JP2007022911A - 連続攪拌式反応器を利用した多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造方法、並びに連続的製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔生物質及び混合金属酸化物の製造時、マイクロ波を熱源として利用し、連続攪拌式反応器continuous stirred reactorCSRを使用して、温度は、反応物と溶媒と生成物とから構成されたスラリーの温度を直接測定して制御し、圧力は、気相の圧力を測定して制御することにより、運転安定性と再現性を高めて、滞留時間の調節が容易になると共に、生産量の増加などが達成できる製造方法、及びこのような製造方法を達成することができる多孔性物質及び混合金属酸化物製造用連続式製造装置。
【選択図】図1
Description
1)製造装置:多孔性物質及び混合金属酸化物を含む物質の製造のために、図1の装置が使用された。反応物ドラム10では、反応物を計量して反応物混合物を作ることができて、スラリーポンプ11を利用し、反応物混合物をマイクロ波が照射される連続攪拌式反応器30、冷却器40、及び生成物ドラム41に移動させることができる。連続攪拌式反応器30の内部の反応物及び生成物混合物の温度を測定できるように、熱電対を設けた。反応温度は、マイクロ波の電力を調節して制御することができ、ラプチャー(rupture)34を設置して、急激な圧力増加が起こる場合、自動に排気されるようにして、反応器内の圧力上昇及び爆発を防ぐことができる。連続攪拌式反応器30にマイクロ波を照射するために、ガラスからなる透視鏡38を設置して、漏出されるマイクロ波を遮蔽するために、ステンレス鋼メッシュ37を反応器の周りに設置した。生成物ドラム41には、連続攪拌式反応器30からドレーンされた生成物、未反応原料、中間体、及び溶媒などを集めることができて、冷却器40を通過した気体の圧力を測定して反応器の圧力を制御し、設定された反応圧力以上の圧力は、圧力制御器42を通じて外部に排出される。
シリコン成分のない反応物を原料として使用したことを除いては、実施例1と同様に反応を行った。即ち、反応物の組成がAl2O3:1.0P2O5:1.5DPA:100H2Oとなるようにして、生成物のX線回折形態(図2b)から、AlPO−11が得られたことが分かった。 詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
連続式反応器の代わりに回分式マイクロ波反応器を利用したことを除いては、 実施例1と同様に反応を行った。即ち、40gの反応物をテフロン(登録商標)反応器に入れた後、よく封止して、マイクロウェーブ反応器(Mars-5、CEM社)に装着し、反応器の温度を180℃に昇温した後、5分間維持して、SAPO−11多孔性物質を合成した。生成物のX線回折形態(図2c)から、SAPO−11が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
加熱する熱源としてマイクロ波を使用する代わりに、一般的な電気オーブンを利用して、連続反応の代わりに、回分式反応器を利用したことを除いては、比較例1と同様に合成した。180℃で5時間維持して、SAPO−11多孔性物質を合成した。生成物のX線回折形態(図2d)から、SAPO−11が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
シリコン成分のない反応物を原料として使用し、鋳型物質としてトリエチルアミン(TEA)を使用したことを除いては、実施例1と同様に反応を行った。即ち、反応物の組成がAl2O3:1.05P2O5:1.2TEA:100H2Oとなるようにして、反応器の滞留時間は、20分に維持した。生成物のX線回折形態から、AlPO−5が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例1と同様に反応を行ったが、鋳型物質としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(DMPDA)を使用して、反応器の滞留時間は、15分間であり、反応温度は185℃、反応圧力は163psi以内に維持した。即ち、反応物の組成を、Al2O3:1.0P2O5:0.1SiO2:1.0HF:1.0DMPDA:100H2Oとなるようにして、生成物のX線回折形態から、SAPO−34が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例1と同様に反応を行ったが、骨格がニッケル、燐及び酸素から構成されたニッケルフォスフェート(VSB-1)を製造した。塩化ニッケル六水和物、燐酸、フッ化アンモニウム、及び蒸留水を原料として使用して、反応物の組成は、NiCl2:0.5P2O5:2.5NH4F:100H2Oとなるようにした。