DE4207815A1 - 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 - Google Patents

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

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Abstract

Prodn. and stabilisation of hydrophobic aluminosilicate zeolites (I), esp. dealuminated zeolitic aluminosilicates with a high Si/Al ratio, is claimed. Dealuminated aluminosilicates (II) are produced by thermochemical, extractive or substitution process stages. The surface of (II) is aluminated by treatment with NaAlO2 soln. (III) at temps. up to 90 deg.C in conventional appts., e.g. stirred vessels, fluidised beds, etc.. The novelty is that (III) is an aq. 1 x 10 power(-6) to 9.9 x 10 power(-3), pref. 1.0 x 10 power(-3) M soln. with pH 7-12.5, pref. 10. (III) may also contain non-aq. substances which are completely or partly soluble in water, e.g., alcohols, amines, ethers or esters, pref. EtOH, MeOH, BuOH, monoethylene glycol, monoethanolamine or ethyl acetate. The wt. ratio of (III) to solids is 0.1-10,000, pref. 100. ADVANTAGE - The process avoids partial conversion to an amorphous prod. and increases the stability of zeolites obtd. in technical processes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Stabilisierung hydrophober aluminosilicatischer Zeolithe, insbesondere dealuminierter zeolithischer Aluminosilicate mit einem hohen Si/Al-Verhältnis, bei dem die in thermochemischen oder extraktiven oder substitutionellen Prozeßstufen hergestellten dealuminierten Aluminosilicate an ihrer Oberfläche einer aluminierenden Behandlung in dafür üblichen technischen Apparaten wie Rührkessel, Fluidbetten u.ä. bei Temperaturen bis zu 90°C mit Natriumaluminat-Lösungen unterworfen werden.The invention relates to a method for producing and stabilizing hydrophobic aluminosilicate zeolites, especially dealuminized zeolites Aluminosilicates with a high Si / Al ratio, in which those in thermochemical or extractive or substitutional process stages Aluminosilicates on their surface undergo an aluminizing treatment usual technical devices such as stirred tanks, fluid beds, etc. at temperatures up to 90 ° C with sodium aluminate solutions.

Aus der DD-PS 2 96 899 ist ein Verfahren der vorstehenden Art bekannt, bei dem der Zeolith ein- oder mehrstufig in einer 0,01 bis 5 n Lösung von Natriumaluminat, gegebenenfalls unter Zusatz von Natronlauge, behandelt wird. Der sich dabei ausbildende Aluminium-Gradient von der Kristalloberfläche hin in das Kristallinnere soll den hydrophoben Adsorbenten vor dem Angriff des Wassers auf die Gitterstruktur schützen.From DD-PS 2 96 899 a method of the above type is known, in which the Zeolite in one or more stages in a 0.01 to 5 N solution of sodium aluminate, optionally with the addition of sodium hydroxide solution. The one there forming aluminum gradient from the crystal surface into the crystal interior should the hydrophobic adsorbent before the attack of water on the Protect the grid structure.

Bei dem praktischen Einsatz dieses bekannten Verfahrens hat sich gezeigt, daß dealuminierte Zeolithe mit einem hohen Si/Al-Verhältnis von der Lauge angegriffen werden. Insbesondere bei Zeolithen mit einem Verhältnis von Si/Al in Richtung Unendlich kommt es zur partiellen Amorphisierung des Einsatzproduktes, was mit dem Verlust an zeolithischer Substanz, der Abnahme der Adsorptionskapazität, der Verminderung der Selektivität und katalytischen Aktivität sowie der Verringerung der thermalen und hydrothermalen Stabilität einhergeht. Verkürzte Standzeiten des Materials in technischen Prozessen und sehr hohe Betriebskosten sind die Folge.The practical use of this known method has shown that dealuminated zeolites with a high Si / Al ratio attacked by the alkali will. Especially with zeolites with a ratio of Si / Al in the direction  Infinite there is partial amorphization of the input product, what with the loss of zeolitic substance, the decrease in the adsorption capacity, the Decrease in selectivity and catalytic activity as well as decrease thermal and hydrothermal stability. Shortened downtimes of the Materials in technical processes and very high operating costs are the result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der in Betracht gezogenen Art die partielle Amorphisierung zu vermeiden und die Stabilität der Zeolithe in technischen Prozessen nachhaltig zu verbessern.The invention has for its object in a method into consideration drawn way to avoid the partial amorphization and the stability of the To sustainably improve zeolites in technical processes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in überraschend einfacher Weise durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved in a surprisingly simple manner according to the invention solved the features of claim 1.

