallinen Aluminosilikats, speziell eines kristallinen
Aluminosilikats mit hohem Siliciumdioxidgehalt, das sich als Katalysator eignet und beispielsweise in der Industrie,
wie der chemischen Industrie, der Erdölverarbeitung und dergleichen Verwendung findet.
Zur Synthese von kristallinen Aluminosilikaten mit hohem
Siliciumdioxidgehalt sind bereits Verfahren bekannt, bei denen verschiedene quaternäre Ammoniumsalze als Schablone
(template) verwendet werden (D.W. Breck "Zeolite Molecular Sieves", Seiten 304 bis 312, Wiley Interscience, 1974).
Unter diesen Verfahren, bei denen quaternäre Ammoniumsalze eingesetzt werden, ist besonders gut bekannt ein
Verfahren, bei dem ein kristallines Aluminosilikat mit
hohem Siliciumdioxidgehalt des ZSM-5-Typs unter Verwendung eines Tetrapropylammoniumsaltes synthetisiert wird
(US-PS 3 702 886). Neuerdings wurde ein Verfahren zur Synthese eines Siliciumdioxid-reichen kristallinen Aluminosilikats
unter Verwendung eines Amids als Schablone beschrieben
(US-PS 4 472 366; Hiromi Nakamoto und Hiroshi Takahashi, Chemistry Letters, 169, 1981 - The Chemical
Society of Japan). Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, eine große Menge an teuren Reagenzien, wie Tetrapropylammoniumsalz
und N-Hydroxyethylmilchsäureamid einzusetzen, oder, falls ein nicht notwendigerweise teures
Reagenz angewendet wird, wie ein Acetamid, kann zwar ein kristallines Aluminosilikat mit hohem Siliciumdioxidgehalt
und hoher Katalysatoraktivität synthetisiert werden, diese Synthese läßt sich jedoch nur schwierig durchführen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
— D ~
einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung
zu stellen, welches die Synthese eines kristallinen Aluminosilikats ermöglicht, das einen hochaktiven
Katalysator darstellt.
5
5
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Synthese eines kristallinen Aluminosilikats, bei dem ein wässriges
Gemisch, das eine Siliciumdioxidquelle, eine Aluminiumoxidquelle und eine Alkalimetallquelle enthält,
in Gegenwart mindestens einer Verbindung aus der Gruppe dier niederen Alkylharnstoffe und niederen Alkylthioharnstoffe
erhitzt wird.
Die Zusammensetzung des mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens synthetisierten kristallinen Aluminosilikats, das nach dem Waschen mit Wasser und dem Kalzinieren erhalten
wird, kann durch die Formel M„O.Al„O_.xSiO„ ausgedrückt
werden, in der M mindestens ein Alkalimetallatom oder ein Wasserstoffatom bedeutet und χ für eine Zahl
von 10 bis 1000 steht.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es demnach
möglich, ein siliciumdioxidreiches kristallines Aluminosilikat, das als hochaktiver Katalysator verwendet
werden kann, mit Hilfe eines einfachen Verfahrens und ohne die Anwendung eines teuren quaternären Ammoniumsalzes
oder Amids herzustellen. Das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene kristalline
Aluminiumsilikat mit hohem Siliciumdioxidgehalt ist wertvoll als hochaktiver Katalysator zur Hydratation
von Cycloolefinen oder Olefinen, Synthese von niederen Olefinen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen aus
Methanol, zur Synthese von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Paraffinen oder Olefinen u.s.w. . Es ist
auf diese Weise möglich, in wirtschaftlicher Weise und
unter Anwendung von billigen Ausgangsmaterialien in industriellem Maßstab ein kristallines Aluminosilikat,
speziell des Typs ZSM-5, mit hohem Siliciumdioxidgehalt und mit hoher Kristallinität herzustellen.
5
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem die
einfache Synthese eines kristallinen Aluminosilikats mit hohem Siliciumdioxidgehalt, das feinkörnig ist und
hohe Kristallinität besitzt und das sich als hochaktiver Katalysator eignet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen
beschrieben.
In den Zeichnungen bedeuten
15
15
Fig. 1 das Röntgenbeugungsspektrum eines kristallinen
Aluminosilikats, das in Beispiel 1 synthetisiert wurde;
Fig. 2 die mit einem Scanning-Elektronenmikroskop aufgenommene Photographie des in Beispiel 2 erhaltenen
kristallinen Aluminosilikats (Beschleunigungsspannung 20 KV, Vergrößerung 50 000-fach);
Fig. 3 das Röntgenbeugungsspektrum des in Beispiel 3 synthetisierten kristallinen Aluminosilikats;
Fig. 4 das Röntgenbeugungsspektrum des in Beispiel 4 synthetisierten kristallinen Aluminosilikats;
Fig. 5 das Röntgenbeugungsspektrum des in Beispiel 5 synthetisierten kristallinen Aluminosilikats; und
Fig. 6 das Röntgenbeugungsspektrum des in Beispiel 6 synthetisierten kristallinen Aluminosilikats.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben.
