JP2018506500A - Bea骨格構造を有する脱アルミニウム化ゼオライト材料を製造する方法 - Google Patents

Bea骨格構造を有する脱アルミニウム化ゼオライト材料を製造する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を製造するための方法であって、(i)BEA骨格構造を有するゼオライト材料を用意する工程であり、BEA骨格構造は、YO2およびX2O3を含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られる、工程と、(ii)工程(i)で用意されたゼオライト材料を、650℃以上の温度にてか焼する工程と、ならびに(iii)工程(ii)から得られたか焼したゼオライト材料を、5以下のpHを有する水溶液で処理する工程とを含む、方法、ならびに好ましくは本発明の方法に従って得ることが可能なゼオライト材料自体およびそれらを使用する方法、ならびに本発明のゼオライト材料を用いる酸素化物をオレフィンに変換するための方法に関する。

Description

本発明は、BEA骨格構造を有する脱アルミニウム化ゼオライト材料を製造するための方法に関する。さらに、本発明は、本発明の方法に従って得られる、または得ることが可能なゼオライト材料、ならびに、BEA骨格構造を有し、本発明の方法に従って得られる脱アルミニウム化ゼオライト材料に見出される固有の特性を表示するゼオライト材料自体に関する。最終的に、本発明は、BEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料を用いる、酸素化物をオレフィンに変換するための方法、ならびに、一般的に、かつ詳細には、有機化合物を変換するための触媒として前記材料を使用する方法に関する。
BEA骨格構造を有するゼオライト材料の、最も著名かつ最も研究されている例は、βゼオライトであり、これは、SiOおよびAlをその骨格に含有するゼオライトであり、立体12員環(12MR)細孔/チャネル系を有する最も重要なナノ細孔触媒の1つと考えられ、石油精製および精密化学工業に広く使用されている。βゼオライトは、米国特許第3,308,069号に初めて記載され、テトラエチルアンモニウムカチオンの構造指向剤としての使用を包含されていた。それ以来、多数の改変および改善が、他の構造指向剤、例えば米国特許第4,554,145号でのジベンジル−1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、または米国特許第4,642,226号でのジベンジルメチルアンモニウムの使用を含む製造手順に対して行われたが、これを製造するための公知の方法は、有機テンプレート化合物の使用に依然依存している。例えば、米国特許第5,139,759号では、合成手順において、βゼオライトの有機テンプレート化合物がないことにより、その代わりとしてZSM−5の結晶化が引き起こされると報告されている。
しかし、最近は、驚くべきことに、βゼオライトおよび関連した材料は、それまで常に構造指向剤として使用されてきた有機テンプレートなしで製造できることがわかっている。したがって、Xiaoら、Chem.Mater.2008年、20、4533〜4535頁およびSupporting Informationにおいて、βゼオライトを合成するための方法が示されており、そこでは、βゼオライトの種晶を使用してアルミノシリケートゲルの結晶化が実施されている。WO2010/146156Aでは、有機テンプレートを伴わない、BEA骨格構造を有するゼオライト材料の合成、詳細には、有機テンプレートを伴わないβゼオライトの合成が記載されている。一方、Majanoら、Chem.Mater.2009年、21、4184〜4191頁では、有機テンプレートなしでシーディングを用いる反応から得られる、3.9ほどの低さのSi/Al比を有するAl高含有βゼオライト材料が論じられている。コストがかかり、か焼することによる微孔性骨格からの除去が後に必要となる有機テンプレートを使用する必要がないことはかなりの利点となるうえ、有機テンプレートを伴わない新たな合成方法論により、さらに、これまでになくSi/Al比が低いAl高含有βゼオライトを製造することができる。
最近、BEA骨格構造を有する新たなゼオライト材料の合成に関して、注目すべき進展が見られるが、改善された特性を有する新たなゼオライト材料を提供する必要は、依然としてかなりある。これは、詳細には、こうした材料が現在使用されている多数の触媒用途の観点において当てはまる。産業用途では、調整されたSi/Alモル比を有するゼオライトが、最大限に引き出した性能、詳細には、改善した活性および/または選択性を得るうえで前提条件となる。通常、高度に最適化したゼオライトを結晶化すると、望ましいSi/Al比が生じないことが実際にある。したがって、上述のものでは、有機テンプレートなしでの、BEA型ゼオライトのテンプレートを伴わない合成により、Si/Al比が10未満の生成物を生じると最近報告されている。しかし、高濃度のアルミナは、様々な触媒用途に好ましくない。
したがって、効率的な脱アルミニウム化手順が、荷電した部位の数および酸度を調節するために必要とされる。ゼオライトの脱アルミニウム化に関してきわめて重要なパラメータは、初期の結晶化度の維持に対する、1回のサイクルで除去できるアルミナの量について説明する脱アルミニウム化の効率である。脱アルミニウム化プロセスに使用されるパラメータが十分に調節されていない場合、ゼオライトはプロセス中に分解されてもよく、または1サイクル内で除去されるAl−化学種の量はごくわずかでもよい。
この点において、一般的に使用される脱アルミニウム化手順は、酸媒体中におけるゼオライト粉末の処理、またはスチーミングと呼ばれる、HOの存在下での高温処理工程と、続いて酸性媒体中での処理の組合せを包含する。したがって、Kubota,Y.ら、Chem.Mater.2014年、26、1250〜1259頁は、有機テンプレートを伴わない合成から得られたβゼオライトの、硝酸で加熱することによる脱アルミニウム化であって、ゼオライト材料が、脱アルミニウム化工程の前に行われるスチーミングプロセスにより安定化される、脱アルミニウム化に関する。一方、Baran,R.ら、Micropor.Mesopor.Mater.、2012年、163、122〜130頁は、硝酸を使用したβゼオライトにおける脱アルミニウム化プロセスを調査しており、βゼオライトを、有機テンプレートを用いた合成から得た。Ong,L.H.ら、Micropor.Mesopor.Mater.2012年、164、9〜20頁は、スチーミングプロセスを使用したHZSM−5の脱アルミニウム化に関する。WO2010/043843は、一価金属を含浸し、その後スチーミング工程を行うことにより、ゼオライトの脱アルミニウム化について記載する。
Cormaら、「Isobutane/2−butene alkylation on zeolite beta:Influence of post−synthesis treatments」、Applied Catalysis A:General、第142巻、1996年、139〜150頁は、連続したか焼、およびアンモニア交換工程によるβゼオライトの処理であって、その結果、一部の骨格で脱アルミニウム化が観察され、続いて、塩酸、フルオロケイ酸アンモニウム、および蒸気を用いて脱アルミニウム化処理が行われ、βゼオライトが、やはり有機テンプレートを用いた合成から得られる、処理に関する。Beers A E W ら、「Optimization of zeolite Beta by steaming and acid leaching for the acylation of anisole with octanoic acid:a structure−activity relation」、Journal of Catalysis、第218巻、2003年、239〜248頁は、塩酸またはシュウ酸およびスチーミングによる、商用のβゼオライトの脱アルミニウム化について記載している。Muller M ら、「Comparison of the dealumination of zeolites beta, mordenite, ZSM−5 and ferrierite by thermal treatment, leaching with oxalic acid and treatment with SiCl by H、29 Si and 27Al MAS NMR」、Microporous and Mesoporous Materials, 第34巻、2000年、135〜147頁は、スチーミングと組み合わせた酸浸出による、βゼオライトの脱アルミニウム化について記載している。
Rajendra Srivastava ら、「Dealumination of zeolite Beta Catalyst under controlled conditions for enhancing its activity in acylation and esterification」、Catalysis Letters、第130巻、2009年、655〜663頁は、シュウ酸または酒石酸溶液を使用したβゼオライトの脱アルミニウム化に関する。Roberge D M ら、「Dealumination of zeolite Beta by acid leaching:A new insight with two dimensional multi−quantum and cross polarization 27Al MAS NMR」、Physical Chemistry Chemical Physics、第4巻、2002年、3128〜3135頁は、HClおよびHNOの濃縮溶液を用いた、商用のβゼオライトにおける酸浸出の影響の調査に関わる。最後に、WO2012/137132 A1は、BEA型骨格構造を有する、1回または複数の蒸気処理および/または酸処理工程を包含するゼオライト材料の脱アルミニウム化の方法に関する。
米国特許第3,308,069号 米国特許第4,554,145号 米国特許第4,642,226号 米国特許第5,139,759号 WO2010/146156A WO2010/043843 WO2012/137132 A1
Xiaoら、Chem.Mater.2008年、20、4533〜4535頁およびSupporting Information Majanoら、Chem.Mater.2009年、21、4184〜4191頁 Kubota,Y.ら、Chem.Mater.2014年、26、1250〜1259頁 Baran,Rら.、Micropor.Mesopor.Mater.、2012年、163、122〜130頁 Ong,L.H.ら、Micropor.Mesopor.Mater.2012年、164、9〜20頁 Cormaら、「Isobutane/2−butene alkylation on zeolite beta:Influence of post−synthesis treatments」、Applied Catalysis A:General、第142巻、1996年、139〜150頁 Beers A E W ら、「Optimization of zeolite Beta by steaming and acid leaching for the acylation of anisole with octanoic acid:a structure−activity relation」、Journal of Catalysis、第218巻、2003年、239〜248頁 Muller M ら、「Comparison of the dealumination of zeolites beta, mordenite, ZSM−5 and ferrierite by thermal treatment, leaching with oxalic acid and treatment with SiCl4 by 1H、29 Si and 27Al MAS NMR」、Microporous and Mesoporous Materials, 第34巻、2000年、135〜147頁 Rajendra Srivastava ら、「Dealumination of zeolite Beta Catalyst under controlled conditions for enhancing its activity in acylation and esterification」、Catalysis Letters、第130巻、2009年、655〜663頁 Roberge D M ら、「Dealumination of zeolite Beta by acid leaching:A new insight with two dimensional multi−quantum and cross polarization 27Al MAS NMR」、Physical Chemistry Chemical Physics、第4巻、2002年、3128〜3135頁
ゼオライト材料を脱アルミニウム化するための方法が多数存在するにもかかわらず、βゼオライトの、脱アルミニウム化のための酸処理および高温におけるスチーミングはいずれも、それぞれゼオライト骨格を化学的溶解および熱ひずみに曝露させるため、不安定性が生じるという問題が依然ある。
したがって、ゼオライト材料から骨格ヘテロ原子を除去する、詳細には、そこからアルミニウムを除去するための方法を提供し、除去される骨格元素から生じる不安定性を最小限に留めることが、本発明の目的である。したがって、まったく驚くべきことに、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得られたゼオライト材料に、蒸気なしで行われるか焼手順を施し、前記か焼手順に続いて、か焼したゼオライト材料の酸性処理を行うことにより、詳細には、高温への曝露に対してまったく望外の安定性を表示する脱アルミニウム化ゼオライト材料が得られることを見出した。詳細には、高温で行われる触媒変換反応に用いられた場合、そのような材料がきわめて遅い失活速度を表示し、したがって、オンストリーム時間の延長期間中に、触媒変換反応において、持続した活性および選択性を表示する触媒材料が得られることを、まったく予期せずに見出した。有機テンプレートを伴わない合成から得られたゼオライト材料、詳細にはBEA骨格構造を有するゼオライト材料に対しては、前記材料が、有機テンプレートを用いる合成方法から得られた従来のゼオライト材料と比較して、特に高い量のアルミニウムを含有し、従って、通常は、脱アルミニウム化によりゼオライト骨格の不安定性が増大し、ひいては、詳細には脱アルミニウム化後の熱安定性が乏しくなると予想されるであろうという観点から、前記結果は、特に驚くべきものである。
したがって、理論に束縛されることを望むものではないが、ガス中の含水量により、骨格構造からアルミナ化学種が抽出されるゼオライト材料の脱アルミニウム化の従来技術で教示されている蒸気処理手順と対照的に、水なしで行われるか焼により、アルミナが最初の骨格の位置から部分的に除去されるのみであるが、骨格構造から抽出されないと仮定される。さらに、本発明の方法によれば、前記抽出は、か焼した骨格構造に後続する酸性処理の工程で初めて達成され、先述のか焼よりはるかに低い温度にてアルミニウム化学種を溶解するために前記処理が行われる。結果として、スチーミングによる脱アルミニウム化と対照的に、本発明によるアルミニウム化学種の抽出は、相対的に低温にて行うことができ、したがって、脱アルミニウム化した骨格は、スチーミングレジメンで発生する熱ひずみにより損傷を受けないと仮定される。それゆえ、生じた材料は、その後の適用においても、骨格構造からアルミニウムを少なくとも部分的に除去した後で、高い熱ひずみに曝露されても部分的にしか分解を被らない、スチーミングから得られた脱アルミニウム化構造よりも熱分解しにくい、きわめて損傷の少ない骨格構造を維持できる。
