JP2015519282A - ゼオライト材料及びその製造方法並びにその使用方法 - Google Patents

ゼオライト材料及びその製造方法並びにその使用方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ゼオライト材料の製造方法に関し、(1)1種以上のYO2源と、1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR1R2R3R4N+含有化合物とを含有する混合物を製造する工程と、(2)工程(1)で得た混合物を結晶化してゼオライト材料を得る工程とを含む。ここで、Yは、四価元素であり、R1、R2及びR3は互いに独立してアルキルを示し、R4はアルケニルを示す。同様に、本発明は本発明方法で得られたゼオライト材料とその使用に関する。

Description

本発明は、ゼオライト材料の製造(preparation)のプロセスと、MFI型骨格構造を持ち、本発明の方法により得られるようなゼオライト材料と、そしてまた、本発明のゼオライト材料を特定の適用分野で使用する方法に関する。更に、本発明は、微多孔性材料の合成、特にゼオライト材料の合成において構造規定剤(structure directing agent)となる、アルケニル部分を含む、アルケニルトリアルキルアンモニウム(alkenyltrialkylammonium)カチオンの使用に関する。
分子ふるいは、ゼオライト命名に関するICPAC委員会の規則に従い、国際ゼオライト学会(International Zeolite Association)の構造委員会により分類されている。この分類によれば、骨格型(フレームワーク型、framework type)ゼオライトと他の結晶微孔性分子ふるい(構造が確立されているもの)は、3文字のコードが付与され、「the Atlas of Zeolite Framework Types」、第5版、Elsevier、英国、ロンドン(2001年)に記載されている。これらの材料のうち、MFI−型骨格構造を示すものは、多様な用途で使用され、特に、化学産業、とりわけ石油化学の分野で重要性を持つゼオライト材料の重要なクラスを成す。更に、MFI−型骨格構造を示す多数のゼオライト材料が、異種成分からなる(heterogeneous)触媒の重要な分野での使用が見出されている。それらの技術分野での使用が見出されたゼオライト材料の顕著な例としては、ZSM−5と、チタンシリカライトTS−1が言及されている。
通常、多数の微孔性材料として、MFI骨格構造を持つゼオライト材料が、それらの結晶化を導く自己組織化工程において、構造規定剤として機能する有機テンプレート(organotemplate、有機鋳型)を用いて合成される。これに関し、第4級アンモニウム含有化合物が、例えば、MFI型骨格構造ZSM−5及びTS−1を持つ上記ゼオライトの合成用に、多く用いられる。特に、米国特許第3,702,886号明細書は、例えば、ZSM−5とその合成に関するものであり、合成には構造規定剤としてテトラプロピルアンモニウムを使用する。米国特許第4,410,501号明細書は、他方で、TS−1ゼオライトとその合成に関するものであって、ZSM−5用には、テトラプロピルアンモニウム含有化合物を利用して合成を行う。テトラアルキルアンモニウム化合物を利用したゼオライト材料の合成方法の更なる例は、例えば、米国特許公開2007/0135637号並びに2008/0000354号明細書に開示されている。
米国特許第8,007,763号、米国特許第8,007,763号明細書、及び、国際公開2008/083045パンフレットは、他方で、ゼオライト材料とその合成に関し、その合成では、ベンジルトリメチルアンモニウム含有化合物を、種結晶(seed crystals)と、そしてまた、更なる有機テンプレート材料と組み合わせて用いる。微孔性材料の合成で、構造規定剤として使用される、第4級アンモニウム化合物の更なる例に関し、国際公開2007/021404パンフレットが、アルミノホスフェート又はシリコアルミノホスフェート分子ふるいの合成に関し引用され、そこでは、それら化合物に含有される第4級アンモニウムカチオンを構成する四位(第4、forth)置換基として、シクロアルキル、複素環式又は芳香族部分のいずれかを含むトリアルキルアンモニウム化合物を用いる。ゼオライト材料の合成において、より複雑な第四級アンモニウム化合物の使用例は、例えば、米国特許第4,544,538号に開示され、この公報は特に、CHA‐骨格構造を持つゼオライトSSZ−13に関するものである。
微孔性骨格構造の多様な型を考慮し、同様に、各骨格構造型に関し公知の多様なゼオライト化合物により付与される化学的及び物理的特性に関し、利用可能なゼオライト材料の種類は広範囲に亘るにも関わらず、未知の化学的及び物理的特性を示す更なるゼオライト材料の提供についての要求が未だ存在する。更に、微孔性構造を導く自己組織化工程での制御の省力に関し、ある用途で要求される特定の条件を持つ結果生成物の微調整を可能にするため、結果物であるゼオライト材料の化学的及び物理的特性を緩やかに変化させる合成方法論が特に必要とされている。
米国特許第3,702,886号明細書 米国特許第4,410,501号明細書 米国特許公開2007/0135637号明細書 米国特許公開2008/0000354号明細書 米国特許第8,007,763号明細書 国際公開2008/083045パンフレット 国際公開2007/021404パンフレット 米国特許第4,544,538号明細書
よって、本発明の目的は、特徴的な化学的及び物理的特性を示すMFI−型骨格構造を持ったゼオライト材料を提供することであり、特に、触媒の分野でのような潜在的な使用に関し、そしてまたそのようなゼオライト材料の製造も目的とする。更に、本発明の目的は、MFI−型骨格構造を持つ上記のような特徴的なゼオライト材料の製造方法であって、ある用途における特定の要求に対する多様性を改善するため、特に、高い変異性(variability)を提供し、触媒用途等での最適化の可能性を改善するため、その物理的及び化学的特性を微調整可能な方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、下記工程を含むゼオライト材料の製造方法に関する:
(1)1種以上のYO用源と、構造規定剤としての1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物とを含有する混合物を製造する工程と、
(2)工程(1)で得た混合物を結晶化させ、ゼオライト材料を生成する工程と、を含む。
ここで、Yは四価元素であり、R、R及びRは互いに独立してアルキルであり、Rはアルケニルである。
ゼオライト材料の製造工程で、構造規定剤としてアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンを用いることで、そのアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンがアルケニル部分を含む場合、特に、結果として得られる材料の疎水性/親水性に関し(特に、例えば本明細書の実施例に示すような、アルキル部分のみを持つアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンを用いて製造した材料と比較して)、特徴的な物理的及び化学的特性を持つゼオライト材料が得られることが、驚くべきことに発見された。上述した特徴的な特性は、本発明の方法により得られる材料の他の特徴的な物理的及び化学的特徴の原因にもなり、他の特徴とは、例えば、本明細書の実施例の項目に示すような、本発明の方法により得られる材料の改善された触媒特性として示される。
従って、本発明は、微孔性材料の合成、好ましくはゼオライト材料の合成において、構造規定剤としてのアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物を使用する方法にも関する。本発明の使用の好ましい実施形態によれば、アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物は、本発明方法の工程(1)で使用する1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物であり、その化合物の定義は、好ましくは、本発明方法で使用する、特定のそして好ましい1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物に関する、本発明の特に好ましい実施形態のいずれでもよい。
本発明の方法によれば、1種以上のYO用源が工程で提供される。ここで、その1種以上の源は、YO含有ゼオライト材料が工程(2)で結晶化可能であれば、想定できるいかなる形態でも製造されるであろう。好ましくは、YOは、上記のように提供される、及び/又は、化学部分(部位)としてYOを含む化合物を持つ、及び/又は、本発明方法の工程中に(部分的又は全部が)化学的にYOに変性する化合物である。
本発明方法で用いられるYO及び/又はその前駆体に関し、Yを示す1種以上の元素については、その元素が四価元素であり、工程(2)で結晶化されるゼオライト材料に含有されるものであれば、特に制限はない。特に、本発明の意義の範囲内では、通常のゼオライト材料で典型的な、骨格構造により形成される孔や空洞中に存在可能な非骨格元素とは異なり、YOは、少なくとも部分的、好ましくは全てが、構造成形元素(structure building element)として、ゼオライト材料の骨格構造中に含有される。従って、上記のことを考慮すると、Yはいかなる想定可能な四価元素を意味し、Yは単一又は複数の四価元素でもよい。本発明に係る好ましい四価元素は、Si、Sn、Ti、Zr、Ge、そしてまたこれらの2以上の組合せを含む。本発明の好ましい実施形態によれば、Yは、Si及び/又はSnを示し、ここで、本発明の特に好ましい実施形態によれば、YはSiを含み、更に好ましくはYはSiである。
本発明の好ましい実施形態では、YはSi又はSiと一種以上の更なる四価元素との組合せを示し、工程(1)で好ましくは得られるSiO用源も、想定できるいかなる源とすることができる。従って、例えば、いかなる種類のシリカ及び/又はシリケート及び/又はシリカ誘導体を使用することができ、好ましくは1種以上のYO用源が、ヒュームドシリカ、シリカヒドロゾル、反応性アモルファス固体シリカ、シリカゲル、ケイ酸、水ガラス、メタケイ酸ナトリウム水和物、 セスキケイ酸塩(セスキシリケート、sesquisilicate)、ジシリケート、コロイダルシリカ、焼成シリカ(pyrogenic silica、発熱性シリカ)、ケイ酸エステルからなる群より選択される1種以上の化合物を含み、又は、上記化合物の2種以上の混合物も同様に使用することができる。特に好ましい実施形態によれば、本発明の方法の工程(1)で使用される一種以上のYO用源が、ヒュームドシリカ、シリカヒドロゾル、反応性アモルファス固体シリカ、コロイダルシリカ、焼成シリカ、テトラアルコキシシランからなる群より選択され、また、それら2種以上の混合物も含む。前記特に好ましい実施形態によれば、更に好ましくは、1種以上のYO用源が、ヒュームドシリカ、反応性アモルファス固体シリカ、シリカゲル、焼成シリカ、(C−C) テトラアルコキシシラン、これらの2種以上の混合物からなる群より選択され、ここで、より好ましくは、1種以上のYO用源が、ヒュームドシリカ、(C−C) テトラアルコキシシラン、そしてまたこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、更により好ましくは、本発明の方法によれば、1種以上のYO用源が、ヒュームドシリカ及び/又はテトラエトキシシランを含む。
本発明方法の工程(1)に係る混合物中で更に得られる1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオン、Rに関し、R、R及びRがアルキルであり、Rがアルケニル部分であり、工程(1)で供給されるその種類及び/又は量が工程(2)でゼオライト材料の結晶化を可能とするものであれば、その種類及び/量には制限がない。従って、本発明方法の工程(1)で得られるアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRのアルキル部分R、R及びRに関し、それらは、例えば、互いに独立して(C−C)アルキルを示す。本発明によれば、 R、R及びRは同一、R、R及びRのうち2つが同一で1が他と異なり、又は、R、R及びRが互いに異なり、ここでは、本発明の特に好ましい実施形態では、好ましくは、R、R及びRのうち、少なくとも2つが同じアルキル部分であり、更に好ましくは、R、R及びRが同じアルキル部分である本発明の好ましい実施形態に関し、R、R及びRは互いに独立して(C−C)アルキルを示し、ここでは、より好ましいR、R及びRは互いに独立して、(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキルからなる群より選択され、更により好ましくは、R、R及びRは互いに独立して、分枝又は非分枝プロピルを示す。本発明の特に好ましい実施形態によれば、少なくとも1つの、好ましくは2つ、更に好ましくは全てのR、R及びRが、n−プロピルである。
本発明方法の工程(1)で得られる1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRのアルケニル部分Rに関し、Rは、いかなる好適なアルケニル基でもよく、好ましくは(C−C)アルケニルからなる群より選択されるアルケニルである。より好ましくは、Rは、(C−C)アルケニル、更に好ましくは、(C−C)アルケニル、より好ましくは(C−C)アルケニルからなる群より選択される。特に好ましい実施形態によれば、Rは、2‐プロペン‐1‐イル、1‐プロペン‐1‐イル、又は1‐プロペン‐2‐イル、であり、更に好ましくは2‐プロペン‐1‐イル(-CH2-CH=CH2)又は1‐プロペン‐1‐イル(-CH=CH2-CH3)である。
従って、本発明の実施形態では、R、R及びRは、互いに独立して、(C−C)アルキル、好ましくは、(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、更に好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、更により好ましくは分枝又は非分枝プロピル、いっそう好ましくはn−プロピルである。ここでRは、(C−C)アルケニル、好ましくは(C−C)アルケニル、より好ましくは(C−C)アルケニル、更に好ましくは(C−C)アルケニル、より好ましくは2‐プロペン‐1‐イル、1‐プロペン‐1‐イル又は1‐プロペン‐2‐イル、更に好ましくは2‐プロペン‐1‐イル又は1‐プロペン‐1‐イルである。
本発明によれば、本発明方法の工程(1)で得られる、1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物は、それに含有されるアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRが、本発明方法の工程(2)での反応混合物の結晶化で、構造規定剤として機能するのであれば、その種類に特に限定はない。好ましい実施形態によれば、1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物は、1種以上の塩を含有する。原則、上記実施形態によれば、アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRに対する対イオンは、1種以上の上記アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRの構造規定機能による、本発明方法の工程(2)でのゼオライト材料の結晶化を可能とするものであれば、特に制限はない。アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物は、1種以上の水酸化物及び/又はハライドを含有してもよく、ここで、好ましくは1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウム化合物が、1種以上の水酸化物、塩化物及び/又は臭化物の塩を含み、ここで、より好ましくは、1種以上アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオン含有化合物は、水酸化物、ハライド及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、水酸化物、塩化物、臭化物及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、特に好ましい実施形態によれば、1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物は、本発明方法の工程(1)では、それらの水酸化物の塩として得られる。
