JP2018153769A - 金属含有ゼオライト - Google Patents
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一方で、ゼオライト表面の酸点における非選択的反応は、一般的に望ましいものではない。これらの非選択的反応はしばしば、生成物収量の低下、生成物選択率の低下、コーク析出による触媒の失活を招く。
(i)平均粒子径(以下、PDと記す。)がPD≦100nmである。
(ii)骨格構造が10員環構造である。
(iii)表面に酸点を有さない。
(iv)酸量が0.05〜0.85mmol/gである。
PD=6/S(1/2.29×106+0.18×10−6) (1)
(ここで、Sは外表面積(m2/g)を示すものである。)
また、式(1)における外表面積(S(m2/g))は、液体窒素温度における一般的な窒素吸着法を用い、t−plot法から求めることができる。例えば、tを吸着量の厚みとするときに、tについて0.6〜1nmの範囲の測定点を直線近似し、得られた回帰直線の傾きからゼオライトの外表面積を求めるものである。
(v)PD≦100nmである。
(vi)骨格構造が10員環構造である。
(vii)表面に酸点が存在しない。
(viii)酸量が0.1〜1.0mmol/gである。
ゼオライトの外表面積は、窒素吸着測定により測定した。
ゼオライトの外表面積から前記式(1)を用いて平均粒子径を算出した。式(1)中、Sは外表面積(m2/g)であり、PDは平均粒子径(m)である。
ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比、および金属含有量は、ゼオライトをフッ酸と硝酸の混合水溶液で溶解し、これを一般的なICP装置((商品名)OPTIMA3300DV,PerkinElmer社製)による誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP−AES)で測定し、求めた。
赤外吸収分光の測定は一般的なFT−IR測定装置((商品名)Varian 660−IR,アジレント・テクノロジー株式会社製)に真空下でのIR測定装置用部品((商品名)マルチモードセル,エス・ティ・ジャパン社製)を組み合わせて用いた。試料はディスク成型した後、セルに入れ、真空排気下、10℃/分で400℃まで昇温し、2時間保持した。150℃に冷却後、2,4−ジメチルキノリン吸着前の赤外吸収スペクトルを測定した。2,4−ジメチルキノリンガスを導入し、10分間吸着させ、150℃で1時間真空排気した後、2,4−ジメチルキノリン吸着後の赤外吸収スペクトルを測定した。2,4−ジメチルキノリン吸着後の赤外吸収スペクトルと吸着前のスペクトルの差をとり、吸着による赤外吸収の変化を測定した。
酸量の測定は一般的なNH3−TPD装置((商品名)BELCATII、マイクロトラック・ベル株式会社製)とガス分析装置((商品名)BELMass、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いた。試料は顆粒状にしたのち、セルに入れ、ヘリウム雰囲気下で10℃/分で500℃まで昇温し、1時間保持した。その後100℃まで降温し、0.2%アンモニアガスを30分間導入した。10℃/分で600℃まで昇温し、脱離するアンモニアをガス分析装置で分析した。弱酸由来の脱離量を除いた残りの脱離量から試料の酸量を算出した。
反応装置はステンレス製反応管(内径16mm、長さ300mm)による固定床気相流通式反応装置を用いた。ステンレス製反応管のそれぞれの中段に、芳香族化合物製造用触媒を充填し、乾燥空気流通下での加熱前処理を行ったのち、原料ガスをフィードした。なお、反応器の装置条件および運転条件は、本実施例記載の条件に限定されるものではなく、適宜選択可能である。そして、加熱はセラミック製管状炉を用い、触媒層の温度を制御した。反応出口ガスおよび反応液を採取し、ガスクロマトグラフを用い、ガス成分および液成分を個別に分析した。ガス成分は、TCD検出器を備えたガスクロマトグラフ(島津製作所製、(商品名)GC−1700)を用いて分析した。充填剤は、Waters社製PorapakQ(商品名)またはGLサイエンス社製MS−5A(商品名)を用いた。液成分は、FID検出器を備えたガスクロマトグラフ(島津製作所製、(商品名)GC−2015)を用いて分析した。分離カラムは、キャピラリーカラム(GLサイエンス社製、(商品名)TC−1)を用いた。
触媒温度:550℃
流通ガス:原料炭化水素50mol%+窒素50mol%の混合ガス、60ml/分。
原料炭化水素:1−ブテン
触媒体積に対する原料炭化水素の体積の比:1000/時間。
触媒重量:0.9g。
触媒形状:金属含有ゼオライト粉末を400kgf/cm2で1分間成型した後に粉砕し、約1mmのペレット形状とした。
反応圧力:0.1MPa。