したがって、本発明は、BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を製造するための方法であって、
(i)BEA骨格構造を有するゼオライト材料を用意する工程であり、BEA骨格構造が、YOおよびX(式中、Yは四価元素であり、Xは三価元素である)を含み、BEA骨格構造を有するゼオライト材料が、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られる、工程と、
(ii)工程(i)で用意されたゼオライト材料を、650℃以上の温度にてか焼する工程と、
(iii)工程(ii)から得られたか焼したゼオライト材料を、5以下のpHを有する水溶液で処理する工程と
を含む、に関する。
本発明の方法によれば、(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料は、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られる。したがって、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得られたBEA骨格構造を有するゼオライト材料に関しては、有機構造指向剤、詳細には、BEA−型骨格構造を有するゼオライト材料の合成に特に使用される有機構造指向剤、詳細には特定のテトラアルキルアンモニウム塩および/または関連した有機テンプレート、例えばテトラエチルアンモニウムおよび/またはジベンゾメチルアンモニウム塩およびジベンゾール−1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタンの使用を包含する、合成のために用いられるプロセスは行われない。これは、詳細には、BEA−型骨格構造を有するゼオライト材料の合成に特に使用される有機構造指向剤、詳細には1種または複数の前述の特定の有機構造指向剤の不純物以外を含有しないBEA骨格構造を有するゼオライト材料の結晶化に用いられる反応混合物に関して当てはまる。そのような不純物は、例えば、工程(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料を得るための合成方法に使用される種晶に依然存在する有機構造指向剤によって生じ得る。しかし、種晶に含有される有機テンプレートは、種晶骨格内に閉じ込められるので、結晶化プロセスに加わらないことがあり、ひいては、本発明の意義の範囲内で構造指向剤として作用しないことがある。
したがって、それに加えて、または有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得られたBEA骨格構造を有するゼオライト材料を得ることに代えて、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能なBEA骨格構造を有するゼオライト材料は、工程(i)で用意することができる。本発明の意義の範囲内で、「得ることが可能な」という用語は、有機テンプレートを伴わない合成プロセス、詳細には先述の定義されている有機テンプレートを伴わない合成プロセス、または、本発明の方法に従って得ることが可能であるが、有機テンプレートを伴わない合成を必ずしも包含しないBEA−型骨格構造を有するゼオライト材料を生じる任意の考えられるプロセスにより得られるBEA−型骨格構造を有する任意のゼオライト材料を指す。詳細には、工程(i)で用意される、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能な、BEA骨格構造を有するゼオライト材料に関しては、前記ゼオライト材料が、少なくとも以下の反射を含むX線回折パターンを有することが好ましく:
Figure 2018506500
100%は、Potter X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関する。好ましくは、工程(i)で用意される、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、少なくとも以下の反射を含むX線回折パターンを有し:
Figure 2018506500
100%は、X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関する。
本発明の方法の工程(iii)では、工程(2)の1種または複数のか焼したゼオライト材料は、5以下のpHを有する水溶液で処理する。そこに用いられる水溶液のpHに関しては、前記pH値は、か焼したゼオライト材料と接触させる前の水溶液のpHを指し、水溶液のpHを測定するための任意の適切な方法に従って判定され得る。しかし、本発明によれば、工程(iii)で使用される水溶液のpHは達成されることが好ましく、pHは、国際規格ISO 34−8 (International Standard ISO 34 8:Quantities and Units − Part 8:Physical Chemistry and Molecular Physics, Annex C (normative)に従って測定されることが特に好ましい:pH.国際標準化機構、1992年)。本発明によれば、本出願で定義されているpH値は、ISO 80000−9、Annex C、pHに従って判定されることがさらになお好ましい。
本発明の方法によれば、工程(i)で用意される1種または複数のゼオライト材料は、650℃以上の温度にてか焼し、続いて、工程(iii)で、5以下のpHを有する水溶液を用いて処理する。本発明の方法によれば、工程の数および種類に詳細な制約は適用されず、工程(i)および工程(ii)の間、また、工程(ii)および工程(iii)の間、ならびに詳細には、さらに詳細に定義されている工程(iii)の後における追加の工程、ならびに以下のそれらの好ましい実施形態も、有無を問わず、含まなくてよい。しかし、本発明の方法によれば、工程(ii)および(iii)の間で追加の工程は行われないことが好ましい。したがって、1種または複数のか焼したゼオライト材料に、工程(iii)で、5以下のpHを有する水溶液を用いた処理を直接施すことが特に好ましい。
本発明の方法によれば、工程(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料の数および/または種類に関して、詳細な制約はないが、但し、それぞれのBEA骨格構造は、YOおよびXを含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、ゼオライト材料は、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られることが条件である。しかし、本発明の方法によれば、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、Hおよび/またはNH4+以外の、1種または複数の非骨格カチオン性元素を5質量%以下含むことが好ましい。より好ましくは、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、Hおよび/またはNH4+以外の、1種または複数の非骨格カチオン性元素を3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.005質量%以下含む。本発明の方法によれば、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、Hおよび/またはNH4+以外の、1種または複数の非骨格カチオン性元素を0.001質量%以下含むことが特に好ましい。質量パーセントでの1種または複数の骨格カチオン性元素の量に関しては、前記値は、工程(i)で用意されるゼオライト材料の100質量%に対する。さらに、「非骨格」、詳細には「非骨格元素」および「非骨格カチオン性元素」という用語に関して、前記用語は、BEA骨格構造を有するゼオライト材料に含有され、骨格構造の構成元素ではない任意の元素またはイオンを指し、例えば、構造の微小孔に含有されるもの、および/または、例えば対イオンとして、構造的な骨格を補正する役割のみを果たすものを意味する。さらに、前記用語は、元の配位状態から改変されたBEA骨格構造の元々の構成元素またはイオンも指す。詳細には、非骨格元素Xは、構成元素として、詳細にはBEA骨格に四面体配位されたXとして、骨格構造に元々含有されており、続いて、例えば、元の配位状態を変化させることにより、および/または、それらの骨格と対照的にゼオライト材料の微小孔に含有されることにより、骨格構造から除去されるXを指す。
工程(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料に含有され得る、Hおよび/またはNH 以外の非骨格カチオン性元素に関しては、そこに含有され得る非骨格カチオン性元素の種類に関しても、数に関しても、詳細な制約は適用されない。しかし、非骨格カチオン性元素は、NaまたはKであることが好ましく、より好ましくは1種または複数の非骨格カチオン性元素は、NaおよびKである。本発明の方法によれば、1種または複数の非骨格元素は、Li、Na、Kおよびそれらの2種または3種の組合せからなる群から選択されることがさらになお好ましく、より好ましくはLi、Na、K、Rb、Csおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、さらにより好ましくは、1種または複数の非骨格元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択される。本発明の方法によれば、1種または複数の非骨格元素は、Hおよび/またはNH4+以外のカチオン性元素からなる群から選択されることは特に好ましい。本出願に用いられる「カチオン性元素」という用語に関して、前記用語は、好ましくは、金属、半金属および非金属から選択され得る、カチオン性形態での考えられる任意の原子を指す。しかし、本発明によれば、「カチオン性元素」という用語は、金属および/または半金属カチオン、好ましくは金属カチオンを指すことが好ましい。
工程(ii)におけるゼオライト材料のか焼に関しては、か焼の温度に対して詳細な制約は適用されないが、但し、少なくともか焼手順のある部分の間、650℃以上の温度が用いられることが条件である。しかし、工程(i)で用意されるゼオライト材料のか焼は、工程(ii)では、680℃から1000℃の範囲に含まれる温度にて実施されることが好ましい。工程(i)で用意されるゼオライト材料は、工程(ii)では、700℃から900℃、より好ましくは720℃から850℃、より好ましくは750℃から830℃の範囲に含まれる温度にてか焼されることがさらに好ましい。本発明の方法によれば、工程(i)で用意されるゼオライト材料は、工程(ii)では、790℃から810℃の範囲に含まれる温度にてか焼されることが特に好ましい。
工程(ii)におけるか焼の持続時間に関しては、か焼の任意の適切な持続時間が選択できるように、詳細な制約は適用されない。したがって、例示として、工程(ii)におけるか焼は、0.5から72時間のいずれかの持続時間で実施され得、好ましくは、工程(ii)におけるか焼は、1から64時間、より好ましくは2から56時間の持続時間で実施される。より好ましくは、工程(ii)におけるか焼は、4から48時間、より好ましくは8から40時間、より好ましくは12から36時間、より好ましくは16から32時間の持続時間で実施される。本発明の方法によれば、工程(ii)におけるか焼は、20から28時間の持続時間で実施されることが特に好ましい。前述の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかによるか焼の持続時間に関しては、か焼の持続時間は、工程(i)で用意されるゼオライト材料が、650℃以上の温度にてか焼される間の合計の持続時間を指すことが注目される。
上記のように、当業界で公知の脱アルミニウム化手順と対照的に、本発明の方法は、BEA骨格構造を有するゼオライト材料の、上昇温度でのスチーミング、すなわち熱処理の工程、例えば、そのような温度にてゼオライト材料と接触させる蒸気の存在下で、さらに行われるか焼手順にかけられる工程を包含しない。これと対照的に、本発明の方法は、工程(ii)において、650℃以上の温度にてか焼する工程を包含する。したがって、本発明の方法、詳細には、工程(ii)におけるか焼の工程は、蒸気なしで、詳細には、か焼する工程に用いられる雰囲気中において、大量の水なしで行われる。したがって、本発明の方法によれば、工程(ii)におけるか焼は、蒸気なしで実施される。したがって、工程(ii)におけるか焼が実施されている最中の雰囲気は、か焼が行われる650℃の温度にてわずかな大気中の水分量を表示し、好ましくは工程(ii)におけるか焼は、10質量%以下の水を含有する雰囲気中で実施される。より好ましくは、工程(ii)におけるか焼は、5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.005質量%以下の水を含有する雰囲気中で実施される。本発明によれば、工程(ii)におけるか焼は、0.001質量%以下の水を含有する雰囲気中で実施されることが特に好ましい。
本発明の方法の工程(iii)では、工程(ii)から得られたか焼したゼオライト材料は、5以下のpHを有する水溶液で処理する。詳細には、か焼したゼオライト材料を処理する水溶液のpHに関して本発明による詳細な制約はないが、但し、pH5を超えないことが条件である。したがって、例示として、工程(iii)で用いられる水溶液のpHは、−2から4の範囲のいずれかに含まれていてよく、好ましくは、水溶液のpHは、−1.8から3の範囲、より好ましくは−1.6から2、より好ましくは−1.4から1、より好ましくは−1.2から0.5、より好ましくは−1から0.2で含まれる。本発明による、工程(iii)で用いられる水溶液のpHは、−0.8から0の範囲に含まれることが特に好ましい。
本発明の方法の工程(iii)で用いられる水溶液に関しては、水溶液が含有する水の量に関して詳細な制約は適用されず、したがって、原則として任意の適切な水溶液が用いられるが、但し、水を含有することが条件である。したがって、例示として、工程(iii)で用いられる水溶液は、溶液中の1種または複数の溶媒の全体の質量に対して、50質量%以上の水を含有し得、好ましくは工程(iii)で用いられる水溶液は、60質量%以上、より好ましくは70質量%以上の水を含有し、より好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、より好ましくは98質量%以上、より好ましくは99質量%以上の水を含有する。本発明によれば、工程(iii)で用いられる水溶液は、溶液中の1種または複数の溶媒の全体の質量に対して、99.9質量%以上の水を含有することが特に好ましく、より一層好ましくは、水は、工程(iii)で用いられる水溶液の溶媒として使用される。本発明の意義の範囲内で、「水」という用語は、好ましくは、蒸留水を指定する。