Versuche mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydrophoben zeolithischen Aluminosilicaten ergaben, daß trotz der auf der Oberfläche der Zeolithe und seiner Mesoporen abgeschiedenen Schicht eines aluminiumreichen Silicats der Zutritt zum Mikroporensystem, d. h. seine Diffusionseigenschaften, die Hydrophobizität und die katalytische Aktivität nicht eingeschränkt wird. Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn die aluminiumreiche Aluminiumsilicatschicht auf der Kristalloberfläche oder der Oberfläche von Mesoporen ein Si/Al-Verhältnis von 1 erreicht.Experiments with hydrophobic produced by the method according to the invention zeolitic aluminosilicates showed that despite the on the surface of the Zeolites and its mesopore deposited layer of an aluminum rich Silicate access to the microporous system, d. H. its diffusion properties that Hydrophobicity and the catalytic activity is not restricted. This effect occurs particularly when the aluminum-rich Aluminum silicate layer on the crystal surface or the surface of Mesopores reached a Si / Al ratio of 1.

Bei einer Analyse der Ursachen für den erzielten Erfolg konnte festgestellt werden, daß bereits gering konzentrierte Natriumaluminat-Lösungen mit einer Molarität von weniger als 9,9·10-3 wider Erwarten zu einem ausreichenden Schutz vor dem Angriff des Wassers führen, auch wenn nur wenige Moleküllagen abgeschieden wurden.When analyzing the causes of the success achieved, it was found that even low-concentration sodium aluminate solutions with a molarity of less than 9.9 · 10 -3 unexpectedly lead to adequate protection against the attack of water, even if only a few Molecular layers were deposited.

Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß nicht nur eine reine Ablagerung vonstatten geht, sondern sich eine der vorhandenen Porenstruktur der geordneten Kristallmatrix entsprechende Fernordnung in den sich ablagernden Moleküllagen ausbildet. This may be due to the fact that not just a pure deposit takes place, but one of the existing pore structure of the orderly Long-range order corresponding to the crystal matrix in the deposited molecular layers trains.  

Dies wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt dadurch erreicht, daß eine Aluminierung des dealuminierten zeolithischen Aluminosilicats mit hohem Si/Al-Verhältnis im Kristallinneren und an der Kristalloberfläche sowie an der Oberfläche von Mesoporen unter Inkontaktbringen mit einer wäßrigen Lösung aus Natriumaluminat bei Temperaturen von 25°C durchgeführt wird.According to the method according to the invention, this is preferably achieved by that aluminizing the dealuminated zeolitic aluminosilicate with high Si / Al ratio in the crystal interior and on the crystal surface as well as on the Surface of mesopores in contact with an aqueous solution is carried out from sodium aluminate at temperatures of 25 ° C.

Die Lösung des Aluminates kann auch mit organischen, mit Wasser voll bzw. teilweise mischbaren Substanzen, beispielsweise Alkohole, Amine, Ether oder Ester, vorzugsweise Ethanol, Methanol, Butanol, Monoethylenglykol, Monoethanolamin oder Äthylazetat, versetzt werden.The solution of the aluminate can also be filled with organic, water or partially miscible substances, for example alcohols, amines, ethers or Esters, preferably ethanol, methanol, butanol, monoethylene glycol, Monoethanolamine or ethyl acetate.

Besonders effektiv ist die Behandlung dann, sobald ein Masseverhältnis von Lösung zu Feststoff zwischen 0,1 bis 10 000, vorzugsweise 100, eingehalten wird.The treatment is particularly effective as soon as a mass ratio of solution to a solid between 0.1 to 10,000, preferably 100, is observed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments explained in more detail.

Als Einsatzprodukte für die stabilisierende Behandlung werden wasserempfindliche dealuminierte Zeolithe mit hohem Si/Al-Verhältnis verwendet, die erhalten wurden nach demWater-sensitive are used as products for the stabilizing treatment dealuminated zeolites with high Si / Al ratio used, which were obtained after this

  • - Substitutionsverfahren, indem der vom Wasser befreite Zeolith NaY mit einem SiO2/ Al2O3 von 2,4 bei 450 bis 470°C mehrstufig in einem mit SiCl4 beladenen Inertgasstrom und anschließend mit Pufferlösung und Wasser gewaschen wurde;- Substitution process by washing the water-free zeolite NaY with a SiO 2 / Al 2 O 3 of 2.4 at 450 to 470 ° C in several stages in an inert gas stream loaded with SiCl 4 and then with buffer solution and water;
  • - thermochemischen Verfahren mit anschließender Extraktion des Nicht-Gitter- Aluminiums, indem das Ausgangsmaterial NaY mit einem SiO2/Al2O3-Verhältnis von 2,4 in zwei Stufen mit Ammoniumionen ausgetauscht, zwischenzeitlich bei 520°C calciniert, anschließend bei 740°C in Gegenwart von Wasserdampf eines Partialdruckes von 1 atm behandelt und 1 n HCl im Rücklauf gelaugt wird.- Thermochemical process with subsequent extraction of the non-lattice aluminum by exchanging the starting material NaY with an SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 2.4 in two stages with ammonium ions, calcined in the meantime at 520 ° C., then at 740 ° C is treated in the presence of water vapor at a partial pressure of 1 atm and 1N HCl is leached in the reflux.