Gemäß der Erfindung können als Siliciumdioxidquelle,
Aluminiumoxidquelle und als Alkalimetallquelle solche Verwendung finden, wie sie allgemein bei der Synthese
von Zeolithen (kristallinen Aluminosilikaten) eingesetzt werden. Als Siliciumdioxidquelle können Natriumsilikat,
Wasserglas, Silicagel, Kieselsäureanhydrid und dergleichen verwendet werden. Als Aluminiumoxidquelle
eignen sich Natriumaluminat, Aluminiumsulfat, Aluminiumnitrat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid und
dergleichen. Als Alkalimetallquelle können Natriumhydroxid, Natriumsilikat, Wasserglas, Natriumaluminat,
Kaliumhydroxid und dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise werden Natriumverbindungen verwendet.
Die für die Zwecke der Efindung verwendbaren Alkylharnstoffe
können durch folgende Formel dargestellt werden:
R1 R,
NCON
/ \
/ \
R2 H
worin einer oder zwei der Reste R1, R- und R_ eine
Alkylgruppe mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen bedeuten und die restliche Gruppe bzw. Gruppen für Wasserstoffatome
stehen.
Zu bevorzugten Beispielen für niedere Alkylharnstoffe
gehören Methylharnstoff, 1,3-Dimethylharnstoff, 1,1-Dimethylharnstoff,
Ethylharnstoff, 1,1-Diethylharnstoff,
1,3-Diethylharnstoff, n-Propylharnstoff, Isopropylharnstoff,
1-Methyl-1-ethylharnstoff, 1-Methyl-3-ethylharnstoff
und dergleichen. Unter diesen Verbindungen wird Dimethylharnstoff am stärksten bevorzugt.
Die er-findungsgemäß geeigneten niederen Alkylthioharnstoffe
können durch die folgende Formel dargestellt werden:
V Λ
NCSN
R5 H
5
5
worin einer oder zwei der Reste R., Rc und R, eine Alkylgruppe
mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und die restliche bzw. die restlichen Gruppen für ein
Wasserstoffatom bzw. Wasserstoffatome stehen.
Zu bevorzugten Beispielen für die niederen Alkylthioharnstoffe gehören Methylthioharnstoff, 1,3-Dimethylthioharnstoff,
1,1-Dimethylthioharnstoff, Ethylthioharnstoff,
1,1-Diethylthioharnstoff, 1 ,3-Diethylthioharnstoff, n-Propylthioharnstoff,
Isopropylthioharnstoff, 1-Methyl-1-ethylthioharnstoff,
i-Methyl-3-ethylharnstoff und dergleichen.
Die aus der Siliciumdioxidquelle, Aluminiumoxidquelle,
der Alkalimetallquelle, Wasser und mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der niederen Alkylharnstoffe und
niederen Alkylthioharnstoffe bestehende Zusammensetzung kann in geeigneter Weise so eingestellt werden, daß sie
innerhalb der nachstehend gezeigten Bereiche liegt, wobei die Menge der Siliciumdioxidquelle als Grammol Siliciumdioxid
(SiO„), die Menge der Aluminiumoxidquelle als Grammol Aluminiumoxid (Al„O ), die Menge der Alkalimetallquelle
als Grammatome Alkalimetall und das Wasser in Grammol berechnet sind:
Siliciumdioxidquelle/Aluminiumoxidquelle = 10 - 1000; Wasser/Siliciumdioxidquelle = 7 - 100;
Alkalimetallquelle/Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 10; A/Siliciumdioxidquelle = 0,01 - 1.
Dabei bedeutet A die Summe der Grammole mindestens einer
Verbindung aus der Gruppe der niederen Alkylharnstoffe
und niederen Alkylthioharnstoffe.
Wenn das Verhältnis von Siliciumdioxidquelle zu Aluminium-5 oxidquelle weniger als 10 beträgt, kann ein Siliciumdioxidreiches
kristallines Aluminosilikat nur mit Schwierigkeit synthetisiert werden, während bei einem Verhältnis von
Siliciumdioxidquelle zu Aluminiumoxidquelle von mehr als 1000 das erhaltene kristalline Aluminosilikat eine verminderte
katalytische Aktivität besitzt.
Wenn das Verhältnis von Wasser zu Siliciumdioxidquelle weniger als 7 beträgt, kann der Synthesevorgang, speziell
das Vermischen, nur unter Schwierigkeiten durchgeführt werden und darüber hinaus kann ein kristallines Aluminosilikat
nur unter Schwierigkeiten gebildet werden. Wenn andererseits das Verhältnis von Wasser zu Siliciumdioxidquelle
mehr als 100 beträgt, kann nur schwierig ein kristallines Aluminiumsilikat erhalten werden.
Bei einem Verhältnis von Alkalimetallquelle zu Siliciumdioxidquelle
von weniger als 0,05 oder von mehr als 10 kann ein kristallines Aluminosilikat nur mit Schwierigkeiten
synthetisiert werden.
Wenn das Verhältnis von A zur Siliciumdioxidquelle weniger als 0,01 beträgt, ist es schwierig, ein siliciumdioxidreiches,
kristallines Aluminosilikat mit hoher Katalysatoraktivität zu erhalten, während bei Anwendung
eines Verhältnisses von mehr als 1 es überhaupt schwierig wird, ein kristallines Aluminosilikat zu synthetisieren.
