FR2663920A1 - Zeolites based on silica and tin oxide and process for their synthesis - Google Patents
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Abstract
Description
ZEOLITHES A BASE DE SILICE ET D'OXYDE D'ETAIN
ET LEUR PROCEDE DE SYNTHESE
La présente invention concerne des zéolithes à base de silice et d'oxyde d'étain.ZEOLITES BASED ON SILICA AND TIN OXIDE
AND THEIR SYNTHESIS METHOD
The present invention relates to zeolites based on silica and tin oxide.
Elle concerne plus particulièrement des zéolithes de structure MFI, et leur procédé de synthèse. It relates more particularly to zeolites of MFI structure, and their method of synthesis.
Les zéolithes sont des tectosilicates cristallisés. Les structures sont constituées par des assemblages de tétraèdres TO4 formant une charpente tridimensionnelle par la mise en commun des oxygènes. Dans les zéolithes du type aluminosilicate qui sont les plus communes, T représente le silicium tétravalent ainsi que l'aluminium trivalent. Les cavités et canaux de dimensions moléculaires de cette charpente accueillent les cations compensant le déficit de charge lié à la présence de l'aluminium trivalent dans les tétraèdres. Des éléments trivalents comme le gallium et plus rarement le bore ou le béryllium peuvent se substituer à l'aluminium. Zeolites are crystallized tectosilicates. The structures consist of assemblies of TO4 tetrahedra forming a three-dimensional framework by the pooling of oxygen. In zeolites of the aluminosilicate type which are the most common, T represents tetravalent silicon as well as trivalent aluminum. The cavities and channels of molecular size of this framework accommodate cations offsetting the charge deficit related to the presence of trivalent aluminum in tetrahedra. Trivalent elements such as gallium and more rarely boron or beryllium can substitute for aluminum.
D'une manière générale, la composition des zéolithes peut être représentée par la formule brute M2/nO ; Y203 ; xZO2 à l'état déshydraté et calciné. Z et Y représentent respectivement les éléments tétravalent et trivalent des tétraèdres TO4 ; M représente un élément électropositif de valence n tel qu'un alcalin ou alcalino-terreux, constituant les cations de compensation ; x peut varier de 2 à théoriquement l'infini auquel cas la zéolithe est une silice. In general, the composition of the zeolites can be represented by the empirical formula M2 / nO; Y203; xZO2 in the dehydrated and calcined state. Z and Y respectively represent the tetravalent and trivalent elements of the TO4 tetrahedra; M represents an electropositive element of valence n, such as an alkaline or alkaline-earth metal, constituting the compensation cations; x can vary from 2 to theoretically the infinite in which case the zeolite is a silica.
Chaque type de zéolithe possède une structure poreuse distincte. La variation des dimensions et formes des pores d'un type à l'autre, entraîne des changements des propriétés adsorbantes. Seules les molécules ayant certaines dimensions et formes sont capables d'entrer dans les pores d'une zéolithe particulière. En raison de ces caractéristiques remarquables les zéolithes conviennent tout particulièrement pour la purification ou la séparation de mélanges gazeux ou liquides comme par exemple la séparation d'hydrocarbures par adsorption sélective. Each type of zeolite has a distinct porous structure. Variation in pore size and shape from one type to another causes changes in adsorbent properties. Only molecules with certain dimensions and shapes are able to enter the pores of a particular zeolite. Because of these remarkable characteristics, zeolites are particularly suitable for purifying or separating gaseous or liquid mixtures, such as, for example, the separation of hydrocarbons by selective adsorption.
La composition chimique avec en particulier la nature des éléments présents dans les tétraèdres TO4 et la nature des cations de compensation échangeable, est également un facteur important intervenant dans la sélectivité de l'adsorption et surtout dans les propriétés catalytiques de ces produits. Ils sont utilisés comme catalyseurs ou supports de catalyseurs dans le craquage, le reformage et la modification d'hydrocarbures ainsi que dans l'élaboration de nombreuses molécules. The chemical composition with, in particular, the nature of the elements present in the TO4 tetrahedra and the nature of the exchangeable compensation cations, is also an important factor intervening in the selectivity of the adsorption and especially in the catalytic properties of these products. They are used as catalysts or catalyst supports in the cracking, reforming and modification of hydrocarbons as well as in the preparation of many molecules.
De nombreuses zéolithes existent dans la nature : ce .sont des aluminosilicates dont les disponibilités et propriétés ne répondent pas toujours aux exigences des applications industrielles. De ce fait, la recherche de produits ayant des propriétés nouvelles a conduit à la synthèse d'une grande variété de zéolithes essentiellement du type aluminosilicate. Parmi les nombreux exemples de ce type on peut signaler : la zéolithe A (US-A 2882243), la zéolithe X (US-A 2882244), la zéolithe Y (US-A 3130007), la zéolithe L (FR-A 1224154), la zéolithe T (FR-A 1223775), la zéolithe ZSM5 (US-A 3702886), la zéolithe ZSM12 (US-A 3832449), la zéolithe ZSM48 (EP-A 0015132). Many zeolites exist in nature: they are aluminosilicates whose availability and properties do not always meet the requirements of industrial applications. As a result, the search for products with novel properties has led to the synthesis of a large variety of zeolites essentially of the aluminosilicate type. Among the numerous examples of this type, mention may be made of: zeolite A (US-A 2882243), zeolite X (US-A 2882244), zeolite Y (US-A 3130007), zeolite L (FR-A 1224154) , zeolite T (FR-A 1223775), zeolite ZSM5 (US-A 3702886), zeolite ZSM12 (US-A 3832449), zeolite ZSM48 (EP-A 0015132).
Les zéolithes sont généralement obtenues à partir d'un mélange réactionnel qui se transforme, en milieu hydrothermal, par un procédé de dissolution-recristallisation, le précipité cristallin étant, après séparation et séchage, calciné pour donner une zéolithe active. The zeolites are generally obtained from a reaction mixture which is converted, in a hydrothermal medium, by a dissolution-recrystallization process, the crystalline precipitate being, after separation and drying, calcined to give an active zeolite.
