JP2534871B2 - Method for synthesizing zeolite ZSM-5 - Google Patents

Method for synthesizing zeolite ZSM-5

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JP2534871B2 JP62150168A JP15016887A JP2534871B2 JP 2534871 B2 JP2534871 B2 JP 2534871B2 JP 62150168 A JP62150168 A JP 62150168A JP 15016887 A JP15016887 A JP 15016887A JP 2534871 B2 JP2534871 B2 JP 2534871B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、石油化学の分野において触媒等として有用
なゼオライトZSM−5の合成方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for synthesizing zeolite ZSM-5 useful as a catalyst and the like in the field of petrochemistry.

(従来の技術) ゼオライトZSM−5を合成する方法としては、各種の
含窒素有機化合物をテンプレートとして用いる方法が提
案されている。例えば、各種四級アンモニウム塩を用い
る方法〔Zeolite Molecular Sieves,304〜312;D.W.Brec
h著,Wiley Inter Science(1974)〕、アミド類を用い
る方法(USP4,472,366)等が挙げられる。また、本出願
人も以前に、ZSM−5を安価に、しかも、高純度で製造
する方法として、低級アルキル尿素を用いる方法を提案
している(特開昭62−36017号)。
(Prior Art) As a method for synthesizing zeolite ZSM-5, a method using various nitrogen-containing organic compounds as templates has been proposed. For example, a method using various quaternary ammonium salts [Zeolite Molecular Sieves, 304-312; DWBrec
H., Wiley Inter Science (1974)], a method using amides (USP 4,472,366) and the like. The present applicant has also previously proposed a method using a lower alkylurea as a method for producing ZSM-5 at low cost and with high purity (Japanese Patent Laid-Open No. 36017/1987).

一方、近年有機物を用いないZSM−5類似ゼオライト
の合成法も幾つか提案されている(特公昭56−49851
号、特開昭56−37215号、特公昭61−59246号)。
On the other hand, in recent years, some methods for synthesizing ZSM-5-like zeolite without using organic substances have been proposed (Japanese Patent Publication No. 56-49851).
No. 56-37215, Japanese Patent Publication No. 61-59246).

(発明が解決しようとする問題点) 各種の含窒素有機化合物を用いる方法は、通常、多量
の有機化合物を用いるため、生成したZSM−5中に多量
の有機物を含有する。これらの有機物は、通常に行なわ
れるイオン交換法で除去することができないため、通
常、イオン交換の前に500℃以上の高温での空気焼成に
よつて除去する必要があつた。しかしながら、このよう
な高温焼成では、ゼオライトの格子からの脱アルミニウ
ムが起り、触媒性能の低下をもたらすという問題があつ
た。一方、高温焼成の代りに、過マンガン酸塩や過酸化
水素等の酸化剤を用いて液相で、ある種の有機物を含有
するゼオライトから有機物を酸化除去する方法が提案さ
れている(特開昭57−135718号)。しかしながら、この
方法においても、完全に含窒素有機化合物を除去するこ
とは困難なため、やはり触媒性能の低下をもたらすとい
う問題があつた。
(Problems to be Solved by the Invention) In the method using various nitrogen-containing organic compounds, a large amount of organic compounds are usually used, and thus a large amount of organic substances are contained in the produced ZSM-5. Since these organic substances cannot be removed by a commonly used ion exchange method, it is usually necessary to remove them by air calcination at a high temperature of 500 ° C. or higher before ion exchange. However, such high temperature calcination has a problem that dealumination from the zeolite lattice occurs, resulting in deterioration of catalyst performance. On the other hand, instead of high-temperature calcination, a method has been proposed in which an organic substance is oxidized and removed from a zeolite containing a certain organic substance in a liquid phase using an oxidizing agent such as permanganate or hydrogen peroxide (JP 57-135718). However, even in this method, it is difficult to completely remove the nitrogen-containing organic compound, so that there is a problem in that the catalytic performance is deteriorated.

また、これらの有機化合物の使用量を減らした場合に
は、ゼオライトZSM−5が生成しないか、または多量の
副生物が生成するという問題があり、触媒として満足な
活性を有するものを得ることはできなかつた。
Further, when the amount of these organic compounds used is reduced, there is a problem that zeolite ZSM-5 is not produced or a large amount of by-products are produced, and it is not possible to obtain a catalyst having a satisfactory activity. I couldn't do it.

一方、有機物を用いない合成法は、本質的に酸化除去
工程を必要としない利点はあるが、この系はモルデナイ
トを非常に副生し易いという問題と、初期に生成したZS
M−5が逐次的に急激にモルデナイトやα−石英へと変
化していくという問題があつた。
On the other hand, the synthetic method without using an organic substance has an advantage that an oxidation removal step is not essentially required, but this system has a problem that mordenite is very easily produced as a by-product, and ZS produced in the early stage
There is a problem that M-5 changes rapidly to mordenite and α-quartz sequentially.

