JP2019530634A - ゼオライト材料の高効率固体熱合成 - Google Patents
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Abstract
モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体を製造する方法であって、(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること;(ii)(i)で得られた混合物を110〜350℃の範囲、好ましくは190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供することを含む方法。
Description
本発明は、ゼオライト材料を製造する非常に効率的な方法に、詳細には、非常に好ましい空時収量が達成できる、ゼオライト材料の固体熱(solidothermal)合成に関する。さらに、本発明は、この方法によって得られる又は得られたゼオライト材料に関する。
有用な吸着剤、イオン交換体及び触媒として、骨格型MFI、MOR又はBEAを有するゼオライト材料などのゼオライトは、広く工業プロセスに適用されていて、その合成は、通常、水熱条件下で行われている。この条件下では、空時収量が、ゼオライト製造の工業的規模の方法にとって最も重要な要素の一つである。その他、優れた触媒特性を有するゼオライト材料の具体例には、RUB−36構造を有する材料がある。従って、空時収量を改善するため、多大な関心が向けられており、水溶媒の量を削減し、結晶化速度を高めることが行われている。さらに、アレニウス(Arrhenius)の式によれば、ゼオライトの結晶化速度は高温で加速されるべきであることがよく知られており、これによりゼオライトの空時収率が合理的に向上する。しかしながら、より高温でゼオライトの水熱合成を行うことは非常に困難である。高温水熱条件下でのゼオライト合成用の有機テンプレート化合物は強アルカリ媒体中で有機種が分解するため不安定であるからである。WO2016/058541A1には、ゼオライト材料の製造方法が開示されているが、この方法では、全ての実施例における最高温度は180℃である。
− H.Gies, U.Mueller, B.Yilmaz, M.Feyen, T.Tatsumi, H.Imai, H.Zhang, B.Xie, F.−S.Xiao, X.Bao, W.Zhang, T.De Baerdemaker, D.De Vos, Chem.Mater.2012,24,2536頁
W.Fan, C.−C.Chang, P.Domath, Z.Wang,US9108190B1,2015
L.Ren,Q.Guo,H.Zhang,L.Zhu,C.Yang,L.Wang,X.Meng,Z.Feng,C.Li,F.−S.Xiao,J.Mater.Chem.,2012,22,6564頁
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本発明の一目的は、高い空時収量を実現することを可能にする、ゼオライト材料を製造するための非常に効率的な方法を提供することであった。本発明の更なる目的は、多種多様なゼオライトに適用することができる、前記高効率な方法を提供することであった。本発明の更なる目的は、有機テンプレート化合物の存在下で製造されるゼオライト並びに有機テンプレート化合物の不存在下で製造されるゼオライトの両方に適用することができる前記高効率的な方法を提供することであった。本発明のさらに他の目的は、メタノール−トゥ−オレフィン反応(methanol-to-olefins reaction)において、従来の水熱合成触媒よりも改良された触媒特性を有するゼオライト触媒を提供することであった。
したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を110〜350℃の範囲、好ましくは190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間(h)の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を110〜350℃の範囲、好ましくは190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間(h)の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
本発明に従って使用する、用語「モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体」は二次元層状結晶性物質に関連するもので、焼成に供されると、二次元層状結晶性物質から三次元ゼオライト材料が得られるものである。一般に、そのような結晶性前駆体の具体例には、RUB−36構造を有する結晶性材料又はMWWゼオライト骨格型を有するゼオライト材料の層状前駆体がある。
モル比(a Al2O3):SiO2に関して、特別の制限は何も存在しない。当該aは、好ましくは0〜0.45の範囲内、より好ましくは0〜0.4の範囲内、より好ましくは0〜0.35の範囲内、さらに好ましくは0〜0.3の範囲内、さらに好ましくは0〜0.25の範囲内、より好ましくは0〜0.2の範囲内である。ゼオライト骨格構造中にAlを含有しないゼオライト材料の場合、aは0である。ゼオライト骨格構造中にAlを含有するゼオライト材料の場合、aは、好ましくは0.001〜0.5の範囲内、より好ましくは0.0015〜0.45の範囲内、より好ましくは0.002〜0.4の範囲内、より好ましくは0.0025〜0.35の範囲内、より好ましくは0.003〜0.3の範囲内、より好ましくは0.0035〜0.25の範囲内、さらに好ましくは0.004〜0.2の範囲内である。
一般に、Si及び任意のAlに加えて、ゼオライト骨格構造に1つ以上の更なるヘテロ原子(例えば、ゼオライト骨格構造中でXO2として存在する1つ以上の更なるヘテロ原子X及び/又はゼオライト骨格構造中でY2O3として存在する1つ以上の更なるヘテロ原子Y)を含有するゼオライト材料が製造されることが考えられる。そのようなヘテロ原子の例としては、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Cu、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、In、Pbが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ゼオライト材料の骨格構造は、Si及び任意のAlに加えて、ヘテロ原子を含有しないことが好ましい。したがって、ゼオライト材料の骨格構造は、SiとAlとO、又はSiとOのいずれかによって形成されることが好適である。
ゼオライト骨格型に関して、特別の制限は何も存在しない。一般に、ゼオライト骨格型は、ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFG、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFV、AFX、AFY、AHT、ANA、APC、APD、AST、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、−CHI、−CLO、CON、CSV、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、*−EWT、EZT、FAR、FAU、FER、FRA、GIS、GIU、GME、GON、GOO、HEU、IFO、IFR、−IFU、IFW、IFY、IHW、IMF、IRN、IRR、−IRY、ISV、ITE、ITG、ITH、*−ITN、ITR、ITT、−ITV、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JBW、JNT、JOZ、JRY、JSN、JSR、JST、JSW、KFI、LAU、LEV、LIO、−LIT、LOS、LOV、LTA、LTF、LTJ、LTL、LTN、MAR、MAZ、MEI、MEL、MEP、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、*MRE、MSE、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MVY、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NON、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OKO、OSI、OSO、OWE、−PAR、PAU、PCR、PHI、PON、POS、PSI、PUN、RHO、−RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RUT、RWR、RWY、SAF、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBN、SBS、SBT、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFS、*SFV、SFW、SGT、SIV、SOD、SOF、SOS、SSF、*−SSO、SSY、STF、STI、*STO、STT、STW、−SVR、SVV、SZR、TER、THO、TOL、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、UOS、UOV、UOZ、USI、UTL、UWY、VET、VFI、VNI、VSV、WEI、−WEN、YUG、ZON、又はこれらの2種以上の混合型うちの一つであると考えられる。ゼオライト材料は、骨格型BEA、CHA、MFI、MEL、MOR、CDO、AEI、FER、SAV、又はこれらの2種以上の混合型を有することが好ましい。また、ゼオライト材料は、骨格型BEA、CHA、MFI、MOR、CDO、又はこれらの2種以上の混合型を有することがより好ましい。さらに、ゼオライト材料は、骨格型BEA、CHA、MFI、MOR、CDO、さらに好ましくは骨格型MFI、又はこれらの2種以上の混合型を有することがより好ましい。また、ゼオライト材料のゼオライト骨格構造は骨格型MWWを示さないことが好ましい。ゼオライト材料の結晶性前駆体に関しては、RUB−36構造を有することが好ましい。
シリカゲルの含水量に関して、cは、好ましくは0.005〜2.45の範囲内、より好ましくは0.01〜2.4の範囲内、より好ましくは0.02〜2.3の範囲内、さらに好ましくは0.03〜2.2の範囲内、より好ましくは0.04〜2.1の範囲内、より好ましくは0.05〜2.0の範囲内である。
シリカゲルの含水量に関して、代替的に、cは、好ましくは0.1〜2.4の範囲内、好ましくは0.2〜2.4の範囲内、より好ましくは0.3〜2.4の範囲内、より好ましくは0.4〜2.2の範囲内、より好ましくは0.5〜2.0の範囲内、より好ましくは0.6〜1.8の範囲内、さらに好ましくは0.7〜1.6の範囲内、さらに好ましくは0.8〜1.4の範囲内、より好ましくは0.9〜1.2の範囲内である。
(i)で調製する混合物の含水量に関して、bは、好ましくは0.005〜2の範囲内、より好ましくは0.01〜2の範囲内、より好ましくは0.05〜2の範囲内、より好ましくは0.1〜2の範囲内、より好ましくは0.2〜2の範囲内、より好ましくは0.3〜2の範囲内、より好ましくは0.4〜2の範囲内、さらに好ましくは0.5〜2の範囲内である。
(i)で調製する混合物の含水量に関して、代替的に、bは、好ましくは0.1〜2の範囲内、より好ましくは0.2〜2の範囲内、より好ましくは0.3〜2の範囲内、より好ましくは0.4〜2の範囲内、より好ましくは0.5〜2の範囲内、さらに好ましくは0.6〜1.8の範囲内、さらに好ましくは0.7〜1.6の範囲内、さらに好ましくは0.8〜1.4の範囲内、より好ましくは0.9〜1.2の範囲内である。
好適には、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型BEAを有する、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間(h)の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得る
ことを含む方法に関することが好ましい。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間(h)の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得る
ことを含む方法に関することが好ましい。
好適には、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型MORを有するゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
好適には、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型MFIを有するゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
代替的に、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0.001〜0.3、好ましくは0.0012〜0.1、より好ましくは0.0013〜0.05、さらに好ましくは0.0014〜0.01、さらに好ましくは0.0015〜0.005の範囲内にある)を示し、かつ、ゼオライト骨格型MFIを有するゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲、好ましくは0.9〜1.2の範囲の数である)を示すシリカゲル、好ましくはヒュームドシリカを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である、好ましくは、bは0.9〜1.2の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を、140〜325℃の範囲の結晶化温度、好ましくは180〜300℃の範囲の結晶化温度、より好ましくは240〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、好ましくは20〜350分の範囲の結晶化時間の間、より好ましくは85〜95分の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造MFIを有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲、好ましくは0.9〜1.2の範囲の数である)を示すシリカゲル、好ましくはヒュームドシリカを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である、好ましくは、bは0.9〜1.2の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を、140〜325℃の範囲の結晶化温度、好ましくは180〜300℃の範囲の結晶化温度、より好ましくは240〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、好ましくは20〜350分の範囲の結晶化時間の間、より好ましくは85〜95分の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造MFIを有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