Le mélange réactionnel contient des réactifs pouvant fournir les éléments T à incorporer dans la charpente de la zéolithe, ces réactifs sont généralement des gels aqueux contenant des oxydes ou hydroxydes des éléments T. The reaction mixture contains reagents capable of supplying the elements T to be incorporated in the framework of the zeolite, these reagents are generally aqueous gels containing oxides or hydroxides of the elements T.
Il contient également un ou plusieurs mobilisateurs favorisant la dissolution de ces réactifs et le transfert depuis la phase aqueuse sur les cristaux de zéolithes en formation, et un agent structurant permettant, par son incorporation, la formation d'espaces microporeux ainsi qu'une stabilisation de la zéolithe. It also contains one or more mobilizers favoring the dissolution of these reagents and the transfer from the aqueous phase to the crystals of zeolites in formation, and a structuring agent allowing, by its incorporation, the formation of microporous spaces as well as a stabilization of the zeolite.
Comme mobilisateurs, les anions OH sont utilisés. Ainsi, les milieux réactionnels sont alors caractérisés par un pH basique généralement supérieur à 10. Ces milieux conviennent bien pour la dissolution des sources contenant les éléments silicium et aluminium, et d'une façon générale tous les éléments donnant des anions oxygénés solubles en milieu basique. As mobilizers, the OH anions are used. Thus, the reaction media are then characterized by a basic pH generally greater than 10. These media are well suited for the dissolution of the sources containing the silicon and aluminum elements, and generally all the elements giving soluble oxygen anions in a basic medium .
Lorsqu'on utilise des bases fortes tels les hydroxydes de métaux alcalins, on obtient des milieux très sursaturés permettant une cristallisation rapide des zéolithes. Mais il est souvent difficile de contrôler la formation de la phase cristallisée souhaitée qui est, dans beaucoup de cas, métastable. D'autre part, une vitesse de cristallisation élevée peut conduire à la formation de défauts dans la charpente de tétraèdres T04, tels que - T-O à la place des pontages - T-O-T -. When strong bases such as alkali metal hydroxides are used, very supersaturated media are obtained which allow rapid crystallization of the zeolites. But it is often difficult to control the formation of the desired crystallized phase which is, in many cases, metastable. On the other hand, a high crystallization rate can lead to the formation of defects in the framework of T04 tetrahedra, such as - T-O instead of T-O-T - bridges.
Enfin, la présence de cations de compensation alcalins dans les canaux et cavités est souvent gênante dans certaines applications et il peut alors être nécessaire de procéder à un échange avec d'autres cations. On peut éviter ce dernier inconvénient en remplaçant ces bases par d'autres bases fortes tels les hydroxydes d'alkylammonium qui peuvent jouer en même temps un rôle de structurant. Mais le prix élevé de ces produits limite leur utilisation industrielle. La mise en oeuvre de bases plus faibles telles que les amines qui ont également des propriétés structurantes, élimine en grande partie les inconvénients cités. Mais dans ce cas, la concentration en anions OH- mobilisateurs peut devenir trop faible ce qui conduit à des vitesses de réaction trop faibles.Finally, the presence of alkaline compensation cations in the channels and cavities is often troublesome in certain applications and it may then be necessary to exchange with other cations. This last disadvantage can be avoided by replacing these bases by other strong bases such as alkylammonium hydroxides which can play a structuring role at the same time. But the high price of these products limits their industrial use. The implementation of weaker bases such as amines which also have structuring properties, largely eliminates the disadvantages mentioned. But in this case, the concentration of OH-mobilizing anions may become too low, which leads to reaction rates that are too low.
De plus, il n'est pas toujours facile d'incorporer certaines espèces métalliques dans les tétraèdres TO4 de la charpente de la zéolithe quand le milieu réactionnel est basique. In addition, it is not always easy to incorporate certain metal species into the TO4 tetrahedra of the zeolite framework when the reaction medium is basic.
Un objectif de la présente invention est de fournir une nouvelle zéolithe à base de silice et d'oxyde d'étain. An object of the present invention is to provide a novel zeolite based on silica and tin oxide.
Un autre objectif de l'invention est de la synthétiser selon un procédé évitant les inconvénients précités, à partir de mélanges réactionnels neutres ou acides permettant l'incorporation d'étain dans la charpente de la zéolithe et conduisant à des cristaux de zéolithe de dimensions totalement contrôlées. Another objective of the invention is to synthesize it according to a process avoiding the aforementioned drawbacks, from neutral or acidic reaction mixtures permitting the incorporation of tin into the framework of the zeolite and leading to totally dimensioned zeolite crystals. controlled.
L'invention a pour objet des zéolithes à base de silice et d'oxyde d'étain ayant après calcination la formule (I) suivante
(sig6-x SnX) 0192 (I) dans laquelle x est compris entre 0,1 et 3,0 environ, de préférence entre 0,1 et 2,0.The subject of the invention is zeolites based on silica and tin oxide having, after calcination, the following formula (I)
(sig6-x SnX) 0192 (I) wherein x is from about 0.1 to 3.0, preferably from 0.1 to 2.0.
Selon une nouvelle caractéristique de l'invention, les zéolithes appartiennent à la famille des pentasils et s'apparentent aux zéolithes du type structural MFI. Elles sont appelées stannozéosilites. According to a new characteristic of the invention, zeolites belong to the family of pentasils and are similar to zeolites of structural type MFI. They are called stannozeosilites.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les zéolithes contiennent du fluor. La concentration en fluor est généralement comprise entre 0,01 et 1,3 en poids, avant calcination. Ce fluor peut toutefois être éliminé par un traitement hydrothermal à pH > 7 sans pour autant modifier la structure de la zéolithe de l'invention. According to another characteristic of the invention, the zeolites contain fluorine. The concentration of fluorine is generally between 0.01 and 1.3 by weight, before calcination. This fluorine can, however, be removed by hydrothermal treatment at pH> 7 without modifying the structure of the zeolite of the invention.