従って、特に好ましい実施形態によれば、工程(1)で用いる1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物は、N‐(C-C)アルケニル-トリ-(C-C)アルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択される1種以上の化合物を含み、好ましくはN‐(C-C)アルケニル-トリ-(C-C)アルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択され、より好ましくは、N-(C-C)アルケニル-トリ-(C-C)アルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択され、更により好ましくは、N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド、N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド、N-(1-プロペン-2-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含む。より好ましくは、構造規定剤が、N−(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド及び/又はN-(1-プロペン-1-イル)-トリプロピルアンモニウムヒドロキシドを含有する。
本発明方法の工程(1)で得られる混合物中の1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRの量に関し、ここでもまた、本発明方法の工程(2)でのゼオライト材料が結晶化するのであれば、特に限定はない。従って、例えば、混合物中の1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR:YOのモル比は、0.01以上5以下の範囲であり、より好ましくは、そのモル比は、0.03以上2以下の範囲にあり、より好ましくは、0.05以上1以下の範囲にあり、更により好ましくは0.1以上0.5以下の範囲にあり、更により好ましくは0.13以上0.3以下の範囲にある。本発明の特に好ましい実施形態によれば、工程(1)による混合物中で得られる1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR:YOのモル比は、0.15以上0.2以下の範囲に含まれる。
上述したように、構造規定剤として工程(1)で提供される1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRは特に限定はなく、原則、単一種類のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオン又は異なる2種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンの混合物が本発明方法の工程(1)で提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、2種以上のR含有化合物が工程(1)提供される。原則、2種以上の異なるアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンを含有する上記好ましい実施形態によれば、原則アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンが他とは異なることによる、特定の差異に関し、特に限定はない。従って、例えば、2種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンは、それに含まれる1種以上のアルキル基、R、R及びRが異なり、及び/又はそれに含まれるアルケニル基Rが異なる。ここで、特に好ましい実施形態によれば、2種以上の異なる種類のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンが、同一のR、R 及びRアルキル部分を含むが、それに含まれるRアルケニル部分が異なる。本発明方法の工程(1)で、2種以上の異なる種類のアルケニルトリアルキルアンモニウム が得られる上記好ましい、そして、特に好ましい実施形態によれば、2種以上の異なるRアルケニル部分は特に限定されず、本発明によれば、2種以上のR部分はいかなる違いであってもよい。ここで、好ましくは、2以上の化合物の異なるRアルケニル部分は、(C-C)アルケニルからなる群より選択され、好ましくは、(C-C)アルケニル、より好ましくは(C-C)アルケニル、更に好ましくは(C-C)アルケニルからなる群より選択され、ここで、更により好ましくは2種以上の化合物の異なるRアルケニル部分は、2-プロペン-1-イル、1-プロペン-1-イル及び1-プロペン-2-イルからなる群より選択される。本発明の特に好ましい実施形態によれば、本発明方法の工程(1)で得られる混合物中の、2種以上の異なるRカチオンは、異なる2種のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRを含み、ここで、第1の化合物のRは 2-プロペン-1-イルであり、第2の化合物のRは1-プロペン-1-イルであり、ここで、更により好ましくは前記2種の化合物のR、R及びRが同一である。
従って、本発明の実施形態としては、工程(1)で得られる混合物が2種以上のR含有化合物を含み、ここで、2種以上の化合物のRが互いに異なり、かつ、(C-C)アルケニル、好ましくは、(C-C)アルケニル、より好ましくは(C-C)アルケニル、更に好ましくは(C-C)アルケニルであり、より好ましくは、2-プロペン-1-イル、1-プロペン-1-イル及び1-プロペン-2-イルであり、更により好ましくは2-プロペン-1-イルと1-プロペン-1-イルである。
工程(1)で得られる混合物が、それらのRアルケニル部分が異なり、好ましくはそれのみが異なる、2種のR含有化合物を含む本発明の特に好ましい実施形態によれば、前記部分が互いに異なる態様にも特に制限はない。従って、例えば、異なるRアルケニル部分は、アルケニル鎖の長さが異なり、及び/又は、含有する1以上のC=C二重結合の数及び/又はその二重結合の位置が異なる。ここで、好ましくは、異なるRアルケニル部分は、それぞれ二重結合を一つのみ有し、そのため、それらは、例えば、各鎖における、鎖長及び/又は二重結合の位置が異なる。ここ、更に好ましくは、異なるRアルケニル部分が、同じ鎖長を持ち、それらの各鎖における二重結合の位置が異なる。従って、上記特に好ましい実施形態によれば、同じ鎖長を持つRアルケニル部分は、第1の化合物のRアルケニル部分がC=C二重結合をその鎖の末端に持ち、第二の化合物のRアルケニル部分では、そのC=C二重結合が鎖の末端には位置せず、又は、第1、第2の化合物のRアルケニル部分の両方が、C=C二重結合をそれらの鎖末端には持たず(即ち、それらの窒素原子結合から鎖迄の距離に関し)、それらの鎖の異なる位置に持つ。特に好ましい実施形態によれば、しかしながら、2種の異なるR含有化合物が好ましい場合において、第1化合物が末端鎖−CH=CH部分を持ち、第2化合物のRが末端鎖部分‐CH持つ。
更に、2種以上のR含有化合物が工程(1)で提供される本発明のいかなる実施形態とも同様に、工程(1)で得られる混合物が2種のR含有化合物を含み、第1化合物(A)のRが末端鎖−CH=CH部分を持ち、第2化合物(B)のRが末端鎖部分‐CHを持つ本発明の特に好ましい実施形態によれば、個々の種類のR含有化合物が互いに用いられる場合の量に関し、特に制限はない。従って、2種以上の異なるR含有化合物のモル比に関し、そして、特に、上記特に好ましい実施形態に係る本発明方法の工程(1)の混合物中で提供される2種の異なるRカチオンに関し、本発明方法の工程(2)でゼオライト材料が結晶化する限りは、前記比は、想定しうるいかなる値であってもよい。すなわち、本発明によれば、次のことが好ましい:2種のR含有化合物を含む工程(1)で得られる混合物で、第1化合物(A)のRが末端鎖−CH=CH部分を持ち、第2化合物(B)のRが末端鎖部分‐CHを持つ好ましい実施形態に関し、原則、 前記2つの化合物(A)、(B)のモル比は、本発明方法でいかなる好適な値を用いることができるが、工程(1)で得られる混合物中で、A:B比が25:75〜 99:1の範囲内に含まれ、より好ましくは、50;50〜98:2、より好ましくは75:25〜97:3の範囲内に含まれ、更に好ましくは 85:15〜96:4の範囲に含まれる。その特に好ましい実施形態によれば、工程(1)で得られる2種のR含有化合物のA:Bモル比は90:10〜95:5の範囲内に含まれる。
従って、工程(1)で得られる混合物が、2種のR含有化合物を含む、本発明の実施形態が更に好ましく、ここで、第1化合物(A)のRが末端鎖−CH=CH部分を持ち、第2化合物(B)が末端鎖部分‐CH持ち、そして、ここでは、工程(1)で得られる混合物中のモル比A:Bは、好ましくは、25:75〜99:1の範囲、より好ましくは50:50〜98:2の範囲、更に好ましくは75:25〜97:3の範囲、より好ましくは85:15〜96:4の範囲、更により好ましくは90:10〜95:5の範囲に含まれる。
本発明の好ましい他の実施形態によれば、工程(1)で得られる混合物中のR含有化合物の上記好ましい混合物のA:B比は、85:15〜99:1の範囲、より好ましくは90:10〜98:2の範囲、より好ましくは92:8〜97:3の範囲、更により好ましくは94:6〜96:4の範囲に含まれる。
従って、本願の実験例の節で示すように、特徴的なゼオライト材料を得るための本発明のR含有化合物の使用に関連した本発明の驚くべき技術的効果に加え、上記特に好ましい実施形態による2種以上R含有化合物を含む実施形態で、更に、全く予期せぬことに、本発明方法の工程(1)で異なるRカチオンの相対的含有量を変化させることで、ゼオライト材料の特定の特性と、特に特徴的な疎水性特性が、制御された方法で変化されることが発見された。その結果、本発明の特に好ましい実施形態によれば、ある与えられた使用のためにその物理的及び化学的特性のある微調整を可能にし、それゆえ最適化を高度に可能にする、特徴的なゼオライト材料の製造について高度に多様な方法が提供される。これは、材料の物理的特性による与えられた使用(例えば、ゼオライト材料の助けによる化学的化合物の分離及び/又は吸収を含む使用)に関し、完全に適合する特徴的なゼオライト材料を製造する高度に効果的な方法を構成するだけではなく、更にまた、特徴的なゼオライト材料触媒支持材料及び/又は触媒として機能する、触媒使用における最適化可能性の想定できる程度を可能にする。
これに関し、本発明の非常に好ましい実施形態によれば、第1及び第2化合物(A)、(B)は、R中の二重結合の位置に関し構造異性体であり、前記構造異性体は、特に好ましくは、N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシドと、N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシドである。
本発明によれば、工程(1)で得られる混合物が、更に、1種以上のX源を含むことが好ましく、ここで、Xは三価元素である。特に、本願の実験例の節で示すように、本発明方法により得られるゼオライト材料の上記特徴的な物理的及び化学的特徴に加え、1種以上のX源が更に工程(1)で提供される場合の本発明方法の実施形態によれば、Xの導入による(特にゼオライト材料の骨格元素として)ゼオライト材料に対し提供される付加的特性は、本発明のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンRに代え、専らアルキル部分のみを含むアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンを用いる方法での同じ三価元素Xの導入によるゼオライト材料について提供される特性から明確に区別されることが、驚くべきことに発見された。特に、以下に示すように、全く予期せぬことに、本発明方法によれば、1種以上のX源の使用が、骨格構造中のそのXの部分(sites)が、それらの酸度に関し特に異なる特性を明らかに示すゼオライト材料を導き出すことが発見された。その結果、本発明方法は、予期せぬことに、その物理的及び/又は化学的特性に関し特に特徴的なゼオライト材料を提供し、これは、前記好ましい実施形態によるゼオライト骨格に三価元素Xをも取り込む。従って、骨格元素として、YO及びXO含むゼオライト材料が、本発明方法により製造され、これが、公知でかつ更なる使用で有利な特徴的な物理的及び/又は化学的特性を示し、特に、骨格構造のX部分が、触媒及び/又は触媒担体材料として、触媒及び/又は助触媒(co-catalytic)活性を示す場合の触媒用途で有利に使用される。
工程(1)で提供される1種以上のX源に含まれる三価元素Xとして使用される元素に関し、工程(2)でゼオライト材料が結晶化し、好ましくは、前記結晶の工程で、骨格元素としてYOとXとを含むゼオライト材料得られるのであれば、元素又は元素混合物に関して本発明によれば特に限定はない。本発明の好ましい実施形態によれば、Xは、Al、B、In、Ga及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、好ましくは、XがAl及び/又はBである。本発明の特に好ましい実施形態によれば、XはAlを含み、ここで更に好ましくはXがAlである。
本発明の他の好ましい実施形態によれば、しかしながら、本発明方法の工程(1)で得られる混合物は、実質的にX源を含まず、ここで、好ましいXは、本願で定義された、特に及び/又は好ましい実施形態によるいかなる三価元素でもよい。従って、本発明の前記他の好ましい実施形態によれば、工程(1)で得られる混合物は、実質的に、X源を含まない。ここで、原則、Xは、1種以上の三価元素であり、工程(1)の混合物中に存在する時は、工程(2)の結晶化でゼオライト材料の骨格構造に取り込まれるものであり、好ましくは、XがAlであり、更により好ましくはXはAl及び/又はBであり、更により好ましくは、Xが、Al、B、In及びGaからなる群より選択される1種以上の元素である。特に好ましい実施形態によれば、しかしながら、本発明方法の工程(1)で得られる混合物は、実質的にX源を含まずを含まず、ここで、Xは、本発明方法の結晶化工程(2)でゼオライト骨格構造中に取り込まれることが可能であれば、いかなる三価元素でもよい。
本発明の定義の範囲内では、工程(1)で得られる混合物中に含まれるX源の量に関し、本発明で用いる用語「実質的」は、いかなる1種以上のX源の全量の0.1質量%以下の量を意味し、好ましくは、0.05質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下、より好ましくは0.0005質量%以下、更により好ましくは0.0001質量%以下を意味する。
