JP2023546276A - m-キシレン吸着剤及びその調製方法 - Google Patents
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Abstract
m-キシレン吸着剤であって、94~99.9質量%のY分子篩および0.1~6質量%の基質を含み、前記Y分子篩は非結晶転移Y分子篩および結晶転移によって生成されるY分子篩からなり、前記非結晶転移Y分子篩は20~450ナノメートルの結晶粒径を有するメソポーラスナノY分子篩であり、2種のメソポーラス細孔を含み、それぞれ5~20ナノメートルおよび25~50ナノメートルの最も出現可能性の高い細孔直径を有する、m-キシレン吸着剤。当該吸着剤は、混合C8芳香族炭化水素からのm-キシレンの吸着分離に用いられ、良好な物質移動性能、比較的高いm-キシレン吸着選択性および吸着容量を有する。
Description
本発明は分子篩吸着剤及びその調製方法に関し、具体的には、m-キシレン吸着剤及びその調製方法に関する。
m-キシレン(MX)は、合成樹脂、農薬、医薬、塗料、染料および他の分野で広く使用されている重要な有機化学工業原料である。工業的には、高度に純粋なm-キシレンが通常、吸着分離技術を用いて、エチルベンゼン、p-キシレン、m-キシレンおよびo-キシレンを含有する混合C8芳香族炭化水素から分離することによって得られる。
吸着剤は吸着分離技術の基礎とコアであり、その活性成分の多くがゼオライト材料である。CN1136549AおよびUS6137024はそれぞれ、シリカライト-1および水素型βゼオライトを活性成分として使用する吸着剤を開示しているが、シリカライト-1、βゼオライトはその使用が制限されるように比較的低い吸着容量を有する。相対的に、Y分子篩は比較的高い吸着容量を有するため、より広い使用可能性を有する。
US4306107は、混合C8芳香族炭化水素からキシレン及びエチルベンゼンを分離する方法を開示している。この方法では、NaYゼオライトが吸着剤の活性成分として使用され、トルエンが脱着剤として使用される。m-キシレンに対する最も強い吸着容量、p-キシレンおよびo-キシレンに対する中程度の吸着容量、エチルベンゼンに対する最も弱い吸着能力を有するNaYゼオライトの特徴を利用することによって、混合C8芳香族炭化水素を逆流操作のための模擬移動床に供給し、模擬移動床の異なる位置でそれぞれm-キシレン、p-キシレンおよびo-キシレン、エチルベンゼンを得る。
US4326092は、混合C8芳香族炭化水素からm-キシレンを分離する方法を開示している。アルミナに対するシリカのモル比が4.5~5.0であるNaYゼオライトを使用して吸着剤を調製すると、より高いm-キシレン選択性を得ることができる。
US5900523は、活性成分としてアルミナに対するシリカのモル比が4.0~6.0であるNaYゼオライトを有する吸着剤を使用し、500℃でのLOIに対応する含水量が1.5~2.5質量%であるが、100~150℃でのm-キシレンの液相吸着分離のための脱着剤としてインダンを使用することによって、良好な分離効果を得たことを報告している。
CN1939883Aは、C8芳香族炭化水素の異性体からm-キシレンを分離する方法を開示している。吸着剤はアルミナに対するシリカのモル比が5~6であるNaYゼオライトを使用することによって調製され、前記ゼオライトは0~8質量%の含水量および25~250℃の吸着温度を有し、脱着剤はテトラリンおよびそのアルキル化誘導体から選択される。
本発明の目的は、混合C8芳香族炭化水素からのm-キシレンの吸着分離に用いられるm-キシレン吸着剤及びその調製方法を提供することにある。前記吸着剤は、良好な物質移動性能、比較的高いm-キシレン吸着選択性および吸着容量を有する。
本発明によって提供されるm-キシレン吸着剤は、94~99.9質量%のY分子篩および0.1~6質量%の基質を含み、前記Y分子篩は非結晶転移Y分子篩および結晶転移によって生成されるY分子篩からなり、前記非結晶転移Y分子篩は20~450ナノメートルの結晶粒径を有するメソポーラスナノY分子篩であって2種のメソポーラス細孔を含み、それぞれ5~20ナノメートルおよび25~50ナノメートルの最も出現可能性の高い細孔直径を有する。
本発明の吸着剤の活性成分Y分子篩における非結晶転移Y分子篩は、ナノスケールY分子篩結晶粒の自己凝集により形成される自己凝集体で、メソポーラスナノY分子篩であり、2種のメソポーラス細孔を含む。前記吸着剤は混合C8芳香族炭化水素からのm-キシレンの吸着分離に使用され、m-キシレンに対する吸着選択性が比較的高く、吸着容量及び物質移動速度が比較的高く、吸着分離原料に対する吸着剤の処理能力を著しく向上させることができる。
本発明の吸着剤における活性成分Y分子篩は非結晶転移Y分子篩と、結晶転移により生成されたY分子篩とからなり、その非結晶転移Y分子篩はナノスケールY分子篩結晶粒の自己凝集により形成された自己凝集体であり、自己凝集体は比較的大きな粒径を有する。前記のナノスケールY分子篩は物質移動性能を改善するのに有利であり、比較的大きな粒径は、分子篩合成中のナノスケール分子篩結晶粒の生成によって引き起こされる固液分離が困難という問題をより良好に解決することができる。また、当該ナノY分子篩自己凝集体は2種のメソポーラス細孔を含み、これは良好な物質移動性能をさらに与えるが、物質移動性能の改善は、m-キシレンに対するメソポーラスナノY分子篩の吸着選択性をさらに向上させることができる。
本発明において、メソポーラスナノY分子篩(非結晶転移Y分子篩)は、結合剤としてのカオリン鉱物、成形助剤及び珪素源と混合され、その後、ボール圧延成形され、高温で焼成されて、カオリン鉱物をメタカオリンに変換され、次いで、アルカリ処理が施されることによるin-situ結晶化を介して、メタカオリンはY分子篩に変換され、次いで、乾燥及び焼成されて、吸着剤を得る。
好ましくは、本発明における前記吸着剤が98~99.9質量%のY分子篩および0.1~2質量%の基質を含む。
本発明における前記吸着剤は2種のY分子篩を含む。1つは非結晶転移Y分子篩であり、これは2種のメソポーラス細孔を有するメソポーラスナノY分子篩であり、もう1つは吸着剤成形プロセスにおいて使用される結合剤であり、これは一般に、カオリン鉱物および成形プロセスにおいて添加される珪素源のin-situ結晶化によって形成されるY分子篩である。好ましくは、前記吸着剤が84~93質量%の非結晶転移Y分子篩、1~15.9質量%の結晶転移によって生成されたY分子篩および0.1~6質量%の基質を含み、より好ましくは、前記吸着剤が84~93質量%の非結晶転移Y分子篩、5~15.9質量%の結晶転移によって生成されたY分子篩および0.1~2質量%の基質を含む。
本発明における前記メソポーラスナノY分子篩は、好ましくは、ナノスケールY分子篩結晶粒の自己凝集体であり、自己凝集体は、好ましくは、0.5~1.5ミクロンの粒径を有し、自己凝集体中のナノスケールY分子篩結晶粒は、好ましくは、20~400ナノメートル、より好ましくは、50~300ナノメートルの粒径を有する。前記ナノY分子篩自己凝集体は2つ種のメソポーラス細孔を含み、それぞれ5~20ナノメートルおよび25~50ナノメートル、好ましくはそれぞれ10~20ナノメートルおよび30~50ナノメートルの孔径を有する。
前記メソポーラスナノY分子篩中のSiO2/Al23のモル比は、好ましくは、4.0~5.5である。
前記メソポーラスナノY分子篩は、好ましくは、740~1000m2/g、より好ましくは、750~900m2/gの比表面積、好ましくは、0.40~0.65cm3/g、より好ましくは、0.40~0.55cm3/gの全細孔体積、好ましくは、0.08~0.35cm3/g、より好ましくは、0.10~0.25cm3/gのメソポーラス細孔体積を有する。
吸着剤中の前記基質は、in-situ結晶化による結晶転移後のカオリン鉱物の残存物である。前記カオリン鉱物は、好ましくは、カオリナイト、ディッカイト、パーライト、オーブンストンおよびハロイサイトのうち少なくとも1つから選択される。
本発明における前記吸着剤は、好ましくは、ペレットの形態であり、その粒径は、好ましくは、300~850ミクロンである。
本発明の前記吸着剤の調製方法は、以下の工程を含む:
(1)非結晶転移NaY分子篩と、カオリン鉱物と、珪素源と、成形助剤とを均一に混合し、ペレットにボール圧延成形し、乾燥後、530~600℃で焼成する。非結晶転移NaY分子篩と前記カオリン鉱物との質量比は85~94:6~15であり、添加した珪素源に含まれる二酸化珪素のカオリン鉱物に対する質量比は、0.1~3.6である;
(2)工程(1)の焼成後に得られたペレットを、その中のカオリン鉱物がin-situ結晶化されてY分子篩となるように、水酸化ナトリウムまたは水酸化ナトリウムと水ガラスとの混合溶液を用いて85~100℃でin-situ結晶化させ、次いで洗浄し、乾燥させる。