L'invention a également pour objet un procédé de synthèse des zéolithes conformes à l'invention ; ce procédé comporte
(i) la préparation d'un mélange réactionnel en milieux aqueux
contenant une source de silicium au degré d'oxydation + 4,
une source d'étain au degré d'oxydation + 4, des ions fluo
rure et un agent structurant ; le pH de ce mélange réaction
nel étant compris entre 1,5 environ et 12,0 environ,
(ii) la cristallisation de ce mélange réactionnel par chauffage et
la récupération du précipité cristallisé,
(iii) la calcination de celui-ci à une température supérieure
à 4500C pour l'élimination de l'agent structurant occlus dans
les canaux.The invention also relates to a process for synthesizing zeolites according to the invention; this process comprises
(i) the preparation of a reaction mixture in aqueous media
containing a silicon source with oxidation state + 4,
a source of tin with the degree of oxidation + 4, fluorescent ions
rure and a structuring agent; the pH of this reaction mixture
nel being between about 1.5 and about 12.0,
(ii) crystallization of this reaction mixture by heating and
recovery of the crystallized precipitate,
(iii) calcining it at a higher temperature
at 4500C for the removal of the structuring agent occluded in
canals.
Avantageusement, le pH du mélange réactionnel est compris entre 6,0 et 11,0. Advantageously, the pH of the reaction mixture is between 6.0 and 11.0.
L'emploi d'ions fluorure dans le milieu réactionnel, qui jouent le rôle d'agent mobilisateur, permet d'obtenir une solubilisation des espèces T (Si et Sn) dans un milieu de synthèse ayant un pH inférieur à 10. Ainsi, il est possible d'utiliser comme cations de compensation des ions NH4+, qui pourront être éliminés totalement, si on le désire, lors de la calcination. Par contre, il est conseillé d'éviter la présence, dans le milieu réactionnel de cations alcalins. The use of fluoride ions in the reaction medium, which act as a mobilizing agent, makes it possible to obtain a solubilization of the T (Si and Sn) species in a synthesis medium having a pH of less than 10. Thus, it It is possible to use NH4 + ions as compensation cations, which can be completely removed, if desired, during calcination. On the other hand, it is advisable to avoid the presence in the reaction medium of alkaline cations.
De plus, la cristallisation s'effectuant dans un milieu à pH inférieur à 11, la vitesse de nucléation est plus lente. Ainsi, il est possible d'obtenir des cristaux de zéolithes contrôlés par pilotage de la vitesse de nucléation. In addition, the crystallization taking place in a medium at pH below 11, the nucleation rate is slower. Thus, it is possible to obtain zeolite crystals controlled by controlling the nucleation rate.
De nombreuses sources de l'élément silicium au degré d'oxydation +4 peuvent être utilisées. On peut citer à titre d'exemple, les silices sous forme d'hydrogels, d'aérogels, de xérogels, de suspensions colloïdales, les silices résultant de la précipitation à partir de solutions de silicates solubles ou de l'hydrolyse d'esters siliciques comme
Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4, les silices préparées par des traitements d'extraction et d'activation de composés cristallisés ou amorphes naturels ou synthétiques comme les silicates d'aluminium, les aluminosilicates, les argiles. On peut également utiliser des composés du silicium tétravalent hydrolysables tels les halogénures de silicium ou analogues.Many sources of the +4 oxidation state silicon element can be used. By way of example, mention may be made of silicas in the form of hydrogels, aerogels, xerogels, colloidal suspensions, silicas resulting from precipitation from solutions of soluble silicates or hydrolysis of silicic esters. as
If (OCH3) 4, Si (OC2H5) 4, the silicas prepared by extraction and activation treatments of crystallized or natural or synthetic amorphous compounds such as aluminum silicates, aluminosilicates, clays. It is also possible to use hydrolyzable tetravalent silicon compounds such as silicon halides or the like.
Parmi les sources d'oxyde d'étain, on peut citer, à titre d'exemple, les oxydes et les hydroxydes d'étain, cristallisés ou amorphes, les composés d'étain tétravalent pouvant être hydrolysés tels les halogénures (SnCl4), les alcoolates, les sels solubles d'étain tels le nitrate d'étain Sn(N03)4. Among the sources of tin oxide, there may be mentioned, by way of example, crystallized or amorphous tin oxides and hydroxides, the tetravalent tin compounds being able to be hydrolysed, such as halides (SnCl4), alcoholates, soluble salts of tin such as tin nitrate Sn (N03) 4.
Il est également possible d'utiliser comme sources de silice ou d'oxyde d'étain, des composés comprenant les éléments Si et Sn tels que, par exemple, des verres ou gels à base des oxydes de ces deux éléments. It is also possible to use as sources of silica or tin oxide, compounds comprising the elements Si and Sn such as, for example, glasses or gels based on the oxides of these two elements.
Les sources de silice et d'oxyde d'étain peuvent être engagées sous forme soluble ou de solides pulvérulents mais également sous forme d'agglomérats tels que, par exemple, pastilles, extrudés pouvant être transformés en zéolithe de structure désirée sans modification de forme. The sources of silica and tin oxide may be engaged in soluble form or in pulverulent solids but also in the form of agglomerates such as, for example, pellets, extruded which can be converted into zeolite of desired structure without modification of form.
L'agent mobilisateur F- est introduit sous forme d'acide et/ou de sel(s), ne contenant pas de cations alcalins, et/ou de composés libérant F- par hydrolyse. On peut citer, à titre d'exemple, l'acide fluorhydrique ; les fluorhydrates d'amines ; les fluorures d'ammonium quaternaire, par exemple NH(C3H7)3F,N(C3H7)4F ; SiF4 ; SnF4 ; (NH4)2SiF6. The mobilizing agent F- is introduced in the form of acid and / or salt (s), not containing alkaline cations, and / or compounds releasing F- by hydrolysis. By way of example, mention may be made of hydrofluoric acid; hydrofluorines of amines; quaternary ammonium fluorides, for example NH (C 3 H 7) 3 F, N (C 3 H 7) 4 F; SiF4; SnF4; (NH4) 2SiF6.