Stärker bevorzugte Bereiche der Zusammensetzung werden
nachstehend angegeben:
Siliciumdioxidquelle/Aluminiumoxidquelle = 18 - 200; Wasser/Siliciumdioxidquelle = 10 - 50;
Alkalimetallquelle / Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 1; A/Siliciumdioxidquelle = 0,05 bis 0,7.
Am stärksten bevorzugt werden folgende Bereiche für die Zusammensetzung:
10
10
Siliciumdioxidquelle/Aluminiumoxidquelle = 18 - 100; Wasser/Siliciumdioxidquelle = 10 - 50;
Alkalimetallquelle/Siliciumdioxidquelle = 0,15 - 1;
A/Siliciumdioxidquelle =0,05 bis 0,3. 15
Die wässrige Zusammensetzung, die eine Siliciumdioxidquelle/ eine Aluminiumoxidquelle und eine Alkalimetallquelle
umfaßt, in welcher mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der niederen Alkylharnstoffe und niederen
Alkylthioharnstoffe (nachstehend kurz als niedere Alkylharnstof fe bezeichnet) anwesend ist, kann in der nachstehend
beispielhaft gezeigten Weise zubereitet werden.
Eine wässrige Flüssigkeit, die eine Siliciumdioxidquelle
enthält, Wasser, das eine Aluminiumoxidquelle enthält und niedere Alkylharnstoffe werden zusammengegeben und unter
Rühren miteinander vermischt. Gewünschtenfalls kann die
Wasserstoffionenkonzentration durch Zugabe einer Säure oder einer alkalischen Verbindung eingestellt werden. Der
bevorzugte Bereich der Wasserstoffionenkonzentration, angegeben als pH-Wert, liegt im Bereich von 10 bis 13. Eine
Alkalimetallquelle kann zusammen mit der Siliciumdioxidquelle und/oder der Aluminiumquelle zugesetzt werden, oder
kann auch während der Einstellung der Wasserstoffionen-
konzentration zugegeben werden.
Die erwähnte wässrige Zusammensetzung wird, vorzugsweise unter Rühren, bei erhöhter Temperatur gehalten, bis ein
kristallines Aluminosilikat gebildet ist. 5
Die Temperatur, auf die das wässrige Gemisch erhitzt wird, kann im Bereich von 90 bis 250 0C, vorzugsweise 100 bis 180 °C
und, besonders bevorzugt, im Bereich von 150 bis 180 0C
liegen. Der Druck unterliegt keiner speziellen Beschränkung, vorausgesetzt, daß das Reaktionssystem in der flüssigen
Phase gehalten wird; es wird jedoch bevorzugt, die Reaktion unter dem autogenen Dampfdruck durchzuführen.
Die Dauer, die bis zur Bildung von kristallinem Alumino-.silikat
notwendig ist, hängt von der Heiztemperatur ab und unterliegt keiner speziellen Beschränkung. Im allgemeinen
wird jedoch eine Dauer von 10 bis 47 Stunden bevorzugt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch gewünschtenfalls
möglich, zusammen mit der Aluminiumoxidquelle oder anstelle der Aluminiumoxidquelle dem wässrigen Gemisch eine
Metalloxidquelle zuzugeben, wie eine Verbindung des Vanadiums, Mangans, Eisens, Zinks, Galliums, Bors und
dergleichen, wobei ein Zeolith hergestellt wird, der diese Fremdelemente in einem Silikatgitter enthält.
Das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens synthetisierte
kristalline Aluminosilikat kann in bekannter Weise dem Ionenaustausch mit verschiedenen Kationen unterworfen
werden, wobei kristalline Aluminosilikate, die verschiedene Kationen enthalten, hergestellt werden.
Das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens synthetisierte
Aluminosilikat kann unter Verwenduna oder ohne
Verwendung eines bekannten Bindemittels zu Formkörpern mit unterschiedlicher Gestalt verformt werden, falls
dies gewünscht wird.
Das Rontgenbeugungsmuster der mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens synthetisierten kristallinen Aluminosilikate ist in Tabelle 1 gezeigt. Es ist ersichtlich,
daß diese ein Rontgenbeugungsmuster zeigen, das ähnlich dem von kristallinem Aluminosilikatzeolith ZSM-5 ist.