(1)非結晶転移NaY分子篩と、カオリン鉱物と、珪素源と、成形助剤とを均一に混合し、ペレットにボール圧延成形し、乾燥後、530~600℃で焼成する。非結晶転移NaY分子篩と前記カオリン鉱物との質量比は85~94:6~15であり、添加した珪素源に含まれる二酸化珪素のカオリン鉱物に対する質量比は、0.1~3.6である;
(2)工程(1)の焼成後に得られたペレットを、その中のカオリン鉱物がin-situ結晶化されてY分子篩となるように、水酸化ナトリウムまたは水酸化ナトリウムと水ガラスとの混合溶液を用いて85~100℃でin-situ結晶化させ、次いで洗浄し、乾燥させる。
前記方法の工程(1)は非結晶転移NaY分子篩と、カオリン鉱物と、珪素源と、成形助剤とを混合してから、ボール圧延成形することである。前記のカオリン鉱物に含有される結晶化物質は、好ましくはカオリナイト、ディッカイト、パーライト、オーブンストン、ハロイサイト、又はこれらの混合物から選択される。カオリン鉱物中の結晶化物質の質量パーセントは、少なくとも90%である。
工程(1)における珪素源は、好ましくはオルト珪酸エチル、シリカゾル、水ガラス、珪酸ナトリウム、シリカゲル、およびホワイトカーボンブラックのうちの1つ以上から選択される。好ましくは、添加された珪素源に含まれる二酸化珪素のカオリン鉱物に対する質量比が0.2~3.0である。成形助剤は、好ましくは、リグニン、セスバニア粉末、乾燥デンプン、カルボキシメチルセルロースおよび活性炭の少なくとも1つから選択される。成形助剤の添加量は、固形粉末の総量の1~6質量%であることが好ましい。
工程(1)の前記の成形方法としては、ボール圧延成形またはスプレー成形が好ましい。ボール圧延成形の方法において、使用される装置は、回転盤、塗膜釜、またはローラーであり得る。ボール圧延成形時、均一に混合された固体粉末を回転装置に入れ、圧延しながら水を噴射することによって固体粉末を固着させてペレットに凝集させる。圧延中に使用される水の量は、好ましくは、固体の総質量の6~30%、より好ましくは6~20%である。添加された珪素源が固体である場合、それは、非結晶転移NaY分子篩、カオリン鉱物と混合することができ;添加された珪素源が液体である場合、それは、非結晶転移NaY分子篩、カオリン鉱物と混合することができ、またはボール圧延成形に使用される水に添加することもでき、または珪素源を固体粉末および水の両方に添加することができる。
工程(1)で圧延することによって形成されたペレットをふるいにかけ、一定の範囲の粒径を有するペレット、好ましくは、300~850ミクロンの粒径を有するペレットをとり、乾燥し、焼成する。乾燥温度は、好ましくは60~110℃であり、時間は、好ましくは2~12時間であり;焼成温度は、好ましくは530~700℃であり、時間は1~6時間が好ましい。焼成後、ペレット中のカオリン鉱物は、工程(2)においてNaY分子篩に結晶転移させるためにメタカオリンに変換される。
前記方法の工程(2)は、成形後のペレットのin-situ結晶化である。in-situ結晶化は、水酸化ナトリウム溶液または水酸化ナトリウムと水ガラスとの混合溶液中で実施することができる。in-situ結晶化時の液体/固体比は1.5~5.0L/kgが好ましく、in-situ結晶化温度は90~100℃が好ましく、時間は0.5~8時間が好ましい。
工程(2)のin-situ結晶化に水酸化ナトリウム溶液を用いる場合、使用する水酸化ナトリウム溶液中の水酸化物イオンの濃度は、好ましくは0.1~3.0mol/L、より好ましくは0.5~1.5mol/Lであり、in-situ結晶化に水酸化ナトリウムと水ガラスとの混合溶液を用いる場合、水酸化ナトリウムの含有量は、好ましくは2~10質量%であり、二酸化珪素の含有量は、好ましくは1~6質量%である。in-situ結晶化した吸着剤を洗浄し乾燥させた後、球状の吸着剤が得られる。前記の乾燥温度は70~110℃が好ましく、乾燥時間は2~20時間が好ましい。
本発明の方法の工程(1)の前記の非結晶転移NaY分子篩の調製方法は、以下の工程を含む:
(I)0~5℃の珪素源およびアルミニウム源をとり、水酸化ナトリウムおよび水を添加して均一に混合することにより分子篩合成系を形成し、ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=5.5~9.5、Na2O/SiO2=0.1~0.3、H2O/SiO2=5~25であり、合成系の温度は1~8℃である、
(II)工程(I)の分子篩合成系を、20~40℃で10~48時間静的にエイジングさせた後、90~150℃で2~10時間静的に結晶化させ、2~10分間撹拌し、続けて11~20時間静的に結晶化させた後、得られた固体を洗浄し、乾燥させる。
(I)0~5℃の珪素源およびアルミニウム源をとり、水酸化ナトリウムおよび水を添加して均一に混合することにより分子篩合成系を形成し、ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=5.5~9.5、Na2O/SiO2=0.1~0.3、H2O/SiO2=5~25であり、合成系の温度は1~8℃である、
(II)工程(I)の分子篩合成系を、20~40℃で10~48時間静的にエイジングさせた後、90~150℃で2~10時間静的に結晶化させ、2~10分間撹拌し、続けて11~20時間静的に結晶化させた後、得られた固体を洗浄し、乾燥させる。
前記方法の工程(I)は低温で分子篩合成系を調製することであり:0~5℃、好ましくは0~4℃の珪素源とアルミニウム源を用い、次いで、水酸化ナトリウムと水を添加して分子篩合成系を調製する。分子篩合成系における各原料のモル比は、好ましくはSiO2/Al2O3=7~9、Na2O/SiO2=0.1~0.25、H2O/SiO2=8~20である。合成系の温度は、好ましくは1~5℃である。
前記方法の工程(II)は分子篩合成系を結晶化させて分子篩を調製する工程であり、好ましくは、分子篩合成系を20~40℃で15~30時間静的にエイジングさせ、次いで90~120℃で4~9時間静的に結晶化させ、2~10分間撹拌し、続けて11~15時間静的に結晶化させる。結晶化後に得られた固体を洗浄し、乾燥させて、メソポーラスナノY分子篩を得る。乾燥温度は70~100℃が好ましく、75~90℃がより好ましく、乾燥時間は2~20時間が好ましく、8~16時間がより好ましい。
前記方法の工程(I)のアルミニウム源は、好ましくは低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム溶液、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびアルミン酸ナトリウムのうちの1つ以上から選択され、より好ましくは低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液および/または硫酸アルミニウム溶液から選択される。前記低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液中のAl2O3の含有量は好ましくは17~28質量%であり、Na2Oの含有量は好ましくは19~30質量%であり、低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液中に含まれるNa2OのAl2O3に対するモル比は好ましくは1.7~2.5であり、より好ましくは1.7~2.2である。アルミニウム源が低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液および硫酸アルミニウム溶液から選択される場合、硫酸アルミニウム溶液と低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液との質量比は1~6:1であり、硫酸アルミニウム溶液に含まれるアルミニウムはAl2O3に基づいて計算され、Al2O3の含有量は好ましくは5~15質量%である。
工程(I)における珪素源は、好ましくはシリカゾルまたは水ガラスである。前記水ガラス中のSiO2含有量は好ましくは25~38質量%であり、Na2O含有量は、好ましくは9~15質量%である。
本発明における前記吸着剤は、混合C8芳香族炭化水素からのm-キシレンの吸着分離に適している。
吸着剤の性能を評価するための重要な指標は、吸着選択性および吸着目的成分の吸着および脱着速度である。選択性は、吸着平衡における非吸着相中の2つの成分の濃度比に対する、吸着相中の2つの成分の濃度比の比である。前記吸着平衡は、混合C8芳香族炭化水素が吸着剤と接触した後に、吸着相と非吸着相との間で成分の正味の移転がない状態を指す。吸着選択性の計算式は以下の通りである:
ここで、CおよびDは分離されるべき2つの成分を示し、ACおよびADはそれぞれ、吸着平衡における吸着相中の2つの成分CおよびDの濃度を示し、UCおよびUDは、それぞれ、吸着平衡における非吸着相中の2つの成分CおよびDの濃度を示す。2つの成分の選択性βが約1.0の場合、2つの成分に対する吸着剤の吸着能力が同等であり、優先的に吸着される成分が存在しないことを示す。βが1.0より大きいかまたは小さい場合、1つの成分が優先的に吸着されることを示す。具体的には、β>1.0の場合、吸着剤は成分Cを優先的に吸着し、β<1.0の場合、吸着剤は成分Dを優先的に吸着する。分離の難易度という観点から、β値が大きいほど、吸着分離しやすい。より速い吸着、脱着速度は吸着剤および脱着剤の使用量を低減し、生成物収率を向上させ、吸着分離装置の操作コストを低減することに有利である。
本発明は、ダイナミックパルス実験装置を使用して、m-キシレンの吸着選択性および吸着および脱着速度を測定する。当該装置は、原料供給システム、吸着カラム、加熱炉及び圧力制御バルブ等からなる。吸着カラムは、Ф6×1800mmステンレス鋼管で、吸着剤の装填量は50mlである。吸着カラムの下端入口は原料供給および窒素システムに接続され、上端出口は圧力制御バルブに接続され、次いで、流出物コレクタに接続されている。実験に使用される脱着剤の成分は30体積%のトルエン(T)および70体積%のn-ヘプタン(NC7)であり、パルス液成分は、それぞれ5体積%のエチルベンゼン(EB)、p-キシレン(PX)、m-キシレン(MX)、o-キシレン(OX)、n-ノナン(NC9)および75体積%の前記脱着剤である。
吸着選択性の測定方法は下記の通りである:吸着カラムに秤量された吸着剤を充填してぎっしり詰め、160~280℃の窒素雰囲気において脱水することにより活性化する。その後、システムからガスを除去するために脱着剤を供給し、圧力を0.8MPaまで上昇させ、温度を145℃まで上昇させ、脱着剤の供給を停止し、1.0時間-1の体積空間速度で8mlのパルス原料供給液を供給し、次いで、パルス液の供給を停止し、脱着のために同じ空間速度で脱着剤を供給し、2分毎に3滴の脱着液サンプルをとり、ガスクロマトグラフィーで成分を分析する。脱着用脱着剤の原料供給体積を横軸とし、NC9およびEB、PX、MX、OXの各原料濃度を縦軸とすることにより、前記各成分の脱着曲線を描く。トレーサとしてNC9は吸着されずにさきにピークに達し、吸着系のデッドスペースを与える。トレーサの半ピーク幅の中点をゼロポイントとし、EB、PX、MXおよびOXの各原料の半ピーク幅の中点からゼロポイントまでの脱着剤原料供給体積、すなわち全補正保持容量VRを測定する。2つの成分の全補正保持容量の比は、吸着選択性βである。例えば、EBの全補正保持容量に対するMXの全補正保持容量の比はEBに対するMXの吸着選択性であり、βMX/EBと記される。
吸着剤を繰り返して連続的に使用することを実現するために、抽出成分と脱着剤との間の選択性も重要な性能指標であり、これは、パルス試験における抽出成分の脱着曲線のさらなる分析によって確定することができる。MXのパルス脱離曲線の前方の流出液中のMXの濃度が10%から90%に上昇するときに必要とされる脱着剤の体積を吸着速度[SA]10-90と定義し、MXの濃度が脱離曲線の後方の90%から10%に低下するときに必要とされる脱着剤の体積を脱着速度[SD]90-10と定義する。[SD]90-10/[SA]10-90の両者の比は、MXと脱着剤(T)との間の吸着選択性βMX/Tを表すことができる。βMX/Tが1.0よりはるかに小さい場合、吸着剤が脱着剤に対して強すぎる吸着能力を有することを示し、これは吸着工程に不利である。βMX/Tが1.0よりはるかに大きい場合、脱着剤の吸着能力が弱すぎて脱着工程が困難になることを示している。理想的なケースは、βMX/Tがほぼ1.0に等しいことである。
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例及び比較例において、吸着剤の物性パラメータの測定方法は、以下の通りである:
吸着剤の圧縮強度は、一定圧力下でのペレット吸着剤の破砕率によって表される。破砕率が低いほど、圧縮強度は高くなる。吸着剤の圧縮強度を測定するための方法は、DL-II粒子強度測定器(大連化学工業研究設計院製)で測定する。吸着剤ペレットを300ミクロンのふるいに通した後、約1.5mlの吸着剤をステンレス筒体に詰める。測定時は、ステンレス筒体と締まりばめのシンブルを取り付け、あらかじめ設定した圧力で1回押した後、吸着剤を注ぎ出し、300ミクロンのふるいで秤量する。加圧テスト前後の吸着剤の減少量は、設定圧力における吸着剤の破砕率である。
吸着剤の圧縮強度は、一定圧力下でのペレット吸着剤の破砕率によって表される。破砕率が低いほど、圧縮強度は高くなる。吸着剤の圧縮強度を測定するための方法は、DL-II粒子強度測定器(大連化学工業研究設計院製)で測定する。吸着剤ペレットを300ミクロンのふるいに通した後、約1.5mlの吸着剤をステンレス筒体に詰める。測定時は、ステンレス筒体と締まりばめのシンブルを取り付け、あらかじめ設定した圧力で1回押した後、吸着剤を注ぎ出し、300ミクロンのふるいで秤量する。加圧テスト前後の吸着剤の減少量は、設定圧力における吸着剤の破砕率である。
分子篩または吸着剤の吸着容量は、トルエン気相吸着実験によって測定される。具体的な操作方法は以下の通りである:トルエンを運んでいる窒素(トルエン分圧0.05MPa)を、35℃で一定質量の吸着剤と、トルエンが吸着平衡に達するまで接触させる。被測定吸着剤の吸着容量は、トルエン吸着前後の吸着剤の質量差に基づいて、以下の式に従って計算される。
ここで、Cは吸着容量であり、単位はmg/gであり;m1はトルエンを吸着する前の被測定吸着剤の質量であり、単位はグラムであり;m2はトルエンを吸着した後の被測定吸着剤の質量であり、単位はグラムである。
吸着剤のか焼かさ密度を測定する方法は以下の通りである:100mLのメスシリンダーに50mLの吸着剤を加え、タップ密度計(遼寧計器研究所有限責任公司製)で5分間振動させた後、50mLの吸着剤をさらに加え、5分間振動させる。メスシリンダー内の吸着剤の体積に対する質量の比は吸着剤かさ密度であり、一定質量の吸着剤を600℃で2時間焼成し、乾燥機に入れて室温まで冷却し、焼成後と焼成前の吸着剤の質量比がか焼基礎であり、か焼基礎と吸着剤かさ密度との積がか焼かさ密度である。
分子篩の比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積は、ASTMD4365-95(2008)に従って測定される。
〔実施例1〕
(1)アルミニウム源の調製
反応釜に200kgの水酸化アルミニウム、181.52kgの水酸化ナトリウム、214.84kgの脱イオン水を加え、100℃まで加熱し、6時間攪拌することにより、アルミニウム源1として澄んだ透明な低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液を形成した。前記アルミニウム源1のAl2O3の含有量は21.58質量%であり、Na2Oの含有量は23.59質量%であり、Al2O3に対するNa2Oのモル比は1.80であった。87.89kgの硫酸アルミニウムオクタデカハイドレートを112.11kgの水に溶かし、1時間攪拌すると、澄んだ透明な硫酸アルミニウム溶液がアルミニウム源2として得られた。アルミニウム原料2のAl2O3の含有量は6.73質量%であった。
(1)アルミニウム源の調製
反応釜に200kgの水酸化アルミニウム、181.52kgの水酸化ナトリウム、214.84kgの脱イオン水を加え、100℃まで加熱し、6時間攪拌することにより、アルミニウム源1として澄んだ透明な低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液を形成した。前記アルミニウム源1のAl2O3の含有量は21.58質量%であり、Na2Oの含有量は23.59質量%であり、Al2O3に対するNa2Oのモル比は1.80であった。87.89kgの硫酸アルミニウムオクタデカハイドレートを112.11kgの水に溶かし、1時間攪拌すると、澄んだ透明な硫酸アルミニウム溶液がアルミニウム源2として得られた。アルミニウム原料2のAl2O3の含有量は6.73質量%であった。
(2)原料予備処理
水ガラス(SiO2含有量37.17質量%、Na2O含有量11.65質量%)および工程(1)で調製されたアルミニウム源をそれぞれ0℃までに冷却した。
水ガラス(SiO2含有量37.17質量%、Na2O含有量11.65質量%)および工程(1)で調製されたアルミニウム源をそれぞれ0℃までに冷却した。
(3)Y分子篩の調製
攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で89.68kgの水ガラス、0℃で49.79kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で18.14kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに5.61kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.25、H2O/SiO2=10であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は3℃であった。
攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で89.68kgの水ガラス、0℃で49.79kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で18.14kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに5.61kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.25、H2O/SiO2=10であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は3℃であった。
前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、30℃で24時間静的にエイジングさせ、さらに100℃までに温度上昇させて8時間静的に結晶化させ、5分間攪拌し、続けて12時間静的に結晶化させた後、濾過し、得られた固体を脱イオン水で、濾液のpHが8~9になるまで洗浄し、80℃で12時間乾燥させることにより、SiO2/Al2O3モル比が4.6のナノY分子篩aを得た(蛍光X線分析法を用いて分析、以下同じ)。XRDスペクトルについては図1を、SEM画像については図2を、細孔径分布曲線については図3を参照。図2から分かるように、ナノスケールY分子篩結晶粒は自己凝集により0.6ミクロンの粒径を有する自己凝集体を形成し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、60~150ナノメートルの粒径を有する。図3は、ナノY分子篩aの最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ10ナノメートルおよび37ナノメートルであることを示す。比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔実施例2〕
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で89.68kgの水ガラス、0℃で53.29kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で17.04kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに3.50kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.23、H2O/SiO2=10であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は4℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が4.8のナノY分子篩bを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は0.8ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、80~180ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図4に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ12ナノメートルおよび40ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で89.68kgの水ガラス、0℃で53.29kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で17.04kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに3.50kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.23、H2O/SiO2=10であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は4℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が4.8のナノY分子篩bを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は0.8ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、80~180ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図4に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ12ナノメートルおよび40ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔実施例3〕
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で89.68kgの水ガラス、0℃で58.56kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で15.04kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに0.32kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.20、H2O/SiO2=10であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は5℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が4.9のナノY分子篩cを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は1.0ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、90~200ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図5に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ15ナノメートルおよび42ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で89.68kgの水ガラス、0℃で58.56kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で15.04kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに0.32kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.20、H2O/SiO2=10であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は5℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が4.9のナノY分子篩cを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は1.0ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、90~200ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図5に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ15ナノメートルおよび42ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔実施例4〕