Le fluorure d'ammonium ou le fluorure d'ammonium acide sont des sels préférés. En effet, ces sels sont très solubles et n'apportent aucun élément indésirable et, de plus, ils sont facilement éliminables en fin de cristallisation. Ammonium fluoride or acidic ammonium fluoride are preferred salts. Indeed, these salts are very soluble and do not provide any undesirable element and, moreover, they are easily removed at the end of crystallization.
Les agents structurants convenant pour la mise en oeuvre de l'invention sont
- les amines tertiaires de formule (II) :
The structuring agents that are suitable for implementing the invention are
tertiary amines of formula (II):
dans laquelle
Rî, R2, R3 identiques ou différents représentent un groupe
alkyle, linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de
préférence un groupe propyle ou butyle.in which
R 1, R 2, R 3, which are identical or different, represent a group
alkyl, linear or branched having 1 to 6 carbon atoms,
preferably a propyl or butyl group.
- les sels d'ammonium quaternaire de formule (III)
the quaternary ammonium salts of formula (III)
dans laquelle
R1, R2, R3, R4 identiques ou différents représentent un groupe
alkyle, linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de
préférence des groupes propyle ou butyle.in which
R1, R2, R3, R4 identical or different represent a group
alkyl, linear or branched having 1 to 6 carbon atoms,
preferably propyl or butyl groups.
- les composés de formules (II) et (III) dans lesquelles l'azote a
été remplacé par un atome de phosphore. compounds of formulas (II) and (III) in which the nitrogen has
been replaced by a phosphorus atom.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, les agents structurants sont les composés qui peuvent fournir des cations tétrapropylammonium ou tripropylammonium. According to a preferred characteristic of the invention, the structuring agents are the compounds which can provide tetrapropylammonium or tripropylammonium cations.
Avantageusement, l'agent structurant est introduit dans le mélange réactionnel sous forme de sel d'ammonium quaternaire de formule (III) ou de l'amine de formule (II) ; le pH étant éventuellement ajusté à l'aide d'une base. De préférence, cette base aura des propriétés d'agent structurant faible pour ne pas concurrencer l'agent structurant ajouté. Advantageously, the structuring agent is introduced into the reaction mixture in the form of a quaternary ammonium salt of formula (III) or of the amine of formula (II); the pH being optionally adjusted using a base. Preferably, this base will have weak structuring agent properties so as not to compete with the added structuring agent.
Ainsi, les bases convenables pour l'invention sont à titre d'exemple, la méthylamine, la diméthylamine, la triméthylamine, l'éthylamine, la diéthylamine et la triéthylamine.Thus, the bases suitable for the invention are, by way of example, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine and triethylamine.
Le mélange réactionnel a la composition suivante, exprimée en rapport molaire
Sn/(Si+Sn) compris entre 0,001 et 0,20, de préférence entre 0,005 et 0,1.The reaction mixture has the following composition, expressed in molar ratio
Sn / (Si + Sn) between 0.001 and 0.20, preferably between 0.005 and 0.1.
Agent structurant/(Si+Sn) compris entre 0,002 et 4, de préférence entre 0,04 et 1. Structuring agent / (Si + Sn) between 0.002 and 4, preferably between 0.04 and 1.
F/(Si+Sn) compris entre 0,02 et 6, de préférence entre 0,06 et 2. F / (Si + Sn) between 0.02 and 6, preferably between 0.06 and 2.
H2O/(Si+Sn) compris entre 4 et 400, de préférence 10 et 200
Quand une base est utilisée pour ajuster le pH, le rapport molaire de la base par rapport à (Sn+Si) est, de préférence, inférieur à 12, et de préférence compris entre 0,1 et 8.H2O / (Si + Sn) between 4 and 400, preferably 10 and 200
When a base is used to adjust the pH, the molar ratio of base to (Sn + Si) is preferably less than 12, and preferably 0.1 to 8.
L'ajout à ce mélange réactionnel, de germes cristallisés de structure déterminée, MFI, dans une proportion qui n'excède pas quelques pourcents pondéraux par rapport au poids de SiO2 + SnO2 engagé, facilite la cristallisation de la zéolithe. A titre de germes de cristallisation, on peut faire appel à toute zéolithe ayant la structure MFI, quelle que soit sa composition chimique. The addition to this reaction mixture of crystalline seeds of determined structure, MFI, in a proportion that does not exceed a few percent by weight relative to the weight of SiO 2 + SnO 2 engaged, facilitates the crystallization of the zeolite. As crystallization seeds, it is possible to use any zeolite having the MFI structure, irrespective of its chemical composition.
On peut utiliser de préférence, une zéosilite qui est une zéolithe équivalente à la stannozéosilite, mais ne contenant que du silicium dans sa charpente. On peut également mettre en oeuvre des germes de stannozéosilite provenant d'une fabrication précédente.It is preferable to use a zeosilite which is a zeolite equivalent to stannozéosilite, but containing only silicon in its framework. It is also possible to use stannozeosilite seeds originating from a previous manufacture.
La cristallisation de la zéolithe peut être obtenue par chauffage du mélange réactionnel à une température comprise entre 400C environ et 2400C environ, de préférence entre 600C et 2200C pendant le temps nécessaire à la cristallisation, selon un mode opératoire classique de synthèse de zéolithe et connu de l'homme du métier. A titre indicatif, la durée de chauffage peut être comprise entre 6 heures et 500 heures environ. The crystallization of the zeolite can be obtained by heating the reaction mixture at a temperature between about 400C and about 2400C, preferably between 600C and 2200C for the time required for crystallization, according to a standard procedure of zeolite synthesis and known to the skilled person. As an indication, the heating time can be between 6 hours and 500 hours.