(問題点を解決するための手段) 本発明者は、以上のような問題点を解決するため鋭意
検討を行なつた結果、テンプレートとして低級アルキル
尿素を用いる系で、原料をある限定された組成範囲とpH
にすることによつて、使用する低級アルキル尿素の量を
極めて少量にすることができ、しかも、高純度で安定性
よくZSM−5が得られることを見い出し、本発明を完成
するに至つた。
(Means for Solving Problems) The inventors of the present invention have conducted diligent studies to solve the above problems, and as a result, in a system using a lower alkylurea as a template, the raw material has a limited composition. Range and pH
According to the above, it was found that the amount of lower alkyl urea used can be made extremely small, and ZSM-5 with high purity and stability can be obtained, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、シリカ源、アルミナ源、アルカ
リ金属源を含む水性混合物を、低級アルキル尿素の共存
下で加熱結晶化させてゼオライトZSM−5を合成する際
に、水性混合物のpHが10〜12で、かつ、その組成が下記
の範囲であることを特徴とするゼオライトZSM−5の合
成法を提供するものである。
That is, according to the present invention, when an aqueous mixture containing a silica source, an alumina source and an alkali metal source is heated and crystallized in the presence of a lower alkylurea to synthesize zeolite ZSM-5, the pH of the aqueous mixture is 10 to 10. It also provides a method for synthesizing zeolite ZSM-5, which is characterized in that the composition is 12 and the composition thereof is in the following range.

SiO2/Al2O3=20〜40 H2O/SiO2=7〜100 M2O/SiO2=0.1〜1.0 A/SiO2=0.00025〜0.005 (ただし、Mはアルカリ金属、Aは低級アルキル尿素を
表わし、A以外は酸化物のグラムモル換算、Aはグラム
モルで表わす。) 本発明の方法によれば、極めて少量の低級アルキル尿
素を用いるだけで、高結晶化度のZSM−5を高純度で得
ることができる。このことは、廃水処理等の簡略化や経
済性の面で有利である。さらに、本発明の有利な点は、
このように少量の低級アルキル尿素を使用しても、生成
したZSM−5中に含窒素有機化合物が含まれているが、
驚くべきことに、この生成物中に含まれる含窒素有機化
合物は、イオン交換操作のみでゼオライトから大部分を
除去することができる点である。このことは、通常行な
われている高温での焼成や、液相での酸化剤を用いる酸
化除去工程が必要なくなることを意味し、工程の簡略化
ならびに経済性の面で有利なだけでなく、これらの除去
工程での触媒性能を低下をなくすという点でも極めて有
利なことである。なぜ、このようなイオン交換操作のみ
で有機物を除くことができるのかは明らかでないが、テ
ンプレートが低級アルキル尿素であることと、それを極
めて少量用いることの組み合せに起因するものと考えら
れる。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 20 to 40 H 2 O / SiO 2 = 7 to 100 M 2 O / SiO 2 = 0.1 to 1.0 A / SiO 2 = 0.00025 to 0.005 (where M is an alkali metal and A is lower) Alkylurea is expressed, and gram mols of oxides other than A are converted, and A is expressed in gram mol.) According to the method of the present invention, ZSM-5 having high crystallinity can be increased by using an extremely small amount of lower alkylurea. It can be obtained in purity. This is advantageous in terms of simplification of wastewater treatment and economic efficiency. Further, the advantage of the present invention is that
Even if a small amount of lower alkyl urea is used, the produced ZSM-5 still contains nitrogen-containing organic compounds.
Surprisingly, most of the nitrogen-containing organic compounds contained in this product can be removed from the zeolite by an ion exchange operation. This means that the usual firing at high temperature or the oxidation removal step using an oxidizing agent in the liquid phase is not necessary, which is not only advantageous in terms of process simplification and economy, It is also extremely advantageous in that the deterioration of the catalyst performance in the removal step is eliminated. It is not clear why the organic matter can be removed only by such an ion exchange operation, but it is considered that this is due to the combination of the lower alkyl urea template and the use of an extremely small amount thereof.

一方、本発明には、もう一つの特徴がある。それは、
低級アルキル尿素の量が非常に少ないにもかかわらず、
有機物を用いない系に比べて、生成するZSM−5の相が
極めて安定で、モルデナイトやα−石英への逐次的な変
化が極めて遅いことである。このことは、結果として高
純度のZSM−5を得易いことを意味しており、工業的に
実施する上で非常に有利となる。
On the other hand, the present invention has another feature. that is,
Despite the very low amount of lower alkyl urea,
This is because the phase of ZSM-5 produced is extremely stable and the sequential conversion to mordenite or α-quartz is extremely slow as compared with the system using no organic matter. This means that high-purity ZSM-5 can be easily obtained as a result, which is very advantageous for industrial implementation.

本発明に用いられるシリカ源としては、通常ゼオライ
ト合成に用いられるケイ酸ソーダ、水ガラス、シリカゾ
ル、シリカゲル、無水ケイ酸等が使用できるが、好まし
いのは水ガラスである。
As the silica source used in the present invention, sodium silicate, water glass, silica sol, silica gel, silicic acid anhydride and the like which are usually used for zeolite synthesis can be used, but water glass is preferable.

本発明に用いられるアルミナ源としては、通常ゼオラ
イト合成に用いられる硫酸アルミニウム、硫酸アルミニ
ウム、アルミン酸ソーダ、水酸化アルミニウム、アルミ
ナ等が使用される。
As the alumina source used in the present invention, aluminum sulfate, aluminum sulfate, sodium aluminate, aluminum hydroxide, alumina and the like which are usually used for zeolite synthesis are used.