工程(1)の混合物が1種以上のX源を含む本発明の実施形態によれば、例えば、混合物中に1種以上のAl源含まれる場合、前記1種以上の源がアルミニウム、アルミニウムアルコキシド、アルミナ及びアルミネートからなる群より選択される1種以上の化合物を含み、より好ましくは、1種以上のアルミネートを含み、ここで1種以上のアルミネートは、好ましくは、アルカリ金属アルミネート、アルミニウムヒドロキシド、及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上のアルミン酸塩である。この特に好ましい実施形態によれば、 1種以上のX源は、アルミニウムヒドロキシド及び/又は1種以上のアルカリ金属アルミネートを含み、アルカリ金属は、好ましくは、ナトリウム及び/又はカリウムであり、より好ましくはナトリウムである。又は、1種以上のX源がアルミニウムを含む実施形態によれば、前記1種以上の源が、アルミニウム粉末を含むことが好ましい。さらに、1種以上のX源が1種以上のアルミニウムアルコキシドを含有する実施形態によれば、ゼオライト材料が本発明方法の工程(2)で結晶化するのであれば、それに含有されるアルコキシド置換基について特に限定はない。従って、例えば、1種以上のアルミニウムアルコキシドは、(C‐C)アルコキシドからなる群より用いられ、好ましくは(C‐C)アルコキシド、より好ましくは(C‐C)アルコキシド、更により好ましくは分枝Cアルコキシドから選択される。ここで、更により好ましくは1種以上のX源が、アルミニウムトリイソプロピレートを含有する。
本発明方法の工程(1)で得られる混合物が実質的にAlを含まない本発明の好ましい他の実施形態によれば、工程(1)で得られる混合物が、アルミナ及び/又はアルミネートの中から選択される、上記特に及び好ましいいかなるAl源を、実質的に含まないような量で含有することが好ましい。
1種以上のX源が工程(1)で得られる本発明の実施形態に関し、1種以上のX源の種類に関しても、それらが使用される量に関しても、本発明によれば特に制限はない。従って、例えば、工程(1)での1種以上のYO源の量に関し、混合物のYO:Xのモル比0.5以上500以下の範囲で変動することが可能であり、好ましくは、モル比は1以上400以下、より好ましくは5以上300以下、より好ましくは20以上200以下、より好ましくは30以上150以下、更により好ましくは、35以上120以下である。特に好ましい実施形態によれば、YO:工程(1)のXモル比は、40以上100以下の範囲に含まれる。
本発明の方法によれば、種結晶は、任意に工程 (1)に提供される。ここで、前記種結晶は、好ましくは、工程(2)の結晶化から得られる骨格構造と同じ種類のゼオライト材料を含むものである。ここで、より好ましくは、種結晶は、本発明方法により得られるゼオライト材料を含む。特に好ましい実施形態によれば、種結晶は、MFI−型骨格構造を持つ、1種以上のゼオライト材料を含む。上記好ましい実施形態によれば、種結晶は、工程(2)でゼオライト材料(好ましくはMFI−型骨格材料を持つゼオライト材料)が結晶化するのであれば、MFI−型骨格構造を持ついかなるゼオライト材料を含んでもよく、ここで、より好ましくは、種結晶に含まれるMFI−型骨格構造を持つゼオライト材料が、本発明方法で得られるゼオライト材料であり、更により好ましくは、種結晶に含まれるMFI−型骨格構造を持つゼオライト材料が、工程(2)で次いで結晶化される、MFI−型骨格構造を持つゼオライト材料と同じものである。 本発明による特に好ましいものは、種結晶が含むゼオライトが、ZSM−5、[As−Si−O]-MFI、[Fe−Si−O]-MFI、[Ga−Si−O]-MFI、AMS-1B、AZ-1、Bor-C、ボラライト C、エンシライト(Encilite)、 FZ−1、 LZ−105、 単斜晶系(Monoclinic) H−ZSM−5、ムティナイト(Mutinaite)、NU−4、 NU−5、シリカライト(Silicalite)、TS−1、TSZ、TSZ−III、TZ−01、USC−4、USI−108、ZBH、ZKQ−1B、ZMQ−TB及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される。ここでより好ましくは、種結晶は、ZSM−5、シリカライト、TS−1又はこれら2種以上の混合物を含み、更により好ましくは、種結晶がZSM−5及び/又はTS−1を含む。更により好ましい実施形態によれば、種結晶は、ZSM−5、[As−Si−O]-MFI、[Fe−Si−O]-MFI、[Ga−Si−O]-MFI、AMS−1B、 AZ−1、Bor−C、ボラライトC、エンシライト、 FZ−1、LZ−105、単斜晶系H−ZSM−5、ムティナイト、NU−4、NU−5、シリカライト、TS−1、TSZ、TSZ−III、TZ−01、USC−4、USI−108、ZBH、ZKQ−1B、ZMQ−TB及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上のゼオライトを含み、より好ましくは、ZSM−5、シリカライト、TS−1又はこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、ここで、前記1種以上のゼオライトは、本発明による方法で製造されたものであり、更により好ましくは、本発明方法で製造したZSM−5及び/又はTS−1が種結晶に含有される。
本発明の方法によれば、工程(2)でゼオライト材料が結晶化されるのであれば、種結晶の好ましい量はどのような量であってもよい。通常、工程(1)による混合物中に含有される種結晶の量は、少なくとも1種のYO源中、YO100質量%に対し、0.01〜30質量%、好ましくは、0.1〜20質量%、より好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは2〜8質量%、更により好ましくは4〜6質量%の範囲にある。
本発明による工程(1)では、混合物は想定可能ないかなる方法でも製造可能であり、ここで、振動(agitation)による混合が好ましくは、攪拌によるものである。
本発明方法の好ましい実施形態では、工程(1)で得られる混合物は、更に1種以上の溶剤を含有する。本発明方法によれば、本発明方法で使用されるであろう、1種以上の溶剤の種類及び又は数に関し、または、その量に関し、工程(2)でゼオライト材料が結晶化されるのであれば、いずれも特に制限はない。本発明方法によれば、しかしながら、1種以上の溶剤が水を含むことが好ましく、より好ましくは蒸留水を含む。ここで、特に好ましい実施形態によれば、蒸留水は、工程(1)で得られる混合物中の唯一の溶剤である。
上述したとおり、1種以上の溶剤を用いる場合、本発明方法の好ましい実施形態では、それらが使用される量は特に限定されない。ここで、水を用いる好ましい実施形態、より好ましくは蒸留水を用いる場合は、混合物中のHO:YOモル比例えば、3以上100以下の範囲であり、ここで用いるモル比は好ましくは5以上50以下の範囲に含まれ、好ましくは6以上30以下、より好ましくは7以上20以下、更により好ましくは8以上15以下の範囲に含まれる。水、好ましくは蒸留水が、工程(1)の1種以上の溶剤に含有され、より好ましくは、工程(2)で結晶化する反応混合物中の単一溶剤として使用される本発明の特に好ましい実施形態によれば、 HO:YOモル比は、9以上12以下の範囲に含まれる。
本発明は、ゼオライト骨格構造中のY元素の及び/又はX元素の少なくとも1部の同形置換に適した1種以上の元素の1種以上の源が、工程(1)による混合物に添加される、本発明方法の好ましい実施形態が、さらに、本発明に含まれる。これに関し、使用される同形置換に適した1種以上の元素の1種以上の源の量に関しても、その種類及び/又は数に関しても、特に制限はない。従って、原則、本発明方法の工程(2)で結晶化されるゼオライト材料も骨格構造に、少なくとも部分的に取り込まれるのであれば、同形置換に適したいかなる元素を用いることができる。好ましい実施形態によれば、1種以上の元素は、B、Fe、Ti、Sn、Ga、Ge、Zr、V、Nb、Cu、Zn、Li、Be及びこれらの2種以上の混合物からなる選択され、より好ましくは、B、Fe、Ti、Sn、Zr、Cu及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される。本発明の特に好ましい実施形態によれば、工程(1)の同形置換に適した少なくとも1種以上の元素は、Ti及び/又はBを含有し、好ましくはTiを含有する。ここで、更により好ましくは、1種の元素がTi及び/又はBである。特に好ましい本発明の実施形態によれば、工程(1)に係る混合物中のY及び/又はX原子の少なくとも1部の同形置換に適した元素としてTiが添加される。
本発明方法の工程(1)の混合物中での同形置換に適した1種以上の元素を含む、本発明の好ましい実施形態によれば、更に好ましくは、同形置換に前記1種以上の元素が用いられる場合、工程(1)の混合物中に更に提供されるAl源の量が実質的にゼロであり、ここで、更に好ましくはX源(Xは同形置換に適した1種以上の元素以外の三価元素)が混合物中に提供されず、特に、XがAl、B、In、Ga及びこれら2種以上の混合物であり、より特にはAl及び/又はBである。
同形置換用の1種以上の元素がTiを含む本発明方法の好ましい実施形態に関し、1種以上のTi源の量及び/又は種類に関しても、それらが使用される量に関しても、原則、特に制限はない。ここで、一種以上のTi源の中でも1種以上のチタニア前駆体化合物を用いることが好ましい。より好ましくは、1種以上のチタニア前駆体化合物は、チタン酸、チタン酸エステル及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、ここで、より好ましくは、同形置換用の1種以上の源が、1種以上のチタン酸エステル、更により好ましくは、1種以上のテトラアルコキシチタネートを含む。用いるテトラアルコキシチタネートの中でも、(C-C)テトラアルコキシチタネートから選択されるものが望ましく、より好ましくは、(C-C)テトラアルコキシチタネートから選択される。ここ、特に好ましい実施形態によれば、1種以上の同形置換用源は、テトラエトキシチタネートを含有する。本発明の特に好ましい実施形態によれば、テトラエトキシチタネートは、本発明方法の工程(1)での同形置換に適した元素としての単一のTi源として使用される。
上述したように、本発明方法の工程(1)での混合物中に好ましくは提供される1種以上の同形置換用源の量に関し、特に制限はない。従って、例えば、本発明方法の工程(1)の混合物中、同形置換に適した1種以上の元素に対するYOのモル比は、1以上300以下の範囲に含まれればよく、ここで好ましくは前記比は、5以上150の範囲に含まれ、より好ましくは、10以上100以下、より好ましくは20以上70以下、更により好ましくは、25以上50以下の範囲である。同形置換に適した1種以上の元素が工程(1)の混合物中に含まれる、本発明の特に好ましい実施形態によれば、YOの前記1種以上の元素に対する比が、30以上40以下の範囲に含まれることが好ましい。
本発明方法の工程(2)で起こる結晶化に関し、工程(1)の混合物からゼオライト材料の結晶化を起こすために用いる実際の手段に対し、本発明によれば特に制限はない。従って、工程(1)の混合物の加熱により結晶化が起こる場合、いかなる好適な手段をも用いられる。前記好ましい実施形態によれば、前記結晶化が起こるであろう温度に関しても、特に制限はない。ここで、好ましくは、結晶化が以下の温度での加熱下で起こる。その温度は、90℃以上210℃以下の範囲に含まれ、好ましくは、110℃以上200℃以下、より好ましくは、130℃以上190℃以下、更により好ましくは、145℃以上180℃以下である。本発明の特に好ましい実施形態によれば、ゼオライト材料の結晶のための工程(2)で、工程(1)で得られる混合物の好ましい加熱は、155℃以上170℃以下の範囲に含まれる。
ゼオライト材料の結晶化のための手段として、本発明方法の工程(2)で好ましくは用いられる加熱に関し、前記加熱は、原則、結晶化が起こるのであれば、いかなる好適な圧力で行ってもよい。本発明の好ましい実施形態では、工程(1)に係る混合物は、工程(2)で、常圧に対して上昇した圧力にさらされる。本発明の範囲で使用される用語「常圧」は、理想的な場合で、101325Paである。しかし、この圧力は、当業者に知られた境界(限度)内で変化するであろう。例えば、この圧力は、95000〜106000又は96000〜105000又は97000 〜104000又は98000〜103000又は99000〜102000Paである。
工程(1)に係る混合物中に溶剤が存在する場合の本発明方法の好ましい実施形態では、更に好ましくは、工程(1)での加熱が、ソルボサーマル条件下で行われることであり、これは、 混合物が、使用する溶剤の自己圧力(autogenous pressure)下で結晶化することを意味し、例えば、ソルボサーマル条件を形成するためのオートクレーブ又は他の結晶化容器中での加熱により行われる。溶剤が水を含む場合の特に好ましい実施形態では、工程(2)で加熱する、蒸留水は、好ましくは、水熱(hydrothermal)条件下に付される。
特に、特に結晶化条件を要求する好ましい実施形態に関し、結晶化用の所望のパラメーターが実現可能であれば、結晶化用に本発明で使用可能な装置は、特に限定されない。ソルボサーマル条件下に付される好ましい実施形態では、いかなる種類のオートクレーブ又は消化槽(digestion vessel)を用いることができる。
更に、本発明方法の工程(2)での、好ましい加熱が、ゼオライト材料の結晶化用に行われる期間に関し、ここでまた、加熱の期間が結晶化の実現に適しているのであれば、特に制限はない。従って、例えば、加熱期間は、5時間〜120時間の範囲であればよく、好ましくは加熱は、8時間〜80時間で行われ、より好ましくは10時間〜50時間、さらにより好ましくは、13時間〜35時間である。特に好ましい実施形態によれば、本発明方法の工程(2)の加熱は、15時間〜25時間の期間で行われる。
工程(2)で混合物が加熱される本発明の好ましい実施形態によれば、ゼオライト材料が結晶化するのであれば、前記加熱は、全結晶化プロセスの間行われ、又は、その1部以上の間行われる。好ましくは、加熱は、結晶化の全期間の間行われる。
本発明方法の工程(2)での結晶化手段に関し、本発明によれば、特に、前記結晶化を、静的(static)条件下、混合物を動かす(移動)手段のいずれで行うことが可能である。混合物を攪拌する実施形態によれば、前記攪拌を行う手段は特に限定はなく、例えば、いかなる移動手段、反応容器の回転及び/又は反応混合物の機械的攪拌をこの効果のために用いることが可能であり、ここで、前記実施形態によれば、反応混合物の攪拌により、上記移動を行うことが好ましい。他の実施形態によれば、しかしながら、結晶化を静的条件下で行い、即ち、結晶化工程の間にいかなる移動手段も使用しない。
通常、本発明方法は、工程(1)で得られる混合物からの工程(2)で結晶化されたゼオライト材料の拡張(work-up)及び/又は更なる物理的及び/又は化学的変換のための更なる工程を任意に含むこともできる。結晶化材料は、例えば、続いて、いかなる分離及び/又は洗浄工程に付されることも可能である。ここで、工程(2)での結晶化から得られるゼオライト材料は、好ましくは、少なくとも1回の分離と、少なくとも1回の洗浄工程に付される。
結晶化物の分離は、想定できるいかなる手段によっても行うことができる。好ましくは、結晶化物の分離を、ろ過、超ろ過、ダイアフィルトレーション、遠心分離及び/又は静置(デカンテーション)により行うことが可能であり、ここで、ろ過法は、吸引及び/又は圧力ろ過工程を含むことができる。 好ましい実施形態によれば、特に、1種以上の同形置換用の元素が用いられた本発明の特に好ましい実施形態によれば、分離に先立って、反応混合物が、pH6以上8以下の範囲に含まれるように調整されることが好ましく、好ましくは、pH6.5以上7.5以下、更により好ましくは、pH7以上7.4以下の範囲である。本発明の範囲内では、pH値は、好ましくは、標準的なガラス電極を介して測定される値である。