Ce chauffage et cette cristallisation sont réalisés de préférence dans un récipient ou autoclave revêtu d'une couche telle que, par exemple, le polytétrafluoroéthane. This heating and crystallization are preferably carried out in a vessel or autoclave coated with a layer such as, for example, polytetrafluoroethane.
Le mélange réactionnel peut être agité ou non. The reaction mixture can be stirred or not.
Après cristallisation, le précipité obtenu est recueilli, par exemple, par filtration. After crystallization, the precipitate obtained is collected, for example, by filtration.
Ce précipité est ensuite chauffé après un séchage éventuel, à une température supérieure à 4500C, de préférence supérieure à 5000C, afin de décomposer par calcination ou décomposition thermique les espèces organiques contenues dans le précipité, telles que, par exemple, l'agent structurant. This precipitate is then heated after a possible drying, at a temperature above 4500C, preferably above 5000C, in order to decompose by calcination or thermal decomposition organic species contained in the precipitate, such as, for example, the structuring agent.
On obtient ainsi la stannozéosilite de l'invention de structure
MFI.The stannozeosilite of the structural invention is thus obtained.
MFI.
L'invention a également pour objet la zéolithe obtenue avant calcination dénommée par la suite "précurseur de zéolithe" qui est un produit cristallin du type zéolithe à base de silice et d'oxyde d'étain répondant à la formule (IV) suivante
(Sig6~xSnx)O1g2t4+1( S+F-) (IV) dans ladite formule
- x est compris entre 0,1 et 3,0, de préférence entre 0,1 et 2,0.The subject of the invention is also the zeolite obtained before calcination, hereinafter referred to as "zeolite precursor", which is a crystalline product of the zeolite type based on silica and tin oxide, corresponding to the following formula (IV)
(Sig6 ~ xSnx) O1g2t4 + 1 (S + F-) (IV) in said formula
x is between 0.1 and 3.0, preferably between 0.1 and 2.0.
- S+ symbolise le cation provenant de l'agent structurant. S + symbolizes the cation coming from the structuring agent.
Il représente plus particulièrement un cation résultant de l'amine de formule (II), un cation de type d'ammonium quaternaire de formule (III), ou ces mêmes composés dans lesquelles l'azote est remplacé par un atome de phosphore. It more particularly represents a cation resulting from the amine of formula (II), a cation of quaternary ammonium type of formula (III), or these same compounds in which the nitrogen is replaced by a phosphorus atom.
L'identification de la zéolithe à structure NFI peut être notamment réalisée par l'établissement du diagramme de diffraction du précurseur qui lui donne naissance. The identification of the zeolite NFI structure can be achieved in particular by the establishment of the diffraction pattern of the precursor which gives rise to it.
Le précurseur de zéolithe de l'invention a un système cristallin orthorhombique et un diagramme de diffraction des rayons X défini dans le tableau I. The zeolite precursor of the invention has an orthorhombic crystalline system and an X-ray diffraction pattern defined in Table I.
Dans ce tableau, les valeurs extrêmes des différentes équidistances réticulaires dhkl sont données et correspondent aux concentrations limites d'étain incorporé dans la charpente de la zéolithe avant calcination, ou plus précisément au rapport Sn/(Si + Sn). In this table, the extreme values of the different lattice equidistances dhkl are given and correspond to the limit concentrations of tin incorporated in the framework of the zeolite before calcination, or more precisely to the ratio Sn / (Si + Sn).
Ce diagramme de diffraction peut être obtenu à l'aide d'un diffractomètre en utilisant la méthode classique des poudres avec le rayonnement Ka du cuivre. A partir de la position des pics de diffraction représentée par l'angle 26 on calcule, par la relation de Bragg, les équidistances réticulaires dhkl caractéristiques de l'échantillon. This diffraction pattern can be obtained using a diffractometer using the conventional powder method with copper Ka radiation. From the position of the diffraction peaks represented by the angle 26 the Bragg relation is used to calculate the characteristic dhkl reticular equidistances of the sample.
L'estimation de l'erreur de mesure (dhkl) sur dhkl se calcule, en fonction de l'erreur absolue A(28) affectée à la mesure de 26, par la relation de Bragg. Une erreur absolue A(20) égale à t 0,20 est couramment admise. L'intensité relative I/Io affectée à chaque valeur de dhk est estimée à partir de la hauteur du pic de diffraction correspondant.The estimation of the measurement error (dhkl) on dhkl is calculated as a function of the absolute error A (28) assigned to the measurement of 26 by the Bragg relation. An absolute error A (20) equal to t 0.20 is currently accepted. The relative intensity I / Io assigned to each value of dhk is estimated from the height of the corresponding diffraction peak.
On utilise souvent une échelle de symboles pour caractériser cette intensité : FF = très fort, F = fort, mF = moyen à fort, m = moyen, mf = moyen à faible, f = faible, ff = très faible.A scale of symbols is often used to characterize this intensity: FF = very strong, F = strong, mF = medium to strong, m = average, mf = medium to low, f = low, ff = very weak.
La valeur du volume VO de la maille cristallographique de la zéolithe avant calcination est fonction de la substitution du silicium par l'étain. The volume value VO of the crystallographic mesh of the zeolite before calcination is a function of the substitution of silicon by tin.