反応器の滞留時間は、10分間であり、得られた生成物のX線回折形態(図3a)から、ニッケルフォスフェートVSB−1が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例5と同様に反応を行ったが、鉄の含有されたニッケルフォスフェートを製造して、反応物の組成は、NiCl2:0.5P2O5:0.233FeCl2:2.5NH4F:100H2Oとなるようにした。反応器の滞留時間は、10分間であり、得られた生成物のX線回折形態(図3b)から、鉄含有ニッケルフォスフェートFe−VSB−1が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例5と同様に反応を行ったが、フッ素成分のない状態で、塩基性で反応を行い、反応物の組成は、NiCl2:0.315P2O5:3NH3:100H2Oとなるようにした。反応器の滞留時間は、3分間であり、得られた生成物のX線回折形態(図4a)から、ニッケルフォスフェートVSB−5が得られたことが分かった。比較例3と比較し、連続式合成により得られた多孔性物質は、回分式により得られたものとほぼ等しい物性を示すことが分かり、生産性は、非常に高いことが分かる。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。これは、回分式反応器を利用した下記の比較例3と比較して、ほぼ等しい程度の物性を有するVSB−5が得られ、本発明の連続攪拌式反応装置が、回分式反応装置とほぼ等しい物性を有しながら、非常に高い生産性を有する生成物を提供するものであることが分かる。
連続式反応器の代わりに回分式マイクロ波反応器を利用したことを除いては、実施例7と同様に反応を行った。即ち、40gの反応物をテフロン(登録商標)反応器に入れた後、よく封止して、マイクロウェーブ反応器(Mars-5、CEM社)に装着し、反応器の温度を180℃に昇温した後、3分間維持して、ニッケルフォスフェートVSB−5多孔性物質を合成した。生成物のX線回折形態(図4b)から、VSB−5が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例1と同様に反応を行ったが、有無機複合体を製造した。反応物としては、塩化ニッケル六水和物、グルタル酸(GTA)、イソプロピル酸(IPA)、水酸化カリウム、及び蒸留水を使用して、反応物組成は、NiCl2:1.5GTA:1.0KOH:9.0IPA:30H2Oとなるようにした。180℃で反応器の滞留時間は5分間維持して、得られた生成物のX線回折形態(図5)から、有無機複合体MIL−77構造が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例1と同様に反応を行ったが、ゼオライトZSM−5を製造した。反応速度が遅くて、まず種子を製造し、その後、反応物に種子を加え反応を行った。種子を製造するために、テトラエチルオルトシリケート、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH)、及び蒸留水を利用して、SiO2:0.2TPAOH:20H2Oの組成を有した反応物ゲルを製造した。このゲルは、テトラエチルオルトシリケートの加水分解によりエタノールを含有しているが、これを除去するために、80℃で1時間維持し、エタノールを蒸発させた。この後、比較例1のマイクロ波反応装置を利用し、種子用ゲルを165℃で10分間反応し、種子を得た。ゼオライトZSM−5を得るための種子は、液体を除去した後、乾燥して分析した時、約100nm以下の球状を有した。ZSM−5細孔物質を得るために、シリカゾル、アルミン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、蒸留水を利用して、SiO2:0.02Al2O3:0.25NaOH:60H2Oの組成を有する反応物ゲルを製造した。この反応物ゲルに、上記得られた種子を含有した液体を加えるが、シリカを基準に、95%は反応物ゲルから、5%は種子から得られるようにした。この混合物を165℃で15分間維持して、圧力は、102psi以内となるようにした。 生成物のX線回折形態から、ZSM−5が得られたことが分かり、詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例1と同様に反応を行ったが、立方晶系(cubic)の構造を有して、メソ細孔を有するSBA−16を製造した。反応原料としては、メタケイ酸ナトリウム九水和物(Na2SiO3・9H2O)、塩酸、トリブロック共重合体(Pluronic F127, EO106PO70EO106)、及び蒸留水を使用して、反応部組成は、SiO2:3.2×10−4F127:7HCl:150H2Oであった。この反応物ゲルを30分間攪拌してエージングし、実施例1の反応装置を利用して、100℃で25分間維持し、圧力は、15psi以内となるようにした。生成物のX線回折形態から、立方晶系構造のSBA−16細孔物質が得られたことが分かり、詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した。