1回以上の任意に洗浄プロセスに関し、想定可能ないかなる溶剤も使用することができる。使用される洗浄剤は、例えば、水、アルコール(メタノール、エタノール若しくはプロパノール)、又はこれらの2種以上の混合物である。混合物の例は、2種以上のアルコールの混合物(例えば、メタノールとエタノール、メタノールとプロパノール、エタノールとプロパノール、もしくは、メタノールとエタノールとプロパノール)又は水と少なくとも1種のアルコールとの混合物(例えば、水とメタノール、水とエタノール、水とプロパノール、水とメタノールとエタノール 、水とメタノールとプロパノール、水とエタノールとプロパノールもしくは水とメタノールとエタノールとプロパノール)である。水、又は、水と少なくとも1種のアルコールとの混合物(好ましくは水とエタノール)が好ましく、蒸留水が単一の洗浄剤として非常に好ましい。
好ましくは、洗浄剤(好ましくは洗浄水)のpHが6以上8以下の範囲、好ましくは、6.5以上7.5以下の範囲になるまで、分離されたゼオライト材料を洗浄する。
更に、本発明方法は、任意に、1回以上の乾燥工程を含むことができる。通常、乾燥の想定できるいかなる手段も使用可能である。乾燥プロセスは、好ましくは、ゼオライト材料の加熱及び/又は減圧付与を含む。本発明で把握した実施形態では、1回以上の乾燥工程は、ゼオライト材料のスプレー乾燥、好ましくは噴霧造粒を含む。
少なくとも1回の乾燥工程を含む実施形態では、乾燥温度は、好ましくは、25℃以上150℃以下、より好ましくは60℃以上140℃以下、より好ましくは70℃以上130℃以下、更により好ましくは、75℃以上125℃以下の範囲である。乾燥時間は、好ましくは2時間以上60時間以下、より好ましくは6時間以上48時間以下、より好ましくは12時間以上36時間以下更により好ましくは18時間以上30時間以下である。
通常、本発明方法に含まれる、任意の洗浄及び/又は分離及び/又はイオン交換プロセス(イオン交換処置)は、想定できるいかなる順番、所望の回数を何回でも繰り返してもよい。
従って、本発明の好ましい実施形態によれば、ゼオライト材料の製造方法は、更に、以下の1回以上の工程を含む。
(3)ゼオライト材料の分離(好ましくはろ過)、及び/又は、
(4)ゼオライト材料の洗浄、及び/又は、
(5)ゼオライト材料の乾燥、及び/又は、
(6)ゼオライト材料のイオン交換方法での処理。
ここで、工程(3)及び/又は(4)及び/又は(5)及び/又は(6)は、いかなる順番で行ってもよく、前記工程の1回以上を好ましくは1回以上繰り返す。
従って、本発明方法によれば、工程(2)で結晶化したゼオライト材料は、任意に、少なくとも1回のイオン交換プロセスに付すことが可能であり、ここで、本発明によれば、用語「イオン交換」は、通常、外部源から通常供給される他のイオンと交換される、ゼオライト材料中に含まれる非骨格イオン元素及び/又は分子に関する。
通常、全ての可能なイオン元素及び/又は分子との、想定可能ないかなるイオン交換プロセスを、ゼオライト材料に対し行うことができる。好ましくは、イオン元素として、少なくとも1種のカチオン及び/又はカチオン元素を用いることができ、好ましくは、H、NH4+、Mg、Sr、Zr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H、NH4+、Mg、Sr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H、NH4+、Mg、Cr、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される。本発明の特に好ましい実施形態によれば、1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素は、Mg、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される。好ましくは、ゼオライト材料は、更なるイオン交換プロセスを行う前に、先ず、 H及び/又はNH4+とイオン交換され、より好ましくはNH4+ととイオン交換される。ここで、更なるイオン交換プロセスで交換するイオンは、 Mg、Sr、Zr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir 、 Pt、Au及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される少なくとも1種のカチオン及び/又はカチオン元素、より好ましくはMg、Sr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、Mg、Cr、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される。ここで、更に好ましくは、少なくとも1種のカチオン及び/又はカチオン元素が、Mg、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される。更なるイオン交換に付される前に、ゼオライト材料が、先ず、NH4+とイオン交換される場合の本発明の好ましい実施形態に関し、これは、アンモニア又はそのいかなる前駆体を用いた適切な処理により、ゼオライト材料中に既に含まれていたHイオンの、NH4+イオンへの変性により達成されるであろう。イオン交換される1種以上のイオン性非骨格元素に関し、上記好ましい実施形態によりイオン交換される、ゼオライト中のイオン性非骨格元素の選択については、本発明によれば特に制限はない。ここで、好ましくは、交換されるべき1種以上のイオン性非骨格元素が、H及び/又はアルカリ金属を含有し、アルカリ金属は、好ましくは、Li、 Na、K、Cs及びこれら2種以上の組合せからなる群より選択され、より好ましくは、Li、Na、K及びこれら2種以上の組合わせからなる群より選択され、より好ましくは、アルカリ金属がNa及び/又は Kであり、更に好ましくはNaである。
本発明方法の更なる実施形態によれば、工程(2)で結晶化されたゼオライト材料を、事前にゼオライト材料を分離、洗浄又は乾燥することなく、直接、少なくとも1回の乾燥工程に付しても良く、この乾燥は、好ましくはスプレー乾燥及び/又は噴霧造粒である。本発明方法の工程(2)で得られる混合物を直接スプレー乾燥又は噴霧造粒ステージに付すことは、分離と乾燥が単一ステージで行われるという利点を持つ。従って、本発明のこの実施形態によれば、有機テンプレート化合物の除去を防止できるだけではなく、合成後の拡張(workup)工程が最小化されるという更なる好ましい方法が提供され、その結果、ゼオライト材料が非常に単純化された方法から得ることができる。
本発明の更なる実施形態によれば、工程(2)で結晶化により得られるゼオライト材料は、少なくとも1回のイオン交換プロセスに付される前に、すくなくとも1回の分離工程に付される。好ましくは、少なくとも1回の分離工程には、少なくとも1回の洗浄工程が続き、より好ましくは、少なくとも1回の分離工程には、少なくとも1回の洗浄工程が続き、その後に、少なくとも1回の乾燥工程が続く。
通常、本発明方法によるゼオライト材料は、想定可能ないかなるゼオライト材料でもよい。ここで、好ましくは、工程(2)で生成される前記ゼオライト材料は、MFI型骨格構造を持つ1種以上のゼオライト材料を含む。MFI型骨格構造を持つ1種以上の好ましいゼオライト材料の中でも、その種類及び/又は数に関しても、ゼオライト材料中のその量に関しても、特に制限はない。本発明の好ましい実施形態によれば、MFI骨格構造を持つ1種以上のゼオライトは、ZSM−5、[As−Si−O]-MFI、[Fe−Si−O]-MFI、[Ga−Si−O]-MFI、AMS-1B、AZ-1、Bor-C、ボラライト C、エンシライト、 FZ−1、LZ−105、 単斜晶系(Monoclinic) H−ZSM−5、ムティナイト(Mutinaite)、NU−4、 NU−5、シリカライト(Silicalite)、TS−1、TSZ、TSZ−III、TZ−01、USC−4、USI−108、ZBH、ZKQ−1B、ZMQ−TB及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上のゼオライトを含む。ここで、より好ましくは、ゼオライト材料が、ZSM−5、シリカライト、TS−1又はこれら2種以上の混合物を含み、更により好ましくは、工程(2)で生成されるゼオライト材料が、ZSM−5及び/又はTS−1を含む。
本発明は、更に、MFI型骨格構造を持つゼオライト材料に関する。この材料は、本発明による方法で得られたものでもよいし、本発明方法により得られるようなMFI型呼格構造を持つゼオライト材料を導く想定可能ないかなる方法で得たものでもよい。ここで、特に、本発明方法は、本願で定義した、いかなる特に好ましい実施形態も示す。
更に、本発明は、YOを持ち、任意にXを持つMFI型骨格構造を有するゼオライト材料にも関する。ここで、Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、前記
材料は、少なくとも書き反射を持つX線回折パターンを持つ。
Figure 2015519282
ここで、100%は、粉末X線回折パターンの最大ピークの強度に関する。本発明の好ましい実施形態によれば、上記X線回折パターンを示すゼオライト材料は、ZSM−5を含有し、ここで、更により好ましくは、ゼオライト材料はZSM−5である。
7.88°〜8.16°2θの範囲に含まれる第1反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度が、15〜45の範囲に含まれることが好ましくより好ましくは16〜30、更により好ましくは17〜23の範囲に含まれる。更に又はそれに加えて、そして好ましくはそれに加えて、 8.83°〜9.13°2θの範囲に含まれる第2の反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度は、12〜30の範囲に含まれることが好ましく、より好ましくは13〜25より好ましくは14〜23、更により好ましくは15〜21の範囲である
本発明の好ましい実施形態によれば、MFI型骨格構造を持つ合成ゼオライト材料は、少なくとも下記反射を持つX線回折パターンを有する。
Figure 2015519282
ここで再び、100%は、粉末X線回折パターンの最大ピークの強度に関する。更に、本発明の特に好ましい実施形態によれば、MFI型骨格構造を持つゼオライト材料は、少なくとも下記反射を持つX線回折パターンを有する。
Figure 2015519282
上記好ましい実施形態によれば、7.95°〜8.09°2θ範囲に含まれる第1反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度は、17〜30の範囲に含まれることが好ましく、より好ましくは、17〜25、更により好ましくは17〜23に含まれる。更にまた、若しくは、それに加えて、好ましくは、それに加えて、8.91°〜9.05°2θの範囲に含まれる第2反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度は、15〜24の範囲に含まれ、より好ましくは14〜22の範囲、更により好ましくは15〜21の範囲である。
YがSiを含み、好ましくはSiである実施形態による本発明のゼオライト材料の29Si MAS NMRに関し、NMRスペクトル中で示されるシグナルの相対強度及び/又は相対ppm値及び/又は数に関し、特に制限はない。本発明の好ましい実施形態によれば、29Si MAS NMRは、下記を含む:
−110.4ppm以下−114.0ppm以上の範囲に含まれる第1ピーク(P1)、及び、
−101.4ppm以下−106.8ppm以上の範囲に含まれる第2ピーク(P2)。
ここで、より好ましくは、第1ピークが−110.8ppm以下−113.4ppm以上の範囲に含まれ、第2ピークが−101.6ppm以下−106.5ppm以上の範囲に含まれる。特に好ましい実施形態によれば、第1ピーク(P1)が、−111.2ppm以下−112.8ppm以上の範囲に含まれ、第2ピーク(P2)が−101.8ppm以下−106.2ppm以上の範囲に含まれる。
特に好ましい本発明の更なる実施形態によれば、(H−29Si)交差分極実験から得られるゼオライト材料の29Si CP MAS NMRは、−110.80ppm以下−111.30ppm以上の範囲に含まれる第1ピーク(P1)と、−101.00ppm以下−103.50ppm以上の範囲に含まれる第2ピーク(P2)とを含み、ここで、好ましくは、ゼオライト材料の29Si CP MAS NMRでの第1及び第2ピークの強度は、強度値の比P1:P2=1:(1.40〜2.50)を示す。より好ましくは、前記好ましい実施形態によれば、第1ピーク(P1)は、−111.00ppm以下−112.10ppm以上の範囲に含まれ、第2ピーク(P2)は−101.50ppm以下−103.00ppm以上の範囲に含まれる。ここで、ゼオライト材料の29Si CP MAS NMRでの第1及び第2ピークの強度は、好ましくは、強度値の比P1:P2は、1:(1.45〜2.20)を示し、より好ましくは、1:(1.50〜2.10)である。より好ましくは、第1ピーク(P1)は、−111.20ppm以下−111.95ppm以上の範囲に含まれ、第2ピーク(P2)は、−101.70ppm以下−102.60ppm以上の範囲に含まれ、ここで、第1、第2ピークの強度は、強度値の比P1:P21:(1.55〜2.00)を示し、より好ましくは1:(1.60〜1.95)である。特に好ましい実施形態によれば、第1ピーク(P1)が−111.30ppm〜−111.85ppmの範囲に含まれ、第2ピーク(P2)が−101.95ppm〜−102.40ppmの範囲に含まれる。ここで、ゼオライト材料の29Si CP MAS NMRでの第1ピークと第2ピークの強度は、好ましくは、強度値の比P1:P2が1:(1.65〜1.90)を示す。
を含むMFI型骨格構造(XがAlを含み、又はAlである)を持つ、本発明ゼオライト材料の27Al MAS NMRに関し、NMRスペクトルに含まれるであろうシグナルの各強度及び/又は各ppm値及び/又は数に関しても、特に制限はない。本発明の好ましい実施形態によれば、しかしながら、本発明材料の27Al MAS NMRスペクトルは、50.00〜53.50ppmの範囲に含まれる第1ピーク(P’1)と、 −0.50〜−2.00ppmの範囲に含まれる第2ピーク(P’2)とを有する。ここで、ゼオライト材料の27Al MAS NMRでの第1ピークと第2ピークの強度は、好ましくは、強度値の比P’1:P’2が、1:(0.5〜1.2)を示す。より好ましくは、第1ピーク(P’1)が、50.50〜52.80ppmの範囲に含まれ、第2ピーク(P’2)が−0.80〜−1.70ppmの範囲に含まれる。ここで、第1及び第2ピークの強度は、強度値の比P’1:P’2が1:(0.1〜0.9)を示し、より好ましくは、1:(0.2〜0.7)である。より好ましくは、第1ピーク(P’1)は、50.70〜52.50ppmの範囲に含まれ、第2ピーク(P’2)が、−1.00〜−1.50ppmの範囲に含まれる。ここで、第1及び第2ピークの強度は、強度値の比P’1:P’2が1:(0.3〜0.6)を示し、より好ましくは、1:(0.35〜0.55)である。本発明の特に好ましい実施形態によれば、ゼオライト材料の27Al MAS NMRは、50.85〜52.30ppmの範囲に含まれる第1ピーク(P’1)と、−1.10〜−1.35ppmの範囲に含まれる第2ピーク(P’2)とを含み、ここで、ゼオライト材料の27Al MAS NMRでの第1及び第2ピークの強度は、好ましくは、強度の比P’1:P’2は、1:(0.4〜0.5)を示す。