好適には、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型CHAを有する、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
好適には、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体の製造方法であって、ここで前駆体はRUB−36構造を有するものであり、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関することが好ましい。
本発明によれば、唯一のSiO2供給源を含有する、(i)に係る混合物を調製することが可能である。この場合、(i)で調製する混合物は、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種の化合物を含むものであり、この化合物はモル比(c H2O):SiO2を示すシリカゲルである。2つ以上のSiO2供給源を含有する、(i)に従って調製される混合物を用意することも可能である。この場合、(i)で調製される混合物は、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物、好ましくはゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種の化合物を含む。ここで、当該2種以上の化合物の一つはモル比(c H2O):SiO2を示すシリカゲルであり、一つ以上の他の化合物は更なる適切なSiO2供給源である。ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物は、更なるSiO2供給源として、ケイ酸ナトリウム、ホワイトカーボンブラック、非晶質シリカ粉末、又はヒュームドシリカ、好ましくはケイ酸ナトリウム、及び/又はヒュームドシリカ、より好ましくはNa2SiO3及び/又はヒュームドシリカ、より好ましくはNa2SiO3×9H2Oを含むことが好適である。本プロセスでSiを含む種晶を使用する場合、この種晶を(i)で調製する混合物中の更なるSiO2供給源とすることができる。
aが0でない場合は、(i)で調製する混合物中の各Al供給源は、何ら特別な制限を受けない。ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物は、硫酸アルミニウム、好ましくはAl2(SO4)3、アルミン酸ナトリウム、好ましくはNaAlO2、及びベーマイトのうちの1種以上を含むことが好ましい。本プロセスでAlを含む種晶を使用する場合、この種晶を(i)で調製する混合物中の更なるAl2O3供給源とすることができる。
特定の合成方法に応じて、1種以上の適切なアルカリ金属供給源が(i)で調製する混合物中に存在することが可能である。この場合、(i)で調製する混合物が、アルカリ金属Mを含む化合物を、M2Oとして表されるMについて、該混合物がモル比(d M2O):(a Al2O3+SiO2)を示すようになる量でさらに含むことが好適である。式中、dは0〜0.6の範囲の数である。可能性のある範囲は、例えば、0.01〜0.2、又は0.1〜0.3、又は0.2〜0.4、又は0.3〜0.5、又は0.4〜0.6である。アルカリ金属の化学的性質に関して特別な制限はないが、アルカリ金属Mは、ナトリウムを含むのが好適であり、好ましくは、ナトリウムであることであり、ナトリウムを含む化合物としては、NaOH、アルミン酸ナトリウム、好ましくはNaAlO2、及びケイ酸ナトリウム、好ましくはNa2SiO3、より好ましくはNa2SiO3×9H2Oのうちの1種以上を含むのが好ましい。したがって、所与のSiO2供給源又はAl2O3供給源が同時にアルカリ金属M供給源である可能性がある。
特定の合成方法に応じて、(i)で調製する混合物は種晶SCを含むことができる。この種晶は、所望のゼオライト材料の結晶化を可能にするか又は助長するゼオライト骨格型を示すことが好ましい。(i)で調製する混合物が、製造すべきゼオライト材料の骨格型を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を含む、好ましくはそのゼオライト材料からなる種晶SCをさらに含むことが好ましい。種晶は、また、製造すべきゼオライト材料の化学組成を有することが可能であり、(i)で調製する混合物は、好ましくは、製造すべきゼオライト材料のゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を含む、好ましくはそのゼオライト材料からなる種晶SCを含むことが好適である。(i)で調製する混合物は、種晶SCを、混合物が、0〜5%の範囲、より好ましくは0〜4.5%の範囲、より好ましくは0〜4%の範囲、さらに好ましくは0〜3.5%の範囲、さらに好ましくは0〜3%の範囲、さらに好ましくは0〜2.5%の範囲、より好ましくは0〜2質量%の範囲に、(i)で調製する混合物に対する種晶SCの質量比を示すようになる量で含むことが好適である。種晶を使用する場合には、(i)で調製する混合物が、種晶SCを、混合物が、0.1〜5%の範囲、より好ましくは0.1〜4.5%の範囲、より好ましくは0.1〜4%の範囲、さらに好ましくは0.1〜3.5%の範囲、さらに好ましくは0.1〜3%の範囲、より好ましくは0.1〜2.5質量%の範囲、さらに好ましくは0.1〜2質量%の範囲に、(i)で調製する混合物に対する種晶SCの質量比を示すようになる量で含むことが好適である。
特定の合成方法に応じて、(i)で調製する混合物は、製造すべきゼオライト材料についての有機テンプレート化合物OCを含むことが可能である。(i)で調製する混合物は、有機テンプレート化合物OCを、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)を示すようになる量で含むことが好ましい。ここで、式中、fは0〜1.5の範囲、好ましくは0〜1.25の範囲、より好ましくは0〜1の範囲の数である。有機テンプレート化合物を使用する場合、fは、好ましくは0.05〜1.5の範囲、より好ましくは0.1〜1.25の範囲、さらに好ましくは0.2〜1の範囲の数である。あるいは、fは、0.04〜0.16の範囲、好ましくは0.06〜0.15の範囲、より好ましくは0.07〜0.14の範囲、さらに好ましくは0.08〜0.13の範囲、より好ましくは0.09〜0.12の範囲、さらに好ましくは0.1〜0.11の範囲の数であることが好適である。
有機テンプレート化合物OCの特定の化学的性質は、製造すべき特定のゼオライト材料又は製造すべきの結晶性前駆体に依存する。典型的には、しかし、これに限定するものではないが、例えば、ゼオライト材料の骨格型がCDOである場合、好適には、有機テンプレート化合物OCはジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、ジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドである;例えば、ゼオライト材料の骨格型がMFIである場合、好適には、有機テンプレート化合物OCはテトラプロピルアンモニウムブロミド又はテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、テトラプロピルアンモニウムブロミド又はテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドである;例えば、ゼオライト材料の骨格型がCHAである場合、好適には、有機テンプレート化合物OCはN,N,N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、N,N,N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシドである;例えば、ゼオライト材料の骨格型がBEAである場合、好適には、有機テンプレート化合物OCはテトラエチルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドである;例えば、ゼオライト材料の骨格型がMORである場合、好適には、有機テンプレート化合物OCはテトラエチルアンモニウムヒドロキシド又はテトラエチルアンモニウムブロミドを含み、好ましくは、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド又はテトラエチルアンモニウムブロミドである。
一般に、(i)で調製された混合物は、上述の化合物に加えて、1種以上の追加の化合物を含有することが考えられる。(i)で調製する混合物の少なくとも99質量%、より好ましくは少なくとも99.5質量%、より好ましくは少なくとも99.9質量%が、H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物、必要に応じて、アルカリ金属Mを含む化合物、必要に応じて、種晶SC、及び、必要に応じて、有機テンプレート化合物OCからなることが好ましい。また、(i)で調製する混合物が、本質的に、H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物、必要に応じて、アルカリ金属Mを含む化合物、必要に応じて、種晶SC、及び、必要に応じて、有機テンプレート化合物OCからなることが好ましい。
(i)に係る混合物の調製に関しては、混合物の各成分が十分に均一に混合される限り、何ら特別な制限は存在しない。そのような均質混合物を達成するために想定できるあらゆる方法が可能である。好ましくは、(i)で混合物を調製することには粉砕することが含まれる。混合物のそれぞれの量に応じて、粉砕時間が異なる。典型的には、0.1〜30分の範囲、好ましくは0.5〜20分の範囲、より好ましくは1〜15分の範囲の時間、粉砕を行なう。一般に、この粉砕は、任意の適切な温度で、例えば、室温で、室温より高温で、又は室温より低温で実施することができる。典型的には、粉砕は、10〜50℃の範囲、好ましくは15〜40℃の範囲、より好ましくは20〜30℃の範囲の混合物の温度で行う。
(i)に従って調製した混合物は、次いで、(i)に従い結晶化させる。(i)に従って調製された混合物に対しては、(ii)の前には、混合物の化学組成が変化する、いかなる中間的処理も施さないことが好ましい。
(ii)による結晶化は、任意の適切な容器内で行うことができる。(i)で得た混合物を(ii)に従い結晶化に供するには、耐圧容器内で、好ましくはオートクレーブ中で行うことが好ましい。また、(i)で得られた混合物を(ii)により結晶化に供するには、自生圧力(autogenous pressure)下で行うことが好ましい。結晶化の際、混合物を撹拌することが好適である。ここでは、結晶化の全期間又は結晶化期間の一部で撹拌を行うことができる。
(i)で調製した混合物は、所望の結晶化温度まで適切に加熱する。混合物の加熱は結晶化を行う容器中で実施することが好ましい。加熱速度は、例えば容器の寸法、加熱する混合物の量などに応じて適切に調整することができる。好ましくは、(i)で得られた混合物の結晶化には、1〜20K/分の範囲、より好ましくは1〜15K/分の範囲、より好ましくは1〜10K/分の範囲、さらに好ましくは1〜5K/分の範囲の加熱速度で結晶化温度まで混合物を加熱することが含まれる。
本発明によれば、この結晶化は非常に高い結晶化温度で行うことができ、これにより非常に短い結晶化時間、ひいては非常に高い空時収率を実現することが可能になることが分かった。これにより、本発明の方法は、工業規模の製造プロセスとして非常に魅力的なものとなる。
(ii)における結晶化温度は、200〜350℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは200〜300℃の範囲、より好ましくは200〜250℃の範囲、もっと好ましくは200〜240℃の範囲である。さらに、特定のゼオライト材料又はその前駆体によっては、(ii)による結晶化温度は、好ましくは210〜350℃の範囲、より好ましくは210〜300℃の範囲、さらに好ましくは210〜250℃の範囲、より好ましくは210〜240℃の範囲である。さらにまた、特定のゼオライト材料又はその前駆体によっては、(ii)による結晶化温度は、好ましくは210〜350℃の範囲、より好ましくは260〜350℃の範囲である。代替的に、特定のゼオライト材料又はその前駆体に応じて、(ii)による結晶化温度は140〜325℃の範囲であることが好適であり、好ましくは180〜300℃の範囲の結晶化温度、より好ましくは200〜275℃の範囲の結晶化温度、さらに好ましくは240〜250℃の範囲の結晶化温度である。
(ii)に係る結晶化時間は、0.15〜42時間の範囲の時間が好ましく、より好ましくは0.2〜36時間の範囲の時間である。具体的なゼオライト材料又はその前駆体に応じて、例えば骨格型のBEA、MFI、MOR又はCHAを有するゼオライト材料の場合、結晶化時間は、好ましくは0.15〜12時間の範囲、より好ましくは0.2〜6時間の範囲、より好ましくは0.2〜3時間の範囲、さらに好ましくは0.2〜2時間の範囲の時間である。さらに、具体的なゼオライト材料又はその前駆体に応じて、例えばRUB−36構造を有するゼオライト材料前駆体の場合、結晶化時間は、好ましくは0.15〜42時間の範囲、より好ましくは0.2〜36時間の範囲の時間である。
ゼオライト材料又はその前駆体に応じて、(ii)による結晶化の空時収量は100〜150,000kg/m3/d(日)の範囲である。ここで、空時収量は、(ii)で得られたゼオライト材料又は結晶性前駆体の質量/kgを、(i)で調製した混合物の体積/m3で除し、(ii)による結晶化時間/dで除したものと定義される。
特には、骨格型BEAを有するゼオライト材料に関し、(ii)に係る結晶化温度は、好ましくは190〜350℃の範囲、より好ましくは190〜300℃の範囲、さらに好ましくは190〜250℃の範囲である。より好ましいのは、(ii)に係る結晶化温度は、200〜250℃の範囲、より好ましくは210〜250℃の範囲、さらに好ましくは230〜250℃の範囲である。結晶化温度は210〜350℃の範囲、又は260〜350℃の範囲であることもあり得る。結晶化時間は、好ましくは0.1〜12時間の範囲、より好ましくは0.15〜9時間の範囲、さらに好ましくは0.2〜6時間の範囲である。より好ましくは、結晶化時間は、0.3〜4時間の範囲、さらに好ましくは0.4〜3時間の範囲、さらに好ましくは0.5〜2時間の範囲である。(ii)に係る結晶化の空時収量は、好ましくは500〜60,000kg/m3/dの範囲、より好ましくは750〜10,000kg/m3/dの範囲、さらに好ましくは1,000〜2,500kg/m3/dの範囲である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型BEAを有する、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.5〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.5〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