テトラプロピルアンモニウム(以降、TPAと略記する場合がある。)水酸化物と水酸化ナトリウムの水溶液に不定形アルミノシリケートゲルを添加して懸濁させた。得られた懸濁液にMFI型ゼオライトを種晶として加え原料組成物とした。その際の種晶の添加量は、原料組成物中のAl2O3とSiO2の重量に対して、0.7重量%とした。また、副生したエタノールは蒸発させて除いた。
SiO2/Al2O3モル比=44、TPA/Siモル比=0.05、Na/Siモル比=0.16、OH/Siモル比=0.21、H2O/Siモル比=10
得られた原料組成物をステンレス製オートクレーブに密閉し、115℃で攪拌しながら4日間結晶化させ、スラリー状混合液を得た。結晶化後のスラリー状混合液を遠心沈降機で固液分離した後、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、110℃で乾燥して乾燥粉末を得た。
調製例1で得られたMFI型ゼオライトに対して、イオン交換法で金属担持を行った。硝酸ガリウム五水和物0.32g(0.31mmol)を蒸留水300mlに溶解させ、その水溶液100mに上記で得られたMFI型ゼオライト3gを加えスラリー溶液とし、45℃の水浴で2時間撹拌した。ブフナー漏斗で濾過したのち、再び硝酸ガリウム五水和物水溶液100mlを加え、同様の操作で撹拌した。3回繰り返したのち、濾過したゼオライトを110℃で一晩乾燥させ、550℃で4時間焼成し、ガリウム含有MFI型ゼオライトを得た。
硝酸ガリウム五水和物0.32gの代わりに、硝酸亜鉛六水和物0.04g(0.12mmol)を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、亜鉛含有MFI型ゼオライトを得た。
硝酸カリウム五水和物0.32gの代わりに、硝酸ニッケル六水和物0.20g(0.68mmol)を用いた以外は、実施例1と同様により、ニッケル含有MFI型ゼオライトを得た。
調製例1で得られたMFI型ゼオライトに対して、含浸法で金属担持を行った。乳鉢に上記で得られたMFI型ゼオライト3gを入れた。そこで、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物0.52g(0.41mmol)を蒸留水1.2mlに溶解させた水溶液を10分間かけて滴下しながら混練した。その後、110℃で一晩乾燥させ、550℃で4時間焼成し、モリブデン含有MFI型ゼオライトを得た。
硝酸カリウム五水和物0.32gの代わりに、硝酸鉄九水和物0.30g(0.73mmol)を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、鉄含有MFI型ゼオライトを得た。
実施例1で得られたガリウム含有ゼオライトを用いて、1−ブテンを原料とした上記に従い芳香族化反応を行った。反応結果を表1に示す。480分後の収率の低下は僅かであり、不飽和脂肪族炭化水素から高収率かつ安定的に芳香族化合物を製造可能であった。
調製例1で得られた金属を含有しないMFI型ゼオライトを用い、1−ブテンを原料として芳香族化反応を行った。結果を表3に示す。
オートクレーブによるゼオライトの結晶化、洗浄、乾燥操作まで調製例1と同様に行った。
Claims (6)
- 周期表第6〜10族および12〜13族から選択される少なくとも1種の金属を含有し、下記(i)〜(iv)の特性を有するものであることを特徴とする金属含有ゼオライト。
(i)平均粒子径(PD)がPD≦100nmである。
(ii)骨格構造が10員環構造である。
(iii)表面に酸点が存在しない。
(iv)酸量が0.05〜0.85mmol/gである。 - 金属が、モリブデン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、亜鉛およびガリウムから選択される少なくとも1種の金属であることを特徴とする請求項1に記載の金属含有ゼオライト。
- 金属0.05〜5wt%を含有するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属含有ゼオライト。
- SiO2/Al2O3比が20〜300のものであることを特徴する請求項1〜3のいずれかに記載の金属含有ゼオライト。
- MFI型ゼオライト、MEL型ゼオライト及びFER型ゼオライトよりなる群より選択されるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属含有ゼオライト。
- 下記(v)〜(viii)の特性を有するゼオライトを基材とし、周期表第6〜10族および12〜13族から選択される少なくとも1種の金属を含有するものであることを特徴とする金属含有ゼオライト。
(i)PD≦100nmである。
(ii)骨格構造が10員環構造である。
(iii)表面に酸点が存在しない。
(iv)酸量が0.1〜1.0mmol/gである。
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