本発明に用いられるアルカリ金属源としては、通常ゼ
オライト合成に用いられるアルカリ金属の硫酸塩、硝酸
塩、ハロゲン化物、水酸化物、アルミン酸塩等が使用で
きるが、好ましいのは水酸化物である。また、アルカリ
金属の中でも好ましいのはナトリウムである。
As the alkali metal source used in the present invention, sulfates, nitrates, halides, hydroxides, aluminates and the like of alkali metals usually used in zeolite synthesis can be used, but hydroxides are preferred. Among the alkali metals, sodium is preferable.

本発明における低級アルキル尿素とは、一般式 で表わされ、R1,R2,R3の1ないし2が炭素数3以下のア
ルキル基であり、残りが水素原子よりなる化合物であ
る。好ましい低級アルキル尿素としては、メチル尿素、
1,3−ジメチル尿素、1,1−ジメチル尿素、エチル尿素、
1,1−ジエチル尿素、1,3−ジエチル尿素、n−プロピル
尿素、i−プロピル尿素、1−メチル−1−エチル尿
素、1−メチル−3−エチル尿素等が挙げられる。もつ
とも好ましいのはジメチル尿素である。
The lower alkyl urea in the present invention has the general formula In expressed, to 1 of R 1, R 2, R 3 2 is an alkyl group having 3 or less carbon atoms, a compound remainder consisting of hydrogen atoms. Preferred lower alkyl urea is methyl urea,
1,3-dimethylurea, 1,1-dimethylurea, ethylurea,
1,1-diethylurea, 1,3-diethylurea, n-propylurea, i-propylurea, 1-methyl-1-ethylurea, 1-methyl-3-ethylurea and the like can be mentioned. Most preferred is dimethylurea.

本発明における水性混合物中のシリカ源、アルミナ
源、アルカリ金属源、低級アルキル尿素源の組成は、下
記の範囲である。
The composition of the silica source, the alumina source, the alkali metal source, and the lower alkyl urea source in the aqueous mixture in the present invention is in the following range.

SiO2/Al2O3=20〜40 H2O/SiO2=7〜100 M2O/SiO2=0.1〜1.0 A/SiO2=0.00025〜0.005 (ただし、Mはアルカリ金属、Aは低級アルキル尿素を
表わし、A以外は酸化物のグラムモル換算、Aはグラム
モルで表わす。) SiO2/Al2O3モル比が20に満たない場合は、モルデナイ
トの副生が多く、また、40を超えると、α−石英の副生
が多くなる。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 20 to 40 H 2 O / SiO 2 = 7 to 100 M 2 O / SiO 2 = 0.1 to 1.0 A / SiO 2 = 0.00025 to 0.005 (where M is an alkali metal and A is lower) Alkylurea, except for A, converted to gram moles of oxides, A is expressed in gram moles.) When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is less than 20, there are many mordenite by-products, and more than 40. Then, the by-product of α-quartz increases.

H2O/SiO2モル比が7に満たないと、水性混合物の粘度
が高すぎて原料ゲルの組成が不均一になるため好しくな
く、また、100を超えると、反応速度の低下のため生産
性が低くなる。
If the H 2 O / SiO 2 molar ratio is less than 7, the viscosity of the aqueous mixture will be too high and the composition of the raw gel will be non-uniform, and if it exceeds 100, the reaction rate will decrease. Productivity is low.

M2O/SiO2モル比が0.1に満たない場合は、結晶が得ら
れ難く、また、1.0を超えると、α−石英の副生が著し
くなる。
When the M 2 O / SiO 2 molar ratio is less than 0.1, it is difficult to obtain crystals, and when it exceeds 1.0, α-quartz becomes a by-product.

A/SiO2モル比が0.00025に満たない場合は、生成するZ
SM−5のモルデナイトへの変化が速く、結果としてモル
デナイトの副生が多く、また、0.005を超えると、生成
したZSM−5中に含まれる含窒素有機化合物をイオン交
換のみでは除去できなくなる。
When the A / SiO 2 molar ratio is less than 0.00025, Z is generated.
The change of SM-5 to mordenite is fast, and as a result, there are many by-products of mordenite, and when it exceeds 0.005, the nitrogen-containing organic compound contained in the produced ZSM-5 cannot be removed only by ion exchange.

本発明における水性混合物のpHは、10〜12に調整する
必要がある。pHが10より低い場合は、結晶を得ることが
困難であり、また、12より高い場合は、モルデナイトの
副生が多くなる。好ましいpHは10.4〜11.5である。この
水性混合物のpH調整は、酸とアルカリの量で調整され
る。その場合に用いる酸としては、硫酸、塩酸、硝酸等
の無機酸が挙げられるが、好ましいのは硫酸である。
The pH of the aqueous mixture in the present invention needs to be adjusted to 10-12. When the pH is lower than 10, it is difficult to obtain crystals, and when the pH is higher than 12, the mordenite by-product is increased. The preferred pH is 10.4-11.5. The pH adjustment of this aqueous mixture is adjusted by the amount of acid and alkali. Examples of the acid used in that case include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, with sulfuric acid being preferred.

本発明における水性混合物中には、必要に応じて種結
晶または種スラリーを共存させることができる。これら
のものを共存させた場合は、合成時間が短くなること
や、微粒子の結晶が得られるという有利な点があるが、
逆に大結晶を得るためには不利となる。種結晶または種
スラリーを用いる場合の水性混合物の組成とは、これら
のものを含んだ組成を表わす。
Seed crystals or seed slurry can be made to coexist in the aqueous mixture in the present invention, if necessary. When these substances coexist, there are advantages that the synthesis time is shortened and fine particle crystals are obtained.
On the contrary, it is disadvantageous to obtain a large crystal. When a seed crystal or seed slurry is used, the composition of the aqueous mixture refers to the composition including these.