具体的には、骨格型MORを有するゼオライト材料に関し、(ii)に係る結晶化温度は、好ましくは190〜350℃の範囲、より好ましくは190〜300℃の範囲、さらに好ましくは190〜250℃の範囲である。より好ましいのは、(ii)に係る結晶化温度は、200〜250℃の範囲、より好ましくは210〜250℃の範囲、さらに好ましくは230〜250℃の範囲である。結晶化温度は210〜350℃の範囲、又は260〜350℃の範囲であることもあり得る。結晶化時間は、好ましくは0.1〜12時間の範囲、より好ましくは0.15〜9時間の範囲、さらに好ましくは0.2〜6時間の範囲である。より好ましくは、結晶化時間は、0.3〜4時間の範囲、さらに好ましくは0.5〜3時間の範囲、さらに好ましくは1〜2時間の範囲である。(ii)に係る結晶化の空時収量は、好ましくは500〜20,000kg/m3/dの範囲、より好ましくは1,000〜10,000kg/m3/dの範囲、さらに好ましくは2,000〜5,000kg/m3/dの範囲である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型MORを有する、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、1〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、1〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
具体的には、骨格型MFIを有するゼオライト材料に関し、(ii)に係る結晶化温度は、好ましくは140〜350℃の範囲、より好ましくは190〜350℃の範囲、さらに好ましくは190〜300℃の範囲、より好ましくは190〜250℃の範囲である。より好ましくは、(ii)に係る結晶化温度は、200〜250℃の範囲、より好ましくは210〜250℃の範囲、さらに好ましくは230〜250℃の範囲である。代替的に、(ii)による結晶化温度は、140〜325℃の範囲であることが好適であり、好ましくは180〜300℃の範囲の結晶化温度、より好ましくは200〜275℃の範囲の結晶化温度、さらに好ましくは240〜250℃の範囲の結晶化温度である。
結晶化温度は210〜350℃の範囲、又は260〜350℃の範囲であることもあり得ると考えられる。結晶化時間は、好ましくは0.1〜12時間の範囲、より好ましくは0.2〜5時間の範囲、さらに好ましくは0.1〜2時間の範囲である。あるいは、結晶化時間は、好ましくは20〜350分の範囲、より好ましくは30〜300分の範囲、より好ましくは40〜250分の範囲、さらに好ましくは50〜200分の範囲、より好ましくは60〜150分の範囲、より好ましくは70〜120分の範囲、さらに好ましくは75〜110分の範囲、さらに好ましくは80〜100分の範囲、より好ましくは85〜95分の範囲である。(ii)に係る結晶化の空時収量は、好ましくは5,000〜60,000kg/m3/dの範囲、より好ましくは7,500〜30,000kg/m3/dの範囲、さらに好ましくは10,000〜15,000kg/m3/dの範囲である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型MFIを有するゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、1〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、1〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
具体的には、骨格型CHAを有するゼオライト材料に関し、(ii)に係る結晶化温度は、好ましくは190〜350℃の範囲、より好ましくは190〜300℃の範囲、さらに好ましくは190〜250℃の範囲である。より好ましいのは、(ii)に係る結晶化温度は、200〜250℃の範囲、より好ましくは210〜250℃の範囲、さらに好ましくは230〜250℃の範囲である。結晶化温度は210〜350℃の範囲、又は260〜350℃の範囲であると考えられる。結晶化時間は、好ましくは0.1〜12時間の範囲、より好ましくは0.15〜9時間の範囲、さらに好ましくは0.2〜5時間の範囲である。より好ましくは、結晶化時間は、0.3〜4時間の範囲、さらに好ましくは0.5〜3時間の範囲、さらに好ましくは1〜2時間の範囲である。(ii)に係る結晶化の空時収量は、好ましくは2,000〜40,000kg/m3/dの範囲、より好ましくは1,500〜15,000kg/m3/dの範囲、さらに好ましくは3,000〜6,000kg/m3/dの範囲である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示し、かつ、ゼオライト骨格型CHAを有する、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、1〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を230〜250℃の範囲の結晶化温度で、かつ、1〜2時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を得ること
を含む方法に関する。
具体的には、RUB−36構造を有する、結晶性ゼオライト材料前駆体に関し、(II)に係る結晶化温度は、好ましくは165℃〜350℃の範囲、より好ましくは170〜350℃の範囲、より好ましくは175〜350℃の範囲、より好ましくは180〜3500℃の範囲、より好ましくは185〜350℃の範囲、より好ましくは190〜350℃の範囲、190〜300℃の範囲、より好ましくは190〜250℃の範囲である。より好ましいのは、(ii)に係る結晶化温度は、190〜220℃の範囲、より好ましくは190〜210℃の範囲、さらに好ましくは195〜205℃の範囲である。結晶化温度は210〜350℃の範囲、又は260〜350℃の範囲であると考えられる。結晶化時間は、好ましくは0.1〜48時間の範囲、より好ましくは0.2〜42時間の範囲、さらに好ましくは0.5〜36時間の範囲である。より好ましくは、結晶化時間は、12〜48時間の範囲、さらに好ましくは18〜42時間の範囲、さらに好ましくは24〜36時間の範囲である。(ii)に係る結晶化の空時収量は、好ましくは100〜1,000kg/m3/dの範囲、より好ましくは125〜500kg/m3/dの範囲、さらに好ましくは150〜250kg/m3/dの範囲である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示す、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体の製造方法であって、ここで前駆体はRUB−36構造を有するものであり、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜210℃の範囲の結晶化温度で、かつ、24〜36時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜210℃の範囲の結晶化温度で、かつ、24〜36時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
RUB−36構造を有する結晶性ゼオライト材料前駆体に関しては、aは0であることが好ましい。cは、好ましくは0〜2の範囲内、好ましくは0.5〜1.75の範囲内、さらに好ましくは1.0〜1.5の範囲内である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0である)を示す、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体の製造方法であって、ここで前駆体はRUB−36構造を有するものであり、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは1.0〜1.5の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜210℃の範囲の結晶化温度で、かつ、24〜36時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは1.0〜1.5の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を190〜210℃の範囲の結晶化温度で、かつ、24〜36時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
特に、RUB−36構造を有する結晶性前駆体については、比較的少量の有機テンプレート化合物を使用する必要があることが分かった。例えば、比較例1に従うRUB−36の水熱合成におけるDMDEA+対SiO2の比は0.43:1であるが、本発明に従う固体熱条件下でのこの比は、実施例1に従う好適な実施態様によれば、わずか0.15:1である。この利点は工業生産プロセスにとってさらに重要である。(i)で調製する混合物がジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含む有機テンプレート化合物OCをさらに含み、ここで(i)で調製する混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)(式中、fは、0.05〜0.3の範囲、好ましくは0.05〜0.25の範囲、より好ましくは0.05〜0.2の範囲の数である)を示すようになる量で有機テンプレート化合物OCを含むことが好適である。したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示す、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体の製造方法であって、ここで前駆体はRUB−36構造を有するものであり、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲、好ましくは、1.0〜1.5の範囲の数である)を示すようになる量で含み;また、(i)で調製した混合物が、好ましくはジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含む有機テンプレート化合物OCをさらに含み、(i)で調製した混合物が、該有機テンプレート化合物を、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)(式中、fは0.05〜0.3の範囲、好ましくは0.05〜0.25の範囲、より好ましくは0.05〜0.2の範囲の数である)を示すようになる量で含み、
(ii)(i)で得た混合物を165〜350℃の範囲、好ましくは190〜210℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.2〜36時間の範囲、好ましくは24〜36時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲、好ましくは、1.0〜1.5の範囲の数である)を示すようになる量で含み;また、(i)で調製した混合物が、好ましくはジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含む有機テンプレート化合物OCをさらに含み、(i)で調製した混合物が、該有機テンプレート化合物を、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)(式中、fは0.05〜0.3の範囲、好ましくは0.05〜0.25の範囲、より好ましくは0.05〜0.2の範囲の数である)を示すようになる量で含み、
(ii)(i)で得た混合物を165〜350℃の範囲、好ましくは190〜210℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.2〜36時間の範囲、好ましくは24〜36時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得ること
を含む方法に関する。
特に、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示す、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体であって、RUB−36構造を有する前駆体に関する。ここで、該前駆体が上記の方法によって得られる又は得られたものである。さらに、従来の水熱合成によって調製される先行技術に記載されたRUB−36材料と比較し、本発明のRUB−36材料は、(31SiNMRに従って決定される)それぞれのQ4:Q3比により示されるシリカ縮合度が高いことが判明した。そのような高シリカ縮合度は、多孔質材料の熱安定性及び水熱安定性を高めるのに非常に有利である。したがって、本発明は、また、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体に関する。ここで、前駆体はRUB−36構造を有し、ここで、aは0〜0.5の範囲の数であり、ここで、上記前駆体は、本明細書中の参考例1に記載の31SiNMRに従って決定されるQ4:Q3比(ここで、Q4:Q3は、少なくとも72.0:28:0、好ましくはせいぜい少なくとも(at most least)73.0:27:0、より好ましくは少なくとも74.0:26.0、より好ましくは少なくとも74.5:25.0である)を示す。
ゼオライト材料又はその結晶性前駆体に応じて、(ii)による結晶化後、ゼオライト材料又はその前駆体をイオン交換に供することが好適な場合がある。イオンの化学的性質に関しては特に何ら制限がない。例えば、イオンはアンモニウムイオンである。
ゼオライト材料又はその結晶性前駆体に応じて、(ii)による結晶化の後、必要に応じて上記イオン交換の後に、ゼオライト材料又は結晶性前駆体を焼成することが好適な場合がある。焼成は400〜600℃の範囲、好ましくは450〜550℃の範囲の温度を有するガス流を用いて行うことが好ましい。ガス流は、酸素、窒素、空気、及び希薄空気のうちの1種又はそれ以上であることが好ましい。典型的な焼成時間は焼成する材料の量及び/又は焼成に使用する装置に依存する。焼成時間は0.5〜12時間の範囲、1〜9時間の範囲、又は2〜6時間の範囲が良い場合がある。
ゼオライト材料又はその結晶性前駆体に応じて、焼成後、(ii)に従って、ゼオライト材料又はその前駆体をイオン交換、場合により更にイオン交換に供することが好適な場合がある。