本発明の方法の工程(iii)で用いられる水溶液に関して、1種または複数の酸性化合物に対して詳細な制約は適用されず、水溶液は、5以下のpHを達成するためにこの酸性化合物を含有してよい。したがって、例示として、工程(iii)で用いられる水溶液は、ブレンステッド酸およびルイス酸からなる群から選択される1種または複数のいずれかの酸を含有し得、好ましくは、1種または複数の酸は、ブレンステッド酸からなる群から、より好ましくは無機ブレンステッド酸からなる群から選択される。特定のブレンステッド酸、詳細には、工程(iii)で用いられる水溶液中の、1種または複数の酸として好ましくは用いられ得る特定の無機ブレンステッド酸に関しては、詳細な制約は適用されず、したがって、前記1種または複数の酸が、例えば、リン酸、硫酸、塩酸、硝酸、およびそれらの2種以上のいずれかの混合物からなる基から選択され得る。しかし、本発明の方法によれば、工程(iii)で用いられる水溶液に含有される1種または複数の酸は、硫酸、塩酸、硝酸およびそれらの2種以上の混合物からなる群から選択されることが特に好ましく、より好ましくは工程(iii)で用いられる水溶液は、塩酸および/または硝酸を含有する。本発明の方法によれば、工程(iii)において硝酸の水溶液が用いられることが特に好ましい。
工程(iii)における、5以下のpHを有する水溶液を用いる、か焼したゼオライト材料の処理に関しては、前記処理が実施され得る温度に対して詳細な制約は適用されず、したがって、例示として、前記処理は、標準大気圧下で、すなわち100.0kPaの大気圧下で、25℃から水溶液の沸点までのいずれかの範囲に含まれる温度にて実施され得る。しかし、本発明の方法によれば、工程(iii)において、5以下のpHを有する水溶液を用いるか焼したゼオライト材料の処理は、30から100℃、より好ましくは40から95℃、より好ましくは50から90℃の範囲に含まれる温度にて実施されることが好ましい。本発明によれば、本発明の方法の工程(iii)における、5以下のpHを有する水溶液を用いる、か焼したゼオライト材料の処理は、70から80℃の範囲に含まれる温度にて実施されることが特に好ましい。
さらに、5以下のpHを有する水溶液での、工程(ii)から得られたか焼したゼオライト材料の処理に関しては、それらで処理したゼオライト材料に用いられる水溶液の量に対して、詳細な制約は適用されない。したがって、例示として、5以下のpHを有する水溶液対工程(iii)におけるゼオライト材料の質量比は、1から500のいずれかの範囲に含まれ得る。しかし、好ましくは、5以下のpHを有する水溶液対工程(iii)におけるゼオライト材料の質量比は、5から300、より好ましくは10から200、より好ましくは20から150、より好ましくは30から100、より好ましくは35から80、より好ましくは40から60の範囲に含まれる。本発明によれば、工程(iii)では、5以下のpHを有する水溶液対ゼオライト材料の質量比は45から55の範囲に含まれることが特に好ましい。
最終的に、本発明の方法における工程(iii)の処理の持続時間に関しては、やはり詳細な制約は適用されず、したがって、5以下のpHを有する水溶液を用いるか焼したゼオライト材料の処理は、0.25から48時間のいずれかの期間実施され得る。好ましくは、5以下のpHを有する水溶液を用いるか焼したゼオライト材料の処理は、0.5から24時間、より好ましくは1から12時間、より好ましくは1から6時間の期間実施される。本発明によれば、工程(iii)における、5以下のpHを有する水溶液を用いる、か焼したゼオライト材料の処理は、1.5から3.5時間の期間実施されることが特に好ましい。
先に記載されているように、本発明の方法は、方法が含有し得る工程の数について詳細には制約されず、工程(i)、(ii)および(iii)に加えての、追加の工程に関しても、詳細には制約されない。詳細には、本発明の方法は、5以下のpHを有する水溶液を用いてか焼したゼオライト材料を処理した後で、それらの後処理のために、工程(iii)の後で行われる追加の工程を含み得る。原則として、任意の適切な後処理の工程は、BEA骨格構造を有する最終処理したゼオライト材料を得るために用いられる。したがって、本発明の方法は、詳細な、かつ好ましいそれらの実施形態によれば、
(iv)工程(iii)で得られたゼオライト材料を単離する工程、
(v)工程(iii)もしくは(iv)で得られたゼオライト材料を任意に洗浄する工程;および/または、
(vi)工程(iii)もしくは(iv)もしくは(v)で得られたBEA骨格構造を有するゼオライト材料を任意に乾燥させる工程
をさらに含むことが好ましい。
工程(iii)で得られたゼオライト材料を単離する好ましい工程(iv)に関しては、これは、任意の適切な手順により達成され得、本発明によれば、工程(iii)で得られたゼオライト材料の単離は、好ましくはそれらを濾過することにより達成される。用いられ得る濾過の詳細な手段に関しては、やはり詳細な制約は適用されず、したがって、限外濾過、透析濾過、遠心分離および/またはデカンテーション方法のような、濾過の任意の手段が用いられ得、濾過方法は、吸引および/または圧力濾過工程を包含し得る。
工程(iv)および/または(v)および/または(vi)は、原則として、任意の適切な順序で実施され得、1つまたは複数の前記工程が、1回または複数回繰り返されることが好ましい。
工程(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料に関しては、先に記載されているように、前記材料は詳細には制約されないが、但し、その骨格構造は、YOおよびXを含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、ゼオライト材料は、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られることが条件である。したがって、工程(i)で用意されるゼオライト材料が表示し得るYO:Xのモル比に関しては、これらは詳細には制約されず、したがって、任意の考えられるYO:Xモル比を表し得る。しかし、好ましくは、工程(i)で用意されるオライト材料のYO:Xモル比は、1から50の範囲に、より好ましくは3から35、より好ましくは5から25、より好ましくは6から20、より好ましくは7から18、より好ましくは8から15、より好ましくは9から13の範囲に含まれる。本発明によれば、工程(i)で用意されるゼオライト材料のYO:Xモル比は、10から12の範囲に含まれることが特に好ましい。
ゼオライト材料のBEA骨格構造により含まれる四価元素Yに関しては、やはり、詳細な制約は適用されず、したがって、任意の適切な四価元素Yは、ゼオライト材料に含有され得る。しかし、好ましくは、ゼオライト材料のBEA骨格構造に含まれるYは、Si、Sn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から、より好ましくはSi、Sn、Zr、Ta、Feおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、より好ましくは、Yは、Siおよび/またはSn、好ましくはSiおよびSnを含む。ゼオライト材料のBEA骨格構造により含まれる四価元素Yは、Siおよびさらなる四価元素の組合せを含み、前記さらなる四価元素は、好ましくはSn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から、より好ましくはSn、Zr、Ta、Feおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、より好ましくは、さらなる四価元素は、Snであることがさらになお好ましい。本発明によれば、ゼオライト材料のBEA骨格構造に含まれる四価元素Yは、Siであることが特に好ましい。
したがって、工程(i)で用意されるゼオライト材料のBEA骨格構造に含まれる三価元素Xに対しても、同じことが当てはまり、したがって、任意の適切な1種または複数の三価元素が、そこに含有され得る。好ましくは、ゼオライト材料のBEA骨格構造に含まれる1種または複数の三価元素は、Al、B、In、Gaおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択される。本発明の方法によれば、ゼオライト材料のBEA骨格構造に含まれる三価元素XはAlであることが特に好ましい。
本発明の方法の工程(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料の物理的および化学的性質に関しては、これらは、やはり詳細には制約されず、したがって、BEA骨格構造を有する任意の考えられるゼオライト材料が、BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を得るために用いられる。したがって、工程(i)で用意されるゼオライト材料のBET表面積に関しては、原則として、ゼオライト材料により任意の特定の表面積が表され得る。したがって、例示として、工程(i)で用意されるゼオライト材料のBET表面積は、300から700m/gのいずれかの範囲であり得る。しかし、好ましくは、工程(i)で用意されるゼオライト材料のBET表面積は、350から650m/g、より好ましくは400から575m/g、より好ましくは425から550m/gの範囲に含まれる。本発明の方法によれば、工程(i)で用意されるゼオライト材料のBET表面積は、450から500m/gの範囲になることが特に好ましい。本出願に用いられる「BET表面積」という用語に関しては、前記値は、DIN 66135に従って判定されるBET表面積を指すことが好ましい。さらに、工程(i)で用意されるBEA骨格構造を有するゼオライト材料に対して得られるBET表面積の値は、か焼されない材料から得られる表面積を指すことが好ましい。
本発明の方法の工程(i)で用いられ得るBEA骨格構造を有するゼオライト材料の詳細な種類に関しては、やはり詳細な制約は適用されず、したがって、任意の特定のゼオライト材料が用いられ得る。しかし、本発明によれば、βゼオライトは、BEA骨格構造を有するゼオライト材料として工程(i)で用意されることが特に好ましい。
本発明の方法の詳細な、かつ好ましい実施形態に応じて、本発明の方法により含まれ得る追加の後処理工程に関しては、工程(ii)および(iii)のシークエンスは、1回または複数回繰り返してよい。したがって、例示として、工程(ii)および(iii)のシークエンスは、1回から5回繰り返してよく、工程の前記シークエンスは、好ましくは1から3回繰り返される。本発明によれば、本発明の方法では、工程(ii)および(iii)のシークエンスは、1回または2回繰り返されることが特に好ましい。
ゼオライト材料を製造するための詳細な方法に関連することに加えて、本発明は、本出願で定義されている本発明の方法の任意の詳細な、かつ好ましい実施形態に従って得ることが可能でありかつ/または得られる、BEA骨格構造を有するゼオライト材料にも関する。上記のように、「得ることが可能な」という用語は、本発明の方法の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに記載されている本発明の方法により、または、本発明の方法に従って得られるBEA骨格構造を有するゼオライト材料を生じる、考えられるいずれかの方法により得られるBEA骨格構造を有する任意のゼオライト材料を指す。
しかし、本発明は、ゼオライト材料自体にも関し、BEA骨格構造を有する前記ゼオライト材料は、少なくとも以下の反射:
Figure 2018506500
を含むX線回折パターンを有し、100%は、X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関し、BEA骨格構造は、YOおよびXを含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素である。
好ましくは、本発明によるBEA骨格構造を有するゼオライト材料は、少なくとも以下の反射:
Figure 2018506500
を含むX線回折パターンを有し、100%は、X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関する。
本発明によれば、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、少なくとも以下の反射:
Figure 2018506500
を含むX線回折パターンを有することはさらになお好ましく、100%は、X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関する。
好ましくは、本発明によるX線回折パターンを表示するBEA骨格構造を有する、本発明のゼオライト材料は、本出願で定義されているように、本発明の方法の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って処理したゼオライト材料を製造するための本発明の方法により得られる、または、処理したゼオライト材料を製造するための本発明の方法に従って、詳細には本出願で定義されている本発明の方法の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って得られる、すなわち得ることが可能なBEA骨格構造を有するゼオライト材料を生じる、任意の考えられるプロセスにより得られるゼオライト材料である。
本発明のゼオライト材料のYO:Xモル比に関しては、詳細な制約は適用されず、したがって、BEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は、任意の考えられるYO:Xモル比を表示し得る。したがって、例示として、BEA骨格構造を有するゼオライト材料のYO:Xモル比は、25から600のいずれかの範囲であり得、本発明によれば、YO:Xモル比は、50から400、より好ましくは100から350、より好ましくは150から300、より好ましくは200から250の範囲に含まれることが好ましい。本発明によれば、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、220から230の範囲に含まれるYO:Xモル比を表示することが特に好ましい。
本発明のゼオライト材料は、好ましくは、特定の29Si MAS NMRスペクトルを特徴とする。詳細には、本発明の方法に従って得ることが可能な、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能なBEA骨格構造を有するゼオライト材料の特定の処理の結果として、本発明のゼオライト材料自体は、従来の方法に従って脱アルミニウム化されているBEA骨格構造のゼオライト材料と比較して、脱アルミニウム化BEA骨格の特定の配列および高い結晶化度のため、特定のX線回折パターンを特徴とするだけではなく、さらに、特定の29Si MAS NMRスペクトルも表示する。したがって、本発明によれば、本出願で定義されている詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかによる、本発明のゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトルは:
−95から−104.5ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’1);および
−105から−116ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’2)を含み;