10
7,8+0,2 50-90
8,7 + 0,2 30-60
8,9 + 0r2 10-30 23,0 + 0,2 100
23.3 + 0,2 60 - 90 23,6 + 0,2 30-5.0
23,8 + 0.2 40-70
24.4 + 0,2 20 - 40
(Quelle der Röntgenstrahlung: CuKa)
Das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verahrens synthetisierte
kristalline Aluminosilikat kann vorzugsweise als Katalysator zur Durchführung von an sich bekannten
Reaktionen eingesetzt werden, für welche kristalline Aluminosilikate wirksam sind. Zu Beispielen für verschiedene
Reaktionen, die mit Hilfe von kristallinen Aluminosilikaten wirksam katalysiert werden können, gehören
Hydratationsreaktionen von Olefinen oder Cycloolefinen,
die Synthese von niederen Olefinen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Methanol, die Synthese von aromatischen
Kohlenwasserstoffen aus Paraffinen, Olefinen
u.s.w. Wenn die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
synthetisierten kristallinen Aluminosilikate als Katalysator eingesetzt werden, ist es wünschenswert, daß diese in
einer Form verwendet werden, in der die kationischen Zentren mit Protonen besetzt sind.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele beschrieben, ohne
daß sie auf diese beschränkt sein soll. 10
Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3 , 145 g) wurde mit 70 g Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 10,4 g Aluminiumsulfat
[Al2(SO4)3.16H2O] und 3,5 g Schwefelsäure wurden
in 40 g Wasser gelöst (Flüssigkeit B). 17 g 1,3-Dimethylharnstoff
wurdm in 80 g Wasser gelöst (Flüssigkeit C). Flüssigkeit A wurde mit Flüssigkeit B und Flüssigkeit C unter
Rühren mit Hilfe eines Homogenmischers vermischt. Das erhaltene gelartige
wässrige Gemisch wurde in einen mit Polytetrafluorethylen ausgekleideten 500 ml-Autoklaven gegeben und unter
Rühren mit 900 UpM 20 Stunden lang unter autogenem Druck auf 160 °C erhitzt. Das gebildete kristalline AIuminosilikat
wurde durch Zentrifugieren abgetrennt, mit Wasser gewaschen und 4 Stunden bei 120 C getrocknet.
Das erhaltene kristalline Aluminosilikat hatte ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 28. Das
Röntgenbeugungsmuster dieses Produkts ist in Fig. 1 gezeigt. Es ist ähnlich dem von Zeolith ZSM-5.
Das synthetisierte kristalline Aluminosilikat wurde in eine wässrige Ammoniumchloridlosung gegeben, um es in
kristallines Aluminosilikat in der Ammoniumform überzuführen, und wurde nach dem Trocknen auf 500 C erhitzt,
wobei die Proton-Form des kristallinen Aluminosilikats
erhalten wurde.
Unter Verwendung des wie vorstehend hergestellten kristallinen Aluminosilikats in der H -Form als Katalysator wurde
die Synthese von 2-Methyl-2-propanol durch Hydratation von Isobuten durchgeführt. Dabei wurden 30 g Isobuten, 50 g
Wasser und 10 g des Katalysators in einen vorher mit Stickstoff gespülten Autoklaven aus rostfreiem Stahl mit einem
Fassungsvermögen von 150 ml gegeben und der Autoklav wurde unter Schütteln 40 min. lang in einem auf 70 °C erhitzten
Wasserbad gehalten. Dann wurde der Autoklav aus dem Wasserbad entnommen, abgekühlt und das Ventil des
Autoklaven wurde geöffnet, um Isobuten zu verdampfen. Die verbleibende wässrige Phase wurde durch Gaschromatographie
analysiert. Es wurde festgestellt, daß die wässrige Phase 31,5 Gew.-% 2-Methyl-2-propanol enthielt, während kein
weiteres Produkt festgestellt wurde.
1450 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurde mit 1150 g
Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 125 g Aluminiumsulfat
[Al„ (SO.) .16H O] und 25 g konzentrierte Schwefelsäure wurden in 600 g Wasser gelöst (Flüssigkeit B); außerdem
wurden 125 g 1,3-Dimethylharnstoff in 900 g Wasser gelöst
(Flüssigkeit C). Flüssigkeit A wurde unter Rühren mit Hilfe eines Homogenmischers mit Flüssigkeit B und Flüssigkeit
C vermischt. Das erhaltene gelartige wässrige Gemisch wurde in einen Autoklaven aus rostfreiem Stahl mit
einem Fassungsvermögen von 5 1 gegeben und unter Rühren mit 1200 üpm 24 Stunden lang unter autogenem Dampfdruck
auf 160 °C erhitzt. Das gebildete kristalline Aluminosilikat
wurde mit Hilfe einer Zentrifuge abgetrennt, mit
Wasser gewaschen und 4 Stunden lang bei 120 C getrocknet.
Das erhaltene kristalline Aluminosilikat wurde Messungen
unter dem Elektronenmikroskop (Elektronen-Mikroanalysator) und durch Röntgenbeugung unterworfen. Fig. 2 zeigt eine
mit dem Scanning-Elektronenmikroskop aufgenommene Mikrophotographie des erhaltenen Aluminosilikats, dessen Kristalle
kürzere Durchmesser von 0,4 bis 0,6 um hatten und dessen
Molverhältnis Siliciumdioxid zu Aluminiumoxid 25 betrug. Das Produkt zeigte das gleiche Röntgenbeugungsmuster
wie in Fig. 1 .
Nach dem Kalzinieren bei 550 C während 5 Stunden wurde festgestellt, daß die Ausbeute etwa 90 %, bezogen auf
das eingesetzte Silicium (berechnet als Siliciumdioxid) betrug.
Das erhaltene kristalline Aluminosilikat wurde 5 Stunden lang in einem Luftstrom bei 550 °C kalziniert. Dann wurde
es dem Ionenaustausch mit einer 2-molaren wässrigen Ammoniumchloridlösung
unterworfen, mit Wasser gewaschen, filtriert und getrocknet, wonach erneut 2 Stunden-bei
400 0C kalziniert wurde, um die kationischen Zentren in
die Protonenform überzuführen.