本発明における合成温度は90ないし250℃、好ましく
は100ないし200℃、さらに好ましくは130ないし190℃で
ある。圧力は反応物が液相を保つ限りどのような圧力で
もよいが、水蒸気による自己発生圧力下で実施するのが
好適である。また、合成時間は温度に依存するため特に
限定はないが、通常、5ないし100時間の範囲である。
The synthesis temperature in the present invention is 90 to 250 ° C, preferably 100 to 200 ° C, more preferably 130 to 190 ° C. The pressure may be any pressure as long as the reactant remains in the liquid phase, but it is preferably carried out under the self-generated pressure of steam. The synthesis time is not particularly limited because it depends on the temperature, but it is usually in the range of 5 to 100 hours.

本発明においては、合成を撹拌下において実施するの
が好ましい。
In the present invention, it is preferable to carry out the synthesis under stirring.

本発明において合成されたゼオライトZSM−5は、必
要に応じてプロトンまたは種々の金属陽イオンと公知の
方法によりイオン交換して、種々のカチオン型ZSM−5
にすることができる。特に固体酸として用いる場合に
は、硝酸、硫酸、塩酸等の無機酸でイオン交換してH型
にすることが好ましい。
The zeolite ZSM-5 synthesized in the present invention is ion-exchanged with a proton or various metal cations by a known method, if necessary, to give various cation-type ZSM-5.
Can be In particular, when it is used as a solid acid, it is preferably ion-exchanged with an inorganic acid such as nitric acid, sulfuric acid or hydrochloric acid to form the H type.

本発明により合成されたゼオライトZSM−5は、触媒
として種々の反応に用いることができる。例えば、オレ
フインやシクロオレフインの水和反応、メタノールから
の炭化水素の合成、パラフインやオレフインからの芳香
族の合成等が挙げられる。
The zeolite ZSM-5 synthesized by the present invention can be used as a catalyst in various reactions. For example, hydration reaction of olefin or cycloolefin, synthesis of hydrocarbon from methanol, synthesis of aromatic from paraffin or olefin, and the like can be mentioned.

(発明の効果) 本発明の方法によれば、ゼオライトZSM−5を非常に
選択性よく合成でき、また、触媒とする場合にも、有機
物の酸化除去工程を経ずに、直接イオン交換ができるた
め高活性な触媒を得ることができる。これらのことは、
工業的に実施する上で非常に有利となる。
(Effects of the Invention) According to the method of the present invention, zeolite ZSM-5 can be synthesized with extremely high selectivity, and even when it is used as a catalyst, direct ion exchange can be performed without going through an oxidation removal step of organic substances. Therefore, a highly active catalyst can be obtained. These things
It is very advantageous for industrial implementation.

(実施例) 次に、実施例を挙げて本発明を説明する。ただし、本
発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES Next, the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

実施例1 水ガラス(SiO2 25.2重量%、Al2O3 0.065重量%、Na
2O7.35重量%、H2O 67.5重量%)(以下の実施例、比較
例では同じ水ガラスを使用する)129gにNaOH 0.64gとH2
O133gを加えた溶液に、Al2(SO4・16H2O 9.7gと1,3
−ジメチル尿素0.1gをH2O230gに溶かした溶液を撹拌し
ながら加え、さらに、4.6重量%の硫酸139.4gを加えて
均質なゲルを得た。このゲルの組成は下記の値であり、
また、pHは10.6であつた。
Example 1 Water glass (SiO 2 25.2% by weight, Al 2 O 3 0.065% by weight, Na
2 O 7.35 wt%, H 2 O 67.5 wt%) (The same water glass is used in the following examples and comparative examples) 129 g, NaOH 0.64 g and H 2
The solution was added O133g, Al 2 (SO 4) 3 · 16H 2 O 9.7g and 1,3
A solution of 0.1 g of dimethylurea in 230 g of H 2 O was added with stirring, and 139.4 g of 4.6 wt% sulfuric acid was added to obtain a homogeneous gel. The composition of this gel is the following values,
The pH was 10.6.

SiO2/Al2O3=35 H2O/SiO2=52 Na2O/SiO2=0.29 1,3−ジメチル尿素/SiO2=0.0029 この原料ゲルを1のオートクレーブ中で、185℃、6
0時間撹拌しながら結晶化させた。得られた結晶を
過、洗浄した後、120℃で4時間乾燥した後のX線回折
図を第1図に示す。第1図より、この生成物はZSM−5
であり、モルデナイトやα−石英をほとんど含まないこ
とが分つた。また、ケイ光X線分析より求めたSiO2/Al2
O3比は28であり、走査型電子顕微鏡で測定した結晶の大
きさは、厚さが約1ミクロンで、幅が約3ミクロンの板
状結晶であつた。また、元素分析より求めた生成物中の
炭素と窒素の量は、炭素が0.10重量%、窒素が0.15重量
%であつた。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 35 H 2 O / SiO 2 = 52 Na 2 O / SiO 2 = 0.29 1,3-Dimethylurea / SiO 2 = 0.0029 This raw material gel was placed in an autoclave of 1 at 185 ° C. and 6
Crystallized with stirring for 0 hours. The X-ray diffraction pattern after the obtained crystals were washed excessively and dried at 120 ° C. for 4 hours is shown in FIG. From FIG. 1, this product is ZSM-5.
Therefore, it was found that mordenite and α-quartz were scarcely contained. In addition, SiO 2 / Al 2 obtained by fluorescent X-ray analysis
The O 3 ratio was 28, and the size of the crystal measured by a scanning electron microscope was a plate crystal having a thickness of about 1 micron and a width of about 3 micron. The amounts of carbon and nitrogen in the product obtained by elemental analysis were 0.10% by weight of carbon and 0.15% by weight of nitrogen.