したがって、本発明は、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有する、上記の方法によって得られる又は得られた、ゼオライト材料又はその結晶性前駆体に関する。ゼオライト骨格構造を有する前記ゼオライト材料又はその前駆体の潜在的用途に関しては特に制限はない。好ましくは、ゼオライト材料又はその前駆体は、吸収剤、イオン交換体、吸着剤、触媒又はその前駆体として、好ましくは触媒成分又はその前駆体として、及び/又は触媒担体又はその前駆体として用いられる。より好ましくは、ゼオライト材料又はその前駆体はメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)反応用触媒又はその前駆体として使用され、この場合、ゼオライト材料はMFI骨格構造を有することが好ましい。
本発明につき、以下の一連の実施態様と、所定の従属性及び後方参照から生じる実施態様の結合とによってさらに説明する。
1.モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を110〜350℃の範囲、好ましくは190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間(h)の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体を得ること
を含む方法
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を110〜350℃の範囲、好ましくは190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間(h)の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体を得ること
を含む方法
2.aが、0〜0.4の範囲内、好ましくは0〜0.3の範囲内、より好ましくは0〜0.2の範囲内である、実施態様1の方法。
3.aが0である、実施態様1又は2の方法。
4.aが、0.001〜0.5の範囲内、好ましくは0.002〜0.4の範囲内、より好ましくは0.003〜0.3の範囲内、さらに好ましくは0.004〜0.2の範囲内である、実施態様1又は2の方法。
5.ゼオライト材料のゼオライト骨格構造が骨格型MFIを示す、又は結晶性前駆体がRUB−36構造を有する、実施態様3の方法。
6.ゼオライト材料のゼオライト骨格構造が骨格型ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFG、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFV、AFX、AFY、AHT、ANA、APC、APD、AST、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、−CHI、−CLO、CON、CSV、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、*−EWT、EZT、FAR、FAU、FER、FRA、GIS、GIU、GME、GON、GOO、HEU、IFO、IFR、−IFU、IFW、IFY、IHW、IMF、IRN、IRR、−IRY、ISV、ITE、ITG、ITH、*−ITN、ITR、ITT、−ITV、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JBW、JNT、JOZ、JRY、JSN、JSR、JST、JSW、KFI、LAU、LEV、LIO、−LIT、LOS、LOV、LTA、LTF、LTJ、LTL、LTN、MAR、MAZ、MEI、MEL、MEP、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、*MRE、MSE、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MVY、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NON、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OKO、OSI、OSO、OWE、−PAR、PAU、PCR、PHI、PON、POS、PSI、PUN、RHO、−RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RUT、RWR、RWY、SAF、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBN、SBS、SBT、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFS、*SFV、SFW、SGT、SIV、SOD、SOF、SOS、SSF、*−SSO、SSY、STF、STI、*STO、STT、STW、−SVR、SVV、SZR、TER、THO、TOL、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、UOS、UOV、UOZ、USI、UTL、UWY、VET、VFI、VNI、VSV、WEI、−WEN、YUG、ZON、又はこれらの2種以上の混合型、好ましくは骨格型BEA、CHA、MFI、MEL、MOR、CDO、AEI、FER、SAV、又はこれらの2種以上の混合型、より好ましくは骨格型BEA、CHA、MFI、MOR、又はCDO、より好ましくは骨格型MFIを示す、実施態様1〜4のいずれか一項の方法。
7.ゼオライト材料のゼオライト骨格構造が骨格型MWWを示さない、実施態様1〜6のいずれか一項の方法。
8.cが、0.01〜2.4の範囲内、好ましくは0.03〜2.2の範囲内、より好ましくは0.05〜2.0の範囲内である、実施態様1〜7のいずれか一項の方法。
9.cが、好ましくは0.1〜2.4の範囲内、好ましくは0.2〜2.4の範囲内、より好ましくは0.3〜2.4の範囲内、より好ましくは0.4〜2.2の範囲内、より好ましくは0.5〜2.0の範囲内、より好ましくは0.6〜1.8の範囲内、さらに好ましくは0.7〜1.6の範囲内、さらに好ましくは0.8〜1.4の範囲内、より好ましくは0.9〜1.2の範囲内である、実施態様1〜7のいずれか一項の方法。
10.bが、0.01〜2の範囲内、好ましくは0.1〜2の範囲内、より好ましくは0.5〜2の範囲内である、実施態様1〜9のいずれか一項の方法。
11.bが、0.1〜2の範囲内、より好ましくは0.2〜2の範囲内、より好ましくは0.3〜2の範囲内、より好ましくは0.4〜2の範囲内、より好ましくは0.5〜2の範囲内、さらに好ましくは0.6〜1.8の範囲内、さらに好ましくは0.7〜1.6の範囲内、さらに好ましくは0.8〜1.4の範囲内、より好ましくは0.9〜1.2の範囲内である、実施態様1〜9のいずれか一項の方法。
12.(i)で調製した混合物が、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種の化合物を含み、この化合物がモル比(c H2O):SiO2を示すシリカゲルである、実施態様1〜11のいずれか一項の方法。
13.(i)で調製した混合物が、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物を含み、好ましくは、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種の化合物を含む、実施態様1〜11のいずれか一項に記載の方法。
14.ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物が、好ましくは、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種の化合物が、ケイ酸ナトリウム、ホワイトカーボンブラック、非晶質シリカ粉末、又はヒュームドシリカ、好ましくはケイ酸ナトリウム及び/又はヒュームドシリカ、より好ましくはNa2SiO3及び/又はヒュームドシリカ、より好ましくはNa2SiO3×9H2O及び/又はヒュームドシリカを含む、実施態様13の方法。
15.ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物が、モル比(cH2O):SiO2を示すシリカゲル及びケイ酸ナトリウム、好ましくはNa2SiO3、より好ましくはNa2SiO3×9H2Oである、実施態様14の方法。
16.ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物が硫酸アルミニウム、好ましくはAl2(SO4)3、アルミン酸ナトリウム、好ましくはNaAlO2、及びベーマイトの1種以上を含む、実施態様1〜15のいずれか一項の方法。
17.(i)で調製した混合物が、さらに、アルカリ金属Mを含む化合物を、M2Oとして表現するMについて、該混合物がモル比(d M2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、dは0〜0.6の範囲の数である)を示すようになる量で含む、実施態様1〜16のいずれか一項の方法。
18.アルカリ金属Mが、ナトリウムを含み、好ましくは、ナトリウムであり、ナトリウムを含む化合物が、好ましくは、水酸化ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、好ましくはNaAlO2、及びケイ酸ナトリウム、好ましくはNa2SiO3、より好ましくはNa2SiO3×9H2Oのうちの1種以上を含む、実施態様17の方法。
19.(i)で調製した混合物が、製造すべきゼオライト材料の骨格型を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を含む、好ましくは、そのゼオライト材料からなる、又は、製造すべき結晶性前駆体材料の構造を有する結晶性材料を含む、好ましくは、その結晶性材料からなる、種晶SCをさらに含む、実施態様1〜18のいずれか一項の方法。
20.(i)で調製した混合物が、製造すべきゼオライト材料のゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を含む、好ましくは、そのゼオライト材料からなる、又は、製造すべき結晶性材料の構造を有する結晶性材料を含む、好ましくは、その結晶性材料からなる、種晶SCをさらに含む、実施態様19の方法。
21.(i)で調製した混合物が、種晶SCを、混合物が、0〜5%の範囲、好ましくは0〜3.5%の範囲、より好ましくは0〜2質量%の範囲に、(i)で調製した混合物に対する種晶SCの質量比を示すようになる量で含む、実施態様19又は20の方法。
22.(i)で調製した混合物が、製造すべきゼオライト材料についての有機テンプレート化合物OCをさらに含む、実施態様1〜21のいずれか一項の方法。
23.(i)で調製した混合物が、有機テンプレート化合物OCを、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)を示すようになる量で含む(式中、fは0〜1.5の範囲、好ましくは0〜1.25の範囲、より好ましくは0.2〜1の範囲の数である)、実施態様22の方法。
24.(i)で調製した混合物が、有機テンプレート化合物OCを、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)を示すようになる量で含む(式中、fは0.04〜0.16の範囲、好ましくは0.06〜0.15の範囲、より好ましくは0.07〜0.14の範囲、さらに好ましくは0.08〜0.13の範囲、より好ましくは0.09〜0.12の範囲、さらに好ましくは0.1〜0.11の範囲の数である)、実施態様22の方法。
25.ゼオライト材料の骨格型がCDOである場合、有機テンプレート化合物OCはジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、ジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドであり;ゼオライト材料の骨格型がMFIである場合、有機テンプレート化合物OCはテトラプロピルアンモニウムブロミド又はテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、テトラプロピルアンモニウムブロミド又はテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドであり;ゼオライト材料の骨格型がCHAである場合、有機テンプレート化合物OCはN,N,N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、N,N,N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシドであり;ゼオライト材料の骨格型がBEAである場合、有機テンプレート化合物OCはテトラエチルアンモニウムヒドロキシドを含み、好ましくは、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドであり;ゼオライト材料の骨格型がMORである場合、有機テンプレート化合物OCはテトラエチルアンモニウムヒドロキシド又はテトラエチルアンモニウムブロミドを含み、好ましくは、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド又はテトラエチルアンモニウムブロミドである、実施態様22〜24のいずれか一項の方法。
26.(i)で調製した混合物の少なくとも99質量%、より好ましくは少なくとも99.5質量%、より好ましくは少なくとも99.9質量%が、H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物、必要に応じて、アルカリ金属Mを含む化合物、必要に応じて、種晶SC、及び、必要に応じて、有機テンプレート化合物OCからなる、実施態様1〜24のいずれか一項の方法。
27.(i)で混合物を調製することが、粉砕することを含む、実施態様1〜26のいずれか一項の方法。
28.粉砕を、0.1〜30分の範囲、好ましくは0.5〜20分の範囲、より好ましくは1〜15分の範囲の時間実施する、実施態様27の方法。
29.粉砕を、10〜50℃の範囲、好ましくは15〜40℃の範囲、より好ましくは20〜30℃の範囲の混合物の温度で実施する、実施態様27又は28の方法。
30.(i)で得られた混合物を(ii)に従い結晶化に供することを、耐圧容器内で、好ましくはオートクレーブ中で、好ましくは自生圧力下で実施する、実施態様1〜29のいずれか一項の方法。
31.(i)で得られた混合物を(ii)に従い結晶化に供することが、混合物を攪拌することを含む、実施態様1〜30のいずれか一項の方法。
32.(i)で得られた混合物を結晶化に供することには、1〜20K/分の範囲、より好ましくは1〜10K/分の範囲、さらに好ましくは1〜5K/分の範囲の加熱速度で結晶化温度まで混合物を加熱することが含まれる、実施態様1〜31のいずれか一項の方法。
33.(ii)による結晶化温度が、140〜325℃の範囲であり、好ましくは180〜300℃の範囲の結晶化温度、より好ましくは200〜275℃の範囲の結晶化温度、さらに好ましくは240〜250℃の範囲の結晶化温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