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で59.79kgの水ガラス、0℃で39.05kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で10.27kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに33.54kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.20、H2O/SiO2=15であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は4℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が4.9のナノY分子篩dを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は1.1ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、90~220ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図6に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ17ナノメートルおよび43ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で59.79kgの水ガラス、0℃で39.05kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で10.27kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに33.54kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.20、H2O/SiO2=15であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は4℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が4.9のナノY分子篩dを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は1.1ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、90~220ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図6に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ17ナノメートルおよび43ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔実施例5〕
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で44.84kgの水ガラス、0℃で29.29kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で7.7kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに50.16kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.20、H2O/SiO2=20であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は5℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が5.0のナノY分子篩eを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は1.2ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、90~240ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図7に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ19ナノメートルおよび46ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例1の方法に基づいてY分子篩を調製した:
Y分子篩は工程(3)において、攪拌条件で、工程(2)で温度降下処理された0℃で44.84kgの水ガラス、0℃で29.29kgの硫酸アルミニウム溶液および0℃で7.7kgの低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、ならびに50.16kgの脱イオン水を反応釜に加え、各原料のモル比がSiO2/Al2O3=7.8、Na2O/SiO2=0.20、H2O/SiO2=20であるY分子篩合成系を得た。合成系の温度は5℃であった。前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、静的なエイジング、間に攪拌を挟む2段階の静的な結晶化を経て、得られた固体を脱イオン水で洗浄し、乾燥させてSiO2/Al2O3モル比が5.0のナノY分子篩eを得た。ナノスケールY分子篩結晶粒により形成された自己凝集体は1.2ミクロンの粒径を有し、ナノスケールY分子篩結晶粒は、90~240ナノメートルの粒径を有する。細孔径分布曲線については図7に示す。最も出現可能性の高い細孔直径がそれぞれ19ナノメートルおよび46ナノメートルであり、比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔比較例1〕
(1)アルミニウム源の調製
反応釜に200kgの水酸化アルミニウム、232.15kgの水酸化ナトリウム、652.33kgの脱イオン水を加え、100℃まで加熱し、6時間攪拌することにより、アルミニウム源として澄んだ透明な低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液を形成した。前記アルミニウム源のAl2O3の含有量は11.87質量%であり、Na2Oの含有量は16.59質量%であり、Al2O3に対するNa2Oのモル比は2.3であった。
(1)アルミニウム源の調製
反応釜に200kgの水酸化アルミニウム、232.15kgの水酸化ナトリウム、652.33kgの脱イオン水を加え、100℃まで加熱し、6時間攪拌することにより、アルミニウム源として澄んだ透明な低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液を形成した。前記アルミニウム源のAl2O3の含有量は11.87質量%であり、Na2Oの含有量は16.59質量%であり、Al2O3に対するNa2Oのモル比は2.3であった。
(2)指向剤の調製
攪拌条件で、反応釜に、3.81kgの水酸化ナトリウム、8.86kgの脱イオン水、4.48kgの工程(1)で調製したアルミニウム源、23.24kgの水ガラス(SiO2含有量20.17質量%、Na2O含有量6.32質量%)を加え、ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=15、Na2O/SiO2=1.07、H2O/SiO2=21であり、35℃で16時間静置して配向剤を得た。
攪拌条件で、反応釜に、3.81kgの水酸化ナトリウム、8.86kgの脱イオン水、4.48kgの工程(1)で調製したアルミニウム源、23.24kgの水ガラス(SiO2含有量20.17質量%、Na2O含有量6.32質量%)を加え、ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=15、Na2O/SiO2=1.07、H2O/SiO2=21であり、35℃で16時間静置して配向剤を得た。
(3)Y分子篩の調製
攪拌条件で、50.74kgの水ガラス、42.51kgの脱イオン水、7.56kgの工程(2)で調製した指向剤、8.66kgの実施例1の工程(1)で調製した硫酸アルミニウム溶液、11.01kgの工程(1)で調製した低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液を反応釜に加えてY分子篩合成系を得た。各原料のモル比はSiO2/Al2O3=9.5、Na2O/SiO2=0.43、H2O/SiO2=30であり、Y分子篩合成系に含まれるAl2O3に対する指向剤に含まれるAl2O3のモル比は5%であり、合成系の温度は35℃であった。
攪拌条件で、50.74kgの水ガラス、42.51kgの脱イオン水、7.56kgの工程(2)で調製した指向剤、8.66kgの実施例1の工程(1)で調製した硫酸アルミニウム溶液、11.01kgの工程(1)で調製した低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液を反応釜に加えてY分子篩合成系を得た。各原料のモル比はSiO2/Al2O3=9.5、Na2O/SiO2=0.43、H2O/SiO2=30であり、Y分子篩合成系に含まれるAl2O3に対する指向剤に含まれるAl2O3のモル比は5%であり、合成系の温度は35℃であった。