1 g kristallines Aluminosilikat in der Protonform, 2,4 g Cyclohexen und 2,7 g Wasser wurden in eine druckfeste
Glasampulle mit einem Fassungsvermögen von 15 ml gegeben und die Ampulle wurde nach dem Verschließen unter Schütteln
1 Stunde lang in einem auf 120 C erhitzten Ölbad gehalten. Die ölphase des gebildeten Produkts wurde durch
Gaschromatographie analysiert, wobei ein Anteil an 14,5 Gew.-% Cyclohexanol festgestellt wurde.
72 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurde mit 35 g Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 5,2 g Aluminiumsulfat
[Al„(SO4)3.16H2O] und 1,2 g Schwefelsäure wurden in
20 g Wasser gelöst (Flüssigkeit B). 11,4 g 1,3-Diethylharnstoff
wurden in 40 g Wasser gelöst (Flüssigkeit C). Flüssigkeit A wurde mit Flüssigkeit B und Flüssigkeit C
unter Rühren mit Hilfe eines Homogenmischers vermischt. Das erhaltene wässrige gelartige Gemisch wurde in einen
mit polytetrafluorethylen ausgekleideten 200 ml-Autoklaven
gegeben und unter Rühren bei 800 Upm 20 Stunden lang unter dem autogenen Dampfdruck auf 160 C erhitzt.
Das erhaltene kristalline Aluminsilikat wurde in gleieher
Weise wie in Beispiel 1 isoliert und aufbereitet, wobei 18,2 g kristallines Aluminosilikat mit einem Molverhältnis
Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 29 erhalten wurde. Das Röntgenbeugungsspektrum dieses Produkts ist
in Fig. 3 gezeigt. Es ist ähnlich dem von Zeolith ZSM-5.
145 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurde mit 70 g Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 10,4 g Aluminiumsulfat
[Al (SO ) .16H3O] und 2 g Schwefelsäure wurden in
40 g Wasser gelöst (Flüssigkeit B). 17 g 1,3-Dimethylthioharnstoff
wurde zu 80 g Wasser gegeben (Flüssigkeit C) Flüssigkeit A wurde unter kräftigem Rühren mit Flüssigkeit
B und Flüssigkeit C vermischt. Das so erhaltene gelartige wässrige Gemisch wurde 24 Stunden lang unter
Rühren mit 900 Upm auf 160 °C erhitzt. Das gebildete kristalline Aluminosilikat wurde durch Zentrifugieren
abgetrennt, mit Wasser gewaschen und bei 120 C getrocknet.
Das erhaltene kristalline Aluminosilikat zeigte das in Fig. 4 dargestellte Röntgenbeugungsspektrum, das ahnlieh
dem von Zeolith ZSM-5 ist.
36 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurde mit 20 g Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 1,3 g Aluminiumsulfat
([Al2(SO4J3.16H2O], 5,0 g Methylharnstoff und 0,7 g
Schwefelsäure wurden in 30 g Wasser gelöst (Flüsskeit B). Flüssigkeit A wurde unter Rühren mit Flüssigkeit B vermischt,
wobei ein gelartiges wässriges Gemisch erhalten wurde. Das wässrige Gemisch wurde in einen mit Polytetrafluorethylen
ausgekleideten 100 ml-Mikrozylinder gebracht,
dieser verschlossen und 47 Stunden lang unter autogenem Dampfdruck bei 170 C gehalten. Das kristalline
Aluminosilikat wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 gewonnen und aufbereitet. Es zeigte sich, daß
das erhaltene kristalline Aluminosilikat ein Molverhältnis
Siliciumdioxid zu Aluminiumoxid von 47 hatte. Das Rontgenbeugungsspektrum dieses Produkts ,das in
Fig. 5 gezeigt ist, ist ähnlich dem von Zeolith ZSM-5.
Beispiel 5 wurde wiederholt, mit der Abänderung , daß 5,0 g Ethylharnstoff anstelle von 5,0 g Methylharnstoff
verwendet wurden, wobei ein kristallines Aluminosilikat hergestellt wurde. Das gebildete kristalline Aluminosilikat
hatte ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 45 und wurde in Form von hexagonalen Platten erhalten.
Sein Röntgenbeugungsspektrum ist in Fig. 6 gezeigt. Es ist ähnlich dem Röntgenbeugungsspektrum von Zeolith ZSM-5.