34.(ii)による結晶化温度が、200〜350℃の範囲、好ましくは200〜300℃の範囲、より好ましくは200〜250℃の範囲、さらに好ましくは200〜240℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
35.(ii)による結晶化温度が、210〜350℃の範囲、好ましくは210〜300℃の範囲、より好ましくは210〜250℃の範囲、さらに好ましくは210〜240℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
36.(ii)による結晶化温度が、210〜350℃の範囲、好ましくは260〜350℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
37.(ii)による結晶化時間が、0.2〜36時間の範囲である、実施態様1〜36のいずれか一項の方法。
38.(ii)による結晶化の空時収量は100〜150,000kg/m3/d(日)の範囲であり、ここで、空時収量は、(ii)で得られたゼオライト材料又は結晶性前駆体の質量/kgを、(i)で調製した混合物の体積/m3で除し、(ii)による結晶化時間/dで除したものと定義される、実施態様1〜37のいずれか一項の方法。
39.ゼオライト材料が骨格型BEAを示すゼオライト骨格構造を有するものであり、(ii)による結晶化温度が190〜240℃の範囲、好ましくは200〜240℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
40.(ii)による結晶化時間が0.2〜6時間の範囲、好ましくは0.5〜2時間の範囲である、実施態様39の方法。
41.(ii)による結晶化の空時収量が500〜60,000kg/m3/dの範囲、好ましくは1,000〜2,500kg/m3/dの範囲である、実施態様39又は40の方法。
42.ゼオライト材料が骨格型MORを示すゼオライト骨格構造を有するものであり、(ii)による結晶化温度が200〜250℃の範囲、好ましくは230〜250℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
43.(ii)による結晶化時間が0.2〜6時間の範囲、好ましくは1〜2時間の範囲である、実施態様42の方法。
44.(ii)による結晶化の空時収量が500〜20,000kg/m3/dの範囲、好ましくは2,000〜5,000kg/m3/dの範囲である、実施態様42又は43の方法。
45.ゼオライト材料が骨格型MFIを示すゼオライト骨格構造を有するものであり、(ii)による結晶化温度が200〜250℃の範囲、好ましくは230〜250℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
46.(ii)による結晶化時間が0.2〜5時間の範囲、好ましくは0.2〜1時間の範囲である、実施態様45の方法。
47.ゼオライト材料が骨格型MFIを示すゼオライト骨格構造を有するものであり、(ii)による結晶化温度が140〜325℃の範囲内であり、好ましくは180〜300℃の範囲の結晶化温度、より好ましくは200〜275℃の範囲の結晶化温度、さらに好ましくは240〜250℃の範囲の結晶化温度である、実施態様1〜32の方法。
48.(ii)による結晶化時間が20〜350分の範囲、より好ましくは30〜300分の範囲、より好ましくは40〜250分の範囲、さらに好ましくは50〜200分の範囲、より好ましくは60〜150分の範囲、より好ましくは70〜120分の範囲、さらに好ましくは75〜110分の範囲、さらに好ましくは80〜100分の範囲、より好ましくは85〜95分の範囲である、実施態様47の方法。
49.(ii)による結晶化の空時収量が5000〜60,000kg/m3/dの範囲、好ましくは10,000〜15,000kg/m3/dの範囲である、実施態様47又は48の方法。
50.ゼオライト材料が骨格型CHAを示すゼオライト骨格構造を有するものであり、(ii)による結晶化温度が200〜250℃の範囲、好ましくは230〜250℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
51.(ii)による結晶化時間が0.2〜5時間の範囲、好ましくは1〜2時間の範囲である、実施態様50の方法。
52.(ii)による結晶化の空時収量が2,000〜150,000kg/m3/dの範囲、好ましくは3,000〜80,000kg/m3/dの範囲である、実施態様50又は51の方法。
53.結晶性前駆体がRUB−36構造を有するものであり、(ii)による結晶化温度が190〜240℃の範囲、好ましくは190〜220℃の範囲、より好ましくは190〜210℃の範囲、さらに好ましくは195〜205℃の範囲の温度である、実施態様1〜32のいずれか一項の方法。
54.(ii)による結晶化時間が12〜48時間の範囲、好ましくは18〜42時間の範囲、さらに好ましくは24〜36時間の範囲である、実施態様53の方法。
55.(ii)による結晶化の空時収量が100〜1,000m3/dの範囲、好ましくは150〜250m3/dの範囲である、実施態様53又は54の方法。
56.(i)で調製した混合物において、aが0である、実施態様53〜55のいずれか一項の方法。
57.(i)で調製した混合物において、cが0〜2の範囲、好ましくは0.5〜1.75の範囲、さらに好ましくは1.0〜1.5の範囲である、実施態様53〜56のいずれか一項の方法。
58.(i)で調製した混合物がジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含む有機テンプレート化合物OCをさらに含み、ここで(i)で調製した混合物が、有機テンプレート化合物OCを、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)(式中、fは、0.05〜0.3の範囲、好ましくは0.05〜0.25の範囲、より好ましくは0.05〜0.2の範囲の数である)を示すようになる量で含む、実施態様53〜57のいずれか一項の方法。
59.(ii)による結晶化後、ゼオライト材料又はその前駆体をイオン交換に供する、実施態様1〜58のいずれか一項の方法。
60.(ii)で得られるゼオライト材料又は(ii)で得られる結晶性前駆体を焼成する、実施態様1〜59のいずれか一項の方法。
61.(ii)で得られるゼオライト材料又は(ii)で得られる結晶性前駆体を、400〜600℃の範囲、好ましくは450〜550℃の範囲の温度のガス流中で焼成する、実施態様60の方法。
62.ガス流が、酸素、窒素、空気、及び希薄空気のうちの1種又はそれ以上である、実施態様61の方法。
63.(ii)で得られるゼオライト材料又は(ii)で得られる結晶性前駆体を、0.5〜12時間の範囲、好ましくは1〜9時間の範囲、より好ましくは2〜6時間の範囲の時間、焼成する、実施態様60〜62のいずれか一項の方法。
64.(iii)による結晶化後、ゼオライト材料をイオン交換に供する、実施態様60〜63のいずれか一項の方法。
65.実施態様1〜64のいずれか一項に記載の方法により得られる、又は得られた、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体。
66.吸収剤、イオン交換体、吸着剤、触媒又はその前駆体として、好ましくは触媒成分又はその前駆体として、及び/又は触媒担体又はその前駆体として、メタノール−トゥ−オレフィン(MTO)反応用の触媒又はその前駆体として、実施態様65に記載のゼオライト材料又はその前駆体(ここで、好ましくは、該ゼオライト材料がMFI骨格構造を有する)を使用する方法。
具体的には、RUB−36構造を有する結晶性前駆体に関して、本発明につき、以下の一連の実施態様と、所定の従属性及び後方参照から生じる実施態様の結合とによってさらに説明する。
1.モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示す、ゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体の製造方法であって、ここで結晶性前駆体がRUB−36構造を有するものであり、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を165〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得る
ことを含む方法。
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を165〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、結晶性前駆体を得る
ことを含む方法。
2.aが、0〜0.4の範囲内、好ましくは0〜0.3の範囲内、より好ましくは0〜0.2の範囲内である、実施態様1の方法。
3.aが0である、実施態様1又は2の方法。
4.(i)に従い、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物が、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲、好ましくは0〜2の範囲、より好ましくは0.5〜1.75の範囲、さらに好ましくは1.0〜1.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む、実施態様1〜3のいずれか一項の方法。
5.ゼオライト材料のゼオライト骨格構造が骨格型CDOを示す、実施態様1〜4のいずれか一項の方法。
6.cが、0.01〜2.4の範囲内、好ましくは0.03〜2.2の範囲内、より好ましくは0.05〜2.0の範囲内である、実施態様1〜5のいずれか一項の方法。
7.bが、0.01〜2の範囲内、好ましくは0.1〜2の範囲内、より好ましくは0.5〜2の範囲内である、実施態様1〜6のいずれか一項の方法。
8.(i)で調製される混合物が、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種の化合物を含み、この化合物が、好ましくは、実施態様4に定義したモル比(c H2O):SiO2を示すシリカゲルである、実施態様1〜7のいずれか一項の方法。
9.(i)で調製した混合物が、製造すべき結晶性材料の構造を有する結晶性材料を含む、好ましくは、該結晶性材料からなる種晶SCをさらに含むものである、実施態様1〜8のいずれか一項の方法。
10.(i)で調製した混合物が、種晶SCを、混合物が0〜5%の範囲、好ましくは0.1〜3.5%の範囲、より好ましくは0.2〜2質量%の範囲に、(i)で調製した混合物に対する種晶SCの質量比を示すようになる量で含む、実施態様9の方法。
11.(i)で調製した混合物が、製造すべきゼオライト材料についての有機テンプレート化合物OCをさらに含む、実施態様1〜11のいずれか一項の方法。
12.(i)で調製した混合物が、有機テンプレート化合物OCを、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)(式中、fは、0.05〜0.3の範囲、好ましくは0.05〜0.25の範囲、より好ましくは0.05〜0.2の範囲の数である)を示すようになる量で含む、実施態様11の方法。
13.有機テンプレート化合物OCがジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドを含む、好ましくは、ジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシドである、実施態様11又は12の方法。
14.(i)で調製した混合物の少なくとも99質量%、より好ましくは少なくとも99.5質量%、より好ましくは少なくとも99.9質量%が、H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物、好ましくは、種晶SC、及び、好ましくは、有機テンプレート化合物OCからなる、実施態様1〜13のいずれか一項の方法。
15.(i)における混合物の調製に、粉砕することが含まれる、実施態様1〜14のいずれか一項の方法。
16.粉砕を、0.1〜30分の範囲、好ましくは0.5〜20分の範囲、より好ましくは1〜15分の範囲の時間、実施する、実施態様15の方法。
17.粉砕を、10〜50℃の範囲、好ましくは15〜40℃の範囲、より好ましくは20〜30℃の範囲の混合物の温度で実施する、実施態様15又は16の方法。
18.(i)で得られる混合物を(ii)に従い結晶化に供することを、耐圧容器内で、好ましくはオートクレーブ中で、好ましくは自生圧力下で実施する、実施態様1〜17のいずれか一項の方法。
19.(i)で得られる混合物を(ii)に従い結晶化に供することに、該混合物を撹拌することが含まれる、実施態様1〜18のいずれか一項の方法。
20.(i)で得られる混合物を結晶化に供することが、1〜20K/分の範囲、より好ましくは1〜10K/分の範囲、より好ましくは1〜5K/分の範囲の加熱速度で結晶化温度まで混合物を加熱することを含む、実施態様1〜19のいずれか一項の方法。
21.(ii)による結晶化温度が、170〜350℃の範囲、好ましくは175〜300℃の範囲、より好ましくは180〜250℃の範囲、さらに好ましくは180〜240℃の範囲の温度である、実施態様1〜20のいずれか一項の方法。
22.(ii)による結晶化温度が、190〜240℃の範囲、好ましくは190〜220℃の範囲、より好ましくは190〜210℃の範囲、さらに好ましくは195〜205℃の範囲の温度である、実施態様1〜20のいずれか一項の方法。
22.(ii)による結晶化時間が12〜48時間の範囲、好ましくは18〜42時間の範囲、さらに好ましくは24〜36時間の範囲である、実施態様1〜21のいずれか一項の方法。
23.(ii)による結晶化時間が0.5〜36時間の範囲、より好ましくは1〜36時間の範囲、より好ましくは6〜36時間の範囲、さらに好ましくは12〜36時間の範囲、さらに好ましくは24〜36時間の範囲である、実施態様1〜21のいずれか一項の方法。
24.(ii)による結晶化の空時収量は100〜150,000kg/m3/d(日)の範囲であり、ここで、空時収量が、(ii)で得られた結晶性前駆体の質量/kgを、(i)で調製した混合物の体積/m3で除し、(ii)による結晶化時間/dで除したものと定義される、実施態様1〜23のいずれか一項の方法。
25.(ii)による結晶化の空時収量が、100〜10,000kg/m3/dの範囲、好ましくは100〜1,000kg/m3/dの範囲、さらに好ましくは150〜250m3/dの範囲である、実施態様1〜24のいずれか一項の方法。
26.(ii)による結晶化後、結晶性前駆体をイオン交換に供する、実施態様1〜25のいずれか一項の方法。
27.(ii)で得られる結晶性前駆体を焼成する、実施態様1〜27のいずれか一項の方法。
28.(ii)で得られる結晶性前駆体を、400〜600℃の範囲、好ましくは450〜550℃の範囲の温度のガス流中で焼成する、実施態様27の方法。
29.ガス流が、酸素、窒素、空気、及び希薄空気のうちの1種又はそれ以上である、実施態様28の方法。