Die nach dem Substitutionsverfahren erhaltene und substituierte Probe (Probe 1) wies nach der Dealuminierung ein Si/Al-Verhältnis von Unendlich und die nach dem thermochemischen Verfahren behandelte und extrahierte Probe (Probe 2) ein Si/Al-Verhältnis von 130 auf. Bei einer hydrothermalen Behandlung unter Sättigungsdampfdruck für 72 Stunden in Wasser und Einstellung eines Masseverhältnisses Flüssigkeit/Feststoff von 40 waren beide Proben bereits bei 110°C leicht geschädigt und bei 200°C vollständig zerstört, während das Ausgangsmaterial NaY bei dieser hohen Temperatur noch keinerlei Veränderungen zeigte. Bei einer Test-Temperatur von 160°C fiel die Kristallinität der Probe 1 auf 27% und die der Probe 2 auf 22% ab.The sample obtained and substituted by the substitution method (sample 1) had an Si / Al ratio of infinity after the dealumination and the sample (sample 2) treated and extracted by the thermochemical method had an Si / Al ratio of 130. With hydrothermal treatment under saturation vapor pressure for 72 hours in water and setting a liquid / solid mass ratio of 40, both samples were already slightly damaged at 110 ° C and completely destroyed at 200 ° C, while the starting material NaY showed no changes at this high temperature . At a test temperature of 160 ° C, the crystallinity of sample 1 dropped to 27% and that of sample 2 to 22%.

Beispiel 1example 1

10 g des Zeoliths der Probe 1 wurden bei 40°C in 1 Liter 0,001 m Lösung von Natriumaluminat des pH-Wertes von 9,75 für 60 min gerührt, filtriert und mittels Waschen in Wasser von überschüssigem NaAlO2 befreit. Die aluminierte Probe 1 wurde anschließend bei 160°C unter Sättigungsdampfdruck in Wasser 72 Stunden hydrothermal behandelt.10 g of the zeolite of sample 1 were stirred at 40 ° C. in 1 liter of 0.001 m solution of sodium aluminate with a pH of 9.75 for 60 min, filtered and freed from excess NaAlO 2 by washing in water. The aluminized sample 1 was then hydrothermally treated at 160 ° C. under saturation vapor pressure in water for 72 hours.

Sowohl IR-spektroskopische Untersuchungen zum Zustand des Zeolith-Gitters als auch Messungen nach mehrmaligen Sorptions- und Desorptionszyklen gegenüber n-Hexan bestätigen eine Zunahme der hydrothermalen Stabilität um 100%, wobei die Desorption mit Wasserdampf (Sattdumpf) durchgeführt wurde.Both IR spectroscopic studies on the state of the zeolite lattice as well as measurements after repeated sorption and desorption cycles compared to n-hexane confirm an increase in hydrothermal stability of 100%, the desorption was carried out with steam (saturated steam).

Beispiel 2Example 2

10 g eines Zeoliths der Probe 1 wurden bei Raumtemperatur in 700 ml einer 0,008 m Lösung von NaAlO2 für 45 min gerührt. Nach Aufarbeitung der Probe erfolgte eine Hydrothermalbehandlung bei 160°C mit einem Flüssigkeits/Feststoff-Verhältnis von 40 für 72 Stunden.10 g of a zeolite from sample 1 were stirred at room temperature in 700 ml of a 0.008 m solution of NaAlO 2 for 45 min. After working up the sample, hydrothermal treatment was carried out at 160 ° C. with a liquid / solid ratio of 40 for 72 hours.

Die IR-spektroskopische und sorptive Charakterisierung der Probe ergab einen Zuwachs an hydrothermaler Stabilität von 190% berechnet auf das Stabilitätsverhalten der Ausgangsprobe. Die Gitterkonstante des aluminierten Zeoliths war mit 24,267 A zu 24,266 A des Ausgangsmaterials quasi identisch. The IR spectroscopic and sorptive characterization of the sample gave one Increase in hydrothermal stability of 190% calculated on that Stability behavior of the initial sample. The lattice constant of the aluminized Zeolite was quasi identical with 24.267 A to 24.266 A of the starting material.  