本発明の特に好ましい実施形態による、29Si及び27Al MAS NMRスペクトル中での化学シフトppmの各値を得るための、29Si及び27Al MAS NMR試験で使用される標準試料(standard)に関し、本発明によれば特に制限はない。ここで、好ましくは外部標準試料をしようする。特に好ましい実施形態によれば、29Si MAS NMR試験で使用される外部標準試料は、29Si MAS NMR試験での外部第2標準試料としての、ポリマー Q8M8である。ここで、27Al MAS NMR試験での外部ゼロ参照としての、AlClの1M水溶液の使用と同様に、トリメチルシリルM基の共振は、12.5ppmに設定する。
更に、他の実施形態では、本発明は、YO及び任意にXを含むMFI型骨格構造を持つ合成ゼオライト材料にも関するものであり、ここで、Yは四価元素であり、Xが三価元素であり、前記材料は、少なくとも下記反射を含むX線回折パターンを持つ。
Figure 2015519282
ここで、100%は、粉末X線回折パターンでの最大ピークの強度に関する。本発明の好ましい実施形態によれば、上記X線回折パターンを示す他のゼオライト材料TS−1を含み、ここで、更にまた好ましくは、他のゼオライト材料がTS−1である。
7.66°〜8.20°2θの範囲に含まれる第1反射の強度に関し、本発明によれば、好ましくは、前記反射の強度が、70〜100の範囲に含まれ、より好ましくは80〜100、より好ましくは85〜100、更により好ましくは90〜100の範囲に含まれる。更にまた、若しくは、それに加えて、好ましくはそれに加えて、8.58°〜9.05°2θの範囲に含有される、第2反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度が、43〜70の範囲、より好ましくは、46〜60、より好ましくは49〜57、更により好ましくは51〜55の範囲に含まれる。
本発明によれば、MFI型骨格構造を持つ前記他のゼオライト材料が、少なくとも下記反射を含むX線回折パターンを持つことが好ましい。
Figure 2015519282
ここで、再び、100%が、粉末X線回折パターンの最大ピークの強度に関する。
前記好ましい実施形態によれば、7.79°〜8.06°2θの範囲に含まれる第1反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度が、80〜100の範囲に含まれることが好ましく、より好ましくは、85〜100、更により好ましくは、90〜100の範囲である。更にまた、若しくは、それに加えて、好ましくはそれに加えて、8.7°〜8.93°2θの範囲に含まれる第2反射の強度に関し、本発明によれば、前記反射の強度が、46〜60の範囲に含まれることが好ましく、より好ましくは、49〜 57、更により好ましくは51〜55の範囲である。
本発明による他のゼオライト材料の29Si MAS NMRに関し、NMRスペクトルに示されるシグナルの、それぞれの強度及び/又はそれぞれのppm値及び/又は数に関し、特に制限はない。本発明の好ましい実施形態によれば、他のゼオライト材料の29Si MAS NMRは、−110.4〜−114.0ppmの範囲に含まれる第1ピーク(P’’1) に加え、 −100.2〜−104.2ppmの範囲に含まれる第2ピーク(P’’2)を含む。より好ましくは、他のゼオライト材料の29Si MAS NMRが、−110.8〜−113.4ppmの範囲に含まれる第1ピーク(P’’1)と、−100.8〜−103.6ppmの範囲に含まれる第2ピーク(P’’2) を含む。本発明の特に好ましい実施形態によれば、他のゼオライト材料の29Si MAS NMR−111.2〜−112.8ppmの範囲に含まれる第1ピーク(P’’1)と、−101.4〜−103.0ppmの範囲に含まれる第2ピーク(P’’2)とを含む。
本発明によれば、本発明のゼオライト材料の逆畳込(deconvoluted)29Si MAS NMRスペクトルが、−113.2ppm〜−115.2ppmの範囲に含まれる更なるピークを含むことが好ましい。ここで、より好ましくは、前記付加的なピークが、−113.5ppm〜−114.9ppmに含まれることである。本発明の特に好ましい実施形態によれば、ゼオライト材料が、逆畳込29Si MAS NMRスペクトル中に、更なるピークを、−113.8ppm〜−114.7ppmの範囲に有する。原則、逆畳込29Si MAS NMRスペクトルに関し、その逆畳込(デコンボルーション)には、いかなる好適な方法を用いることも可能であり、この方法が、本発明のゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトルでの更なるピークの特定を可能にする。本発明によれば、しかしながら、デコンボルーションがDMFit(Massiot等、 Magnetic Resonance in Chemistry, 40 (2002年)70-76頁)を用いて行うことが好ましい。特に、前記方法によれば、フィッティングモデルが、 開始位置−103ppm、−112ppm及び−114ppmを伴う 3つのガウス関数に含まれる。更に、フィットピークが特定の位置に固定されない結果を伴い、両ピーク位置と線幅が抑制されないことが好ましい。
本発明によれば、ゼオライト材料のMFI型骨格構造のY原子及び/又はX原子の少なくとも一部が、1種以上の元素で同形置換されることが好ましい。これに関し、MFI型骨格構造のX原子及び/又はY原子を置換する1種以上の元素に関し、特に制限はなく、ここで、好ましくは、前記原子がB、Fe、Ti、Sn、Ga、Ge、Zr、V、Nb、 Cu、Zn、Li、Be及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、更により好ましくは、1種以上の元素が、B、Fe、Ti、Sn、Zr、 Cu及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される。特に好ましい実施形態によれば、特に、本発明の他のゼオライト材料の特に好ましい実施形態によれば、 MFI型骨格構造のY原子及び/又はX原子の少なくとも一部が、Ti及び/又はBにより、好ましくはTiにより同形置換される。本発明の特に好ましい実施形態によれば、他のゼオライト材料は、本発明の前記特に及び好ましい実施形態による、同形置換ゼオライト材料である。特に好ましいのは、MFI型骨格構造を持つ、Ti-同形置換されたゼオライト材料であり、それは、特に好ましい実施形態によれば、TS−1である。
MFI型骨格構造中のY原子及び/又はX原子の少なくとも一部をゼオライト材料中で置換する1種以上の元素の量に関し、本発明によれば特に制限はない。従って、例えば、YOの、MFI型骨格構造中で同形置換される1種以上の元素に対するモル比は、5〜100の範囲であり、ここで、モル比は、好ましくは、10〜80の範囲に含まれ、より好ましくは、20〜70、より好ましくは、25〜65、より好ましくは、30〜50、更により好ましくは35〜45の範囲に含まれる。特に好ましい実施形態によれば、MFI型骨格構造中のY原子及び/又はX原子を同形置換する1種以上の元素に対する、YOの比は、38〜40の範囲に含まれる。
ゼオライト材料が更にXを含む本発明の好ましい実施形態に関し、MFI型骨格構造に含まれるその量は特に制限されない。従って、例えば、ゼオライト材料のYO:Xモル比2〜200の範囲に含まれる。ここで、好ましくは、YO:Xモル比が3〜160の範囲に含まれ、より好ましくは、5〜140、より好ましくは8〜120、より好ましくは10〜100、更により好ましくは15〜80の範囲に含まれる。本発明の特に好ましい実施形態によれば、ゼオライト材料のYO:Xモル比が、20〜60の範囲に含まれる。本発明の他の実施形態、特に本願に記載された、特にそして好ましい、いかなる実施形態による他の実施形態に関し、MFI型骨格構造が、Alの実質的な量を含まず、より好ましくは、Xの実質的な量を含まないことが好ましい。ここで、Xは、 Al、B、In、Ga及びこれら2種以上の混合物を示す。ゼオライト材料の特に好ましい実施形態によれば、特に、本発明の他のゼオライト材料によれば、MFI型骨格構造が、Xの実質的な量を含まないことが好ましく、ここで、Xは三価元素である。本発明の範囲内では、用語「実質的」は、ゼオライト材料に含有されるであろうXの量、特に、Al関し使用され、前記用語は、ゼオライト材料100質量%に対する0.1質量%以下のX量を示し、より好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下、より好ましくは0.0005質量%以下、更により好ましくは0.0001質量%以下の量である。
本発明によれば、MFI型骨格構造を持つゼオライト材料がYOを含む原則、Yは、想定可能ないかなる四価元素でもよく、Yは、一又はいくつかの四価元素を示す。本発明に係る好ましい四価元素は、Si、Sn、Ti、Zr、Ge及びこれらの組合せを含む。より好ましくは、Yは、Si、Ti若しくはZr又は前記四価元素のいかなる組合せを示す。更により好ましくはSi及び/又はSnを示す。本発明によれば、特に好ましくは、YがSiを示す。
任意にゼオライト材料のMFI型骨格構造に含まれるXに関し、Xは、原則、想定可能ないかなる三価元素を示し、Xは1種又は複数種の三価元素を示す。本発明に係る好ましい三価元素は、Al、B、In及びGa並びにそれらの組合せを含む。より好ましくは、Xが Al、B若しくはIn又は前記三価元素のいかなる組合わせを示し、更により好ましくは、Al及び/又はBを示す。本発明によれば、XがAlを示すことが特に好ましい。
MFI型骨格構造を持つ本発明のゼオライト材料の骨格元素に加え、前記ゼオライト材料は、好ましくは更に、1種類以上の非骨格元素を含み、その非骨格元素は、骨格構造を構成せず、本発明によれば、通常ゼオライト材料に典型的な、骨格構造により形成される孔及び/又は空洞に存在する。これに関し、ゼオライト中に含まれる非骨格元素の種類に関しても、それに存在するそれらの量に関しても特に制限はない。しかしながら、ゼオライト材料が、1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素を、イオン費骨格元素として含有することが好ましく、ここで再び、ゼオライト材料中に存在するであろうイオン非骨格元素の異なる種類の数や種類に関しても、それらの各量についても特に制限はない。本発明の好ましい実施形態によれば、イオン非骨格元素は、好ましくは、 H、NH 、Mg、Sr、Zr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される、1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素を含む。ここで、より好ましくは、それらは、 H、NH 、Mg、Sr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H、NH 、Mg、Cr、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される。本発明の特に好ましい実施形態によれば、イオン非骨格元素が、Mg、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素を含む。
本発明のゼオライト材料の好適な物理的及び/又は化学的特性に関し、本発明によれば特に制限はない。従って、例えば、本発明材料の多孔性及び/又は表面積に関し、これらは好適ないかなる値とすることもできる。従って、DIN 66135により規定されたゼオライト材料のBET表面積に関し、50m/g以上700m/g以下の範囲であり、ここで、好ましくは、本発明ゼオライト材料の表面積は、100m/g以上650m/g以下の範囲に含まれ、より好ましくは、200m/g以上600m/g以下、より好ましくは300m/g以上550m/g以下、より好ましくは、350m/g以上500m/g以下、更により好ましくは390m/g以上470m/g以下である。本発明の特に好ましい実施形態によれば、DIN 66135により規定されたゼオライト材料のBET表面積は、420m/g以上440m/g以下の範囲である。
その使用の特定の要求に従い、本発明のゼオライト材料は、例えば、上記分離技術(デカンテーション、ろ過、遠心分離又は噴霧)により得られる粉末、スプレー粉末又は噴霧造粒等の態様で使用することができる。
多数の産業上の使用において、しばしば、使用者の一部には、ゼオライト材料を粉末や噴霧材料としては使用しないことが要求される。すなわち、その母液からの材料の分離により得たゼオライト材料であって、任意に洗浄及び乾燥工程、それに続く焼成工程を含むが、造型物(moldings)を得るために更に処理されるゼオライト材料である。そのような造型は、特に、多数の産業上の処理等で要求され、例えば、本発明のゼオライト材料が触媒又は吸収剤(吸着剤)として使用される多数の処理がある。
よって、本発明は、1種以上の本発明のゼオライト材料を含む造型物にも関する。
通常、粉末又は噴霧材料は、錠剤、円柱、球体等の所望形状を得るための好適な成形による、他のいかなる成型材(compound)なしに成形可能である。
好ましくは、粉末又は噴霧材料は、好適な耐火性バインダーと混同されるか、当該バインダーで被覆される。通常、好適なバインダーは、互いに結着すべき1種以上のゼオライト材料の粒子間に、バインダーなしに存在するであろう物理吸着性(physisorption)の範囲を超えた、接着性及び/又は凝力を付与する全ての化合物である。このようなバインダーの例は、金属酸化物(例:SiO、Al、TiO、ZrO若しくはMgO)、粘土(クレイ)又はこれらの2種以上の化合物の混合物である。使用可能な天然由来の粘土は、 モンモリロナイトとカオリン族を含み、これらの族はサブベントナイトを含み、カオリンは、ディキシー(Dixie)、マクナミー(McNamee)、ジョージア(Georgia)及びフロリダクレイ、又は、他のクレイ(主鉱物性成分がハロイサイト、カオリナイト、ディッカイト(dickite)、ナクライト(nacrite)又はアウキサイト(anauxite)であるもの)として一般的に知られている。このような粘土は、発掘されたままの状態の原料状態または予め焼成、酸処理、又は化学変性に付したものを使用可能である。加えて、本発明による1種以上のゼオライト材料は、他の多孔質材料と複合物とすることも可能である。多孔質材料は、例えば、シリカ‐アルミナ、シリカ‐マグネシア、シリカ‐ジルコニア、シリカ‐トリア、シリカ‐ベリリア及びシリカ‐チタニアの他、シリカ−アルミナ‐トリア、シリカ‐アルミナ‐ジルコニア、シリカ‐アルミナ‐マグネシア及びシリカ‐マグネシア‐ジルコニア等の三組成構成物(ternary compositions)がある。
本発明の1種以上のゼオライト材料は、従って、特定の触媒の充填層としての使用、又は、プレート、サドル、チューブ等の形状の片としての使用のために、押出成形物、ペレット、錠剤、又はいかなる好適な形の粒子の態様で提供される。
また好ましくは、粉末又は噴霧材料(上述したように、好適な耐火性バインダーで被覆又は当該バインダと混合した後でもよい)は、例えば水と共に、好適な耐火性担体(支持体)上に付着するスラリーの態様にされる。スラリーは、安定剤、消泡剤、促進剤等、他の化合物(材料)を含むこともある。通常、担体は、しばしば、蜂の巣状担体と称する部材を含み、その担体は、それを通って伸びる複数の微細な平行ガス流路を持つ、1以上の耐火性体を含む。このような担体は、この技術分野で公知であって、コーディエライト等のいかなる好適な材料から製造される。
通常、上述したゼオライト材料を、分子ふるい、吸着剤、触媒、触媒支持体、またはそれらのバインダー(結着剤)として使用可能である。例えば、ゼオライト材料は、選択性分子分離用(炭化水素又はアミンの分離等)の乾燥ガス又は液体の分子ふるいとして、化学担体として、吸着剤(特に、炭化水素又はアミンの分離用の吸着剤)として、又は触媒として使用可能である。より好ましくは、本発明によるゼオライト材料が、触媒として及び/又は触媒担体(触媒支持体)として使用される。