30.(ii)で得られる結晶性前駆体を、0.5〜12時間の範囲、好ましくは1〜9時間の範囲、より好ましくは2〜6時間の範囲の時間、焼成する、実施態様27〜29のいずれか一項の方法。
31.結晶化後、焼成した材料をイオン交換に供する、実施態様27〜30のいずれか一項の方法。
32.実施態様1〜31のいずれか一項に記載の方法により得られる、又は得られた、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体。
33.モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料の結晶性前駆体であって、RUB−36構造を有し、本書の参考例1に記載の31Si NMRに従って決定されるQ4:Q3比(Q4:Q3は、少なくとも72.0:28:0である)を示す結晶性前駆体。
34.Q4/Q3比が、少なくとも73.0:27:0、好ましくは少なくとも74.0:26.0、より好ましくは少なくとも74.5:25.0である、実施態様33の結晶性前駆体。
35.Q4:Q3比が73.0:27.0〜80.0:20:0の範囲、好ましくは74.0:26.0〜79.0:21:0の範囲、より好ましくは74.5:25.0〜78.0:22:0の範囲である、実施態様33の結晶性前駆体。
36.aが0である、実施態様33又は35のいずれか一項の結晶性前駆体。
37.吸収剤、吸着剤、イオン交換体、吸収剤、触媒又はその前駆体、触媒成分又はその前駆体、触媒担体又はその前駆体としての実施態様32〜36のいずれか一項に記載の結晶性前駆体の使用方法。
本発明について、以下の参考例、比較例、及び実施例によってさらに説明する。
実施例
参考例1:29Si NMRスペクトル
シラノール濃度を決定するため、7.0mmZrO2ローターを用いてVARIAN Infinity Plus−400分光計で29SiMAS NMR実験を室温で行った。60秒のリサイクル遅延及び4000スキャンで4.0μsπ/4(マイクロ秒パイ/4)パルスを使用して79.5MHzで、29SiMAS NMRスペクトルを収集した。4kHzで回転させた試料に関し全ての29Siスペクトルを記録し、化学シフトは4,4−ジメチル−4−シラペンタンスルホン酸ナトリウム(DSS)を基準にした。シラノール基濃度を決定するために、所定の29SiMAS NMRスペクトルを適切なガウス−ローレンツ線形状でデコンボリューションする。デコンボリューションした29SiMAS NMRスペクトルを積分することによって、Si原子の総数に対するシラノール基の濃度を得る。
参考例1:29Si NMRスペクトル
シラノール濃度を決定するため、7.0mmZrO2ローターを用いてVARIAN Infinity Plus−400分光計で29SiMAS NMR実験を室温で行った。60秒のリサイクル遅延及び4000スキャンで4.0μsπ/4(マイクロ秒パイ/4)パルスを使用して79.5MHzで、29SiMAS NMRスペクトルを収集した。4kHzで回転させた試料に関し全ての29Siスペクトルを記録し、化学シフトは4,4−ジメチル−4−シラペンタンスルホン酸ナトリウム(DSS)を基準にした。シラノール基濃度を決定するために、所定の29SiMAS NMRスペクトルを適切なガウス−ローレンツ線形状でデコンボリューションする。デコンボリューションした29SiMAS NMRスペクトルを積分することによって、Si原子の総数に対するシラノール基の濃度を得る。
全ての29Si固体NMR実験を、300MHzの1Hラーモア(Larmor)周波数を有するVARIAN Infinity Plus−400分光計(バリアン製、アメリカ)を用いて実施した。試料を7mmZrO2ローターに詰め、室温で5kHzマジック角回転(Magic Angle Spinning)の下で測定した。(パイ/2)−パルス励起を用いて、5マイクロ秒のパルス幅、スペクトルの−65ppmに対応する29Si搬送周波数、及び120秒の走査リサイクル遅延で29Si直接偏光スペクトルを得た。45kHz高出力プロトンデカップリングの下で25msの間シグナルを取得し、10〜17時間にわたって蓄積した。30Hzの指数関数的線幅拡大、手動位相調整、及び、全スペクトル幅にわたる手動ベースライン補正を備えたBruker Topspinを使用してスペクトルを処理した。トリメチルシリルM基の共鳴を12.5ppmに設定して、スペクトルを外部二次標準としてのポリマーQ8M8と対比した。次に、識別可能な共鳴の数に従って、スペクトルを一組のガウス(Gaussian)線形状にフィッティングさせた。フィッティングは、DMFit(Massiot et al.,Magnetic Resonance in Chemistry(化学における磁気共鳴)、40(2002)第70〜76頁)を使用して実施した。可視ピーク最大値又はショルダーに手動でピークを設定した。次いで、ピーク位置及び線幅は、両方とも拘束しないままとし、すなわちフィットピークを特定の位置に固定しなかった。フィッティング結果は数値的に安定していた。すなわち、上記のような初期フィッティング設定における歪みは同様の結果をもたらした。DMFitによって行ったとおりに標準化されたフィット化ピーク面積をさらに使用した。スペクトル変化の定量化のため、ピーク面積「左手」及び「右手」における変化を反映する比を算出した。
参考例2:XRDスペクトル
粉末X線回折(XRD)パターンについては、Cu(Kアルファ)(ラムダ=1.5406オングストローム)放射線を用いてRigaku Ultimate VI X線回折計(40kV、40mA)で測定した。
粉末X線回折(XRD)パターンについては、Cu(Kアルファ)(ラムダ=1.5406オングストローム)放射線を用いてRigaku Ultimate VI X線回折計(40kV、40mA)で測定した。
参考例3:13C NMRスペクトル
13C固体MAS NMRスペクトルはVarian Infinity Plus 400分光計で記録した。13C液体NMRスペクトルは、z−勾配コイルを備えた5mmQNPプローブを用いてBruker Avance 500分光計で記録した。
13C固体MAS NMRスペクトルはVarian Infinity Plus 400分光計で記録した。13C液体NMRスペクトルは、z−勾配コイルを備えた5mmQNPプローブを用いてBruker Avance 500分光計で記録した。
参考例4:SEM
走査型電子顕微鏡(SEM)実験を日立SU−1510電子顕微鏡で実施した。
走査型電子顕微鏡(SEM)実験を日立SU−1510電子顕微鏡で実施した。
参考例5:窒素収着
窒素液体の温度での窒素収着等温線の測定は、Micromeritics社製ASAP 2020M及びTristarシステムを使用して行った。
窒素液体の温度での窒素収着等温線の測定は、Micromeritics社製ASAP 2020M及びTristarシステムを使用して行った。
参考例6:試料組成
試料組成は、Perkin−Elmer8000発光分光計を用いた誘導結合プラズマ(ICP)によって決定した。
試料組成は、Perkin−Elmer8000発光分光計を用いた誘導結合プラズマ(ICP)によって決定した。
参考例7:熱重量分析
熱重量−示差熱分析法(TG−DTA)実験を、室温〜1000℃の温度範囲、10℃/分の加熱速度で空気中Perkin−Elmer TGA7ユニットで実施した。
熱重量−示差熱分析法(TG−DTA)実験を、室温〜1000℃の温度範囲、10℃/分の加熱速度で空気中Perkin−Elmer TGA7ユニットで実施した。
参考例8:固体シリカゲル
Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.社製の固体シリカゲルは、0.9〜1.0cm3/gの細孔容積(Beishide Instrument Technology(北京)Co,Ltd.社製BET(3H−2000PS2))、10nmの孔径(BET)、90%を超える粒度(200メッシュの篩を通過する粒子の割合)、98%を超えるシリカ含有量(HFにより溶解、化学分析)、及び、380〜480g/Lの嵩密度(タップ式及び全充填式100mLメスシリンダー)を有していた。
Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.社製の固体シリカゲルは、0.9〜1.0cm3/gの細孔容積(Beishide Instrument Technology(北京)Co,Ltd.社製BET(3H−2000PS2))、10nmの孔径(BET)、90%を超える粒度(200メッシュの篩を通過する粒子の割合)、98%を超えるシリカ含有量(HFにより溶解、化学分析)、及び、380〜480g/Lの嵩密度(タップ式及び全充填式100mLメスシリンダー)を有していた。
比較例1:RUB−36の水熱合成
1.2gのSiO2(ヒュームドシリカ;本質的に水を含有していない)及び5.174gのジメチルジエチルアンモニウムヒドロキシド(DMDEAOH、水中20質量%)を一緒に加え(1.00SiO2:0.43DMDEAOH:11.50H2O)、次いで4時間撹拌した。これら材料をオートクレーブに移し、140℃で14日間結晶化させた(オーブン:ENXIN社製のDGG−9070GD;上記の結晶化温度はオーブン温度である)。構造RUB−36の結晶性物質の単離収率は67.8%であった。
1.2gのSiO2(ヒュームドシリカ;本質的に水を含有していない)及び5.174gのジメチルジエチルアンモニウムヒドロキシド(DMDEAOH、水中20質量%)を一緒に加え(1.00SiO2:0.43DMDEAOH:11.50H2O)、次いで4時間撹拌した。これら材料をオートクレーブに移し、140℃で14日間結晶化させた(オーブン:ENXIN社製のDGG−9070GD;上記の結晶化温度はオーブン温度である)。構造RUB−36の結晶性物質の単離収率は67.8%であった。
DIN66131(窒素吸収)に準拠する、焼成生成物のBET比表面積は288m2/gであった。また、焼成生成物は0.13m3/gのミクロ細孔容積(DIN66135に準拠して決定)を有していた。
図1は、未焼成生成物のXRDパターンを示しており、これから、当該生成物はRUB−36骨格構造を有することが明らかである。
結晶化温度及び結晶化時間を異なるものとすることにより、比較例1を繰り返した。(a)160℃で9日後、(b)180℃で3日後、(c)200℃で12日後では、非晶質材料しか単離することができなかった。すなわち、一層高温で、かつ、一層短時間では、水熱合成ルートは可能でないことを示している。
比較例2:骨格型MFIを有するゼオライト材料の水熱合成
骨格型MFIを有するゼオライトをWangらによる(Chem.Commun.、2010,46,7418)水熱条件下で合成した。典型的な実験として、14gのTEOS及び22gのTPAOH(20質量%、40質量%のTPAOHを希釈した)を22gの蒸留水中に添加し、完全に溶解した後、0.093gのアルミニウムイソプロポキシドを添加した。24〜48時間撹拌した後、ゲルをオートクレーブに移し、180℃で48時間加熱した。550℃で5時間焼成した後に有機テンプレートを除去した。
骨格型MFIを有するゼオライトをWangらによる(Chem.Commun.、2010,46,7418)水熱条件下で合成した。典型的な実験として、14gのTEOS及び22gのTPAOH(20質量%、40質量%のTPAOHを希釈した)を22gの蒸留水中に添加し、完全に溶解した後、0.093gのアルミニウムイソプロポキシドを添加した。24〜48時間撹拌した後、ゲルをオートクレーブに移し、180℃で48時間加熱した。550℃で5時間焼成した後に有機テンプレートを除去した。
実施例1:RUB−36の固体熱合成
a)参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)SiO2(1.2g)、0.75gのジメチルジエチルアンモニウムヒドロキシド(DMDEAOH、水中50質量%)及び0.0254gのRUB−36種晶(上記の比較例1に記載のように合成したもの)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、1SiO2:0.15DMDEAOH:1.02H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を200℃で1.5日間結晶化させた。
a)参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)SiO2(1.2g)、0.75gのジメチルジエチルアンモニウムヒドロキシド(DMDEAOH、水中50質量%)及び0.0254gのRUB−36種晶(上記の比較例1に記載のように合成したもの)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、1SiO2:0.15DMDEAOH:1.02H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を200℃で1.5日間結晶化させた。
総収量は全原料(水を除く)に基づいて82%、SiO2に対する収率は99.9%であった。空時収量は178kg/m3/d(日)であった。文献(Gies et al.)に報告されている空時収量は5kg/m3/dであった。
結晶化した生成物RUB−36を5時間500℃で焼成することによりH−型に変換した。DIN66131に準拠する、焼成生成物のBET比表面積は281m2/gである。得られた材料の(DIN66135に準拠して測定された)ミクロ細孔容積は0.12m3/gであった。図2は実施例1で得た未焼成材料のSEM画像を示す。これは、層状ゼオライトに典型的な血小板形態(platelet morphology)を呈するものであった。XRDパターンを図4、パターン(d)に示す。
b)結晶化温度を異なるものとすることにより、この実験を繰り返した。
図3に、(a)比較例1に記載したように調製したRUB−36(Q3:Q4=28.3:71.7)、(b)140℃で20日間、実施例1a)に記載したように調製したRUB−36(Q3:Q4=26.0:74.0)、(c)180℃で3日間、実施例1a)に記載したように調製したRUB−36(Q3:Q4=25.4:74.6)の29SiNMRスペクトルを示す。これらの材料は−106、−112、−115ppmでピークを示す。各ピークは、それぞれ合理的にQ3[Si(SiO)3OH、−106ppm]及びQ4[Si(SiO)4、−112、及び−115ppm]シリカ種に帰属する(Fyfeら参照)。(c)による本発明のRUB−36材料のQ4/Q3比(74.6/25.4)は、(a)による比較材料のそれ(71.7/28.3)よりも高いことに留意されたい。すなわち、本発明のRUB−36材料の方が高いシリカ縮合度を有することが示されている。上記のことは、多孔質材料の熱安定性及び水熱安定性を向上させるのに非常に有利である(Jomekianら)。
図4に、(a)140℃で20日間、(b)160℃で9日間、(c)180℃で3日間、及び(d)200℃で1.5日間合成したRUB−36のXRDパターンを示す。これらXRDパターンから、結晶化度は、より高温の結晶化温度を適用しても明らかに影響されないことが分かる。