前記の分子篩合成系を密閉反応釜に移し、100℃まで加熱して水熱結晶化を28時間行い、濾過し、得られた固体を脱イオン水で、濾液がpH=8~9になるまで洗浄し、80℃で12時間乾燥させて、SiO2/Al2O3モル比4.8のY分子篩fを得た。XRDスペクトルについては図8を、SEM画像については図9を参照。Y分子篩の粒径は0.9ミクロンであった。図10に細孔径分布曲線を示し、明らかなメソ細孔が存在しないことを示している。比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔比較例2〕
指向剤を使用しない従来の方法でのY分子篩の調製
5.0kgのアルミン酸ナトリウム(30質量%のNa2O、44.1質量%のAl2O3、25.9質量%のH2Oを含む)及び27.3kgの水酸化ナトリウムを219kgの水に溶かし、1時間撹拌して澄んだ溶液を得て、撹拌条件で124.2kgのシリカゾル(29.5質量%のSiO2を含む)を加え、続けて0.5時間攪拌して均一に混合された合成系を得た。ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=28.2、Na2O/SiO2=0.6、H2O/SiO2=28.7であった。前記の合成系を密閉反応釜に移し、120℃までに加熱して水熱結晶化を3時間行い、濾過し、得られた固体を脱イオン水で、濾液のpHが8~9になるまで洗浄し、80℃で12時間乾燥して、SiO2/Al2O3モル比3.8のY分子篩gを得た。比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
指向剤を使用しない従来の方法でのY分子篩の調製
5.0kgのアルミン酸ナトリウム(30質量%のNa2O、44.1質量%のAl2O3、25.9質量%のH2Oを含む)及び27.3kgの水酸化ナトリウムを219kgの水に溶かし、1時間撹拌して澄んだ溶液を得て、撹拌条件で124.2kgのシリカゾル(29.5質量%のSiO2を含む)を加え、続けて0.5時間攪拌して均一に混合された合成系を得た。ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=28.2、Na2O/SiO2=0.6、H2O/SiO2=28.7であった。前記の合成系を密閉反応釜に移し、120℃までに加熱して水熱結晶化を3時間行い、濾過し、得られた固体を脱イオン水で、濾液のpHが8~9になるまで洗浄し、80℃で12時間乾燥して、SiO2/Al2O3モル比3.8のY分子篩gを得た。比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔比較例3〕
CN109692656Aの実施例1の方法による単一メソポーラスNaY分子篩の調製
10.9kgのメタアルミン酸ナトリウム溶液(17.3質量%のAl2O3および21.0質量%のNa2Oを含む)、48.3kgの脱イオン水および13.1kgの水酸化ナトリウムをとり、撹拌して固体塩基を完全に溶解し、次いで66.8kgの水ガラス(28.3質量%のSiO2および8.8質量%のNa2Oを含む)を加え、均一に混合されるまで撹拌し、25℃で20時間静置してエイジングさせて指向剤を調製した。ここで、各原料のモル比は、SiO2/Al2O3=17、Na2O/SiO2=0.95、H2O/SiO2=17.6であった。
CN109692656Aの実施例1の方法による単一メソポーラスNaY分子篩の調製
10.9kgのメタアルミン酸ナトリウム溶液(17.3質量%のAl2O3および21.0質量%のNa2Oを含む)、48.3kgの脱イオン水および13.1kgの水酸化ナトリウムをとり、撹拌して固体塩基を完全に溶解し、次いで66.8kgの水ガラス(28.3質量%のSiO2および8.8質量%のNa2Oを含む)を加え、均一に混合されるまで撹拌し、25℃で20時間静置してエイジングさせて指向剤を調製した。ここで、各原料のモル比は、SiO2/Al2O3=17、Na2O/SiO2=0.95、H2O/SiO2=17.6であった。
187.2kgの水ガラス、464.5kgの脱イオン水、16.3kgの水酸化ナトリウムをとり、25℃で十分に攪拌混合し、攪拌しながら90.6kgのメタアルミン酸ナトリウムを加え、0.9kgの指向剤を加え、均一に攪拌し、濃度が20質量%である8.2kgのポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド(R)水溶液をテンプレートソリューションとして加えた。ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリドの分子量は100000~200000である。混合物が均一になって合成系が得られるまで攪拌し続けた。ここで、各原料のモル比は、SiO2/Al2O3=5.8、Na2O/SiO2=0.88、H2O/SiO2=31であり、R/SiO2の質量比は0.03であった。指向剤の添加量は、その中のSiO2に基づき、合成系におけるSiO2の質量の0.2%であった。
前記の合成系を100℃まで加熱し、静止条件で8時間水熱結晶化を行った。結晶化生成物を、洗浄溶液のpH値が10未満になるまで脱イオン水で洗浄した。得られた固体を80℃で12時間乾燥し、大気中で200℃で1時間一次焼成し、380℃で1時間二次焼成し、540℃で4時間三次焼成し、SiO2/Al2O3のモル比が5.1、結晶粒径1.3ミクロンのメソポーラスNaY分子篩hを得た。細孔径分布曲線を図11に示し、単一のメソポーラスを示している。その比表面積、全細孔体積、細孔体積、およびメソポーラス細孔体積、ならびにトルエン吸着容量については、表1を参照されたい。
〔実施例6〕
本発明の吸着剤の調製およびその吸着性能のテスト
(1)ボール圧延成形:92kg(焼成ベースの質量、以下同様)の実施例1で調製されたナノNaY分子篩aを、8kgのカオリン(カオリナイトを90質量%含む)、3kgのホワイトカーボンブラックおよび3kgのセスバニア粉末と均一に混合し、回転盤に入れ、回転させながら適量の脱イオン水を噴射し、固体粉末をペレットに凝集させた。圧延時の水の噴射量は固体粉末の8質量%であり、ホワイトカーボンブラックに含まれる二酸化珪素のカオリンに対する質量比は0.3であった。ふるいにかけた後、300~850μmの粒径を有するペレットをとり、80℃で10時間乾燥し、540℃で4時間焼成した。
本発明の吸着剤の調製およびその吸着性能のテスト
(1)ボール圧延成形:92kg(焼成ベースの質量、以下同様)の実施例1で調製されたナノNaY分子篩aを、8kgのカオリン(カオリナイトを90質量%含む)、3kgのホワイトカーボンブラックおよび3kgのセスバニア粉末と均一に混合し、回転盤に入れ、回転させながら適量の脱イオン水を噴射し、固体粉末をペレットに凝集させた。圧延時の水の噴射量は固体粉末の8質量%であり、ホワイトカーボンブラックに含まれる二酸化珪素のカオリンに対する質量比は0.3であった。ふるいにかけた後、300~850μmの粒径を有するペレットをとり、80℃で10時間乾燥し、540℃で4時間焼成した。
(2)in-situ結晶化:64kgの工程(1)における焼成ペレットを、焼成ペレットのin-situ結晶化のために、200リットルの水酸化ナトリウムおよび水ガラス(水ガラス中、SiO2含有量は20.17質量%、Na2O含有量は6.32質量%)の混合溶液に入れ、ここで、混合溶液のNa2Oの含有量は5質量%で、SiO2含有量は3質量%であり、95℃で4時間のin-situ結晶化に供した。結晶化後の固体を洗浄溶液のpHが10未満になるまで洗浄し、80℃で10時間乾燥して吸着剤Aを調製した。吸着剤Aは89.3質量%のY分子篩aと、9.3質量%の結晶転移により生成されたY分子篩と、1.4質量%の基質とを含む。