本発明の好ましい実施形態によれば、本発明の1種以上のゼオライト材料が、触媒プロセスで使用され、好ましくは、触媒として及び/又は触媒担体として使用され、より好ましくは、触媒として使用されう。通常、本発明のゼオライト材料は、想定可能ないかなる触媒プロセスの、触媒及び/又は触媒担体として使用可能であり、ここで、少なくとも1種の有機化合物の変性を含むプロセスが好ましく、より好ましくは、当該有機化合物が、少なくとも一つの、炭素‐炭素結合及び/又は炭素‐酸素結合-及び/又は炭素‐窒素結合を含む有機化合物、更に好ましくは、少なくとも1つの炭素‐炭素結合を含む有機化合物である。
更に、本発明によれば、1種以上のゼオライト材料が、有機化合物の分子トラップとして使用されることが好ましい。通常、いかなる種類の有機化合物も、ゼオライト材料中に補足され、ここで、好ましくは、化合物が、後にゼオライト材料から放出されるように、可逆的に補足される。ここで、好ましくは、昇温及び/又は減圧により、(好ましくはその変性なしに)有機化合物が放出される。更に、1種以上のゼオライト材料が、分子構造の微孔性システムを通過可能な寸法の有機化合物を補足するために使用される。本発明の更なる実施形態によれば、補足された化合物が、化学誘導体及び/又はその分解物、好ましくはその熱分解物に、その少なくとも一部が変性する下で放出される。
特定の触媒組成物又は異なる目的の組成物を製造する場合、本発明による1種以上のゼオライト材料と少なくとも1種の他の触媒的活性材料又は意図した目的に関し活性となる材料を混合することも想定可能である。少なくとも2種の異なる本発明の材料(例えば、それらのYO:Xの比率が異なる)を混合してもよく、ここで、2つの異なる 本発明材料は、更に好ましくは、それらのSiO:Al比が異なる。少なくとも2種の異なる本発明材料と、少なくとも1種の他の触媒的活性材料又は意図した目的について活性となる材料とを、混合することも可能である。
本発明のゼオライト材料が用いられるであろう使用に関し、それらはいかなる想定可能な方法で使用され、ここで、それらは、好ましくは、分子ふるいとして、吸収剤(吸着剤)とし、イオン交換用に、触媒として及び/又は触媒担体として使用される。使用されるであろう特定の触媒使用に関し、触媒効果が得られ及び/又は促進されるのであれば、特に制限はない。ここで、ゼオライト材料は、好ましくは、酸触媒用及び/又は酸化触媒として使用され、より好ましくは、1種以上の異性化反応用の触媒として、好ましくは1種以上の炭化水素の異性化、アルキル化反応、アシル化反応、エポキシ化反応、アンモ酸化反応及びこれらの組合せに使用される。特に好ましい本発明の実施形態によれば、ゼオライト材料をエポキシ化触媒として使用する。
実施例1により得た結晶材料のX線回折パターン(CuKアルファ1照射で測定)をそれぞれ示す。図では、角度2θ°が横軸、強度は縦軸に沿ってプロットしている。 実施例1により得た結晶材料について得た水の吸収/脱離等温線をそれぞれ示す。実践は水の材料への吸収を示し、点線は水の材料からの脱離を示す。図では、相対湿度%は横軸に沿って示され、試料100質量%に対する材料中の水含有量質量%は縦軸に沿って示されている。 実施例2により得た結晶材料のX線回折パターン(CuKアルファ1照射で測定)をそれぞれ示す。図では、角度2θ°が横軸、強度は縦軸に沿ってプロットしている。 実施例2により得た結晶材料について得た水の吸収/脱離等温線をそれぞれ示す。実践は水の材料への吸収を示し、点線は水の材料からの脱離を示す。図では、相対湿度%は横軸に沿って示され、試料100質量%に対する材料中の水含有量質量%は縦軸に沿って示されている。 実施例4により得た結晶材料のX線回折パターン(CuKアルファ1照射で測定)をそれぞれ示す。図では、角度2θ°が横軸、強度は縦軸に沿ってプロットしている。 実施例5により得た結晶材料のX線回折パターン(CuKアルファ1照射で測定)をそれぞれ示す。図では、角度2θ°が横軸、強度は縦軸に沿ってプロットしている。 市販のZSM−5材料と同様、実施例5により得た結晶材料について得た、昇温脱離法(the temperature-programmed desorption、NH−TPD)をそれぞれ示す。図では、温度℃は横軸に沿って示され、熱伝道度検出器(TCD)により測定した放出されたアンモニア濃度を縦軸に沿ってプロットしている。 市販のZSM−5材料について得た、昇温脱離法(the temperature-programmed desorption、NH−TPD)をそれぞれ示す。図では、温度℃は横軸に沿って示され、熱伝道度検出器(TCD)により測定した放出されたアンモニア濃度を縦軸に沿ってプロットしている。 実施例7により得た結晶材料のX線回折パターン(CuKアルファ1照射で測定)をそれぞれ示す。図では、角度2θ°が横軸、強度は縦軸に沿ってプロットしている。 市販のZSM材料と比較した、実施例4、5及び6により得た結晶材料でのイソプロパノールの化学的変性に関する結果を示す。この図では、温度℃は横軸に沿って示され、イソプロパノールの変性%は縦軸に沿ってプロットされている。
粉末材料についてのX線回折試験を、Sol−X デテクターを備えた、Advance D8シリーズ2 回折装置(Bruker/AXS) を用い、Cu K アルファ-1照射を使用して行った。
試料の水吸収等温線を、段階‐等温線プログラム(step-isotherm program)に従い、TAインスツールメント製のVTI SA装置を使用して得た。1回の操作又は複数操作のシリーズからなる試験を、装置内部のマイクロバランスパンに配置した試料材料に対し行った。測定を開始する前に、試料の残留水分を、試料を100℃に加熱し(5℃/分の加熱ランプ)、N流下で6時間保持して除去した。乾燥プログラム後、セル中の温度を25℃まで落とし、等温を測定の間維持した。マイクロバランスを較正し、乾燥試料の試料を釣り合わせた(最大質量偏差0.01質量%)。試料による水の取り込みを、乾燥試料の質量の増加として測定した。先ず、吸収曲線を、試料を曝した相対湿度(RH)の増加により(セル内部の大気中の質量%として表示)、そして、平衡での試料による水の取り込み測定により求めた。RHは10質量%段階で、5質量%から85質量%まで増加させ、各段階で、システムがRHを調整し、試料の質量を、平衡条件に達するまでモニターし、質量取り込みを記録した。試料を85質量%RHに曝した後、試料による全吸収水質量を測定した。離脱測定のあいた、RHを、10質量%段階で、85質量%から5質量%まで減少させ、試料の質量の変化(水の取り込み)をモニターし、記録した。
Bruker Avanceスペクトロメーターを用い、300MHz Hラーモア周波数で、 29Si CP−MAS 固体状態 NMR試験を行った(Bruker Biospin、ドイツ)。試料を7mmZrOローターに充填し、5Hzマジックアングルスピニング下、室温で測定した。パルス幅5μm、スペクトル中−62〜−64ppmに対応する29Siキャリア周波数及びスキャンリサイクル遅れ(scan recycle delay)120秒の29Si(π/2)‐パルス励起を用いて、29Siスペクトルを得た。シグナルは、45KHz高パワープロトンでカップリング下、25msについて求め、17時間迄集計した。スペクトルは、全スペクトル幅に対して、30Hz指数線幅拡大(exponential line broadening)で、手動位相調整、及び手動ベースライン補整で、Bruker Topspinを用いて処理した。トリメチルシリルM基の12.5ppmに対する共振の設定により、外部第2標準としてのポリマーQ8M8とスペクトルを参照した。
下記の試料のBET及び孔容積(N)の測定は、以下のDIN 66134プロセスと、以下のDIN 66133プロセスのHg‐多孔度測定である。
<アリルトリプロピルアンモニウムヒドロキシド(ATPAOH)の合成>
有機テンプレートATPAOHの合成を2工程で行った。ここで、第1工程では、アリルクロライドで、トリプロピルアミンをアルキレート化した。これに関し、 1716gのトリプロピルアミンを、6Lのガラス反応器(HWS)中に配置し、829gメタノールを次いで添加し、混合物を攪拌しながら60℃に加熱した。300gメタノール中984gのアリルクロリドを、1.75時間かけて次いで添加した。反応混合物を、次いで、60〜70℃で24時間攪拌した。
減圧(1mbar)下で、70℃加熱により溶剤を除去し、2495gの淡黄色の固体を得た。H、13C及び元素分析により、生成物は、アリルトリプロピルアンモニウムクロライドと同定された。メタノールの残留分は4.3質量%であろうと測定された。従って、収率は91%である。アリルトリプロピルアンモニウムクロライドを、次いで6238gの蒸留水中に溶解し、固形含有量〜40質量%の水溶液を得た。
このようにして得た水溶液を、次いで、分割して、濃度8質量%まで希釈した。その5463gを3750mlの強塩基イオン交換樹脂(ダウ社製、Ambersep 900 OH)を充填したカラムを通した。生成物のアニオンが、従って、塩化物から水酸化物に置換された。装てん工程後、イオン交換樹脂を、次いで蒸留水(11,456g)で洗浄し、生成物のロスを最小化した。
処理後生成物(水酸化物態様になった)と洗浄水の両方を集め、蒸留により濃縮し、40質量%のアリルトリプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液を得た。
<実施例1:ATPAOHを用いたTS−1の合成(異性体比95:5)>
丸底フラスコ内に、500gのテトラエチルオルソシリケート(TEOS)を、15gのテトラエチルオルソチタネート(TEOTi)と一緒に添加した。220gのATPAOH溶液(40質量%N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムモル比が95:5)と、300gの蒸留水を攪拌しながら、Si及びTi源を含むフラスコに添加した。全成分の攪拌後、黄濁溶液を得た。10分の攪拌後、スラリー温度は35℃であり、溶液の色は澄んだ黄色になった。20分の攪拌後、温度は44℃に到達し、溶液は再び濁った。30分攪拌後、スラリー温度は54℃に到達し、再び澄んだ黄色溶液になった。1時間後、シリカ及びチタン源の加水分解が終了し、混合物の温度が54℃で一定であった。TEOS及びTEOTiの加水分解から出たエタノールを、次いで、合成混合物から、95℃、2時間の蒸留により分離した。蒸留プロセスの間、溶液を連続して100U/分回転した。538gのエタノール蒸留物を得た。
蒸留後、603gの蒸留水を合成混合物に添加し、溶液を、もう一時間室温で攪拌した。最後に、懸濁液を機械的攪拌手段を備えた2.5Lステンレス鋼オートクレーブに移した。オートクレーブを175℃に加熱し、連続攪拌しながら16時間維持した(200U/分)。
16時間後、オートクレーブを室温に冷却し、蒸留水を、体積比1:1で懸濁液に添加した(溶液のpH12.1)。5質量%のHNOを添加し、pHを7.2まで下げた。懸濁液を次いでブフナー漏斗でろ過し、固体を数回水で洗浄した。白色固形物を4時間120℃で乾燥し、空気下で5時間490℃で焼成した。焼成は]下記プログラムを用いた:加熱が60分以内120℃まで、温度を240分120℃で維持、次の加熱が370分以内で120℃から490℃まで、そして、温度を300分490℃で維持。
図1に示したXRDによる微細生成物の特徴が、その生成物が、TS−1(100%結晶度及び0.5%未満のアナタス微結晶)の典型的なMFI構造特徴を持つことを示している。ICP分析は、Si(43質量%)とTi(1.9質量%)の元素組成を示している。N吸収等温(isotherm)測定が、材料がラングミュア表面積584m/gとBET表面積429m/gと孔体積0.94mL/g(Hg‐多孔度測定による)とを具備することを示している。試料の水吸収等温線(isotherm)を、図1bに示す。
<実施例2:ATPAOHを用いたTS−1の合成(異性体比50:50)>
520gの20質量%ATPAOH溶液(N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムのモル比が50:50)を用い、エタノールの蒸留前、丸底フラスコ中の最初の混合物の作製に蒸留水を使用せず、実施例1のプロセスを繰り返した。
図2に示したXRDによる最終生成物の特徴は、生成物が、TS−1の典型的なMFI構造特性を持つことを示している(結晶度91%)。ICP分析が、Si(44質量%)とTi(2.0質量%)の元素組成を示している。N吸収等温測定が、材料がBET表面積436m/gを持つことを示している。試料の水吸着等温線を図2bに示す。
<実施例3:ATPAOHを用いたTS−1の合成(異性体比50:50)>
327gの27質量%ATPAOH溶液(N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムのモル比が50:50)を用い、エタノールの蒸留前、丸底フラスコ中の最初の混合物の作製に193gの蒸留水を添加して、実施例1のプロセスを繰り返した。
XRDによる最終生成物の特徴は、生成物が、TS−1の典型的なMFI構造特性を持つことを明らかにした(結晶度92%)。ICP分析が、Si(44質量%)とTi(2.0質量%)の元素組成を示している。N吸収等温測定が、材料がBET表面積437m/gを持つことを示している。
<実施例4:ATPAOHを用いたハイシリカZSM‐5の合成(異性体比95:5)>
137.6mlの蒸留水HO中20質量%ATPAOH(N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムのモル比が95:5)を、エアロジル200(登録商標)32.38gと600mlフラスコ中で混合し、混合物を15分間攪拌した。分散物を次いで、テフロン(登録商標)インレイを備えた0.25Lオートクレーブ中に移し替え、150℃で120時間加熱した。冷却後、生成された固体を蒸留水で繰り返し洗浄し、120℃で16時間乾燥し、31.2gの白色粉末を得た。その粉末を、次いで、490℃で5時間加熱した。SiOに対するモル収率は95%であった。
図3に示したように、XRDによる平均結晶サイズ100nm+/−20nmを持つ材料の特性が、純粋なMFI構造材料であることを示す(100%結晶度)。その材料は、BET表面積が406m/g、ラングミュア表面積が556m/g、孔体積が0.178cm/g であり、平均細孔径(median pore width)が0.58nmであった。元素分析が、炭素含有量0.063質量%試料であることを示した。SEMによれば、側位相(side phase)が生成物中に見られなかった。
ゼオライト材料の29Si MAS NMRが、−102.4及び−112.1ppmでピークを示し、ここで、それらのピーク強度は、シグナルに関し、それぞれ相対強度0.575と1であった。ゼオライト材料の29Si MAS NMRでは、ピークが−92.4、−102.4及び−111.8ppmで観察され、ここで、それらピークの強度は、シグナルに関し、それぞれ相対強度0.176、1.869及び1であった。
<実施例5:アルミン酸ナトリウムを使用し、ATPAOHを用いたZSM‐5の合成(異性体比95:5)>
136.9mlの蒸留水HO中20質量%ATPAOH(N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムのモル比が95:5)を、エアロジル200(登録商標)32.00g及びNaAlO2.02gと600mlフラスコ中で混合し、混合物を15分間攪拌した。分散物を次いで、テフロン(登録商標)インレイを備えた0.25Lオートクレーブ中に移し替え、150℃で120時間加熱した。冷却後、生成された固体を蒸留水で繰り返し洗浄し、120℃で16時間乾燥し、30.2gの黄色がかった粉末を得た。その粉末を、次いで、490℃で5時間加熱した。SiOに対するモル収率は92%であった。