c)実施例1a)を180℃、3日間繰り返した。その際、異なるH2O/SiO2モル比(a)1.02(b)1.97(c)2.78(c)3.89を使用する一方で、DMDEA/SiO2比を0.15に維持した。条件(a)は相純粋なRUB−36をもたらし、(b)は非晶質材料と共にRUB−36をもたらし、(c)はRUB−36と共に非晶質材料をもたらし、(d)はもっぱら非晶質材料をもたらした。
DMDEA/SiO2比を0.43に上げるとともにH2O/SiO2モル比を11.4に増加して(e)、及び、DMDEA/SiO2比を0.97とするとともにH2O:SiO2モル比を7.86に調整して(f)、実施例1a)を繰り返したところ、条件(e)及び(f)の両方の場合とも、非晶質材料しかもたらされなかった。
図5に、(a)現状のままの有機テンプレート、(b)実施例1に従って調製したRUB−36についての、180℃で3日後のテンプレート、及び(c)比較例1に従って調製したRUB−36についての、180℃で3日後のテンプレートの13C NMRを示す。
典型的には水熱結晶化条件として合成混合物中に存在する水の量が多くなると、高温で有機テンプレートの分解を引き起こすことが示されている。
実施例2:骨格型BEAを有するゼオライト材料の固体熱合成
参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)SiO2(1.29g)、1.38gのNa2SiO3×9H2O(分析用グレード、20質量%SiO2、Aladdin Chemistry Co. Ltd.)、0.108gのベーマイト(70質量%Al2O3、Liaoning Hydratight Science and Technology Development Co.,LTD)、及び0.06gのベータシード(種)(Si/Al=12.5;XRDパターンを図11に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.18Na2O:1SiO2:0.03Al2O3:1.73H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を(a)120℃で6日、(b)140℃で3日、(c)160℃で1日、(d)180℃で6時間、及び(e)200℃で2時間、結晶化させた。
参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)SiO2(1.29g)、1.38gのNa2SiO3×9H2O(分析用グレード、20質量%SiO2、Aladdin Chemistry Co. Ltd.)、0.108gのベーマイト(70質量%Al2O3、Liaoning Hydratight Science and Technology Development Co.,LTD)、及び0.06gのベータシード(種)(Si/Al=12.5;XRDパターンを図11に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.18Na2O:1SiO2:0.03Al2O3:1.73H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を(a)120℃で6日、(b)140℃で3日、(c)160℃で1日、(d)180℃で6時間、及び(e)200℃で2時間、結晶化させた。
本発明の実験(e)のSiO2収率は95%であった。空時収量は2,523kg/m3/d(日)であった。文献(Fan et al.)に報告されている空時収量は160kg/m3/dであった。
DIN66131に準拠する、イオン交換及び焼成した生成物(e)のBET比表面積は436m2/gであった。また、その生成物は0.20m3/gのミクロ細孔容積(DIN66135に準拠して決定)を有していた。
図6に、(a)120℃で6日間、(b)140℃で3日間、(c)160℃で1日間、(d)180℃で6時間、及び(e)200℃で2時間、結晶化したゼオライト生成物のXRDパターンを示す。これから、生成物がBEA骨格構造を有することが明らかである。
実施例3:骨格型MORを有するゼオライト材料の固体熱合成
参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)に脱塩水を含浸させることにより、SiO2×2H2Oを調製した(水を一滴ずつシリカゲルに加え、含浸させた材料を直接使用した)。1.332gのこのSiO2×2H2O、0.181gのNaAlO2(Sinopharm Chemical Reagent Co.Ltd.)、0.068gのNaOH(分析用グレード、96%、Sinopharm Chemical Reagent Co.Ltd.)及び0.03gのMORシード(0.16Na2O:1SiO2:0.07Al2O3:2.14H2Oの組成を有する合成ゲルを48時間180℃で結晶化することによって調製したもの;XRDパターンを図12に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.22Na2O:1SiO2:0.07Al2O3:2.09H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を240℃で1.5時間結晶化させた。
参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)に脱塩水を含浸させることにより、SiO2×2H2Oを調製した(水を一滴ずつシリカゲルに加え、含浸させた材料を直接使用した)。1.332gのこのSiO2×2H2O、0.181gのNaAlO2(Sinopharm Chemical Reagent Co.Ltd.)、0.068gのNaOH(分析用グレード、96%、Sinopharm Chemical Reagent Co.Ltd.)及び0.03gのMORシード(0.16Na2O:1SiO2:0.07Al2O3:2.14H2Oの組成を有する合成ゲルを48時間180℃で結晶化することによって調製したもの;XRDパターンを図12に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.22Na2O:1SiO2:0.07Al2O3:2.09H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を240℃で1.5時間結晶化させた。
SiO2に対する収率は99.9%であった。空時収量は4,609kg/m3/d(日)であった。文献(Ren et al.)に報告されている空時収量は67kg/m3/dであった。
得られた粉末に対して1MのNH4NO3溶液で、80℃で2時間三重イオン交換し、続いて550℃で4時間焼成した。
DIN66131に準拠する、H−型の生成物のBET比表面積は383m2/gであった。DIN66131に準拠するラングミュア表面積は502m2/gであった。また、その生成物は0.18m3/gのミクロ細孔容積(DIN66135に準拠して決定)を有していた。
図7は、ゼオライト生成物のXRDパターンを示しており、これから、当該生成物はMOR骨格構造を有することが明らかである。
実施例4:骨格型MFIを有するゼオライト材料の固体熱合成
実施例4a
0.262gの、参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)、1.422gのNa2SiO3×9H2O(分析用グレード、20質量%SiO2、Aladdin Chemistry Co. Ltd.)、0.24gのTPABr(テトラプロピルアンモニウムブロミド、分析用グレード、98%、Aladdin Chemistry Co.Ltd.)、0.46gのNH4Cl及び0.03gのMFIシード(純粋シリカ;XRDパターンを図13に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.53Na2O:1SiO2:0.1TPABr:4.81H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を240℃で0.5時間結晶化させた。
実施例4a
0.262gの、参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)、1.422gのNa2SiO3×9H2O(分析用グレード、20質量%SiO2、Aladdin Chemistry Co. Ltd.)、0.24gのTPABr(テトラプロピルアンモニウムブロミド、分析用グレード、98%、Aladdin Chemistry Co.Ltd.)、0.46gのNH4Cl及び0.03gのMFIシード(純粋シリカ;XRDパターンを図13に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.53Na2O:1SiO2:0.1TPABr:4.81H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を240℃で0.5時間結晶化させた。
総収量は全原料(水を除く)に基づいて96.7%、SiO2についての収率は99.9%であった。空時収量は12,800kg/m3/d(日)であった。文献(Hsu et al.)に報告されている空時収量は530kg/m3/dであった。
得た粉末を5時間550℃の焼成に供してテンプレートを除去し、その後、2時間80℃で1MのNH4NO3溶液で三重イオン交換を行い、続いて、5時間500℃で焼成した。SiO2に基づく収率は94.9%であり、空時収量は11,028kg/m3/dであった。
DIN66131に準拠する、H−型の生成物のBET比表面積は408m2/gであった。DIN 66131に準拠するラングミュア表面積は562m2/gであった。また、その生成物は0.18cm3/gのミクロ細孔容積(DIN66135に準拠して決定)を有していた。
図8aは、ゼオライト生成物のXRDパターンを示しており、これから、当該生成物はMFI骨格構造を有することが明らかである。
実施例4b
1.2gの固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)、0.293gのNaOH(分析用グレード、96%、Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.)及び0.625gのテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH;水中35%、TCI)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.183Na2O:1SiO2:0.074TEAOH:1.13H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を200℃で3時間結晶化させた。
1.2gの固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)、0.293gのNaOH(分析用グレード、96%、Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd.)及び0.625gのテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH;水中35%、TCI)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.183Na2O:1SiO2:0.074TEAOH:1.13H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を200℃で3時間結晶化させた。
SiO2についての収率は96.7%であった。空時収量は2,792kg/m3/dであった。焼成することによりテンプレートを除去した。
図8bは、ゼオライト生成物のXRDパターンを示しており、これから、当該生成物はMFI骨格構造を有することが明らかである。
実施例4c
0.008gのベーマイト(Al2O370質量%、Liaoning Hydratight Co)を1.0gのテトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH、40質量%、Shanghai Aladdin Bio−Chem Technology Co.,LTD)に加え、完全に溶解した後、混合物をヒュームドシリカ(Shanghai Tengmin Industrial Co)1.0gと十分に粉砕した。その後、粉末混合物をオートクレーブに移し密封した。140℃で300分間(あるいは180℃で180分間、又は200℃で72分間)加熱した後、試料を完全に結晶化した。
0.008gのベーマイト(Al2O370質量%、Liaoning Hydratight Co)を1.0gのテトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH、40質量%、Shanghai Aladdin Bio−Chem Technology Co.,LTD)に加え、完全に溶解した後、混合物をヒュームドシリカ(Shanghai Tengmin Industrial Co)1.0gと十分に粉砕した。その後、粉末混合物をオートクレーブに移し密封した。140℃で300分間(あるいは180℃で180分間、又は200℃で72分間)加熱した後、試料を完全に結晶化した。
次いで、550℃で5時間焼成することによりH−型を得た。
SiO2についての収率は97%を超えるものであった。
DIN66131に準拠する、H−型の生成物のBET比表面積は434m2/gであった。また、その生成物は0.182cm3/gのミクロ細孔容積(DIN66135に準拠して決定)を有していた。
図8cは、得られたゼオライト生成物のXRDパターンを示しており、これから、当該生成物はMFI骨格構造を有するものであることが明らかである。
実施例5:骨格型CHAを有するゼオライト材料の固体熱合成
1.026gの、参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)、1.059gのNa2SiO3×9H2O(分析用グレード、SiO220質量%、Aladdin Chemistry Co. Ltd.)、0.456gのAl2(SO4)3×18H2O(分析用グレード、99%、Sinopharm Chemical Reagent Co.、Ltd.)、0.6gのN、N、N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシド(H2O中65%、BASF)及び0.025gのCHAシード(種)(種晶は、以下の組成、すなわち0.12Na2O:1SiO2:0.03Al2O3:20.0H2Oを有する合成ゲルを用いて、160℃で7日間、従来の水熱結晶化によって合成した。XRDパターンを図14に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.18Na2O:1SiO2:0.03Al2O3:0.09N、N、N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシド:2.76H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を240℃で1.5時間結晶化させた。