1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比は、19:81から35:65の範囲に含まれることが好ましい。
この点において、本発明によれば、本発明のゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトルが得られる方法に関して、詳細な制約はないことが注目され、好ましくは、1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比が得られる29Si MAS NMRスペクトルは、デコンボリュートされた29Si MAS NMRスペクトルである。したがって、29Si MAS NMRの特定の測定およびそのスペクトルの好ましいデコンボリューションに関しては、詳細な制約は適用されないが、但し、29Si MAS NMRにより、ピーク、好ましくはデコンボリュートされたピークの検出が可能になることが条件である。本発明によれば、NMRスペクトルおよびピーク面積の積算におけるデコンボリューションまたはピークは、プログラムAlice2、Version 6.1(JEOL)を使用して、行われることが好ましい。しかし、本発明によれば、それらの29Si MAS NMRおよびデコンボリューションの測定は、以下の、本出願の実験セクションに記載されている手順に従って行われることが好ましい。
本発明によれば、ゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトル、好ましくはそのデコンボリュートされた29Si MAS NMRスペクトルは:
−98から−104ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’1);および
−106から−114ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’2);
を含み、1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比は、21:79から33:67の範囲に含まれることがさらに好ましい。
より好ましくは、1つまたは複数のピーク(P’1)は、−100から−103.5ppmの範囲であり、1つまたは複数のピーク(P’2)は、−107から−113ppmの範囲であり、1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比は、23:77から31:69の範囲に含まれる。さらにより好ましくは、1つまたは複数のピーク(P’1)は、−101から−103ppmの範囲であり、1つまたは複数のピーク(P’2)は、−107.5から−112.5ppmの範囲であり、前述のピークの全体の積算値の比は、25:75から29:71の範囲に含まれる。本発明によれば、ゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトル、好ましくはそのデコンボリュートされたスペクトルは:−101.5から−102.5ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’1)、および−108から−112ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’2)を含み、1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比は、27:73から28:72の範囲に含まれることが特に好ましい。
特定の29Si MAS NMRスペクトルを特徴とすることに加えて、BEA骨格構造を有する本発明の発明のゼオライト材料は、当業界で公知の蒸気処理の方法論と比較して、本発明の方法に従って、詳細には、か焼処理により得ることが可能なゼオライト材料の固有の構造および実質的に無傷の結晶化度のため、特定の27Al MAS NMRスペクトルもさらに特徴とする。
したがって、本発明は、BEA骨格構造を有するゼオライト材料にさらに関し、BEA骨格構造は、YOおよびXを含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、ゼオライト材料の27Al MAS NMRは:
45から65ppmの範囲の第1のピーク(P1);
11から44ppmの範囲の第2のピーク(P2);および
−10から10ppmの範囲の第3のピーク(P3)を含む。
したがって、技術的な驚くべき効果について上記で概説されているように、ゼオライト材料を脱アルミニウム化するための従来技術で教示されているスチーミングレジメンと比較して、本発明の方法は、か焼処理中にアルミニウム化学種の完全な除去を引き起こさないが、むしろ、骨格アルミニウムで観察される四面体配位からのアルミニウムの配位の、ゼオライトの骨格構造から完全に除去されたアルミニウムで観察される四価配位および八面体配位の間の配位状態、詳細には五価または五価と同様の配位に仮に帰属した中間体配位への変化を引き起こすことを見出した。結果として、本発明のゼオライト材料は、前記中間体配位に起因し、第1のピーク(P1)を特徴とする四価配位のアルミニウム、および第3のピーク(P3)を特徴とする八面体配位のアルミニウムに対する典型的なピークの間にある中間体ピーク(P2)を想定外に表示する。
さらに、本発明のゼオライト材料の27Al MAS NMRスペクトルで観察される追加のピーク(P2)に関しては、その相当量が観察されることが好ましく、したがって、ゼオライト材料の27Al MAS NMRにおいて、第1、第2および第3のピークの積算が、1:(0.1〜0.8):(0.4〜0.9)の範囲に含まれる積算値の比P1:P2:P3を示すことが好ましい。
本発明のゼオライト材料の27Al MAS NMRに関しては、前記27Al MAS NMRが得られる方法に関して、やはり本発明による詳細な制約はないが、本発明のゼオライト材料の27Al MAS NMRは、そのデコンボリュートされた27Al MAS NMRスペクトルを指すことが好ましい。したがって、27Al MAS NMRおよびそのスペクトルの好ましいデコンボリューションの特定の測定に関しては、詳細な制約は適用されないが、但し、27Al MAS NMRにより、ピーク、好ましくはデコンボリュートされたピークの検出が可能であることが条件である。本発明によれば、NMRスペクトルおよびピーク面積の積算におけるデコンボリューションまたはピークは、プログラムAlice2、Version 6.1(JEOL)を使用して行われることが好ましい。しかし、本発明によれば、27Si MAS NMRの測定およびそのデコンボリューションは、以下の、本出願の実験セクションに記載されている手順に従って行われることが好ましい。
さらに、本発明は、本出願で定義されている詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかによる、特定の27Al MAS NMR自体を特徴とするBEA骨格構造を有するゼオライト材料に関するが、それでも、前記BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに記載されている処理したゼオライト材料を製造するための本発明の方法の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って、得ることが可能でありかつ/または得られることが好ましい。しかし、本発明によれば、特定の27Al MAS NMRを特徴とするBEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかによる、処理したゼオライト材料を製造するための本発明の方法の工程(i)および(ii)に従って得ることが可能であり、かつ/または得られ、より好ましくは、ゼオライト材料は、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って定義されている処理したゼオライト材料を製造するための方法の本発明による工程(iii)に従って処理を施されないことが特に好ましい。さらにより好ましくは、特定の27Al MAS NMRスペクトルを特徴とするBEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って処理したゼオライト材料を製造するための本発明の方法の工程(ii)から直接得ることが可能であり、かつ/または得られ、好ましくは、ゼオライト材料は、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って、工程(ii)から直接得られる。
本発明の詳細な、かつ好ましい実施形態によれば、27Al MAS NMRスペクトルにおけるppmでの化学シフトに対するそれぞれの値を得るための27Al MAS NMR実験に使用される標準に関して、本発d明による詳細な制約はなく、好ましくは外部標準が使用される。本発明によれば、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って、本発明のゼオライト材料の27Al MAS NMRスペクトルを得るために、1M AlCl水溶液が、27Al MAS NMR実験における外部ゼロ参照として使用されることが特に好ましい。
好ましくは、特定の27Al MAS NMRを特徴とするBEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は:
47から63ppmの範囲の第1のピーク(P1);
16から41ppm、より好ましくは20から39ppmの範囲の第2のピーク(P2);and
−7から7ppmの範囲の第3のピーク(P3);
を含み、好ましくは、本発明のゼオライト材料の27Al MAS NMRにおける第1、第2および第3のピークの積算は、1:(0.2〜0.75):(0.5〜0.85)の範囲に含まれる、積算値の比P1:P2:P3を示すことが好ましい。
より好ましくは、BEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は:49から61ppm、好ましくは51から59ppmの範囲の第1のピーク(P1);および23から37ppm、好ましくは25から35ppmの範囲の第2のピーク(P2);および−5から5ppm、好ましくは−3から3ppmの範囲の第3のピーク(P3);を含む27Al MAS NMRを表示し、好ましくは積算値P1:P2:P3は、1:(0.3〜0.7):(0.55〜0.8)、より好ましくは1:(0.4〜0.65):(0.6〜0.75)の範囲に含まれる。本発明によれば、 BEA骨格構造を有するゼオライト材料は:53から57ppm、好ましくは54から56ppmの範囲の第1のピーク(P1);27から33ppm、好ましくは29から31ppmの範囲に含まれる第2のピーク(P2);および−2から2ppm、好ましくは−1から1ppmの範囲の第3のピーク(P3)を含む27Al MAS NMRを表示することが特に好ましく;好ましくは、1:(0.45〜0.6):(0.65〜0.72)、好ましくは1:(0.5〜0.55):(0.68〜0.7)の範囲に含まれる積算値P1:P2:P3の比を示すゼオライト材料の27Al MAS NMRにおける第1、第2および第3のピークの積算を表す。
特定の27Al MAS NMRを特徴とするBEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料のYO:Xモル比に関しては、材料が表示し得る前記比に対する値について、本発明による詳細な制約はない。したがって、特定の27Al MAS NMRスペクトルを特徴とする本発明のゼオライト材料のYO:Xモル比は、3から30のいずれかの範囲であり得、好ましくはYO:Xモル比は、5から20、より好ましくは7から15、より好ましくは8から13、より好ましくは9から11の範囲になり得る。本発明によれば、特定の27Al MAS NMRを特徴とするBEA骨格構造を有するゼオライト材料は、9.5から10.5の範囲に含まれるYO:Xモル比を表示することが特に好ましい。
BEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は、その骨格構造にYOを含み、Yは四価元素である。本発明によれば、BEA骨格構造に含まれ得る四価元素Yに関して詳細な制約はない。したがって、例示として、Yは、Si、Sn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から、より好ましくはSi、Sn、Zr、Ta、Feおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され得、より好ましくは、Yは、Siおよび/またはSn、好ましくはSiおよびSnを含む。ゼオライト材料のBEA骨格構造により含まれる四価元素Yは、Siおよびさらなる四価元素の組合せを含むことがさらになお好ましく、前記さらなる四価元素は、好ましくはSn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群、より好ましくはSn、Zr、Ta、Feおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、より好ましくは、さらなる四価元素はSnである。しかし、本発明によれば、本発明のゼオライト材料のBEA骨格構造にYOとして含まれる四価元素Yは、Siであることが特に好ましい。
BEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料は、その骨格構造にXを含み、Xは三価元素である。本発明のゼオライト材料の骨格構造にXとして含有され得る三価元素に関しては、やはり詳細な制約は適用されず、したがって、任意の考えられる三価元素Xは、この趣旨で、本発明のゼオライト材料のBEA骨格構造に含有され得る。しかし、本発明によれば、Xは、Al、B、In、Gaおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択されることが好ましい。本発明によれば、本発明のゼオライト材料にXとして含まれる三価元素Xは、Alであることが特に好ましいことが特に好ましい。
本発明のゼオライト材料のさらなる物理的および化学的特性に関しては、これらは、詳細には制約されない。したがって、本出願の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従ってBEA骨格構造を有する本発明のゼオライト材料のBET表面積に関しては、これらは、任意の適切な特定の表面積を表示し得る。したがって、例示として、本発明のゼオライト材料のBET表面積は、100から850m/gのいずれかの範囲であり得、好ましくは、BET表面積は、200から800m/g、より好ましくは300から750m/g、より好ましくは400から720m/g、より好ましくは500から700m/g、より好ましくは550から680m/gの範囲に含まれる。本発明によれば、本発明のゼオライト材料のBET表面積は、600から660m/gの範囲に含まれることが特に好ましい。さらに、本出願で定義されているBET表面積に対する値に関しては、前記値は、DIN 66135に従って判定される本発明のゼオライト材料のBET表面積を指すことが好ましい。