このZSM−5を1N HNO3中で4時間室温でイオン交換し
た後、過、洗浄、120℃で4時間乾燥してH−ZSM−5
を得た。このH−ZSM−5の元素分析より求めた炭素と
窒素の量は、炭素は検出されず、窒素が0.02重量%であ
つた。このことから、含窒素有機化合物はイオン交換に
よつて、ほとんどゼオライトから除去されたことが分
る。さらに、このH−ZSM−Tの酸性度を液相イオン交
換−アルカリ滴定法(Fifth International Conference
on Zeolites,1980,P335)によつて測定したところ、酸
性度は1.03mmol/gであり、SiO2/Al2O3比から求められる
理論酸量1.10mmol/gに非常に近いことが分つた。
This ZSM-5 was subjected to ion exchange in 1N HNO 3 for 4 hours at room temperature, then washed, washed and dried at 120 ° C. for 4 hours to obtain H-ZSM-5.
I got Regarding the amounts of carbon and nitrogen determined by the elemental analysis of H-ZSM-5, carbon was not detected and nitrogen was 0.02% by weight. From this, it can be seen that most of the nitrogen-containing organic compounds were removed from the zeolite by ion exchange. Furthermore, the acidity of this H-ZSM-T was measured by the liquid phase ion exchange-alkali titration method (Fifth International Conference).
on Zeolites, 1980, P335), the acidity was 1.03 mmol / g, which was very close to the theoretical acid amount of 1.10 mmol / g calculated from the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio. .

比較例1 1,3−ジメチル尿素を1.0g用いた以外は、実施例1と
同じ組成の原料を用いて均質なゲルを得た。このゲルの
組成は下記の値であり、pHは10.8であつた。
Comparative Example 1 A homogeneous gel was obtained by using the raw materials having the same composition as in Example 1 except that 1.0 g of 1,3-dimethylurea was used. The composition of this gel had the following values and pH was 10.8.

SiO2/Al2O3=35 H2O/SiO2=52 Na2O/SiO2=0.29 1,3−ジメチル尿素/SiO2=0.029 このゲルを1のオートクレーブに仕込んで、185℃
で60時間結晶化させた。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 35 H 2 O / SiO 2 = 52 Na 2 O / SiO 2 = 0.29 1,3-Dimethylurea / SiO 2 = 0.029 This gel was placed in an autoclave of 1 and heated to 185 ° C.
It was crystallized for 60 hours.

得られた結晶を過、洗浄、120℃で4時間乾燥した
後のX線回折分析より、生成物はZSM−5であり、モル
デナイトやα−石英をほとんど含んでいないことが分つ
た。また、ケイ光X線分析より求めたSiO2/Al2O3比は28
であり、走査型電子顕微鏡測定より求めた結晶の大きさ
は、厚さが約1ミクロン、幅が約3ミクロンの板状結晶
であつた。また、元素分析より求めた生成物中の炭素と
窒素の量は、炭素が0.5重量%、窒素が0.8重量%であつ
た。
X-ray diffraction analysis after the obtained crystals were washed, washed and dried at 120 ° C. for 4 hours revealed that the product was ZSM-5 and contained almost no mordenite or α-quartz. In addition, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio determined by fluorescent X-ray analysis is 28.
The size of the crystal obtained by measurement with a scanning electron microscope was a plate crystal having a thickness of about 1 micron and a width of about 3 micron. The amounts of carbon and nitrogen in the product obtained by elemental analysis were 0.5% by weight of carbon and 0.8% by weight of nitrogen.

このZSM−5を1N HNO3中で、4時間室温でイオン交換
した後、過、洗浄、120℃で4時間乾燥して得たH−Z
SM−5の元素分析より求めた炭素と窒素の量は、炭素が
0.2重量%、窒素が0.3重量%であつた。また、酸性度測
定より求めた酸性度は0.80mmol/gであつた。
HZ obtained by subjecting this ZSM-5 to ion exchange in 1N HNO 3 for 4 hours at room temperature, then rinsing, washing and drying at 120 ° C. for 4 hours
The amount of carbon and nitrogen determined by elemental analysis of SM-5
It was 0.2% by weight and nitrogen was 0.3% by weight. The acidity determined by measuring the acidity was 0.80 mmol / g.

以上の結果より、このような含窒素有機化合物を多く
用いる系では、イオン交換のみでは生成物中に含まれる
含窒素有機化合物を完全に除去することができないこと
が分る。
From the above results, it can be seen that the nitrogen-containing organic compound contained in the product cannot be completely removed only by ion exchange in the system in which a large amount of the nitrogen-containing organic compound is used.