図4に示したように、XRDによる平均結晶サイズ48.5nm+/−10nmを持つ材料の特性が、純粋なMFI構造材料であることを示す(100%結晶度)。その材料は、BET表面積が392m/g、ラングミュア表面積が534m/g、孔体積が0.171cm/gであり、平均細孔径が0.77nmであった。元素分析が、試料中、Siが40質量%、Alが1.6質量%、Cが0.069質量%、Naが0.46質量%であることを示した。従って、Si:Al原子比(SAR)が24であった。SEMによれば、側位相が生成物中に見られなかった。
ゼオライト材料の29Si MAS NMRが、−107.0及び−113.5ppmにピークを示し、それらのピーク強度は、シグナルに関し、相対強度がそれぞれ0.155と1であった。ゼオライト材料の29Si CP−MAS NMRでは、ピークが−91.6、−102.0及び−111.3ppmに観察され、ここで、ピーク強度は、シグナルに関し、相対強度がそれぞれ0.122、1.663及び1であった。
ゼオライト材料の27Al MAS NMRは、50.9及び−1.3ppmにピークを示し、ここで、ピークの強度は、シグナルに関し相対強度がそれぞれ1と0.453であった。
得られた材料のアンモニア温度昇温脱離(NH‐TPD)を測定し、その結果を図5に示した。値は0.71mmolH/gであった。比較のために、類似のSi:Al原子比25を持つ、市販のZSM−5ゼオライト(PZ2−50/H、Zeochem社製)のNH‐TPDを図6に示した(値が0.93molH/g)。図5、6から分かるように、試料は類似の酸点(acid site)の種類eを示し、全く驚くべきことに、両材料のアルミナ含有量が同等であるにも関わらず、本発明材料が概して酸点(acidic site)の数が少ない結果となった。
<実施例6:水酸化アルミニウムを使用し、ATPAOHを用いたZSM‐5の合成(異性体比95:5)>
136.9mlの蒸留水HO中20質量%ATPAOH(N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムのモル比が95:5)を、エアロジル200(登録商標)32.00g及びAl(OH)0.84gと600mlフラスコ中で混合し、混合物を15分間攪拌した。分散物を次いで、テフロン(登録商標)インレイを備えた0.25Lオートクレーブ中に移し替え、150℃で120時間加熱した。冷却後、生成された固体を蒸留水で繰り返し洗浄し、120℃で16時間乾燥し、30.5gの黄色がかった粉末を得た。その粉末を、次いで、490℃で5時間加熱した。SiOに対するモル収率は93%であった。
XRDによる平均結晶サイズ87nm+/−17nmを持つ粉末の特性が、純粋なMFI構造材料であることを示す(97%結晶度)。その材料は、BET表面積が430m/g、ラングミュア表面積が574m/g、孔体積が0.178cm/gであり、平均細孔径が0.63nmであった。元素分析が、試料中、Siが40質量%、Alが0.67質量%、Cが0.22質量%であることを示した。従って、Si:Al原子比(SAR)が57であった。SEMによれば、側位相が生成物中に見られなかった。
ゼオライト材料の29Si MAS NMRが、−105.0及び−113.5ppmにピークを示し、それらのピーク強度は、シグナルに関し、相対強度がそれぞれ0.156と1であった。ゼオライト材料の29Si CP−MAS NMRでは、ピークが−91.1、−102.1及び−111.8ppmに観察され、ここで、ピーク強度は、シグナルに関し、相対強度がそれぞれ0.148、1.919及び1であった。
ゼオライト材料の27Al MAS NMRは、52.3及び−1.1ppmにピークを示し、ここで、ピークの強度は、シグナルに関し相対強度がそれぞれ1と0.008であった。
<実施例7:硫酸アルミニウムを使用し、ATPAOHを用いたZSM‐5の合成>
333mlのHO中40質量%ATPAOH(N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムのモル比が95:5)を、757gのテトラエチルオルソシリケートと470gの蒸留水HOと、60分間室温で攪拌した。その後、746gのエタノールを、95℃で反応ゲルから蒸留により除去した。冷却後、746gのHOと、24.3gのAl(SO*18HOが20mlの蒸留水HOに溶解したものを添加した。分散物を0.25Lオートクレーブ中に移し替え、155℃で24時間加熱した。室温まで冷却後、生成された固体を蒸留水で繰り返し洗浄し、120℃で16時間乾燥し、210gの白色粉末を得た。有機残留物を500℃、6時間焼成して除去した。
図7に示したように、XRDによる平均結晶サイズ83nm+/−20nmを持つ材料の特性が、純粋なMFI構造材料であることを示す。その材料は、表面積が407m/g(BET)、孔体積が0.190cm/gであり、平均細孔径が0.59nmであった。元素分析が、試料中、Siが41質量%、Alが0.76質量%であることを示した。SEMによれば、側位相が生成物中に見られなかった。
<疎水性/親水性>
実施例1、2及び3のTS−1材料に関し、水吸収等温線を測定した。ここで、実施例1、2の試料の吸収/脱離等温線を図1b及び2bにそれぞれ示す。これらの図から分かるように、実施例1の試料に関し、水吸収が2.9質量 %に到達し、実施例2の試料については8.3質量%であった。実施例3の試料についての水吸収等温線の測定吸収が8.7質量%に到達することを示した。
比較のため、比較TS−1試料について水吸収等温線を測定した。この比較試料は、Ti:1.9質量%、Si:43質量%、BET表面積471m/gであり、テトラプロピルアンモニウムを有機テンプレートとして使用したものであり、水吸収が10.2質量%に到達した。従って、全く予期せぬことに、ATPAOH有機テンプレートを使用して得られた本発明材料が、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH)を用いて得られた比較材料よりも、非常に高い疎水性を持つことが分かった。更に、本発明試料の合成で使用するN-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウム:N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムモル比がより高い値の場合は、結果として得られるゼオライト材料がより高い疎水性を導き出すことが観察された。従って、本発明は、全く予期せぬことに、対応するアルケニルトリアルキルアンモニウム有機テンプレート(飽和アルキル基だけを持つ)を使用して得られた材料とは、その化学的及び物理的特性により明確に区別される材料を提供する。更にまた、全く驚くべきことに、本発明材料の特徴的な化学的及び物理的特性の制御された多様性が、本発明によるその製造方法により可能であり、化学的使用、特に触媒分野での、特徴的な多様性を提供することが発見された。
<触媒試験>
本発明材料の触媒的挙動を試験するため、実施例4、5及び6の本発明ZSM−5材料と、市販のZSM−5材料PZ2−25/H及びPZ2−50/H(それぞれSi:Al原子比(SAR)が17と25)で、イソプロパノール分解反応を行った。試験は、室温(非活性)と200℃以上350℃の範囲で行った。
各試験の結果を図8に示す。特に、試験結果から、試料のSARに対し、本発明によるもの以外の有機テンプレートを用いて合成した市販の試料に比べ、本発明試料が、非常に高い活性を持つことが明らかになった。これは、特に、実施例5とPZ2−50/Hの結果を比較した場合に明らかであり、本発明実施例が、200℃付近の温度で変性をほぼ完了したことを示すここで、市販試料によれば300℃でのみ同様の結果が得られた。

Claims (43)

  1. (1)1種以上のYO源と、構造規定剤としての1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物とを含む混合物を製造する工程と、
    (2)ゼオライト材料を得るために、工程(1)で得た前記混合物を結晶化する工程と、を含み、
    Yは四価元素であり、
    、R及びRは互いに独立してアルキルであり、Rはアルケニルである
    ゼオライト材料の製造方法。
  2. 、R及びRは互いに独立して、(C−C)アルキル、好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは、分枝又は非分枝のプロピル、更により好ましくは、n−プロピルであり、
    は、(C−C)アルケニル、好ましくは(C−C)アルケニル、より好ましくは、(C−C)アルケニル、より好ましくは(C−C)アルケニル、より好ましくは、2‐プロペン‐1‐イル、1‐プロペン‐1‐イル又は1‐プロペン‐2‐イルであり、より好ましくは2‐プロペン‐1‐イル又は1‐プロペン‐1‐イルである請求項1に記載のゼオライト材料の製造方法。
  3. 工程(1)で用いる前記構造規定剤が、N‐(C-C)アルケニル-トリ-(C-C)アルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択される1種以上の化合物を含み、 好ましくはN‐(C-C)アルケニル-トリ-(C-C)アルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択され、より好ましくは、N-(C-C)アルケニル-トリ-(C-C)アルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択され、更により好ましくは、N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド、N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド、N-(1-プロペン-2-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含み、より好ましくは、前記構造規定剤が、N−(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシド及び/又はN-(1-プロペン-1-イル)- n-トリプロピルアンモニウムヒドロキシドを含有する請求項2に記載のゼオライト材料の製造方法。
  4. 工程(1)で製造する前記混合物は2種以上のR含有化合物を含有し、当該2種以上の化合物のRが互いに異なり、かつ、(C-C)アルケニル、好ましくは、(C-C)アルケニル、より好ましくは(C-C)アルケニル、更に好ましくは(C-C)アルケニルであり、より好ましくは、2-プロペン-1-イル、1-プロペン-1-イル又は1-プロペン-2-イルであり、更により好ましくは、2-プロペン-1-イル及び1-プロペン-1-イルである請求項1〜3のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  5. 工程(1)で製造される前記混合物が、2種のR含有化合物を含有し、当該化合物のうち、第1化合物(A)のRが末端鎖−CH=CH部分を持ち、第2化合物(B)のRが末端鎖部分‐CHを持ち、
    工程(1)で製造される前記混合物中のモル比A:Bが、好ましくは25:75〜99:1、より好ましくは50:50〜98:2、より好ましくは75:25〜97:3、より好ましくは85:15〜96:4、更により好ましくは90:10〜95:5の範囲に含まれる請求項4に記載のゼオライト材料の製造方法。
  6. 前記化合物A及びBが、R中の二重結合に関して構造異性体であり、前記構造異性体は、好ましくは、N-(2-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシドと、N-(1-プロペン-1-イル)-トリ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシドである請求項5に記載のゼオライト材料の製造方法。
  7. Yは、Si、Sn、Ti、Zr、Ge及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、Yが好ましくはSiである請求項1〜6のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  8. 1種以上のYO源が、ヒュームドシリカ、シリカヒドロゾル、反応性アモルファス固体シリカ、シリカゲル、ケイ酸、水ガラス、メタケイ酸ナトリウム水和物、セスキシリケート、ジシリケート、コロイダルシリカ、焼成シリカ、ケイ酸エステル及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含有し、
    当該化合物は、好ましくは、ヒュームドシリカ、シリカヒドロゾル、反応性アモルファス固体シリカ、シリカゲル、コロイダルシリカ、焼成シリカ、テトラアルコキシシラン及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含有し、
    より好ましくは、当該化合物が、ヒュームドシリカ、反応性アモルファス固体シリカ、シリカゲル、焼成シリカ、(C−C) テトラアルコキシシラン及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含有し、
    より好ましくは、当該化合物が、ヒュームドシリカ、(C−C) テトラアルコキシシラン及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含有し、
    更により好ましくは、1種以上のYO源が、ヒュームドシリカ及び/又はテトラエトキシシランを含有する請求項1〜7のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  9. 工程(1)で製造される前記混合物が、更に、1種以上のX源(Xは三価元素)を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  10. Xは、Al、B、In、Ga及びこれらの2種以上の混合物から選択され、Xは好ましくはAl及び/又はBであり、より好ましくはAlである請求項9に記載のゼオライト材料の製造方法。
  11. 1種以上のX源は、アルミニウム、アルミニウムアルコキシド、アルミナ及び/又は1種以上のアルミネートからなる群より選択され、好ましくは1種以上のアルミネートから選択される1種以上の化合物を含有し、より好ましくは、当該化合物が、アルカリ金属アルミネート、アルミニウムヒドロキシド及びこれらの2種以上の混合物からからなる群より選択される1種以上のアルミン酸塩であり、
    より好ましくは、1種以上のX源が、アルミニウムヒドロキシド及び/又は1種以上のアルカリ金属アルミネートを含有し、そのアルカリ金属が好ましくはナトリウム及び/又はカリウム、より好ましくはナトリウムである請求項9又は10に記載のゼオライト材料の製造方法。
  12. 工程(1)に係る前記混合物のYO:Xモル比が、0.5以上500以下の範囲、好ましくは1以上400以下、より好ましくは5以上300以下、より好ましくは20以上200以下、より好ましくは30以上150以下、より好ましくは35以上120以下、更により好ましくは40以上100以下の範囲である請求項9〜11のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  13. 工程(1)で製造される前記混合物が、X源(Xは三価元素である)を含まない請求項1〜8及び10のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  14. 工程(1)に係る前記混合物が、1種以上の溶媒を更に含有し、前記1種以上の溶媒が、水、好ましくは蒸留水を含有可能な請求項1〜13のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  15. 工程(1)に係る前記混合物のHO:YOモル比が、3以上100以下、より好ましくは5以上50以下、より好ましくは6以上30以下、より好ましくは7以上20以下、より好ましくは8以上15以下、更により好ましくは9以上12以下の範囲である請求項14に記載のゼオライト材料の製造方法。