さらに、特定のゼオライトは、本発明のBEA骨格構造を有するゼオライト材料により含まれ得るものに関して詳細な制約はなく、したがって、任意の適切なゼオライトは、そこに含有され得るが、但し、これらは、その詳細な、かつ好ましい実施形態いずれかで定義されている本発明のゼオライト材料の特性を表示することが条件である。しかし、本発明のゼオライト材料は、βゼオライトを含むことが好ましく、より一層好ましくは本発明のゼオライト材料は、βゼオライトである。
BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を製造するための方法、ならびに、好ましくは、本発明の方法に従って得られ、および/または得ることが可能なゼオライト材料自体に関してと同様に、本発明は、酸素化物をオレフィンに変換するための方法にも関する。より詳細には、本発明は、
(1)1種または複数の酸素化物を含むガス流を得る工程と、
(2)ガス流と、本発明によるゼオライト材料を含む触媒を接触させる工程と
を含むそのような方法に関する。
酸素化物をオレフィンに変換するための、本発明による方法に使用できる触媒に関して、原則としていかなる制約もないが、但し、触媒が、本発明自体による、または、BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を製造するための本発明の方法の詳細な、かつ好ましい実施形態のいずれかに従って得ることが可能なゼオライト材料を含むことが条件であり、また、この触媒が、少なくとも1種の酸素化物の少なくとも1種のオレフィンへの変換に適していることも条件である。これは、本発明の方法の詳細な、かつ本発明の好ましい実施形態による触媒の実施形態にとりわけ当てはまる。
(1)によるガス流に存在する1種または複数の酸素化物にも同じことが一致して当てはまり、そのため、本発明による方法では、ここでも原則としていかなる制約もないが、但し、(1)によるガス流に存在する1種または複数の酸素化物が、本発明による、とりわけ、その詳細な、かつ好ましい実施形態による、本発明のゼオライト材料を含む触媒により(2)に従って接触した場合に少なくとも1種のオレフィンへと変換できることが条件である。しかし、本発明によれば、(1)によるガス流に存在する1種または複数の酸素化物は、脂肪族アルコール、エーテル、カルボニル化合物およびそれらの2種以上の混合物からなる群から選択されることが好ましい。さらに好ましくは、1種または複数の酸素化物は、(C〜C)−アルコール、ジ(C〜C)アルキルエーテル、(C〜C)−アルデヒド、(C〜C)−ケトンおよびそれらの2種以上の混合物からなる群、さらに好ましくは、(C〜C)−アルコール、ジ(C〜C)アルキルエーテル、(C〜C)−アルデヒド、(C〜C)−ケトンおよびそれらの2種以上の混合物からなる群から選択される。本発明のさらになお好ましい実施形態において、(1)によるガス流は、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、ホルムアルデヒド、ジメチルケトンおよびそれらの2種以上混合物からなる群から選択される1種または複数の酸素化物を含み、1種または複数の酸素化物は、さらに好ましくは、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテルおよびそれらの2種以上の混合物からなる群から選択される。酸素化物をオレフィンに変換するための本発明による方法の特に好ましい実施形態は、(1)によるガス流は、メタノールおよび/またはジメチルエーテルを1種または複数の酸素化物として含み、メタノールが、より好ましくは、(1)によるガス流に存在する酸素化物である。
酸素化物をオレフィンに変換するための本発明による方法の工程(2)における、ガス流と本発明によるゼオライト材料を含む触媒を接触させる工程の手段に関して、原則としていかなる制約もないが、但し、少なくとも1種の酸素化物の少なくとも1種のオレフィンへの変換が実践できることが条件である。これは、例えば、接触(2)が起こる温度に適用される。したがって、例えば、本発明による方法の工程(2)における接触は、200から700℃の範囲の温度にて起こり得、300から650℃、さらに好ましくは350から600℃、さらに好ましくは400から575℃、さらに好ましくは450から550℃の範囲の温度を選択するよう優先される。本発明の特に好ましい実施形態は、本発明による方法の(2)による接触は、475から525℃の範囲の温度にて行われる。
さらに、酸素化物をオレフィンに変換するための、本発明による方法の実行の手段に関して詳細な制約はなく、そのため、連続または非連続プロセスを使用することができ、非連続プロセスは、例えば、バッチプロセスの形態で行うことが可能である。しかし、本発明によれば、酸素化物を変換するための本発明による方法は、連続したプロセスとして実行することが好ましい。したがって、本発明によれば、酸素化物をオレフィンに変換するための方法の実施形態が優先され、この方法は、連続したプロセスである。
本発明は、上に記載した本発明のゼオライト材料の使用、とりわけ、本出願に記載されている詳細な、かつ好ましい実施形態による。本発明のゼオライト材料の使用にもさらに関する。本発明によれば、本発明のゼオライト材料の使用に関して原則としていかなる制約もなく、そのため、これは、有機化合物を変換するための触媒として使用でき、より好ましくは、1個または複数の炭素−炭素単結合および/または二重結合、好ましくは1個または複数の炭素−炭素単結合が、以前に炭素−炭素結合により互いに結合していない2個の炭素原子の間に形成される反応における触媒として使用できる。しかし、本発明によれば、本発明のゼオライト材料は、好ましくは、メタノール−トゥ−オレフィンプロセス(MTO プロセス)に使用され、さらに好ましくはメタノール−トゥ−ガソリンプロセス(MTGプロセス)、メタノール−トゥ−炭化水素プロセス、メタノール−トゥ−プロピレンプロセス(MTPプロセス)、メタノール−トゥ−プロピレン/ブチレンプロセス(MT3/4プロセス)、および、芳香族アルキル化のために、または流動接触分解プロセス(FCCプロセス)に使用される。しかし、本発明によれば、本発明のゼオライト材料は、より好ましくは、メタノール−トゥ−オレフィンプロセス(MTOプロセス)に使用される。あるいは、本発明のゼオライト材料は、好ましくは、排ガスの処理に、好ましくは、NOの選択的触媒還元(SCR)に、および/またはNOの削減に触媒として使用される。
本発明は、それぞれの依存関係により指し示されている実施形態の組合せを含む、以下の好ましい実施形態をさらに特徴とする。
1.BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を製造するための方法であって、
(i)BEA骨格構造を有するゼオライト材料を用意する工程であり、BEA骨格構造は、YOおよびXを含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素であり、BEA骨格構造を有するゼオライト材料は、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られる工程と、
(ii)工程(i)で用意されたゼオライト材料を、650℃以上の温度にてか焼する工程と、
(iii)工程(ii)から得られたか焼したゼオライト材料を、5以下のpHを有する水溶液で処理する工程と
を含む、方法。
2.(i)で得られたBEA骨格構造を有するゼオライト材料が、Hおよび/またはNH 以外の、1種または複数の非骨格カチオン性元素を5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.005質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下含む、実施形態1の方法。
3.非骨格カチオン性元素がNaまたはKであり、好ましくは、1種または複数の非骨格カチオン性元素はNaおよびKであり、より好ましくは、1種または複数の非骨格元素が、Li、Na、Kおよびそれらの2種または3種の組合せからなる群から、より好ましくはLi、Na、K、Rb、Csおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から、より好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属、およびそれらの2種以上の組合せからなる群から、より好ましくはHおよび/またはNH 以外のカチオン性元素からなる群から選択される、実施形態2の方法。
4.工程(ii)において、工程(i)で用意されるゼオライト材料が、680℃から1000℃、好ましくは700℃から900℃、より好ましくは720℃から850℃、より好ましくは750℃から830℃、より好ましくは790℃から810℃の範囲に含まれる温度にてか焼される、実施形態1から3のいずれかの方法。
5.工程(ii)におけるか焼が、0.5から72時間、好ましくは1から64時間、より好ましくは2から56時間、より好ましくは4から48時間、より好ましくは8から40時間、より好ましくは12から36時間、より好ましくは16から32時間、より好ましくは20から28時間の持続時間で実施される、実施形態1から4のいずれかの方法。
6.工程(ii)におけるか焼が、10質量%以下の水、好ましくは5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.005質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下の水を含有する雰囲気中で実施される、実施形態1から5のいずれかの方法。
7.工程(iii)で用いられる水溶液のpHが、−2から4、好ましくは−1.8から3、より好ましくは−1.6から2、より好ましくは−1.4から1、より好ましくは−1.2から0.5、より好ましくは−1から0.2、より好ましくは−0.8から0の範囲に含まれる、実施形態1から6のいずれかの方法。
8.工程(iii)で用いられる水溶液が、溶液中の1種または複数の溶媒の全体の質量に対して、50質量%以上、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、より好ましくは98質量%以上、より好ましくは99質量%以上、より好ましくは99.9質量%以上の水を含有し、より好ましくは、水が、工程(iii)で用いられる水溶液中で溶媒として使用され、好ましくは蒸留水である、実施形態1から7のいずれかの方法。
9.工程(iii)で用いられる水溶液が、ブレンステッド酸およびルイス酸からなる群から、好ましくはブレンステッド酸からなる群から、より好ましくは無機ブレンステッド酸からなる群から選択される、1種または複数の酸を含有し、より好ましくは、1種または複数の酸が、リン酸、硫酸、塩酸、硝酸およびそれらの2種以上の混合物からなる群から、より好ましくは硫酸、塩酸、硝酸およびそれらの2種以上の混合物からなる群から選択され、より好ましくは、工程(iii)で用いられる水溶液が、塩酸および/または硝酸、好ましくは硝酸を含有し、より好ましくは硝酸の水溶液が工程(iii)に用いられる、実施形態1から8のいずれかの方法。
10.工程(iii)における5以下のpHを有する水溶液を用いる、か焼したゼオライト材料の処理が、標準大気圧下で、25℃から水溶液の沸点、好ましくは30から100℃、好ましくは40から95℃、より好ましくは50から90℃、より一層好ましくは70から80℃の範囲に含まれる温度にて実施される、実施形態1から9のいずれかの方法。
11.工程(iii)において、5以下のpHを有する水溶液対ゼオライト材料の質量比が、1から500、好ましくは5から300、より好ましくは10から200、より好ましくは20から150、より好ましくは30から100、より好ましくは35から80、より好ましくは40から60、より好ましくは45から55の範囲に含まれる、実施形態1から10のいずれかの方法。
12.工程(iii)における5以下のpHを有する水溶液を用いる、か焼したゼオライト材料の処理が、0.25から48時間、好ましくは0.5から24時間、より好ましくは1から12時間、より好ましくは1から6時間、より一層好ましくは1.5から3.5時間の期間実施される、実施形態1から11のいずれかの方法。
13.(iv)工程(iii)で得られたゼオライト材料を、好ましくは濾過により単離する工程;ならびに/または、好ましくはならびに、
(v)工程(iii)もしくは(iv)で得られたゼオライト材料を任意に洗浄する工程;ならびに/または、好ましくはならびに
(vi)工程(iii)もしくは(iv)もしくは(v)で得られたBEA骨格構造を有するゼオライト材料を、任意に乾燥する工程
をさらに含む方法であって、
工程(iv)および/または(v)および/または(vi)が、任意の順序で実施されてよく、1つまたは複数の前記工程が、好ましくは1回または複数回繰り返される、実施形態1から12のいずれかの方法。
14.工程(i)で用意されるゼオライト材料のYO:Xモル比が、1から50、好ましくは3から35、より好ましくは5から25、より好ましくは6から20、より好ましくは7から18、より好ましくは8から15、より好ましくは9から13の範囲、より一層好ましくは10から12の範囲に含まれる、実施形態1から13のいずれかの方法。
15.Yが、Si、Sn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から、好ましくはSi、Sn、Zr、Ta、Feおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、より好ましくは、YがSiおよび/またはSn、好ましくはSiおよびSnを含み、より好ましくは、YはSiおよびSnであり、Yが、より好ましくはSiである、実施形態1から14のいずれかの方法。
16.Xが、Al、B、In、Gaおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、Xが、好ましくはAlである、実施形態1から15のいずれかの方法。
17.工程(i)で用意されるゼオライト材料がか焼されない、実施形態1から16のいずれかの方法。
18.工程(i)で用意されるゼオライト材料のDIN 66135に従って判定されるBET表面積が、300から700m/g、好ましくは350から650m/g、より好ましくは400から575m/g、より好ましくは425から550m/g、より一層好ましくは450から500m/gの範囲であり、ゼオライト材料が、好ましくはか焼されず、[458m/g]である、実施形態1から17のいずれかの方法。
19.ゼオライト材料が、βゼオライトを含み、好ましくは、βゼオライトが、工程(i)でゼオライト材料として用いられる、実施形態1から18のいずれかの方法。
20.工程(ii)および(iii)のシークエンスが、1回または複数回、好ましくは1回から5回、より好ましくは1回から3回、より好ましくは1回または2回繰り返される、実施形態1から19のいずれかの方法。
21.実施形態1から20のいずれか1つに定義されている方法に従って得ることが可能でありかつ/または得られる、BEA骨格構造を有するゼオライト材料。
22.好ましくは実施形態1から20のいずれか1つに定義されている方法に従って得ることが可能であり、かつ/または得られ、少なくとも以下の反射:
Figure 2018506500
を含むX線回折パターンを有するBEA骨格構造を有し、100%は、X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関し、BEA骨格構造は、YOおよびXを含み、Yは四価元素であり、Xは三価元素である、ゼオライト材料。