1450 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurde mit 1150 g
Wasser vermascht (Flüssigkeit A). 74 g Aluminiumsulfat
[Al (SO J3.16H2O] wurden in 600 g Wasser gelöst (Flüssigkeit
B). Außerdem wurden 125 g 1,3-Dimethylharnstoff in
900 g Wasser gelöst (Flüsskeit C). Flüssigkeit A wurde unter Rühren mit Hilfe eines Homogenmischers mit Flüssigkeit
B und Flüssigkeit C vermischt und die Wasserstoffionenkonzentration
(pH-Wert) des Gemisches wurde durch tropfenweise Zugabe von 20%-iger Schwefelsäure auf 12,5
eingestellt. Das erhaltene gelartige wässrige Gemisch wurde in einen 5 1-Autokfeven gegeben und 24 Stunden lang
unter Rühren mit 900 Upm unter autogenem Dampfdruck auf
160 °C erhitzt. Das gebildete kristalline Aluminosilikat wurde durch Zentrifugieren abgetrennt, mit Wasser gewaschen
und 4 Stunden lang bei 120 °C getrocknet. Das erhaltene kristalline Aluminosilikat wurde mit Hilfe eines
Elektronenmikroskops und durch Rontgenbeugungsspektrometrie
untersucht. Es wurde festgestellt, daß das Aluminosilikat in Form von feinen Körnern erhalten wurde, daß es
ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 4 0 hatte und ein Röntgenbeugungsspektrum ähnlich dem von ZSM-5
hatte. Die nach dem 5-stündigen Kalzinieren bei 550 C bestimmte Ausbeute betrug etwa 90 %, bezogen auf das Siliciumdioxid
im Ausgangsmaterial.
Ein gelartiges wässriges Gemisch wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 7 hergestellt, mit der Abänderung, daß
185 g Aluminiumsulfat [Al^ (SO.)-.. 1 6H„O] verwendet wurden.
Das wässrige Gemisch wurde in einen 5 1-Autoklaven gegeben und unter Rühren mit 1000 Upm 20 Stunden lang unter autogenem
Dampfdruck auf 160 C erhitzt. Das gebildete
kristalline Aluminosilikat wurde durch Zentrifugieren abgetrennt/ mit Wasser gewaschen und 4 Stunden lang bei
120 0C getrocknet. Durch die Untersuchung mit Hilfe des
Elektronenmikroskops und durch Röntgenbeugungsspektrometrie wurde festgestellt, daß das kristalline Aluminosilikat
ein ähnliches Röntgenbeugungsmuster wie ZSM-5 zeigte, in Form von hexagonalen Platten einer Dicke von
0,4 bis 0,6 μΐη und kurzen Durchmessern von 0,4 bis
0,6 μΐη vorlag und ein Siliciumdioxid/Aluminiumoxid-Molverhältnis
von 19 hatte. Die nach dem 5-stündigen Kalzinieren bei 550 C bestimmte Ausbeute betrug etwa 90 %,
bezogen auf das Siliciumdioxid im Ausgangsmaterial.
580 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurdenmit 460 g Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 75 g Aluminiumsulfat
[Al2(SO.) .16H O] und 1,8 g Schwefelsäure wurden in
250 g Wasser gelöst (Flüssigkeit B). 24,6 g 1,3-Dimethylharnstoff
wurden in 350 g Wasser gelöst (Flüssigkeit C) . Flüssigkeit A wurde mit Flüssigkeit B und Flüssigkeit C
unter Rühren mit Hilfe eines Homogenmischers vermischt. 800 g des so erhaltenen gelartigen Gemisches wurden in
einen 1 1-Autoklaven gegeben und 22 Stunden lang unter
Rühren mit 800 Upm unter autogenem Dampfdruck auf 160 °C
erhitzt. Das gebildete kristalline Aluminiumsilikat wurde durch Zentrifugieren abgetrennt, mit Wasser gewaschen
und 4 Stunden bei 120 C getrocknet. Durch Messungen mit dem Elektronenmikroskop und Röntgenbeugungsspektrometrie
wurde gefunden, daß das kristalline Aluminosilikat ein ähnliches Röntgenbeugungsspektrum wie ZSM-5 hatte,
in Form von Platten mit einem kürzeren Durchmesser von 0,2 μπι vorlag und ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid
von 19 hatte. Die nach dem 5-stündigen Kalzinieren
bei 550 C festgestellte Ausbeute betrug etwa 90 %,
' - 21 -
bezogen auf das Siliciumdioxid im Ausgangsmaterial. Beispiel 10
Ein gelartiges wässriges Gemisch wurde unter Verwendung der gleichen Mengen und Ausgangsmaterialien und nach der
gleichen Verfahrensweise wie in Beispiel 9 hergestellt, mit der Abänderung, daß die Menge von 1,3-Dimethylharnstoff
in 12,3 g abgeändert wurde. 800 g des erhaltenen gelartigen wässrigen Gemisches wurden in einen Autoklaven
gegeben und 24 Stunden lang unter Rührem mit 1000 Upm
unter autogenem Dampfdruck auf 160 °C erhitzt. Das gebildete kristalline Aluminosilikat wurde durch Zentrifugieren
abgetrennt, mit Wasser gewaschen und 4 Stunden bei 120 C getrocknet. Durch Messung mit Hilfe eines
elektronenmikroskopischen Mikroanalysators und durch Röntgenbeugungsspektrometrie wurde festgestellt, daß
das kristalline Aluminosilikat ein ähnliches RöntgenbeugungsSpektrum
wie ZSM-5 hatte, in Form von Platten mit einem kürzeren Durchmesser von 0,4 μΐη vorlag und
ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 19 hatte. Die nach dem 5-stündigen Erhitzen auf 550 C
bestimmte Ausbeute betrug 90 %, bezogen auf Siliciumdioxid im Ausgangsmaterial.