TABLEAU I
Diagramme de diffraction des rayons X
TABLE I
X-ray diffraction pattern
<tb> Valeurs <SEP> extrêmes <SEP> I/Io <SEP> Valeurs <SEP> extrêmes <SEP> I/Io
<tb> des <SEP> dhkl <SEP> (nm) <SEP> des <SEP> dhkl <SEP> (nm) <SEP>
<tb> <SEP> 1,114-1,133 <SEP> F <SEP> 0,368-0,374 <SEP> mF
<tb> <SEP> 0,988-1,008 <SEP> F <SEP> 0,361-0,367 <SEP> mF
<tb> <SEP> 0,969-0,983 <SEP> mF <SEP> 0,340-0,346 <SEP> m
<tb> <SEP> 0,886-0,897 <SEP> f <SEP> 0,330-0,336 <SEP> m
<tb> <SEP> 0,734-0,744 <SEP> m <SEP> 0,327-0,332 <SEP> m
<tb> <SEP> 0,699-0,709 <SEP> f <SEP> 0,321-0,327 <SEP> mf <SEP>
<tb> <SEP> 0,660-0,670 <SEP> f <SEP> 0,314-0,319 <SEP> ff
<tb> <SEP> 0,627-0,637 <SEP> m <SEP> 0,310-0,315 <SEP> ff
<tb> <SEP> 0,597-0,607 <SEP> m <SEP> 0,300-0,305 <SEP> m
<tb> <SEP> 0,591-0,601 <SEP> m <SEP> 0,294-0,299 <SEP> m
<tb> <SEP> 0,564-0,574 <SEP> m <SEP> 0,291-0,296 <SEP> mf
<tb> 0,548-0,557 <SEP> m <SEP> 0,282-0,287 <SEP> ff
<tb> <SEP> 0,530-0,539 <SEP> ff <SEP> 0,276-0,280 <SEP> ff
<tb> 0,510-0,519 <SEP> ff <SEP> 0,270-0,274 <SEP> ff
<tb> <SEP> 0,492-0,301 <SEP> mf <SEP> 0,257-0,261 <SEP> f
<tb> <SEP> 0,454-0,462 <SEP> mf <SEP> 0,253-0,257 <SEP> f
<tb> <SEP> 0,438-0,446 <SEP> ff <SEP> 0,248-0,252 <SEP> f
<tb> <SEP> 0,432-0,440 <SEP> mf <SEP> 0,247-0,251 <SEP> f
<tb> <SEP> 0,420-0,427 <SEP> m <SEP> 0,238-0,242 <SEP> f
<tb> <SEP> 0,394-0,401 <SEP> mf <SEP> 0,203-0,206 <SEP> ff
<tb> <SEP> 0,379-0,386 <SEP> FF <SEP> 0,198-0,202 <SEP> mf <SEP>
<tb> 0,372-0,379 <SEP> mF <SEP> 0,197-0,201 <SEP> m <SEP>
<tb>
Ledit précurseur de zéolithe est susceptible d'être obtenu par le procédé comprenant
(i) la préparation d'un mélange réactionnel en milieu aqueux
contenant au moins une source de silicium au degré d'oxyda
tion + 4, une source d'étain au degré d'oxydation + 4, des
ions fluorure, un agent structurant ; le pH du mélange
réactionnel étant compris entre 1,5 et 12,0, de préférence
entre 6,0 et 11,0.<tb> Extreme <SEP> values <SEP> I / Io <SEP> Extreme <SEP> values <SEP> I / Io
<tb><SEP> dhkl <SEP> (nm) <SEP><SEP> dhkl <SEP> (nm) <SEP>
<tb><SEP> 1,114-1,133 <SEP> F <SEP> 0,368-0,374 <SEP> mF
<tb><SEP> 0.988-1.008 <SE> F <SEP> 0.361-0.367 <SEP> mF
<tb><SEP> 0.969-0.983 <SEP> mF <SEP> 0.340-0.346 <SEP> m
<tb><SEP> 0.886-0.897 <SEP> f <SEP> 0.330-0.336 <SEP> m
<tb><SEP> 0.734-0.744 <SEP> m <SEP> 0.327-0.332 <SEP> m
<tb><SEP> 0.699-0.709 <SEP> f <SEP> 0.321-0.327 <SEP> mf <SEP>
<tb><SEP> 0.660-0.670 <SEP> f <SEP> 0.314-0.319 <SEP> ff
<tb><SEP> 0.627-0.637 <SEP> m <SEP> 0.310-0.315 <SEP> ff
<tb><SEP> 0.597-0.607 <SEP> m <SEP> 0.300-0.305 <SEP> m
<tb><SEP> 0.591-0.601 <SEP> m <SEP> 0.294-0.299 <SEP> m
<tb><SEP> 0.564-0.574 <SEP> m <SEP> 0.291-0.296 <SEP> mf
<tb> 0.548-0.557 <SEP> m <SEP> 0.282-0.287 <SEP> ff
<tb><SEP> 0.530-0.539 <SEP> ff <SEP> 0.276-0.280 <SEP> ff
<tb> 0.510-0.519 <SEP> ff <SEP> 0.270-0.274 <SEP> ff
<tb><SEP> 0.492-0.301 <SEP> mf <SEP> 0.257-0.261 <SEP> f
<tb><SEP> 0.454-0.462 <SEP> mf <SEP> 0.253-0.257 <SEP> f
<tb><SEP> 0.438-0.446 <SEP> ff <SEP> 0.248-0.252 <SEP> f
<tb><SEP> 0.432-0.440 <SEP> mf <SEP> 0.247-0.251 <SEP> f
<tb><SEP> 0.420-0.427 <SEP> m <SEP> 0.238-0.242 <SEP> f
<tb><SEP> 0.394-0.401 <SEP> mf <SEP> 0.203-0.206 <SEP> ff
<tb><SEP> 0.379-0.386 <SEP> FF <SEP> 0.198-0.202 <SEP> mf <SEP>
<tb> 0.372-0.379 <SEP> mF <SEP> 0.197-0.201 <SEP> m <SEP>
<Tb>
Said zeolite precursor can be obtained by the process comprising
(i) preparing a reaction mixture in an aqueous medium
containing at least one source of silicon with an oxidation degree
+ 4, a source of tin with oxidation + 4,
fluoride ions, a structuring agent; the pH of the mixture
the reaction is between 1.5 and 12.0, preferably
between 6.0 and 11.0.