Der Einbau von Aluminium in das Gerüst kann somit ausgeschlossen werden. Auf einen n-Hexan-Grenzsorptionswert von 2,18 mmol·g-1 bei Raumtemperatur bezogen lag der Grenzsorptionswert der aluminierten Probe aufgrund ihres Massenzuwachses und der Einbindung von Teilen des Silicatgerüstes in die sich ausbildende Oberflächenschicht mit 6% geringfügig niedriger.The installation of aluminum in the scaffolding can thus be excluded. Based on an n-hexane limit sorption value of 2.18 mmol · g -1 at room temperature, the limit sorption value of the aluminized sample was slightly lower at 6% due to its increase in mass and the incorporation of parts of the silicate framework into the surface layer being formed.

Die Probe verlor auch nach mehrfacher Adsorption und thermaler Desorption von Phenol und anderen Schadstoffen aus Wasser im Vergleich zu nichtaluminierten Material weder an Kapazität noch an Selektivität.The sample also lost after multiple adsorption and thermal desorption of Phenol and other pollutants from water compared to non-aluminized Material neither in capacity nor in selectivity.

Beispiel 3Example 3

Die Bedingungen aus Beispiel 2 wurden insofern geändert, als 2 Teilen der Behandlungslösung 1 Teil Ethanol zugesetzt wurde, wobei die Mischlösung bezüglich des NaAlO2 0,008 m war.The conditions of Example 2 were changed in that 1 part of ethanol was added to 2 parts of the treatment solution, the mixed solution being 0.008 m in terms of NaAlO 2 .

Es wurde ein Zuwachs an hydrothermaler Stabilität um 220% erzielt.A 220% increase in hydrothermal stability was achieved.

Beispiel 4Example 4

10 g der Probe 2 wurden 120 min in 500 ml einer 0,0005 m Lösung von NaAlO2 gerührt, aufbereitet und charakterisiert.10 g of sample 2 were stirred for 120 min in 500 ml of a 0.0005 m solution of NaAlO 2 , processed and characterized.

Bei einem Si/Al-Verhältnis von 85 nach der Behandlung und einem Sorptionsverhalten von 1,62 mmol·g-1 n-Hexan, das nur 5% unterhalb desjenigen der Ausgangsprobe lag, wurde ein Zuwachs der hydrothermalen Stabilität von 85% erreicht.With an Si / Al ratio of 85 after the treatment and a sorption behavior of 1.62 mmol · g -1 n-hexane, which was only 5% below that of the starting sample, an increase in the hydrothermal stability of 85% was achieved.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung und Stabilisierung hydrophober aluminosilicatischer Zeolithe, insbesondere dealuminierter zeolithischer Aluminosilicate mit einem hohen Si/Al-Verhältnis, bei dem die in thermochemischen oder extraktiven oder substitutionellen Prozeßstufen hergestellten dealuminierten Aluminosilicate an ihrer Oberfläche einer aluminierenden Behandlung in dafür üblichen technischen Apparaten wie Rührkessel, Fluidbetten u.ä. bei Temperaturen bis zu 90°C mit Natriumaluminat-Lösungen unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige Natriumaluminat-Lösung eine wenigstens 1·10-6 bis höchstens 9,9·10-3 molare Lösung, vorzugsweise 1,0·10-3, molare Lösung verwendet wird und daß die pH-Werte dieser Lösungen auf 7 bis 12,5, vorzugsweise auf 10, eingestellt sind. 1. Process for the preparation and stabilization of hydrophobic aluminosilicate zeolites, in particular dealuminated zeolitic aluminosilicates with a high Si / Al ratio, in which the dealuminated aluminosilicates produced in thermochemical or extractive or substitutional process steps have an aluminizing treatment on their surface in conventional technical equipment such as stirred tanks , Fluid beds, etc. at temperatures up to 90 ° C with sodium aluminate solutions, characterized in that as an aqueous sodium aluminate solution an at least 1 · 10 -6 to at most 9.9 · 10 -3 molar solution, preferably 1.0 · 10 -3 , molar solution is used and that the pH values of these solutions are adjusted to 7 to 12.5, preferably to 10. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Natriumaluminat-Lösung nichtwäßrige, aber mit Wasser voll oder teilweise lösliche Substanzen, beispielsweise Alkohole, Amine, Ether oder Ester, vorzugsweise Ethanol, Methanol, Butanol, Monoethylenglykol, Monoethanolamin oder Äthylazetat, zugesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that that the aqueous sodium aluminate solution is non-aqueous, but full of water or partially soluble substances, for example alcohols, amines, ethers or esters, preferably ethanol, methanol, butanol, monoethylene glycol, monoethanolamine or Ethyl acetate can be added. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Aluminosilicate bei einem Masseverhältnis von Lösung zu Feststoff zwischen 0,1 bis 10 000, vorzugsweise 100, durchgeführt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the treatment of the aluminosilicates at a mass ratio of solution to Solid between 0.1 to 10,000, preferably 100, is carried out.
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