23.ゼオライト材料のYO:Xモル比が、25から600、好ましくは50から400、より好ましくは100から350、より好ましくは150から300、より好ましくは200から250、より一層好ましくは220から230の範囲に含まれる、実施形態22のゼオライト材料。
24.ゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトル、好ましくはデコンボリュートされた29Si MAS NMRスペクトルが、
−95から−104.5ppm、好ましくは−98から−104ppm、より好ましくは−100から−103.5ppm、より好ましくは−101から−103ppm、より好ましくは−101.5から−102.5ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’1)を含み;
−105から−116ppm、好ましくは−106から−114ppm、より好ましくは−107から−113ppm、より好ましくは−107.5から−112.5ppm、より好ましくは−108から−112ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’2)を含み;
1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比が、19:81から35:65、好ましくは21:79から33:67、より好ましくは23:77から31:69、より好ましくは25:75から29:71、より好ましくは27:73から28:72の範囲に含まれる、実施形態22または23のゼオライト材料。
25.BEA骨格構造を有し、好ましくは、実施形態1から20のいずれか1つに定義されている方法に従って得ることが可能でありかつ/または得られるゼオライト材料であって、BEA骨格構造が、YOおよびXを含み、Yが四価元素であり、Xが三価元素であり、ゼオライト材料の27Al MAS NMR、好ましくはデコンボリュートされた27Al MAS NMRが、
45から65ppm、好ましくは47から63ppm、より好ましくは49から61ppm、より好ましくは51から59ppm、より好ましくは53から57ppm、より好ましくは54から56ppmの範囲の第1のピーク(P1)を含み;
11から44ppm、好ましくは16から41ppm、より好ましくは20から39ppm、より好ましくは23から37ppm、より好ましくは25から35ppm、より好ましくは27から33ppm、より好ましくは29から31ppmの範囲の第2のピーク(P2)を含み;および
−10から10ppm、好ましくは−7から7ppm、より好ましくは−5から5ppm、より好ましくは−3から3ppm、より好ましくは−2から2ppm、より好ましくは−1から1ppmの範囲の第3のピーク(P3)を含み;
ゼオライト材料の27Al MAS NMRにおける第1、第2および第3のピークの積算が、1:(0.1〜0.8):(0.4〜0.9)、好ましくは1:(0.2〜0.75):(0.5〜0.85)、より好ましくは1:(0.3〜0.7):(0.55〜0.8)、より好ましくは1:(0.4〜0.65):(0.6〜0.75)、より好ましくは1:(0.45〜0.6):(0.65〜0.72)、より好ましくは1:(0.5〜0.55):(0.68〜0.7)の範囲に含まれる積算値P1:P2:P3の比を示す、ゼオライト材料。
26.ゼオライト材料が、実施形態1から20のいずれかによる方法の工程(i)および(ii)に従って得ることが可能であり、かつ/または得られ、好ましくは、ゼオライト材料に、実施形態1から20のいずれかによる工程(iii)に従って処理が施されておらず、より好ましくは、ゼオライト材料が、実施形態1から20のいずれかによる工程(ii)から直接得られる材料である、実施形態25のゼオライト材料。
27.ゼオライト材料のYO:Xモル比が、3から30、好ましくは5から20、より好ましくは7から15、より好ましくは8から13、より好ましくは9から11、より一層好ましくは9.5から10.5の範囲に含まれる、実施形態25または26のゼオライト材料。
28.YがSi、Sn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、好ましくはSi、Sn、Zr、Ta、Feおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、より好ましくは、YがSiおよび/またはSn、好ましくはSiおよびSnを含み、より好ましくは、YがSiおよびSn、Yは、より好ましくはSiである、実施形態22から27のいずれかのゼオライト材料。
29.Xが、Al、B、In、Gaおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択され、Xが、好ましくはAlである、実施形態22から28のいずれかのゼオライト材料。
30.DIN 66135に従って判定されるゼオライト材料のBET表面積が、100から850m/g、好ましくは200から800m/g、より好ましくは300から750m/g、より好ましくは400から720m/g、より好ましくは500から700m/g、より好ましくは550から680m/g、より好ましくは600から660m/gの範囲である、実施形態22から29のいずれかのゼオライト材料。
31.ゼオライト材料が、βゼオライトを含み、好ましくは、ゼオライト材料がβゼオライトである、実施形態22から30のいずれかのゼオライト材料。
32.酸素化物をオレフィンに変換するための方法であって、(1)1種または複数の酸素化物を含むガス流を得る工程と、(2)ガス流と、実施形態21から31のいずれかによるゼオライト材料を含む触媒を接触させる工程とを含む、方法。
33.(1)によるガス流が、脂肪族アルコール、エーテル、カルボニル化合物およびそれらの2種以上の混合物からなる群から、好ましくは(C〜C)アルコール、ジ(C〜C)アルキルエーテル、(C〜C)アルデヒド、(C〜C)ケトンおよびそれらの2種以上の混合物からなる群から、さらに好ましくは(C〜C)アルコール、ジ(C〜C)アルキルエーテル、(C〜C)アルデヒド、(C〜C)ケトンおよびそれらの2種以上の混合物からなる群から、より好ましくはメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、ホルムアルデヒド、ジメチルケトンおよびそれらの2種以上の混合物からなる群から、より好ましくはメタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテルおよびそれらの2種以上の混合物からなる群から選択される、1種または複数の酸素化物を含み、より好ましくは、ガス流が、1種または複数の酸素化物として、メタノールおよび/またはジメチルエーテル、好ましくはメタノールを含む、実施形態32の方法。
34.(2)による接触が、200から700℃、好ましくは300から650℃、さらに好ましくは350から600℃、さらに好ましくは400から575℃、さらに好ましくは450から550℃、さらに好ましくは475から525℃の範囲の温度にて遂行される、実施形態32または33の方法。
35.連続したプロセスである、実施形態32から34のいずれかの方法。
36.実施形態21から31のいずれかによるBEA骨格構造を有するゼオライト材料を、触媒として使用する方法、好ましくは有機化合物を変換するための触媒として使用する方法、より好ましくは、1個または複数の炭素−炭素単結合および/または二重結合、好ましくは1個または複数の炭素−炭素単結合が、以前に炭素−炭素結合により互いに結合していない2個の炭素原子の間に形成される反応における触媒として使用する方法、より好ましくはメタノール−トゥ−オレフィンプロセス(MTOプロセス)、メタノール−トゥ−ガソリンプロセス(MTGプロセス)、メタノール−トゥ−炭化水素プロセス、メタノール−トゥ−プロピレンプロセス(MTPプロセス)、メタノール−トゥ−プロピレン/ブチレンプロセス(MT3/4プロセス)、芳香族のアルキル化のために、または流動接触分解プロセス(FCCプロセス)に使用する方法。
37.実施形態36による使用する方法であって、実施形態21から31のいずれかによるBEA骨格構造を有するゼオライト材料を、排ガスの処理に、好ましくはNOの選択的触媒還元(SCR)に、および/またはNOの削減に触媒として使用する方法。
1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5の試料を使用して得られた27Al MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5の試料を使用して得られた27Al MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5の試料を使用して得られた27Al MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5の試料を使用して得られた27Al MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例11、13および14、ならびに比較例15および16からの、試料を使用して得られたメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)触媒試験の結果をそれぞれ示す。図では、時間で「オンストリーム時間」が横軸に沿ってプロットされ、変換率は%で「丸」、ならびに、プロペン「四角」およびブテン「菱形」を含む生成物流中の特定の化合物に対する%の選択率は、縦軸に沿ってプロットされる。 参照例11、13および14、ならびに比較例15および16からの、試料を使用して得られたメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)触媒試験の結果をそれぞれ示す。図では、時間で「オンストリーム時間」が横軸に沿ってプロットされ、変換率は%で「丸」、ならびに、プロペン「四角」およびブテン「菱形」を含む生成物流中の特定の化合物に対する%の選択率は、縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例11、13および14、ならびに比較例15および16からの、試料を使用して得られたメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)触媒試験の結果をそれぞれ示す。図では、時間で「オンストリーム時間」が横軸に沿ってプロットされ、変換率は%で「丸」、ならびに、プロペン「四角」およびブテン「菱形」を含む生成物流中の特定の化合物に対する%の選択率は、縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例11、13および14、ならびに比較例15および16からの、試料を使用して得られたメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)触媒試験の結果をそれぞれ示す。図では、時間で「オンストリーム時間」が横軸に沿ってプロットされ、変換率は%で「丸」、ならびに、プロペン「四角」およびブテン「菱形」を含む生成物流中の特定の化合物に対する%の選択率は、縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例11、13および14、ならびに比較例15および16からの、試料を使用して得られたメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)触媒試験の結果をそれぞれ示す。図では、時間で「オンストリーム時間」が横軸に沿ってプロットされ、変換率は%で「丸」、ならびに、プロペン「四角」およびブテン「菱形」を含む生成物流中の特定の化合物に対する%の選択率は、縦軸に沿ってプロットされる。 1.54060Åの波長で測定した参照例1〜5、実施例6〜14、および比較例15および16からの、試料を使用したX線回折パターンをそれぞれ示す。横軸は、反射角度「2シータ」または「2θ」を、°2シータで表し、縦軸は、無次元単位で測定される強度「カウント」を表す。 参照例2〜5、実施例6〜14および比較例15および16からの、試料を使用して得られた29Si MAS NMRスペクトルをそれぞれ示す。図ではそれぞれ、ppmの値は、横軸に沿ってプロットされ、シグナル強度は、任意単位で縦軸に沿ってプロットされる。 参照例11、13および14、ならびに比較例15および16からの、試料を使用して得られたメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)触媒試験の結果をそれぞれ示す。図では、時間で「オンストリーム時間」が横軸に沿ってプロットされ、変換率は%で「丸」、ならびに、プロペン「四角」およびブテン「菱形」を含む生成物流中の特定の化合物に対する%の選択率は、縦軸に沿ってプロットされる。
実験セクション
Cu Kα X線源(40kV、20mA)を使用して、Rint−Ultima III(Rigaku)で、粉末XRDパターンを収集した。XRDのための試料の製造は、スライドガラスを使用する典型的な方法により行った。まず、乳鉢を使用して、試料を十分に粒状化した。次いで、これをスライドガラスに置き、スライドガラスで平らに押しつぶした。
27Al MAS NMR:回転速度が15.0kHzの4mmサンプルローターを使用して、156.4MHzの共鳴周波数にて、JEOL ECA−600分光計でこれらの試料の固体状態の27Al MAS NMRスペクトルを記録した。周囲温度にてπ/2パルスを使用した単パルス取得、および0.5秒の繰り返し時間、および2000回累積させたスキャンにより、スペクトルを記録した。27Al MAS NMRに関しては、化学シフトは、Al(NO水溶液を基準とした。スペクトルをデコンボリュートし、ピーク面積を積算するために、Alice2 Ver.6.1(JEOL)を使用した。
29Si MAS NMR:回転速度が5.5kHzの6mmサンプルローターを使用して、79.5MHzの共鳴周波数にてJEOL ECA−400分光計で固体状態の29Si MAS NMRスペクトルを測定した。周囲温度にてπ/2パルスを使用した単パルス取得、および60秒の繰り返し時間、および1000回累積させたスキャンにより、スペクトルを記録した。か焼した試料を、周囲温度に冷却し、次いで、ガラス容器中に保存した。酸処理した試料を終夜乾燥させ、同一手段で保存した。これらの試料は、NMRスペクトルを測定する前にさらに処理しなかった。29Si MAS NMRに関しては、化学シフトは、テトラメチルシランを基準とした。スペクトルをデコンボリュートし、ピーク面積を積算するために、Alice2 Ver.6.1(JEOL)を使用した。
参照例1:有機テンプレートを伴わないβゼオライトの合成
335.1gのNaAlOを7314gのHOに撹拌しながら溶解し、続いて、74.5gのβゼオライトシード(Zeolyst Internationalから商業的に得た、製品名:CP814C。合成前に、製品を500℃にて5時間か焼した(H−形態を得るために加熱勾配1℃/分))を添加した。混合物を、7340gのナトリウム水ガラスおよび1436gのLudox AS40と共に20Lオートクレーブに入れ、モル比が1.00 SiO:0.042 Al:0.57 NaO:17.5 HOのアルミノシリケートゲルを得た。結晶化は、120℃にて117時間行った。反応混合物を室温に冷却した後で、固体を濾過により分離し、蒸留水で繰り返し洗浄し、次いで、120℃にて16時間乾燥させ、1337gの白色結晶性生成物を得た。化学的分析により、10.89のSiO:Alモル比、およびか焼ベースで6.7質量%のNaOが指し示された。