実施例2 水ガラス100gにNaOH 0.8gとH2O 133gを加えた溶液
に、Al2(SO4・16H2O 9.7gと1,3−ジメチル尿素0.0
5gを水230gに溶かした溶液を撹拌しながら加え、さら
に、4.6重量%硫酸140gを加えて均質なゲルを得た。こ
のゲルの組成は下記の値であり、pHは11.0であつた。
Example 2 To a solution prepared by adding 0.8 g of NaOH and 133 g of H 2 O to 100 g of water glass, 9.7 g of Al 2 (SO 4 ) 3 · 16H 2 O and 0.0 of 1,3-dimethylurea were added.
A solution prepared by dissolving 5 g in 230 g of water was added with stirring, and 140 g of 4.6% by weight sulfuric acid was further added to obtain a homogeneous gel. The composition of this gel had the following values and the pH was 11.0.

SiO2/Al2O3=26.2 H2O/SiO2=74 Na2O/SiO2=0.31 1,3−ジメチル尿素/SiO2=0.00135 このゲルを1のオートクレーブに仕込んで、190℃
で撹拌しながら、経時的にスラリーを抜き出し、過、
洗浄、120℃で乾燥した後、X線回折分析により、結晶
相の変化を追つた。その結果を第2図に示す。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 26.2 H 2 O / SiO 2 = 74 Na 2 O / SiO 2 = 0.31 1,3-dimethylurea / SiO 2 = 0.00135 This gel was placed in an autoclave at 1 and at 190 ° C.
While stirring with, extract the slurry over time,
After washing and drying at 120 ° C., the change in crystal phase was followed by X-ray diffraction analysis. The results are shown in FIG.

第2図から明らかなように、本系では、生成するZSM
−5の相が極めて安定であり、非常に純度の高いZSM−
5が得られることが分る。
As is clear from Fig. 2, in this system, the generated ZSM
-5 phase is extremely stable and very pure ZSM-
It turns out that 5 is obtained.

比較例2 1,3−ジメチル尿素を用いないこと以外は、実施例2
と同じ組成で均質なゲルを得た。このゲルのpHは10.8で
あつた。このゲルを1のオートクレーブに仕込んで、
実施例2と同じ条件で経時変化を追つた。その結果を第
3図に示す。
Comparative Example 2 Example 2 except that 1,3-dimethylurea was not used.
A homogeneous gel was obtained with the same composition as. The pH of this gel was 10.8. Charge this gel in 1 autoclave,
The change over time was followed under the same conditions as in Example 2. FIG. 3 shows the results.

第3図から明らかなように、有機物を用いない系で
は、生成するZSM−5のモルデナイト、α−石英への相
変化が急激に起り、高純度のZSM−5を得難いことが分
る。
As is clear from FIG. 3, in the system using no organic substance, the phase change of the produced ZSM-5 into mordenite and α-quartz suddenly occurs, which makes it difficult to obtain high-purity ZSM-5.

実施例3 (1) 種スラリー合成 水ガラス8.06kgにNaOH 0.04kgとH2O 3.2kgを加えた溶
液に、Al2(SO4・16H2O 0.606kgと1,3−ジメチル尿
素9.4gをH2O14.4kgに溶かした溶液を撹拌しながら加
え、4.6重量%の硫酸10.6kgを加えて均質なゲルを得
た。このゲルを50のオートクレーブに仕込み、250rpm
の撹拌条件下で、200℃で3時間合成反応を行つた。
Example 3 (1) Seed slurry synthesis A solution of 8.06 kg of water glass and 0.04 kg of NaOH and 3.2 kg of H 2 O was added to 0.606 kg of Al 2 (SO 4 ) 3 · 16H 2 O and 9.4 of 1,3-dimethylurea. A solution of g in H 2 O 14.4 kg was added with stirring, and 4.6 wt% sulfuric acid 10.6 kg was added to obtain a homogeneous gel. Charge this gel in 50 autoclave, 250 rpm
The synthesis reaction was carried out at 200 ° C. for 3 hours under the stirring conditions of.

得られたスラリーの一部を過、洗浄した後、120℃
で4時間乾燥してX線回折分析を行つた。その結果、生
成物は結晶化度が20%のZSM−5であつた。
120 ℃ after washing a part of the obtained slurry
X-ray diffraction analysis was performed after drying for 4 hours. As a result, the product was ZSM-5 having a crystallinity of 20%.

(2) 本合成 水ガラス5.65kgにNaOH 0.028kgとH2O 2.21kgを加えた
溶液を50のオートクレーブに仕込み、密閉した後、撹
拌しながらスラリーポンプで、(1)で合成した種スラ
リー10.5kgを加える。さらに、ポンプでAl2(SO4
16H2O 0.424kgと1,3−ジメチル尿素10gをH2O 10.08kgに
溶かした溶液を加え、最後に4.6重量%の硫酸6.12kgを
加えた。この原料スラリーの組成は下記の値であり、pH
は11.1であつた。
(2) Synthetic water glass 5.65 kg of NaOH 0.028 kg and H 2 O 2.21 kg was added to a solution in a 50 autoclave, which was sealed and stirred with a slurry pump using a seed slurry 10.5 synthesized in (1). Add kg. In addition, pump Al 2 (SO 4 ) 3
A solution of 0.424 kg of 16H 2 O and 10 g of 1,3-dimethylurea in 10.08 kg of H 2 O was added, and finally, 6.12 kg of 4.6% by weight sulfuric acid was added. The composition of this raw material slurry is the following value, pH
Was 11.1.