1.026gの、参考例8に係る固体シリカゲル(Qingdao Haiyang Chemical Reagent Co, Ltd.)、1.059gのNa2SiO3×9H2O(分析用グレード、SiO220質量%、Aladdin Chemistry Co. Ltd.)、0.456gのAl2(SO4)3×18H2O(分析用グレード、99%、Sinopharm Chemical Reagent Co.、Ltd.)、0.6gのN、N、N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシド(H2O中65%、BASF)及び0.025gのCHAシード(種)(種晶は、以下の組成、すなわち0.12Na2O:1SiO2:0.03Al2O3:20.0H2Oを有する合成ゲルを用いて、160℃で7日間、従来の水熱結晶化によって合成した。XRDパターンを図14に示す)を一つずつ乳鉢に加え一緒に混合した。5分間粉砕した後、0.18Na2O:1SiO2:0.03Al2O3:0.09N、N、N−トリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシド:2.76H2Oのモル組成を有する粉末をオートクレーブに移し密封した。固体混合物を240℃で1.5時間結晶化させた。
SiO2についての収率は99.2%であった。空時収量は4,738kg/m3/dであった。
結晶化生成物Na−CHAを、80℃で2時間、1MのNH4NO3溶液で三重イオン交換を行うことによりH−型に変換し、続いて500℃で5時間焼成した。
図9は、得られたゼオライト生成物のXRDパターンを示しており、これから、そのNa−型の生成物及びイオン交換後のH−型としての生成物はCHA骨格構造を有することが明らかである。
結晶化温度を異なるものとすることにより、この実験を繰り返した。図10は、(a)160℃で5日間、(b)180℃で2日間、(c)200℃で12時間、(d)220℃で5時間、及び(e)240℃で1.5時間から得られたゼオライト生成物のXRDパターンを示す。これから、生成物がCHA骨格構造を有することが明らかである。
実施例6:H2O/Si比の効果についての調査研究
実施例4cの手順に基づいて、使用原料混合物全体のH2O/Si比を変えることによる効果を調べた。ここで、密閉オートクレーブ中の加熱工程は180℃で24時間行った。
実施例4cの手順に基づいて、使用原料混合物全体のH2O/Si比を変えることによる効果を調べた。ここで、密閉オートクレーブ中の加熱工程は180℃で24時間行った。
図16に、原料混合物のH2O/Siを異なる比率にして合成した骨格型MFIを有するゼオライトのSEM画像を示す。水の量が増えると、結晶のサイズが大きくなることが明らかである。例えば、使用原材料の全体のH2O/Si比が1:1である実施例4cに基づく試料は、約100〜200nmの結晶サイズを与えた。しかし、H2O/Si比を3:1、5:1、及び9:1に増加すると、得られる試料サイズはそれぞれ500nm、3μm、及び5μmに増加する。したがって、本発明者らの結果では、より少量の水を使用することがゼオライト結晶サイズを、ある一定の大きさのH2O/Si比の範囲内で減少させるのに有用であることが示されている。水量を増加させると核生成濃度の減少を招くことが明らかであり、このことは、より低い核濃度が比較的より低い核生成速度及びより高い核成長速度を意味するので、サイズがより小さいゼオライト結晶形成にとって非常に重要である。
実施例7:骨格型MFIを有するゼオライト材料を用いるメタノール−トゥ−オレフィン(MTO)反応
内径が8mmで長さが30cmの固定床管状スチール反応器を用いて大気圧下でMTO反応を実施した。実施例4c(本発明に係る)又は比較例2からの触媒(20〜40メッシュ)0.50gを、2層の石英ウールの間の管状鋼の中央に充填した後、2時間500℃の流動窒素中で前処理し480℃の反応温度まで冷却した。1.0h−1の単位時間当たりの重量空間速度(WHSV)でポンプを用いて、メタノールを触媒床に注入した。反応器からの各生成物について、FID検出器及びPLOT−Al2O3キャピラリーカラム(50m×0.53mm×25μm)を備えたAgilent 6890Nガスクロマトグラフによってオンライン分析を行った。目的の生成物に対する選択性を、ジメチルエーテルを除く全ての検出可能な生成物中の各生成物の質量百分率として表した。
内径が8mmで長さが30cmの固定床管状スチール反応器を用いて大気圧下でMTO反応を実施した。実施例4c(本発明に係る)又は比較例2からの触媒(20〜40メッシュ)0.50gを、2層の石英ウールの間の管状鋼の中央に充填した後、2時間500℃の流動窒素中で前処理し480℃の反応温度まで冷却した。1.0h−1の単位時間当たりの重量空間速度(WHSV)でポンプを用いて、メタノールを触媒床に注入した。反応器からの各生成物について、FID検出器及びPLOT−Al2O3キャピラリーカラム(50m×0.53mm×25μm)を備えたAgilent 6890Nガスクロマトグラフによってオンライン分析を行った。目的の生成物に対する選択性を、ジメチルエーテルを除く全ての検出可能な生成物中の各生成物の質量百分率として表した。
図15に、実施例4cゼオライトと比較例2ゼオライトに関し反応時間に対するメタノールの接触転化と生成物選択性の依存性を示す。明らかに、触媒反応の初期段階では、2つの触媒は両方とも非常に活性であり、メタノールの完全転化をもたらすものである。例えば、1.0時間の反応時間では、主生成物はアルカン(C1〜C5)、軽質オレフィン類(エチレン、プロピレン、及びブタン)、及び芳香族化合物を含む。特に、2つの触媒の両方は、共に、非常に高いプロピレン選択率を与えるが、一方、実施例4cは54.0%を与え、これは52.9%の比較例2よりもさらに高い。実施例4c及び比較例2の全オレフィン(エチレン、プロピレン及びブチレン)選択率は、それぞれ81.9%及び82.1%であり、これらは同等である。しかし、実施例4cは、それぞれ9.6%の低いエチレン選択率及び18.3%の高いブチレン選択率を与えるのに対して、比較例2の触媒はそれぞれ12.7%及び16.7%を与える。この現象は、実施例4cが、比較例2の触媒よりも、(大きいサイズの)オレフィン類、すなわちプロピレン及びブチレンに対して、高い選択性を有することを意味する。これにより、触媒反応中の物質移動における実施例4cの利点を示すことができる。低付加価値メタンに関して、実施例4cは1.95%の選択率を与え、比較例2は3.28%の選択率を与える。さらに、比較例2の触媒と比較して、実施例4cの触媒は著しく長い触媒寿命を示す。特に、実施例4cの寿命は、比較例2よりもほぼ3倍も長いものであった。失活した2つの触媒のTG−DTA曲線は、コークス堆積速度に関し実施例4cの方が遅いことを示している。
これらの結果は、無溶媒条件下3時間で合成された実施例4c(の触媒)が、従来の水熱合成されたものよりも、メタノール−トゥ−オレフィン反応で改善した触媒特性を発揮することを示している。
引用した文献
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− H.Gies, U.Mueller, B.Yilmaz, M.Feyen, T.Tatsumi, H.Imai, H.Zhang, B.Xie, F.−S.Xiao, X.Bao, W.Zhang, T.De Baerdemaker, D.De Vos, Chem.Mater.2012,24,2536頁
− W.Fan, C.−C.Chang, P.Domath, Z.Wang,US9108190B1,2015
− L.Ren,Q.Guo,H.Zhang,L.Zhu,C.Yang,L.Wang,X.Meng,Z.Feng,C.Li,F.−S.Xiao,J.Mater.Chem.,2012,22,6564頁
− C.−Y.Hsu,A.S.T Chiang,R.Selvin,R.W.Thompson,J.Phys.Chem.B.,2005,109,18813頁
− C.A.Fyfe, D.H.Brouwer, A.R.Lewis, J.−M.Chezeau, J.Am.Chem.Soc.,2001,123,6882頁
− A.Jomekian, S.Mansoon, B.Bazooyar, A.Moradian, J.Porous Mater.,2012,19,979頁
− R.W.Wang, W.T.Liu, S.Ding, Z.T.Zhang, J.X.Li, S.L.Qiu, Chem. Commun.,2010,46,7418頁
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Claims (15)
- モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体の製造方法であって、
(i)H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物であって、モル比(c H2O):SiO2(式中、cは0〜2.5の範囲の数である)を示すシリカゲルを含む1種以上の化合物、及び、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物を調製すること、ここで、該混合物が、Siを含む1種以上の化合物と、必要に応じて、Alを含む1種以上の化合物とを、SiO2として表されるSi及びAl2O3として表されるAlについて、該混合物がモル比(b H2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、bは0〜2.0の範囲の数である)を示すようになる量で含み;
(ii)(i)で得られた混合物を110〜350℃の範囲、好ましくは190〜350℃の範囲の結晶化温度で、かつ、0.1〜48時間の範囲の結晶化時間の間、結晶化に供して、モル比(a Al2O3):SiO2を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体を得ること
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ゼオライト材料のゼオライト骨格構造が、骨格型BEA、CHA、MFI、MEL、MOR、CDO、AEI、FER、SAV、好ましくは、骨格型MFI、又はこれら2つ以上の混合型を示す、請求項1に記載の方法。
- cが、0.01〜2.4の範囲内、好ましくは0.03〜2.2の範囲内、より好ましくは0.05〜2.0の範囲内である、請求項1又は2に記載の方法。
- bが、0.01〜2の範囲内、好ましくは0.1〜2の範囲内、より好ましくは0.5〜2の範囲内である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- (i)で調製した混合物が、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物を含み、ここで、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む2種以上の化合物が、ケイ酸ナトリウム、ホワイトカーボンブラック、非晶質シリカ粉末、又はヒュームドシリカ、好ましくはケイ酸ナトリウム及び/又はヒュームドシリカを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物が硫酸アルミニウム、好ましくはAl2(SO4)3、アルミン酸ナトリウム、好ましくはNaAlO2、及びベーマイトの1種以上を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- (i)で調製した混合物が、さらに、アルカリ金属Mを含む化合物を、M2Oとして表されるMについて、該混合物がモル比(d M2O):(a Al2O3+SiO2)(式中、dは0〜0.6の範囲の数である)を示すようになる量で含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- (i)で調製した混合物が、さらに、製造すべきゼオライト材料の骨格型を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料を含む、好ましくは、該ゼオライト材料からなる、種晶SCを含み、ここで、該(i)で調製した混合物が、該種晶SCを、好ましくは、該混合物が、0〜5%の範囲に、(i)で調製した混合物に対する種晶SCの質量比を示すようになる量で含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- (i)で調製した混合物が、さらに、製造すべきゼオライト材料についての有機テンプレート化合物OCを含み、ここで、該(i)で調製した混合物が、該有機テンプレート化合物を、好ましくは、混合物がモル比(f OC):(a Al2O3+SiO2)(式中、fは0〜1.5の範囲の数である)を示すようになる量で含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- (i)で調製した混合物の少なくとも99質量%が、H2O、ゼオライト骨格構造中のSiO2が形成されるSiを含む1種以上の化合物、必要に応じて、ゼオライト骨格構造中のAl2O3が形成されるAlを含む1種以上の化合物を含む混合物、必要に応じて、アルカリ金属Mを含む化合物、必要に応じて、種晶SC、及び、必要に応じて、有機テンプレート化合物OCからなる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- (i)における混合物の調製に、粉砕することが含まれ、好ましくは10〜50℃の範囲、好ましくは15〜40℃の範囲、より好ましくは20〜30℃の範囲の混合物の温度で粉砕を実施する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- (i)で得られた混合物を(ii)に従い結晶化に供することを、耐圧容器内で、好ましくはオートクレーブ中で、好ましくは自生圧力下で、実施するものであり、ここで、(i)で得られた混合物を(ii)に従い結晶化に供することに、好ましくは該混合物を撹拌することが含まれる、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- (ii)における結晶化温度が、200〜350℃の範囲、好ましくは200〜300℃の範囲、より好ましくは200〜250℃の範囲、より好ましくは200〜240℃の範囲であり、(ii)における結晶化時間が、好ましくは0.2〜36時間の範囲である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- (ii)で得られたゼオライト材料又は(ii)で得られた結晶性前駆体を、好ましくは、400〜600℃の範囲、好ましくは450〜550℃の範囲の温度のガス流中で焼成する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得られた、モル比(a Al2O3):SiO2(式中、aは0〜0.5の範囲の数である)を示すゼオライト骨格構造を有するゼオライト材料又はその結晶性前駆体。
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