1000gのナトリウム形態の結晶性生成物を、10,000gの硝酸アンモニウム10質量%溶液に添加した。懸濁液を80℃に加熱し、この温度にて、連続して2時間撹拌しながら保持した。固体をフィルタープレスで熱時濾過した(追加の冷却なし)。次いで、濾過ケーキを、洗浄水の伝導率が200μScm−1を下回るまで、蒸留水(室温の洗浄水)で洗浄した。濾過ケーキを120℃にて16時間乾燥させた。この手順をもう1回繰り返し、イオン交換結晶性生成物をそのアンモニウム形態で得た。化学的分析により、10.51のSiO:Alモル比およびか焼ベースで6.7質量%のNaOが指し示された。
以下の値は、BEA型骨格構造が得られたことを指し示すX線ディフラクトグラム(図1参照)から得られた。
Figure 2018506500
NH−形態をH−形態に変換するために、試料を500℃にて5時間か焼することにより処理した(加熱勾配1℃/分)。化学的分析により、5.0のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。
27Al MAS NMR分析により、%での以下のシグナル強度が明らかになった:50〜60ppm(四配位Al部位)、100.0%、15〜45ppm(五配位Al部位)0.0%、−10〜10ppm(六配位Al部位)0.0%。
参照例2:800℃にて24時間のβゼオライトのか焼
か焼するために、参照例1で得られたβゼオライトのNH−形態を出発原料として採用した。白色粉末をマッフル炉において、空気下にて3K/分で800℃に加熱した。温度を24時間一定に維持した。その後、試料を室温に冷却した。化学的分析により、5.0のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。
得られた試料のX線回折パターンは、図2aに示される。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、611m/gの値を得た。27Al MAS NMR分析(図2b参照)により、%での以下のシグナル強度が明らかになった:50〜60ppm(四配位Al部位)45.3%、15〜45ppm(五配位Al部位)23.5%、−10〜10ppm(六配位Al部位)31.1%。得られた試料の29Si MAS NMRは、図2cに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)26%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))61%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))9%。
参照例3:750℃にて15時間のβゼオライトのか焼
か焼するために、参照例1で得られたβゼオライトのNH−形態を出発原料として採用した。白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて3K/分で750℃に加熱した。温度を15時間一定に維持した。その後、試料を室温に冷却した。化学的分析により、5.0のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、604m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図3aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
27Al MAS NMR分析(図3bを参照されたい)により、%での以下のシグナル強度が明らかになった:50〜60ppm(四配位Al部位)50.7%、15〜45ppm(五配位Al部位)16.1%、−10〜10ppm(六配位Al部位)33.1%。得られた試料の29Si MAS NMRは、図3cに示される、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)26%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))63%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))8%。
参照例4:750℃にて5時間のβゼオライトのか焼
か焼するために、参照例1で得られたβゼオライトのNH−形態を出発原料として採用した。白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて3K/分で750℃に加熱した。温度を5時間一定に維持した。その後、試料を室温に冷却した。化学的分析により、5.0のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、644m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図4aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
27Al MAS NMR分析(図4bを参照されたい)により、%での以下のシグナル強度が明らかになった:50〜60ppm(四配位Al部位)56.5%、15〜45ppm(五配位Al部位)9.9%、−10〜10ppm(六配位Al部位)33.5%。得られた試料の29Si MAS NMRは、図4cに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)26%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))56%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))7%。
参照例5:700℃にて5時間のβゼオライトのか焼
か焼するために、参照例1で得られたβゼオライトのNH−形態を出発原料として採用した。白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて3K/分で700℃に加熱した。温度を5時間一定に維持した。その後、試料を室温に冷却した。化学的分析により、5.0のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、660m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図5aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
27Al MAS NMR分析(図5bを参照されたい)により、%での以下のシグナル強度が明らかになった:50〜60ppm(四配位Al部位)71.9%、15〜45ppm(五配位Al部位)1.2%、−10〜10ppm(六配位Al部位)26.9%。得られた試料の29Si MAS NMRは、図5cに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)36%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))49%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))7%。
実施例6:か焼したβゼオライト(700℃/5時間)の、周囲温度にて24時間の酸処理(1M)。
参照例5から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を50mlの1M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、25℃にて24時間撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、75のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、386m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図6aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図6bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)44%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))38%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))13%。
実施例7:か焼したβゼオライト(750℃/15時間)の2時間還流させながらの酸処理(1M)
参照例3から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を50mlの1M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて2時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、DI HOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、98のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、571m/gを得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図7aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図7bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)36%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))42%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))19%。
実施例8:βゼオライト(750℃/5時間)の24時間還流させながらの酸処理(6M)
参照例4から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を50mlの6M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて24時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、227のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、495m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図8aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図8bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)24%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))52%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))21%。
実施例9:βゼオライト(700℃/5時間)の24時間還流させながらの酸処理(6M)
参照例5から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を50mlの6M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて24時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、316のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、362m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図9aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図9bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)26%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))46%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))27%。
実施例10:βゼオライト(800℃/24時間)の24時間還流させながらの酸処理(6M)
参照例2から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を、50mlの6M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて24時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、204のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、560m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図10aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図10bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)19%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))60%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))21%。
実施例11:βゼオライト(800℃/24時間)の2時間還流させながらの酸処理(6M)
参照例2から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を、50mlの6M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて2時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、112のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、605m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図11aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図11bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)24%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))54%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))21%。