Eine Lösung von 580 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3)
in 400 g Wasser und eine Lösung von 45 g Aluminiumsulfat [Al2(SO4) .16H2O], 46,8 g Dimethylharnstoff, 25,5 g
Schwefelsäure in 354 g Wasser wurden mit Hilfe eines Homogenmischers vermischt, wobei ein gelartiges wässriges
Gemisch erhalten wurde. 800 g des wässrigen Gemisches wurden in einen Autoklaven gegeben und unter
Rühren mit 1200 üpm 40 Stunden lang unter autogenem
Dampfdruck bei 170 0C gehalten. Das gebildete kristalline
Aluminosilikat wurde durch Zentrifugieren abgetrennt, mit Wasser gewaschen und 4 Stunden lang bei 120 C getrocknet.
Durch Messung mit Hilfe eines elektronenmikroskopischen Mikroanalysators und durch Röntgenbeugunsspektrometrie
wurde gefunden, daß das kristalline Aluminosilikat ein ähnliches Röntgenbeugungsspektrum wie ZSM-5 hatte, in
Form von feinen Körnern vorlag und ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 26" hatte.
580 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurden mit 460 g
Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 74,8 g Aluminiumsulfat [ Al (SOJ2.16H2O] und 1 ,8 g Schwefelsäure wurden in
300 g Wasser gelöst (Flüssigkeit (B). Außerdem wurden 66,4 g 1,3-Dimethylharnstoff in 300 g Wasser gelöst
(Flüssigkeit C). Flüssigkeit A wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 9 mit Flüssigkeit B und Flüssigkeit C
vermischt. 800 g des erhaltenen gelartigen wässrigen Gemisches wurden in einen Autoklaven gegeben und 43 Stunden
lang unter Rühren mit 1000 üpm unter autogenem Dampfdruck auf 160 C erhitzt. Das gebildete kristalline AIuminosilikat
wurde durch Zentrifugieren abgetrennt, mit
Wasser gewaschen und 4 Stunden alnd bei 120 0C getrocknet.
Mit Hilfe der Messung unter dem Elektronenmikroskop (Elektronen -Mikroanalysator) und durch Rontgenbeugungsspektrometrie
wurde festgestellt, daß das kristalline Aluminosilikat ein ähnliches Röntgenbeugungsmuster wie ZSM-5 hatte,
in Form von feinen Körnern vorlag und ein Molverhältnis Siliciumdioxid/Aluminiumoxid von 19 hatte.
- 23 Beispiel 13
580 g Natriumsilikat (Wasserglas Nr. 3) wurde mit 460 g Wasser vermischt (Flüssigkeit A). 74,8 g Aluminiumsulfat
ί Al2(SO J„.16H2O] und 1,8 g Schwefelsäure wurden in
300 g Wasser gelöst (Flüssigkeit B). Außerdem wurden 165,5g 1,3-Dimethylharnstoff in 300 g Wasser gelöst (Flüssigkeit C).
Flüssigkeit A wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 9 mit Flüssigkeit B und Flüssigkeit C vermischt. 800 g des so erhaltenen
gelartigen wässrigen Gemsiches wurden in einen 1 1-Autoklaven gegeben und dort 46 Stunden lang unter Rühren
mit 1000 Upm unter autogenem Dampfdruck auf 195 C erhitzt. Das gebildete kristalline Aluminosilikat wurde durch
Zentrifugieren abgetrennt, mit Wasser gewaschen und 4 Stunden bei 120 0C getrocknet. Durch Messung mit Hilfe einer
elektronenmikroskopischen Analysevorrichtung und durch Röntgenbeugungsspektrometrie wurde gefunden, daß das kristalline
Aluminosilikat ein ähnliches Röntgenbeugungsspektrum wie ZSM-5 hatte.
72,5 g Wasserglas Nr. 3 wurden in 63 g Wasser gelöst (Flüssigkeit A). 1,41 g Schwefelsäure und 5,28 g Aluminiumsulfat
[Al (SOJ2.18H2O] wurden in 20 g Wasser gelöst (Flüssigkeit
B) . 4,50 g Acetamid wurden in 10 g Wasser gelöst (Flüssigkeit C). Flüssigkeit A wurde in einen mit Polytetrafluorethylen
ausgekleideten 500 ml-Autoklaven aus rostfreiem Stahl gegeben und, während Flüssigkeit A gerührt
wurde, wurde zuerst Flüssigkeit C und danach Flüssigkeit B zugefügt. Das Gemisch wurde 7 Tage lang unter
Rühren mit 300 Upm bei 150 0C in diesem Autoklaven gehalten.
Die Kristalle wurden durch Filtration von dem aus dem Autoklaven entnommenen Produkt abgetrennt, mit Wasser gewaschen
und 16 Stunden lang bei 1100C getrocknet. Das
kristalline Produkt wurde dann 24 Stunden bei 540 0C
kalziniert. Dann wurden 5 g des gebildeten kristallinen Aluminosilikats einem Ionenaustauschvorgang mit 75 ml
einer wässrigen 5-molaren Anunoniumchloridlösung bei 100 0C unterworfen, der dreimal wiederholt wurde.