パルス実験によって測定された吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔実施例7〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例2で調製されたナノNaY分子篩bをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩b、9.6質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および1.1質量%の基質を含有する吸着剤Bが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例2で調製されたナノNaY分子篩bをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩b、9.6質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および1.1質量%の基質を含有する吸着剤Bが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔実施例8〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例3で調製されたナノNaY分子篩cをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩c、9.8質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および0.9質量%の基質を含有する吸着剤Cが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例3で調製されたナノNaY分子篩cをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩c、9.8質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および0.9質量%の基質を含有する吸着剤Cが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔実施例9〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例4で調製されたナノNaY分子篩dをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩d、9.5質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および1.2質量%の基質を含有する吸着剤Dが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例4で調製されたナノNaY分子篩dをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩d、9.5質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および1.2質量%の基質を含有する吸着剤Dが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔実施例10〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例5で調製されたナノNaY分子篩eをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩e、10.0質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および0.7質量%の基質を含有する吸着剤Eが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、実施例5で調製されたナノNaY分子篩eをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、89.3質量%のY分子篩e、10.0質量%の結晶転移により生成されたY分子篩および0.7質量%の基質を含有する吸着剤Eが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔比較例4〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、比較例1で調製されたNaY分子篩fをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、97.2質量%のY分子篩および2.8質量%の基質を含有する吸着剤Fが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、比較例1で調製されたNaY分子篩fをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、97.2質量%のY分子篩および2.8質量%の基質を含有する吸着剤Fが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔比較例5〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、比較例2で調製されたNaY分子篩gをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、97.6質量%のY分子篩および2.4質量%の基質を含有する吸着剤Gが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、比較例2で調製されたNaY分子篩gをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、97.6質量%のY分子篩および2.4質量%の基質を含有する吸着剤Gが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔比較例6〕
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、比較例3で調製されたNaY分子篩hをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、97.6質量%のY分子篩および2.4質量%の基質を含有する吸着剤Hが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
以下の相違点を除いて、実施例6の方法に基づいて吸着剤を調製した:工程(1)において、比較例3で調製されたNaY分子篩hをカオリン、ホワイトカーボンブラック及びセスバニア粉末と混合した後、ボール圧延成形した。in-situ結晶化の後、97.6質量%のY分子篩および2.4質量%の基質を含有する吸着剤Hが調製された。吸着選択性、吸着容量、異なる圧力下での破砕率、およびか焼かさ密度については、表2を参照されたい。
〔実施例11〕
m-キシレンの吸着分離の実験を、吸着剤Aを用いて、連続逆流を用いた小型模擬移動床装置上で行った。
m-キシレンの吸着分離の実験を、吸着剤Aを用いて、連続逆流を用いた小型模擬移動床装置上で行った。
前記の小型模擬移動床装置は、直列に接続された24本の吸着カラムを含み、各カラムは、195ミリメートルの長さ、30ミリメートルのカラム内径を有し、吸着剤の総装填量は3300ミリリットルであり、吸着剤Aを装填した。直列に接続された、24本のカラムの2つの端部を循環ポンプによって接続して、図12に示すように閉回路を形成した。24本の吸着カラムは流入および流出原料の4つの流れ:吸着原料、脱着剤、抽出液およびラフィネート、によって4つの区域に分割された。すなわち吸着原料(カラム15)とラフィネート(カラム21)との間にある吸着ゾーンとしての7本の吸着カラム、抽出液(カラム6)と吸着原料(カラム14)との間にある精製ゾーンとしての9本の吸着カラム、脱着剤(カラム1)と抽出液(カラム5)との間にある脱着ゾーンとしての5本の吸着カラム、ラフィネート(カラム22)と脱着剤(カラム24)との間にある緩衝ゾーンとしての3本の吸着カラムである。吸着および分離の温度は145℃に制御され、圧力は0.8MPaであった。
操作中、脱着剤であるトルエンおよび吸着原料をそれぞれ1600ml/hおよび500ml/hの流量で前記模擬移動床装置に連続的に供給し、かつ抽出液を761ml/hの流量で装置から抽出し、ラフィネートを1339ml/hの流量で装置から抽出した。吸着原料は、14.99質量%のエチルベンゼン、20.14質量%のp-キシレン、42.25質量%のm-キシレン、21.75質量%のo-キシレンおよび0.87質量%の非芳香族炭化水素成分からなるものであった。循環ポンプ流量を3960ml/hに設定し、4つの流れを、70秒毎に、液体の流れ方向と同じ方向に、1本の吸着カラムずつ移動させた(図12では、実線の位置から波線の位置へ。以降はこれから類推)。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.58質量%であり、収率は97.15質量%であった。
〔実施例12〕
小型模擬移動床装置に吸着剤Bを装填し、実施例11の方法に従って、m-キシレンの吸着分離実験を行った。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.62質量%であり、収率は97.29質量%であった。
小型模擬移動床装置に吸着剤Bを装填し、実施例11の方法に従って、m-キシレンの吸着分離実験を行った。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.62質量%であり、収率は97.29質量%であった。