SiO2/Al2O3=36.5 H2O/SiO2=55 Na2O/SiO2=0.21 1,3−ジメチル尿素/SiO2=0.0035 この原料スラリーを150℃で30時間、260rpmの撹拌条
件下に結晶化させた。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 36.5 H 2 O / SiO 2 = 55 Na 2 O / SiO 2 = 0.21 1,3-Dimethylurea / SiO 2 = 0.0035 This raw material slurry is stirred at 150 ° C. for 30 hours at 260 rpm. Crystallized below.

得られたスラリーを遠心過機で過、洗浄した後の
ケークを1Nの硝酸に入れ、10重量%スラリーとして4時
間イオン交換を行つた。イオン交換後のスラリーは、再
び遠心過機で過、洗浄後、120℃で12時間乾燥し
た。
The cake obtained after being filtered and washed with a centrifugal separator was put into 1N nitric acid to make a 10 wt% slurry, and ion exchange was carried out for 4 hours. The ion-exchanged slurry was again passed through a centrifugal separator, washed, and then dried at 120 ° C. for 12 hours.

こうして得られた結晶のX線回折図を第4図に示す。
この第4図より、生成物はZSM−5であり、ほとんどモ
ルデナイトを含んでいないことが分つた。また、ケイ光
X線分析より求めたSiO2/Al2O3比は29であり、元素分析
より求めた生成物中の炭素と窒素の量は、炭素は検出さ
れず、窒素も0.03重量%と極めてわずかであつた。
The X-ray diffraction pattern of the thus obtained crystal is shown in FIG.
From FIG. 4, it was found that the product was ZSM-5 and contained almost no mordenite. Further, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio determined by fluorescent X-ray analysis was 29, and the amount of carbon and nitrogen in the product determined by elemental analysis was such that no carbon was detected and nitrogen was 0.03% by weight. And very few.

さらに、液相イオン交換−アルカリ滴定法によつて求
めた酸性度は1.01mmol/gであり、SiO2/Al2O3比から求め
た理論酸量1.08mmol/gに非常に近い値を示した。
Furthermore, the liquid-phase ion exchange - I connexion determined acidity alkaline titration method is 1.01 mmol / g, shows a very close to the theoretical acid content 1.08 mmol / g calculated from SiO 2 / Al 2 O 3 ratio It was

また、走査型電子顕微鏡で測定した結晶の大きさは、
0.1×0.1×0.7ミクロン程度の細い棒状結晶であり、さ
らに、この棒状結晶は0.1ミクロン以下の微結晶の集合
体であつた。
Also, the size of the crystal measured by the scanning electron microscope is
The rod-shaped crystals were thin rods of about 0.1 × 0.1 × 0.7 micron, and the rod-shaped crystals were aggregates of fine crystals of 0.1 micron or less.

比較例3 硫酸量を変えてpHを9.5と12.3に調整し、その他は実
施例と同じ組成の原料を用いて均質なゲルを得た。この
原料を、実施例1と同条件で結晶化させた。
Comparative Example 3 A homogeneous gel was obtained by using the raw materials having the same composition as in Example 3 except that the amount of sulfuric acid was changed to adjust the pH to 9.5 and 12.3. This raw material was crystallized under the same conditions as in Example 1.

得られた生成物を過、洗浄、120℃で4時間乾燥し
た後、X線回折分析を行つた。
The obtained product was filtered, washed, dried at 120 ° C. for 4 hours, and then subjected to X-ray diffraction analysis.

その結果、pH9.5の系は、全く結晶化していなかつ
た。また、pH12.3の系は、モルデナイトが60%で残りが
ZSM−5 20%、α−石英20%であつた。
As a result, the pH 9.5 system did not crystallize at all. In addition, in the system of pH 12.3, mordenite is 60% and the rest is
ZSM-5 was 20% and α-quartz was 20%.

実施例4 水ガラス5.65kgにNaOH 0.028kgとH2O 2.21kgを加え、
撹拌しながら実施例3で得た種スラリー10.5kgを加え
た。さらに、Al2(SO4・16H2O 0.6kgと1,3−ジエチ
ル尿素15gをH2O 10kgに溶かした溶液を加え、続いて2.9
重量%の硫酸6.0kgを加えて均質なゲルを得た。このゲ
ルの組成は下記の値であり、pHは10.6であつた。
Example 4 0.028 kg of NaOH and 2.21 kg of H 2 O were added to 5.65 kg of water glass,
With stirring, 10.5 kg of the seed slurry obtained in Example 3 was added. Furthermore, a solution of 0.6 kg of Al 2 (SO 4 ) 3 / 16H 2 O and 15 g of 1,3-diethylurea in 10 kg of H 2 O was added, followed by 2.9
6.0 kg of weight% sulfuric acid was added to obtain a homogeneous gel. The composition of this gel had the following values and the pH was 10.6.

SiO2/Al2O3=28.2 H2O/SiO=53 NaO/SiO2=0.24 1,3−ジエチル尿素/SiO2=0.004 このゲルを50のオートクレーブに仕込み、160℃で2
0時間、120rpmの撹拌条件で結晶化させた。
SiO 2 / Al 2 O 3 = 28.2 H 2 O / SiO = 53 NaO / SiO 2 = 0.24 1,3-diethylurea / SiO 2 = 0.004 This gel was placed in an autoclave at 50 ° C.
Crystallization was performed for 0 hours under stirring conditions of 120 rpm.