(ii) la cristallisation du mélange réactionnel et la récupération
du précipité cristallin.(ii) crystallization of the reaction mixture and recovery
crystalline precipitate.
Les rapports molaires des différentes espèces dans le milieu réactionnel sont ceux indiqués précédemment. The molar ratios of the different species in the reaction medium are those indicated above.
Le précipité cristallin est avantageusement lavé pour éliminer les impuretés et notamment les cations ou anions non accrochés ou incorporés dans la structure. The crystalline precipitate is advantageously washed to remove impurities and especially cations or anions not hooked or incorporated into the structure.
Ce produit manipulable est notamment et principalement utilisé pour la production de zéolithe par calcination sous des conditions appropriées et déterminées en fonction de l'utilisation désirée de la zéolithe. This manipulable product is in particular and mainly used for the production of zeolite by calcination under appropriate conditions and determined according to the desired use of the zeolite.
Les zéolithes de l'invention peuvent être utilisées dans la catalyse de nombreuses réactions telles que, par exemple, les réactions de dismutation ou d'alkylation, l'hydrogénolyse et l'hydrogénation de coupes pétrolières ou dans les procédés de reformage. The zeolites of the invention can be used in the catalysis of numerous reactions such as, for example, disproportionation or alkylation reactions, hydrogenolysis and hydrogenation of petroleum fractions or in reforming processes.
D'autres buts, caractéristiques et détails de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples suivants donnés uniquement à titre indicatif et illustratif. Other objects, features and details of the invention will appear more clearly in view of the following examples given solely for information and illustrative purposes.
Exemple 1
Cet exemple décrit une synthèse d'une zéolithe en milieu acide avec utilisation des ions F-, comme agent mobilisateur.Example 1
This example describes a synthesis of an acidic zeolite using F- ions as a mobilizing agent.
On ajoute goutte à goutte et sous forte agitation, 0,26 g de chlorure d'étain SnCl4 à une solution contenant
- 13,2 g de bromure de tétrapropylammonium (TPA-Br),
- 11 g de fluorure d'ammonium NH4F,
- 120 g d'eau,
- 6 g de silice AEROSIL 130 commercialisée par la Société DEGUSSA.0.26 g of SnCl4 tin chloride is added dropwise with vigorous stirring to a solution containing
13.2 g of tetrapropylammonium bromide (TPA-Br),
11 g of ammonium fluoride NH4F,
- 120 g of water,
- 6 g of silica AEROSIL 130 sold by DEGUSSA.
Après homogénéisation du gel, on ajoute à titre de germes de cristallisation, 0,12 g d'une zéolithe de structure NFI, à savoir une zéosilite. After homogenization of the gel, 0.12 g of a zeolite with structure NFI, namely a zeosilite, are added as crystallization seeds.
Le pH du mélange réactionnel est de 8,5. The pH of the reaction mixture is 8.5.
Les rapports molaires dans le mélange réactionnel sont les suivants
Sn/Si = 0,01 ; F/Si = 3,0 ; TPA+/Si = 0,5 ; H2O/Si = 70.The molar ratios in the reaction mixture are as follows
Sn / Si = 0.01; F / Si = 3.0; TPA + / Si = 0.5; H2O / Si = 70.
On transfère le mélange réactionnel dans un autoclave dont les parois sont gainées de polytétrafluoroéthane. The reaction mixture is transferred to an autoclave whose walls are sheathed with polytetrafluoroethane.
On chauffe pendant 1 jour à 2000C. It is heated for 1 day at 2000C.
Le pH du milieu à l'ouverture de l'autoclave est de 9,0. The pH of the medium at the opening of the autoclave is 9.0.
Après filtration, lavage à l'eau et séchage à 800C, on obtient 6,6 g de précurseur de stannozéosilite de type MFI pure dont le diagramme de diffraction X est conforme à celui donné dans le tableau I. After filtration, washing with water and drying at 800 ° C., 6.6 g of stannozéosilite precursor of pure MFI type are obtained, the X-ray diffraction pattern of which is in accordance with that given in Table I.
Les cristaux obtenus sont des bâtonnets de dimensions 5 x 1 pin. The crystals obtained are rods of dimensions 5 x 1 pin.
L'analyse chimique du produit donne une teneur en fluor de 1,0 %. The chemical analysis of the product gives a fluorine content of 1.0%.
On calcine le précurseur précédemment obtenu, à 5500C pendant 6 heures, ce qui permet d'éliminer l'agent structurant et de restaurer la porosité de la stannozéosilite obtenue. The previously obtained precursor is calcined at 5500C for 6 hours, which makes it possible to eliminate the structuring agent and to restore the porosity of the stannozéosilite obtained.
ExemPle 2
On prépare un gel mixte contenant les éléments Si et Sn. A cet effet, on ajoute lentement sous agitation, 2,6 g de chlorure d'étain SnCl4 dans 20 g de méthanol anhydre, puis 15,2 g de tétraméthylate de silicium Si(OCH3)4. Après homogénéisation, on ajoute dans ce mélange une solution contenant 15 g d'une solution aqueuse d'ammoniaque à 25 %, 6 g de méthanol et 10 g d'eau. La prise en masse du gel est instantanée. Il est ensuite redispersé dans de l'eau puis évaporé et séché à 1200C. La poudre obtenue est relavée à l'eau pour éliminer le chlorure d'ammonium éventuellement formé. On obtient ainsi environ 10 g d'un gel mixte (SiO2, SnO2) avec un rapport molaire Sn/Si = 0,1.EXAMPLE 2
A mixed gel containing the elements Si and Sn is prepared. For this purpose, 2.6 g tin chloride SnCl 4 in 20 g anhydrous methanol and then 15.2 g of Si (OCH 3) 4 silicon tetramethylate are slowly added with stirring. After homogenization, a solution containing 15 g of a 25% aqueous ammonia solution, 6 g of methanol and 10 g of water is added to this mixture. The caking of the gel is instantaneous. It is then redispersed in water and then evaporated and dried at 1200C. The powder obtained is rewashed with water to remove any ammonium chloride that may be formed. About 10 g of a mixed gel (SiO 2, SnO 2) with a Sn / Si molar ratio of 0.1 are thus obtained.