〔比較例7〕
小型模擬移動床装置に比較用吸着剤Fを装填し、実施例11の方法に従って、m-キシレンの吸着分離実験を行った。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.51質量%であり、収率は91.53質量%であった。
小型模擬移動床装置に比較用吸着剤Fを装填し、実施例11の方法に従って、m-キシレンの吸着分離実験を行った。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.51質量%であり、収率は91.53質量%であった。
〔比較例8〕
小型模擬移動床装置に比較用吸着剤Hを装填し、実施例11の方法に従って、m-キシレンの吸着分離実験を行った。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.52質量%であり、収率は89.77質量%であった。
小型模擬移動床装置に比較用吸着剤Hを装填し、実施例11の方法に従って、m-キシレンの吸着分離実験を行った。安定操作状態で得られたm-キシレンの純度は99.52質量%であり、収率は89.77質量%であった。
Claims (21)
- 94~99.9質量%のY分子篩および0.1~6質量%の基質を含み、前記Y分子篩は非結晶転移Y分子篩および結晶転移によって生成されるY分子篩からなり、前記非結晶転移Y分子篩は20~450ナノメートルの結晶粒径を有するメソポーラスナノY分子篩であって2種のメソポーラス細孔を含み、それぞれ5~20ナノメートルおよび25~50ナノメートルの最も出現可能性の高い細孔直径を有する、m-キシレン吸着剤。
- 98~99.9質量%のY分子篩および0.1~2質量%の基質を含む、請求項1に記載の吸着剤。
- 84~93質量%の非結晶転移Y分子篩、結晶転移によって生成された1~15.9質量%のY分子篩および0.1~6質量%の基質を含む、請求項1に記載の吸着剤。
- 前記吸着剤が、84~93質量%の非結晶転移Y分子篩、結晶転移によって生成された5~15.9質量%のY分子篩および0.1~2質量%の基質を含むことを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の吸着剤。
- 前記メソポーラスナノY分子篩がナノスケールY分子篩結晶粒の自己凝集体であり、前記自己凝集体は、0.5~1.5ミクロンの粒径を有し、前記自己凝集体中のナノスケールY分子篩結晶粒は、20~400ナノメートルの粒径を有することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の吸着剤。
- 前記メソポーラスナノY分子篩のSiO2/Al2O3のモル比は、4.0~5.5であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の吸着剤。
- 前記メソポーラスナノY分子篩が、740~1000m2/gの比表面積、0.40~0.65cm3/gの全細孔体積、および0.08~0.35cm3/gのメソポーラス細孔体積を有することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の吸着剤。
- 前記メソポーラスナノY分子篩が、それぞれ10~20ナノメートルおよび30~50ナノメートルの最も出現可能性の高い細孔直径を有することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の吸着剤。
- 以下の工程を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の吸着剤を調製する方法:
(1)非結晶転移NaY分子篩と、カオリン鉱物と、珪素源と、成形助剤とを均一に混合し、ペレットにボール圧延成形し、乾燥後、530~600℃で焼成し、ここで、非結晶転移NaY分子篩と前記カオリン鉱物との質量比は85~94:6~15であり、添加した珪素源に含まれる二酸化珪素のカオリン鉱物に対する質量比は、0.1~3.6である;
(2)工程(1)の焼成後に得られたペレットを、その中のカオリン鉱物がin-situ結晶化されてY分子篩になるように、水酸化ナトリウムまたは水酸化ナトリウムと水ガラスとの混合溶液を用いて85~100℃でin-situ結晶化させ、次いで洗浄し、乾燥させる。 - 工程(1)におけるカオリン鉱物が、カオリナイト、ディッカイト、パーライト、オーブンストン、ハロイサイト、又はこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 工程(1)における成形助剤が、リグニン、セスバニア粉末、乾燥デンプン、カルボキシメチルセルロースおよび活性炭の少なくとも1つから選択されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 工程(1)における珪素源が、オルト珪酸エチル、シリカゾル、水ガラス、珪酸ナトリウム、シリカゲル、およびホワイトカーボンブラックのうちの1つ以上から選択され、添加された珪素源に含まれる二酸化珪素のカオリン鉱物に対する質量比が0.2~3.0であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 工程(2)におけるin-situ結晶化の液体/固体比が1.5~5.0L/kgであることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 工程(2)において、in-situ結晶化に水酸化ナトリウム溶液を用いる場合、使用する水酸化ナトリウム溶液中の水酸化物イオンの濃度は、好ましくは0.1~3.0mol/Lであり;in-situ結晶化に水酸化ナトリウムと水ガラスとの混合溶液を用いる場合、水酸化ナトリウムの含有量は2~10質量%であり、二酸化珪素の含有量は1~6質量%であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 工程(1)の非結晶転移NaY分子篩の調製方法が以下の工程を含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法:
(I)0~5℃の珪素源およびアルミニウム源をとり、水酸化ナトリウムおよび水を添加して均一に混合することにより分子篩合成系を形成し、ここで、各原料のモル比はSiO2/Al2O3=5.5~9.5、Na2O/SiO2=0.1~0.3、H2O/SiO2=5~25であり、合成系の温度は1~8℃である、
(II)工程(I)の分子篩合成系を、20~40℃で10~48時間静的にエイジングさせた後、90~150℃で2~10時間、静的に結晶化させ、2~10分間撹拌し、続けて11~20時間静的に結晶化させた後、得られた固体を洗浄し、乾燥させる。 - 工程(I)における前記分子篩合成系における各原料のモル比が、SiO2/Al2O3=7~9、Na2O/SiO2=0.1~0.25、H2O/SiO2=8~20であることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 工程(II)において、分子篩合成系を20~40℃で15~30時間静的にエイジングさせ、次いで90~120℃で4~9時間静的に結晶化させ、2~10分間撹拌し、続けて11~15時間静的に結晶化させることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 工程(I)における前記アルミニウム源が、低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム溶液、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびアルミン酸ナトリウムのうちの1つ以上から選択されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 低アルカリ度メタアルミン酸ナトリウム溶液中のAl2O3の含有量が17~28質量%であり、Na2Oの含有量が19~30質量%であることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 前記珪素源がシリカゾルまたは水ガラスから選択されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 前記水ガラス中のSiO2含有量が25~38質量%であり、Na2O含有量が9~15質量%であることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
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