Schließlich wurde das Aluminosilikat vollständig gewaschen, bis keine Chloridionen mehr festgestellt wurden
, 16 Stunden bei 110 0C getrocknet und 1 Tag lang an
der Luft auf 540 °C erhitzt. Die erhaltene Protonform des kristallinen Aluminosilikats wurde zur Durchführung
der Hydratationsreaktion von Cyclohexen nach der gleichen Verfahrensweise und unter den gleichen Bedingungen
wie in Beispiel 2 eingesetzt. Es wurde gefunden, daß die ölphase des erhaltenen Produkts 4,9 Gew.-% Cyclohexanol
enthielt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben, es ist jedoch ersichtlich, daß sie zahlreichen Modifizierungen und Abwandlungen unterworfen
werden kann.
- Leerseite -
Claims (10)
1. Verfahren zur Synthese eines kristallinen Aluminiumsilikats
durch Erhitzen eines wässrigen Gemisches, das eine Siliciumdioxidquelle, eine Aluminiumoxidquelle und eine
Alkalimetallquelle enthält, dadurch gekennzeichnet , daß das wässrige Gemisch zusätzlich
mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der niederen Alkylharnstoffe und niederen Alkylthioharnstoffe enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung des wässrigen
Gemisches innerhalb der folgenden Bereiche liegt: Siliciumdioxidquel.le/Aluminiumoxidquelle = 10 - 1000;
Wasser/Siliciumdioxidquelle = 7 - 100; Alkalimetallquelle/Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 10;
und A/Siliciumdioxidquelle = 0,01 - 1,
wobei die Siliciumdioxidquelle als Grammol Siliciumdioxid
(SiO2), die Aluminiumoxidquelle als Grammmol
Aluminiumoxid (A1_O ), die Alkalimetallquelle als Grammatome
Alkalimetall und das Wasser in Grammol angegeben sind und A die in Grammol berechnete Summe mindestens einer Verbindung
aus der Gruppe der niederen Alkylharnstoffe und niederen Alkylthioharnstoffe bedeutet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung des wässrigen
Gemisches innerhalb der nachstehenden Bereiche liegt:
Siliciumdioxidquelle/Alurniniumoxidquelle = 18 - 200; Wasser/Siliciumdioxidquelle = 10 - 50;
Alkalimetallquelle/Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 1; und
A/Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 0,7.
A/Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 0,7.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß die Zusammensetzung des wässrigen Gemisches innerhalb der nachstehenden Bereiche liegt:
Siliciumdioxidquelle/Aluminiumoxidquelle = 18 - 100; Wasser/Siliciumdioxidquelle = 10 - 50;
Alkalimetallquelle/Siliciumdioxidquelle = 0,15 - 1; und
A/Siliciumdioxidquelle = 0,05 - 0,3.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die niederen Alkylharnstoffe
durch die nachstehende Formel dargestellt werden:
R1 R-,
Ix /3
Ix /3
NCON
R2 H
R2 H
worin einer oder zwei der Reste R1, R2 und R eine Alkylgruppe
mit nicht mehr als drei Kohlenstoffatomen bedeuten und der verbleibende Rest bzw. die verbleibenden Reste
Wasserstoffatome bedeuten.
5
5
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die niederen Alkylharnstoffe
aus der aus Methylharnstoff, 1,3-Dimethylharnstoff,
1,1-Dimethylharnstoff, Ethylharnstoff, 1,1-Diethylharnstoff,
1,3-Diethylharnstoff, n-Propylharnstoff, Isopropylharnstoff,
1-Methyl-1-ethylharnstoff und 1-Methy1-3-ethylharnstoff
bestehenden Gruppe gewählt sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der niedere Alkylharnstoff Dimethylharnstoff ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet , daß die niederen Alkylthioharnstoffe durch die nachstehende Formel dargestellt werden
:
X Λ
NCSN
R5 H
25
25
in der einer oder zwei der Reste R., R1. und R eine Alkylgruppe
mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen bedeuten und der übrige Rest bzw. die übrigen Reste Wasserstoffatome
bedeuten.
30
30
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die niederen Alkylthioharnstoffe
aus der aus Methylthioharnstoff, 1,3-Dimethylthioharnstoff,
1,1-Dimethylthioharnstoff, Ethylthioharnstoff,
1,1-Diethylthioharnstoff, 1,3-Diethylthioharnstoff,
n-Proylthioharnstoff, Isopropylthioharnstoff, 1-Methyl-1-ethylthioharnstoff
und 1-Methyl-3-ethylthioharnstoff bestehenden
Gruppe ausgewählt ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Erhitzen bei 90 bis
250 C unter dem autogenen Wasserdampfdruck während 10 bis 47 Stunden durchgeführt wird.
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- 1985-09-09 FR FR8513344A patent/FR2570069B1/fr not_active Expired
- 1985-09-10 US US06/774,454 patent/US4627968A/en not_active Expired - Lifetime
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GB2164326B (en) | 1988-02-24 |
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FR2570069B1 (fr) | 1987-12-31 |
FR2570069A1 (fr) | 1986-03-14 |
GB2164326A (en) | 1986-03-19 |
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