  16. 工程(1)により製造される前記混合物中、1種以上のアルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR:YOのモル比が、0.01以上5以下、好ましくは0.03以上2以下、より好ましくは0.05以上1以下、より好ましくは0.1以上0.5以下、より好ましくは0.13以上0.3以下、更により好ましくは0.15以上0.2以下の範囲である請求項1〜15のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  17. 工程(1)に係る前記混合物が、ゼオライト骨格構造中のY原子及び/又はX原子の少なくとも一部の同形置換に適した1種以上の元素の1種以上の源を更に有し、当該1種以上の元素が、好ましくは、B、Fe、Ti、Sn、Ga、Ge、Zr、V、Nb、Cu、Zn、Li、Be及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、当該1種以上の元素が、B、Fe、Ti、Sn、Zr、Cu及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択され、更により好ましくは、当該1種以上の元素がTi及び/又はBであり、好ましくはTiである請求項1〜16のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  18. 同形置換用の1種以上の前記源が1種以上のチタニア前駆体化合物、好ましくは、チタン酸、チタン酸エステル及びこれらの2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含有し、好ましくは同形置換用の1種以上の前記源が、1種以上のチタン酸を含有し、好ましくは、1種以上のテトラアルコキシチタネート、より好ましくは、1種以上の(C-C)テトラアルコキシチタネート、より好ましくは1種以上の(C-C)テトラアルコキシチタネートを含有し、更により好ましくは、1種以上の同形置換用の前記源が、テトラエトキシチタネートを含有する請求項17に記載のゼオライト材料の製造方法。
  19. YOの、ゼオライト骨格構造中のY原子及び/又はX原子の少なくとも一部の同形置換に適した1種以上の前記元素に対する比が、1以上300以下、より好ましくは5以上150以下、より好ましくは10以上100以下、より好ましくは20以上70以下、より好ましくは25以上50以下、更により好ましくは30以上40以下の範囲である請求項17又は18のゼオライト材料の製造方法。
  20. 工程(2)での結晶化が、90℃以上210℃以下、好ましくは110℃以上200℃以下、より好ましくは130℃以上190℃以下、より好ましくは145℃以上180℃以下、更により好ましくは155℃以上170℃以下の範囲の温度で、前記混合物を加熱する工程を含む請求項1〜19のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  21. 工程(2)での結晶化が、ソルボサーマル条件下、好ましくは水熱条件下で行われる請求項20に記載のゼオライト材料の製造方法。
  22. 工程(2)での結晶化が、前記混合物を、5時間以上120時間以下、より好ましくは8時間以上80時間以下、より好ましくは10時間以上50時間以下、より好ましくは13時間以上35時間以下、更により好ましくは15時間以上25時間以下の範囲の期間で加熱する工程を含む請求項20又は21に記載のゼオライト材料の製造方法。
  23. 工程(2)での前記結晶化が、好ましくは攪拌により、前記混合物を動かす工程を含む請求項1〜22のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  24. 下記工程:
    (3)好ましくはろ過により、ゼオライト材料を分離する工程、及び/又は、
    (4)ゼオライト材料を洗浄する工程、及び/又は、
    (5)ゼオライト材料を乾燥する工程、及び/又は、
    (6)ゼオライト材料にイオン交換処置を施す工程、
    のうち、1以上の工程を更に含み、
    工程(3)及び/又は工程(4)及び/又は工程(5)及び/又は工程(6)は、いかなる順番で行うことも可能であり、
    前記工程のうち、好ましくは、少なくとも1以上の工程を1回以上繰り返す請求項1〜23のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  25. 少なくとも1回の工程(6)で、ゼオライト骨格中に含まれる1種以上のイオン性非骨格元素を、好ましくは1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素に対しイオン交換し、前記1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素が、好ましくは、H、NH4+、Mg、Sr、Zr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H、NH4+、Mg、Sr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H、NH4+、Mg、Cr、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、更により好ましくは、Mg、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物から選択され、
    前記1種以上のイオン性非骨格元素は、好ましくは、H及び/又はアルカリ金属を含有し、当該アルカリ金属は、好ましくは、Li、Na、K、Cs及びこれら2種以上の組合せからなる群より選択され、より好ましくは、Li、Na、K及びこれら2種以上の組合せからなる群より選択され、より好ましくは、アルカリ金属がNa及び/又はKであり、更に好ましくはNaである請求項24に記載のゼオライト材料の製造方法。
  26. 工程(2)で製造されるゼオライト材料が、MFI型骨格構造を持つ1種以上のゼオライトを含有し、当該ゼオライト材料が、好ましくは、ZSM−5、[As−Si−O]-MFI、[Fe−Si−O]-MFI、[Ga−Si−O]-MFI、AMS-1B、AZ-1、Bor-C、ボラライト C、エンシライト、FZ−1、LZ−105、 単斜晶系H−ZSM−5、ムティナイト、NU−4、NU−5、シリカライト、TS−1、TSZ、TSZ−III、TZ−01、USC−4、USI−108、ZBH、ZKQ−1B、ZMQ−TB及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択される1種以上のゼオライトを含有し、好ましくは当該ゼオライト材料が、ZSM−5、シリカライト、TS−1又はこれら2種以上の混合物を含有し、更により好ましくは工程(2)で製造される当該ゼオライト材料が、ZSM−5及び/又はTS−1である請求項1〜25のいずれか1項に記載のゼオライト材料の製造方法。
  27. 請求項1〜26のいずれか1項により製造可能な及び/又は製造されたMFI型骨格構造を持つ合成ゼオライト材料。
  28. YOを含有し、任意にXを含むMFI型骨格構造を持つ合成ゼオライト材料であって、
    Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、
    前記材料は、少なくとも下記反射を含むX線回折パターンを持ち、
    Figure 2015519282
    粉末X線回折パターン中の最大ピークの強度を100%とする合成ゼオライト材料。
  29. ゼオライト材料の29Si MAS NMRが、
    −110.4ppm以下−114.0ppm以上、好ましくは−110.8ppm以下−113.4ppm以上、更により好ましくは−111.2ppm以下−112.8ppm以上の範囲の第1ピーク(P1)と、
    −101.4ppm以下−106.8ppm以上、好ましくは−101.6ppm以下−106.5ppm以上、更により好ましくは−101.8ppm以下−106.2ppm以上の範囲の第2ピーク(P2)と、を含む請求項28に記載のゼオライト材料。
  30. ゼオライト材料の27Al MAS NMRスペクトルが、
    50.00ppm以上53.50ppm以下、好ましくは、50.50ppm以上52.80ppm以下、より好ましくは50.70ppm以上52.50ppm以下、更により好ましくは50.85ppm以上52.30ppm以下の範囲の第1ピーク(P’1)と、
    −0.50ppm以下−2.00ppm以上、好ましくは−0.80ppm以下−1.70ppm以上、より好ましくは−1.00ppm以下−1.50ppm以上、更により好ましくは−1.10ppm以下−1.35ppm以上の範囲の第2ピーク(P’2)と、を有し、
    ゼオライト材料の27Al MAS NMR中の第1及び第2ピークの強度は、強度値の比P’1:P’2が1:(0.5〜1.2)、好ましくは1:(0.1〜0.9)、より好ましくは、1:(0.2〜0.7)、より好ましくは1:(0.3〜0.6)、より好ましくは1:(0.35〜 0.55)、更により好ましくは1:(0.4〜0.5)を示す請求項28又は29に記載のゼオライト材料。
  31. YOを含有し、任意にXを含むMFI型骨格構造を持つ合成ゼオライト材料であって、
    Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、
    前記材料は、少なくとも下記反射を含むX線回折パターンを持ち、
    Figure 2015519282
    粉末X線回折パターン中の最大ピークの強度を100%とする合成ゼオライト材料。
  32. ゼオライト材料の29Si MAS NMRが、
    −110.4ppm以下−114.0ppm以上、好ましくは−110.8ppm以下−113.4ppm以上、更により好ましくは−111.2ppm以下−112.8ppm以上の範囲の第1ピーク(P’’1)と、
    −100.2ppm以下−104.2ppm以上、好ましくは−100.8ppm以下−103.6ppm以上、更により好ましくは−101.4ppm以下−103.0ppm以上の範囲の第2ピーク(P’’2)と、を含む請求項31に記載のゼオライト材料。
  33. 逆畳込29Si MAS NMRスペクトルが、−113.2ppm以下−115.2ppm以上、より好ましくは−113.5ppm以下−114.9ppm以上、更により好ましくは−113.8ppm以下−114.7ppm以上の範囲に、1つの更なるピークを含む請求項29又は32に記載のゼオライト材料。
  34. MFI型骨格構造中のY原子及び/又はX原子の少なくとも一部が、1種以上の元素により同形置換され、当該1種以上の元素が、好ましくは、B、Fe、Ti、Sn、Ga、Ge、Zr、V、Nb、Cu、Zn、Li、Be及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、当該1種以上の元素が、B、Fe、Ti、Sn、Zr、Cu及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、更により好ましくは、当該1種以上の元素が、Ti及び/又はBであり、好ましくはTiである請求項29〜33のいずれか1項に記載のゼオライト材料。
  35. YOの前記1種以上の元素に対するモル比が、5以上100以下、好ましくは10以上80以下、より好ましくは20以上70以下、より好ましくは25以上65以下、より好ましくは30以上50以下、より好ましくは35以上45以下、更により好ましくは38以上40以下の範囲にある請求項34に記載のゼオライト材料。
  36. YO:Xモル比が、2以上200以下、好ましくは、3以上160以下、より好ましくは5以上140以下、より好ましくは8以上120以下、より好ましくは10以上100以下、より好ましくは15以上80以下、更により好ましくは20以上60以下の範囲にある請求項28〜35のいずれか1項に記載のゼオライト材料。
  37. ゼオライト材料のMFI型骨格構造が、Xを含有しない請求項28〜36のいずれか1項に記載のゼオライト材料。
  38. Yが、Si、Sn、Ti、Zr、Ge及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、Yが好ましくはSiである請求項28〜37のいずれか1項に記載のゼオライト材料。
  39. Xが、Al、B、In、Ga及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、Xが好ましくはAl及び/又はB、より好ましくはAlである請求項28〜38のいずれか1項に記載のゼオライト材料。
  40. ゼオライト材料が、イオン性非骨格元素として、1種以上のカチオン及び/またはカチオン元素を含有し、前記1種以上のカチオン及び/又はカチオン元素が、好ましくは、H+、NH4 +、Mg、Sr、Zr、Cr、Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H+、NH4 +、Mg、Sr、Cr, Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、より好ましくは、H+、NH4 +、Mg、Cr、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上の混合物からなる群より選択され、更により好ましくは、Mg、Mo、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag及びこれら2種以上からなる群より選択される1種以上を含有する請求項28〜39のいずれか1項に記載のゼオライト材料。
  41. DIN 66135によるゼオライト材料のBET表面積が、50m/g 以上700m/g以下、好ましくは、100m/g 以上650m/g 以下、より好ましくは、200m/g 以上600m/g 以下、より好ましくは、300m/g 以上550m/g 以下、より好ましくは350m/g 以上500m/g 以下、より好ましくは390m/g以上470m/g 以下、より好ましくは420m/g 以上440m/g 以下である請求項28〜40のいずれか1項に記載のゼオライト。
  42. アルケニルトリアルキルアンモニウムカチオンR含有化合物を、微孔性材料合成、好ましくはゼオライト材料の合成の構造規定剤として使用する方法であって、
    、R及びRは互いに独立して、(C−C)アルキル、好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは(C−C)アルキル、より好ましくは、分枝又は非分枝のプロピル、更により好ましくは、n−プロピルであり、
    は、(C−C)アルケニル、好ましくは(C−C)アルケニル、より好ましくは、(C−C)アルケニル、より好ましくは(C−C)アルケニル、より好ましくは、2‐プロペン‐1‐イル、1‐プロペン‐1‐イル又は1‐プロペン‐2‐イルであり、より好ましくは2‐プロペン‐1‐イル又は1‐プロペン‐1‐イル、更により好ましくは2‐プロペン‐1‐イルである使用方法。
  43. 分子ふるいとして、吸収剤として、イオン交換用に、触媒及び/又は触媒担体として、好ましくは、酸触媒用の及び/又は酸化反応用の触媒として、より好ましくは、1種以上の異性化反応用、好ましくは1種以上の炭化水素の異性化、アルキレート化反応、アシル化反応、エポキシ化反応、アンモ酸化反応及びこれらの組合せ用の触媒として、更により好ましくは、前記触媒をエポキシ化触媒として使用する請求項27〜41のいずれか1項に記載のゼオライト材料の使用方法。
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