メタノールのオレフィンへの変換において、触媒試料を試験した。試験条件は以下の通りであった:PMeOH=50kPa、触媒、0.05g;触媒床の高さ1〜1.5cm、MeOH液、6.75μl/分;Heガス、4.1ml/分;温度、500℃。Shimazu GC−2014のGC−FID検出器で、ジビニルベンゼン−スチレンコポリマーカラム(J&W、HP−PLOT Q)を適用して生成物流を分析した。W/F=5g・h/molの荷重で試験を実施し、その結果は図11cに示され、同様にW/F=10g・h/molの荷重では、その結果は図11dに示されている。
したがって、この本発明の実施例で得られたメタノールのオレフィンへの変換における試験の結果からわかるように、メタノールのプロペンおよびブテンへの変換について、それぞれ高い選択率で変換率を達成できるだけではなく、オンストリーム時間に、わずかな低下もなく、前記高い変換および選択率も長期間維持できることはまったく予期していなかった。詳細には、触媒の再生前に、きわめて一定の変換率および選択率により、前例を見ないオンストリーム時間となるため、比較例で達成される結果と比較して(比較例15および16に対する図15cおよび16cをそれぞれ参照)、はるかに高い全体の選択率で、はるかに高い収率のプロペンおよびブテンが得られる。したがって、比較の試験からのこの結果で実証されているように、以下の比較例15および16が範例となる商用の触媒と比較して、高度に効率的な触媒が本発明により得られる。
実施例12:βゼオライト(800℃/24時間)の2時間還流させながらの酸処理(3M)
参照例2から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を、50mlの3M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて2時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、92のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、621m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図12aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図12bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)30%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))49%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))18%。
実施例13:βゼオライト(800℃/24時間)の2時間還流させながらの酸処理(1M)
参照例2から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を、50mlの1M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、100℃にて2時間還流させながら撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、80のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、569m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図13aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図13bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)27%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))53%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))19%。
メタノールのオレフィンへの変換において、触媒試料を試験した。試験条件は以下の通りであった:W/F=5g・h/mol、PMeOH=50kPa、触媒、0.05g;触媒床の高さ1〜1.5cm、MeOH液、6.75μl/分;Heガス、4.1ml/分;PMeOH=50kPa;温度、500℃。Shimazu GC−2014のGC−FID検出器で、ジビニルベンゼン−スチレンコポリマーカラム(J&W、HP−PLOT Q)を適用して生成物流を分析し、その結果は、図13cに示されている。
実施例14:βゼオライト(800℃/24時間)の周囲温度にて24時間の酸処理(1M)
参照例2から得られたか焼した試料を、出発原料として採用した。1gの白色粉末を、50mlの1M HO中硝酸溶液に分散させ、丸底フラスコ中で、25℃にて24時間撹拌した。その後、固体を真空濾過により抽出し、続いて、脱イオンHOでpHが7に達するまで洗浄した。最終的に得られた白色粉末を、マッフル炉において、空気下にて100℃にて12時間乾燥させた。化学的分析により、50のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、572m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図14aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図14bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)30%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))51%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))18%。
メタノールのオレフィンへの変換において、触媒試料を試験した。試験条件は以下の通りであった:W/F=5g・h/mol、PMeOH=50kPa、触媒、0.05g;触媒床の高さ1〜1.5cm、MeOH液、6.75μl/分;Heガス、4.1ml/分;PMeOH=50kPa;温度、500℃。Shimazu GC−2014からのGC−FID検出器で、ジビニルベンゼン−スチレンコポリマーカラム(J&W、HP−PLOT Q)を適用して生成物流を分析し、その結果は、図14cに示されている。
比較例15:テンプレート合成(Si/Al=150)からのβゼオライト
比較例として、テンプレート合成から得られたβゼオライトの商用試料(製品名:CP811C−300;Zeolyst International)を用いた。化学的分析により、150のSi/Alモル比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によってBET表面積を測定し、585m/gの値を得た。
得られた試料のX線回折パターンは、図15aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図15bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)18%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))62%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))19%。
メタノールのオレフィンへの変換において、触媒試料を試験した。試験条件は以下の通りであった:W/F=10g・h/mol、PMeOH=50kPa、触媒、0.05g;触媒床の高さ1〜1.5cm、MeOH液、6.75μl/分;Heガス、4.1ml/分;温度、500℃。Shimazu GC−2014からのGC−FID検出器で、ジビニルベンゼン−スチレンコポリマーカラム(J&W、HP−PLOT Q)を適用して生成物流を分析し、その結果は、図15cに表示されている。
したがって、メタノールのオレフィンへの変換における試験の結果からわかるように、本実施例11で得られた結果と同一の試験条件下で比較して(図11dの触媒試験の結果を参照)、変換率およびプロペン選択率のいずれも、オンストリームの数時間後には既に低下し始め、反応がさらに実施されると下落に拍車がかかる一方、本発明の実施例で達成される変換率およびプロペン選択率のいずれも、オンストリームの30時間後でさえ、実質的に一定で留まるのはまったく驚くべきことである。ブテンに対する反応の選択率に関しても同じことが当てはまり、これもやはり、本発明の実施例では、オンストリームの30時間後でさえ一定で留まるが、一方、この比較例では、選択率、オンストリームの20時間後に急速に下落し始める。
比較例16:テンプレート合成からのβゼオライト(Si/Al=250)
比較例として、テンプレート合成から得られたβゼオライトの商用試料(製品名:HSZ−980HOA;Tosoh Corp.)を用いた。化学的分析により、250のSi/Al比およびか焼ベースで<0.1質量%のNaOが指し示された。77Kでの窒素収着によって測定したBET表面積は、590m/gであった。
得られた試料のX線回折パターンは、図16aに示され、以下の反射および対応する強度を表示する:
Figure 2018506500
得られた試料の29Si MAS NMRは、図16bに示され、%での以下のシグナル強度が明らかになる:−102ppm(Q4(1Al)+Q3)16%、15〜108ppm(Q4(0Al、T3−T9))63%、−112ppm(Q4(0Al、T1−T2))21%。
メタノールのオレフィンへの変換において、触媒試料を試験した。試験条件は以下の通りであった:W/F=10g・h/mol、PMeOH=50kPa、触媒、0.05g;触媒床の高さ1〜1.5cm、MeOH液、6.75μl/分;Heガス、4.1ml/分;温度、500℃。Shimazu GC−2014のGC−FID検出器で、ジビニルベンゼン−スチレンコポリマーカラム(J&W、HP−PLOT Q)を適用して生成物流を分析し、その結果は、図16cに示されている。
比較例15に関しては、メタノールのオレフィンへの変換における試験の結果からわかるように、同一の試験条件下で、本発明の実施例11で得られた結果と比較して(図11dにおける触媒試験の結果を参照)、変換率およびプロペン選択率のいずれも、オンストリームの数時間後には既に低下し始め、反応がさらに実施されると一定して下落する一方、本発明の実施例で達成される変換率およびプロペン選択率のいずれも、オンストリームの30時間後でさえ、実質的に一定に留まるのはまったく驚くべきことである。詳細には、この比較例では、変換率およびプロペン選択率のいずれも最初はより高いが、これは、本発明の実施例11で観察される一定な変換率およびプロペン選択率により速やかに補正され、したがって、本発明の触媒を用いると、全体の変換率および選択率の向上だけによらず、詳細には、触媒の再生に先行して実行可能なオンストリーム時間のさらなる延長という観点においても、想定外により高い収率が得られる。結果として、メタノールをオレフィンに変換するためにきわめて効率的な触媒が、本発明により得られる。

Claims (15)

  1. BEA骨格構造を有する処理したゼオライト材料を製造するための方法であって、
    (i)BEA骨格構造を有するゼオライト材料を用意する工程であり、BEA骨格構造が、YOおよびX(式中、Yは四価元素であり、Xは三価元素である)を含み、BEA骨格構造を有するゼオライト材料が、有機テンプレートを伴わない合成プロセスから得ることが可能でありかつ/または得られる、工程と、
    (ii)工程(i)で用意されたゼオライト材料を、650℃以上の温度にてか焼する工程と、
    (iii)工程(ii)から得られたか焼したゼオライト材料を、5以下のpHを有する水溶液で処理する工程と
    を含む、方法。
  2. 工程(ii)において、工程(i)で用意されるゼオライト材料が680℃から1000℃の範囲に含まれる温度にてか焼される、請求項1に記載の方法。
  3. 工程(ii)において、10質量%以下の水を含有する雰囲気中でか焼が実施される、請求項1または2に記載の方法。
  4. Yが、Si、Sn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. Xが、Al、B、In、Gaおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 工程(i)で用意されるゼオライト材料が、か焼されない、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の方法に従って得ることが可能でありかつ/または得られる、BEA骨格構造を有するゼオライト材料。
  8. 少なくとも以下の反射:
    Figure 2018506500
    を含むX線回折パターンを有するBEA骨格構造を有し、100%が、X線回折パターンにおける最大ピークの強度に関し、BEA骨格構造が、YOおよびXを含み、Yが四価元素であり、Xが三価元素である、ゼオライト材料。
  9. ゼオライト材料の29Si MAS NMRスペクトルが、
    −95から−104.5ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’1)、および
    −105から−116ppmの範囲の1つまたは複数のピーク(P’2)
    を含み、1つまたは複数のピーク(P’1)対1つまたは複数のピーク(P’2)の全体の積算値の比が、19:81から35:65の範囲に含まれる、請求項8に記載のゼオライト材料。
  10. BEA骨格構造を有するゼオライト材料であって、BEA骨格構造が、YOおよびX(式中、Yは四価元素であり、Xは三価元素である)を含み、ゼオライト材料の27Al MAS NMRが、
    45から65ppmの範囲の第1のピーク(P1)、
    11から44ppmの範囲の第2のピーク(P2)、および
    −10から10ppmの範囲の第3のピーク(P3)
    を含み、ゼオライト材料の27Al MAS NMRにおける第1、第2および第3のピークの積算が、1:(0.1〜0.8):(0.4〜0.9)の範囲に含まれる積算値P1:P2:P3の比を示す、ゼオライト材料。
  11. ゼオライト材料が、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法の工程(i)および(ii)に従って得ることが可能でありかつ/または得られる、請求項10に記載のゼオライト材料。
  12. Yが、Si、Sn、Ti、Zr、Ta、Fe、Geおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択される、請求項8から11のいずれか一項に記載のゼオライト材料。
  13. Xが、Al、B、In、Gaおよびそれらの2種以上の組合せからなる群から選択される、請求項8から12のいずれか一項に記載のゼオライト材料。
  14. 酸素化物をオレフィンに変換するための方法であって、
    (1)1種または複数の酸素化物を含むガス流を用意する工程と、
    (2)ガス流と、請求項7から13のいずれか一項に記載のゼオライト材料を含む触媒を接触させる工程と
    を含む、方法。
  15. 請求項7から13のいずれか一項に記載の、BEA骨格構造を有するゼオライト材料を、触媒として使用する方法。
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