On disperse ce gel dans une solution contenant 1,85 g de fluorure d'ammonium de NH4F, 3,32 g de TPABr, 36 g d'eau et 0,12 g d'une zéosilite, zéolithe à structure MFI comme germes de cristallisation. This gel is dispersed in a solution containing 1.85 g of ammonium fluoride of NH4F, 3.32 g of TPABr, 36 g of water and 0.12 g of a zeosilite, zeolite with MFI structure as crystallization seeds. .
Le pH du milieu réactionnel est de 7. The pH of the reaction medium is 7.
Les rapports molaires dans le mélange réactionnel sont
Sn/Si = 0,1 ; F/Si = 0,5 ; TPA+/Si = 0,125 ; H2O/Si = 20.The molar ratios in the reaction mixture are
Sn / Si = 0.1; F / Si = 0.5; TPA + / Si = 0.125; H2O / Si = 20.
On chauffe ce gel 6 jours à 200 C. This gel is heated for 6 days at 200 ° C.
Le pH du milieu à l'ouverture de l'autoclave est de 9,5. The pH of the medium at the opening of the autoclave is 9.5.
Après filtration, lavage à l'eau et séchage, on obtient 8,6 g de solide dont l'analyse par diffraction aux rayons X révèle qu'il s'agit d'un précurseur de zéolithe du type MFI dont le diagramme est conforme à celui donné dans le tableau I et qu'il y a présence d'impureté cristallisée du type SnO2 cassitérite (moins de 10 %). After filtration, washing with water and drying, one obtains 8.6 g of solid whose analysis by X-ray diffraction reveals that it is a precursor of zeolite of the MFI type whose diagram complies with that given in Table I and that there is presence of crystalline impurity type SnO2 cassiterite (less than 10%).
Les cristaux obtenus sont des bâtonnets de dimension 8 x 2 pin. The crystals obtained are rods of dimension 8 x 2 pin.
Une analyse ponctuelle réalisée par microsonde électronique donne des rapports Si/Sn à l'intérieur des cristaux compris entre 20 et 60. A point analysis performed by electron microprobe gives Si / Sn ratios inside the crystals between 20 and 60.
L'analyse chimique du produit donne une teneur en fluor de 0,91 %.The chemical analysis of the product gives a fluorine content of 0.91%.
Après calcination à 5500C pendant 6 heures, on obtient une stannozéosilite
Exemple 3
On prépare un gel mixte contenant les éléments Si et Sn comme décrit dans l'exemple 2. On disperse ce gel dans une solution contenant 1,85 g de NH4F, 6,65 g de TPABr et 72 g d'eau.After calcination at 5500C for 6 hours, a stannozeosilite is obtained
Example 3
A mixed gel containing the elements Si and Sn is prepared as described in Example 2. This gel is dispersed in a solution containing 1.85 g of NH4F, 6.65 g of TPABr and 72 g of water.
Le pH est de 7,5. The pH is 7.5.
Les rapports molaires dans le mélange réactionnel sont
Sn/Si = 0,1 ; F/Si = 0,5 ; TPA+/Si = 0,25 ; H20/Si = 40.The molar ratios in the reaction mixture are
Sn / Si = 0.1; F / Si = 0.5; TPA + / Si = 0.25; H20 / Si = 40.
On chauffe ce gel 6 jours à 2000C dans une étuve équipée d'un système d'agitation. This gel is heated for 6 days at 2000C in an oven equipped with a stirring system.
Le pH du milieu à l'ouverture de l'autoclave est de 9. The pH of the medium at the opening of the autoclave is 9.
Après filtration, lavage et séchage, on obtient 8,9 g de solide dont l'analyse par diffraction aux rayons X révèle qu'il s'agit d'un précurseur de zéolithe du type MFI ayant un diagramme conforme à celui dessiné dans le Tableau I et qu'il y a présence d' une impureté cristallisée du type SnO2 cassitérite. After filtration, washing and drying, 8.9 g of solid are obtained, the X-ray diffraction analysis of which reveals that it is an MFI-type zeolite precursor having a diagram according to that shown in the Table. And that there is a crystalline impurity of the type SnO2 cassiterite.
Les cristaux obtenus ont une longueur de 1 à 10 pin pour une largeur de 0,5 à 2 pin. The crystals obtained have a length of 1 to 10 μm for a width of 0.5 to 2 μm.
Après calcination à 5500C pendant 6 heures, on obtient une stannozéosilite. After calcination at 5500C for 6 hours, stannozeosilite is obtained.
Claims (22)
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EP91401717A EP0466545A1 (en) | 1990-06-29 | 1991-06-26 | Zeolites based on silica and oxides of tetravalent elements, method for their synthesis and their use |
JP3183888A JPH04231321A (en) | 1990-06-29 | 1991-06-28 | Zeolite based on silica and tetra-valent element oxide and its manufacture and application |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3941871A (en) * | 1973-11-02 | 1976-03-02 | Mobil Oil Corporation | Crystalline silicates and method of preparing the same |
-
1990
- 1990-06-29 FR FR9008210A patent/FR2663920B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3941871A (en) * | 1973-11-02 | 1976-03-02 | Mobil Oil Corporation | Crystalline silicates and method of preparing the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 112, no. 26, 25 juin 1990, page 136, résumé no. 237640c, Columbus, Ohio, US; W. PANG et al.: "Preparation of tin-ZSM-5 type zeolite by gas-solid substitution reaction", & SHIYOU XUEBAO, SHIYOU JIAGONG 1989, 5(2), 93-8 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2663920B1 (en) | 1993-07-02 |
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