得られた生成物を過、洗浄、120℃で4時間乾燥し
た後のX線回折分析より、この生成物はZSM−5であ
り、モルデナイトを実質的に含まないことが分つた。
The product obtained was filtered, washed, and dried at 120 ° C. for 4 hours, and then X-ray diffraction analysis revealed that the product was ZSM-5 and substantially free of mordenite.

このZSM−5を1N HNO3中で、室温で4時間イオン交換
した後、過、洗浄、120℃で4時間乾燥した後の元素
分析より求めた炭素と窒素の量は、炭素が0.01重量%、
窒素が0.05重量%であった。
This ZSM-5 was ion-exchanged in 1N HNO 3 for 4 hours at room temperature, then filtered, washed, and dried for 4 hours at 120 ° C. The amount of carbon and nitrogen determined by elemental analysis was 0.01% by weight of carbon. ,
Nitrogen was 0.05% by weight.

実施例5 実施例1で得られたH−ZSM−5を用いて、シクロヘ
キセンの水和反応を下記の条件で行つた。
Example 5 Using H-ZSM-5 obtained in Example 1, a hydration reaction of cyclohexene was carried out under the following conditions.

仕込み容量 シクロヘキセン26cc H2O 174cc 触媒量 40g 反応温度 120℃ 圧力 自己発生圧 撹拌回転数 800rpm 装置 ガラス製オートクレーブ 反応開始後10分でのオイル相中のシクロヘキサノール
の濃度は9重量%であつた。
Charged capacity Cyclohexene 26 cc H 2 O 174 cc Catalyst amount 40 g Reaction temperature 120 ° C. Pressure Self-generated pressure Stirring speed 800 rpm Equipment Glass autoclave Concentration of cyclohexanol in the oil phase 10 minutes after the start of reaction was 9% by weight.

実施例6 実施例3で得られたH−ZSM−5を用いて、実施例5
と同じ条件でシクロヘキセンの水和反応を行つた。
Example 6 Using H-ZSM-5 obtained in Example 3, Example 5
Hydration reaction of cyclohexene was carried out under the same conditions as above.

反応開始後、10分でのオイル相中のシクロヘキサノー
ルの濃度は12.3重量%であつた。
10 minutes after the start of the reaction, the concentration of cyclohexanol in the oil phase was 12.3% by weight.

比較例4 比較例1で得られらたH−ZSM−5を用いて、実施例
5と同じ条件でシクロヘキセンの水和反応を行つた。
Comparative Example 4 Using H-ZSM-5 obtained in Comparative Example 1, a hydration reaction of cyclohexene was performed under the same conditions as in Example 5.

反応開始後、10分でのオイル相中のシクロヘキサノー
ルの濃度は6.9重量%であつた。
The concentration of cyclohexanol in the oil phase 10 minutes after the start of the reaction was 6.9% by weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は実施例1で得られた組成物のX線回折図、第2
図は実施例において、X線回折分析により結晶相の変化
を調べた結果を示すグラフ、第3図は比較例2におい
て、X線回折分析により結晶相の変化を調べた結果を示
すグラフ、第4図は実施例3で得られた生成物のX線回
折図である。
FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of the composition obtained in Example 1, 2
FIG. 3 is a graph showing the results of investigating changes in the crystal phase by X-ray diffraction analysis in Examples, and FIG. 3 is a graph showing the results of investigating changes in the crystal phase by X-ray diffraction analysis in Comparative Example 2. FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern of the product obtained in Example 3.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリカ源、アルミナ源、アルカリ金属源を
含む水性混合物を、低級アルキル尿素の共存下で加熱結
晶化させてゼオライトZSM−5を合成する際に、水性混
合物のpHが10〜12で、かつ、その組成が下記の範囲であ
ることを特徴とするゼオライトZSM−5の合成法。 SiO2/Al2O3=20〜40 H2O/SiO2=7〜100 M2O/SiO2=0.1〜1.0 A/SiO2=0.00025〜0.005 (ただし、Mはアルカリ金属、Aは低級アルキル尿素を
表わし、A以外は酸化物のグラムモル換算、Aはグラム
モルで表わす。)
1. When synthesizing zeolite ZSM-5 by heat crystallization of an aqueous mixture containing a silica source, an alumina source and an alkali metal source in the presence of a lower alkylurea, the pH of the aqueous mixture is 10 to 12. And a composition thereof is within the following range: A method for synthesizing zeolite ZSM-5. SiO 2 / Al 2 O 3 = 20 to 40 H 2 O / SiO 2 = 7 to 100 M 2 O / SiO 2 = 0.1 to 1.0 A / SiO 2 = 0.00025 to 0.005 (where M is an alkali metal and A is lower) Alkylurea is represented, and gram moles of oxides other than A are converted, and A is represented by gram moles.)
【請求項2】低級アルキル尿素がメチル尿素、1,3−ジ
メチル尿素、1,1−ジメチル尿素、エチル尿素、1,1−ジ
エチル尿素、1,3−ジエチル尿素、n−プロピル尿素、
i−プロピル尿素、1−メチルエチル尿素、1−メチル
−3−エチル尿素である特許請求の範囲第1項記載の方
法。
2. A lower alkyl urea is methyl urea, 1,3-dimethyl urea, 1,1-dimethyl urea, ethyl urea, 1,1-diethyl urea, 1,3-diethyl urea, n-propyl urea,
The method according to claim 1, which is i-propylurea, 1-methylethylurea, or 1-methyl-3-ethylurea.
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