実施例1と同様に反応を行ったが、混合金属酸化物の一つであるペロブスカイト型の無機物BaTiO3を製造した。反応物としては、塩化チタン、塩化バリウム、水酸化カリウム、及び蒸留水を使用して、反応物組成は、TiCl4:2.0BaCl2:3.0KOH:300H2Oとなるようにした。180℃で反応器の滞留時間は10分間維持して、 得られた生成物のX線回折形態から、ペロブスカイト型BaTiO3構造が得られたことが分かった。詳しい実験条件及び得られた物質の物性は、表1に示した
11 スラリー供給ポンプ
30 連続攪拌式反応器
32 マグネトロン
33 温度表示器及び調節器
34 ラプチャー(rupture)
37 マイクロ波遮蔽膜
38 透視鏡(sight glass)
40 冷却器
41 生成物ドラム
42 圧力表示器及び調節器
43 排出口
45 ドレーンライン(drain line)
Claims (11)
- マイクロ波を熱源として利用し、溶媒の存在下で反応物を50〜250℃に加熱して、連続的に多孔性物質及び混合金属酸化物を製造する方法であって、
1)反応物を、マイクロ波の照射できる透視鏡を有した反応器に連続的に供給し、
2)反応器の透視鏡を通じてマイクロ波を照射して反応させて、
3)前記反応器から、生成された生成物の混合物を連続的にドレーンする、連続攪拌式反応器を利用した多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造方法。 - 反応器の容量は、マグネトロン当たり200〜10,000cm3であることを特徴とする、請求項1に記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造方法。
- 前記連続攪拌式反応器を、直列に連結して滞留時間を増やすか、並列に連結して時間当たりの生産性を高めることを特徴とする、請求項1に記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造方法。
- 前記多孔性物質は、ゼオライト、アルミノフォスフェート、シリコアルミノフォスフェート、金属含有アルミノフォスフェート、メソ細孔体、及び有無機複合体であることを特徴とする、請求項1に記載の多孔性物質の連続的製造方法。
- 前記混合金属酸化物は、BaTiO3であることを特徴とする、請求項1に記載の混合金属酸化物の連続的製造方法。
- 反応物に種子(seed)を追加するか、反応物を反応温度以下でエージングして製造することを特徴とする、請求項1に記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造方法。
- マイクロ波を熱源として利用し、溶媒の存在下で反応物を50〜250℃に加熱して、連続的に多孔性物質及び混合金属酸化物を製造する装置であって、
反応物を貯蔵する反応物貯蔵槽;
反応物貯蔵槽から供給された反応物をマイクロ波により連続的に反応させる、マイクロ波の透過可能な透視鏡を有する連続攪拌式反応器;
前記連続攪拌式反応器にマイクロ波を連続的に照射するマイクロ波発生装置;及び
連続攪拌反応器から、製造された生成物の混合物をドレーンすることができる、連続攪拌反応器の側面に形成されているドレーンライン;
を有する、連続攪拌反応装置を利用した多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造装置。 - 前記生成物を貯蔵する生成物貯蔵槽と、反応物を貯蔵する反応物貯蔵槽とをさらに備えることを特徴とする、請求項7に記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造装置。
- 前記連続攪拌反応器の気相物質を冷却する冷却器と、ドレーンラインの生成物を冷却する冷却器とをさらに備えることを特徴とする、請求項8に記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造装置。
- 前記連続攪拌反応器の内部温度を調節する温度測定及び調節器と、内部圧力を測定して反応器の圧力を調節する圧力測定及び調節器をさらに含むことを特徴とする、請求項7に記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造装置。
- 前記連続攪拌反応器を二つ以上連結したことを特徴とする、請求項7ないし10のいずれかに記載の多孔性物質及び混合金属酸化物の連続的製造装置。
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