JP2576143B2 - 結晶性メタロシリケート及びその製造法 - Google Patents

結晶性メタロシリケート及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は硼素又はこれとアルミニウムを含有する結晶
性メタロシリケート多孔体、及びその製造方法に関する
ものである。本発明のこの新規なメタロシリケートは、
以降“TSBS−13"と総称する。ゼオライトは一般的には
アルミノシリケートであり、互いに酸素原子を共有する
ことによって結合されたAlO4及びSiO4四面体の3次元骨
格構造を有している。本発明のTSBS−13は、SiO4に加
え、BO4四面体又はさらにAlO4四面体をその3次元骨格
に含むメタロシリケートである。これらのメタロシリケ
ート多孔体は従来のゼオライトでは得られなかった吸着
特性,触媒性能を有することから、分子篩,吸着剤或い
は炭化水素添加反応などの触媒成分として有用である。
[従来の技術] ツァイトシュリフト フュア クリスタログラフィー
(Zeitschrift fur Kristallographie)167巻73〜82
頁(1984)に、本発明に類似したX線回折パターンを持
つ結晶性シリケートが報告されている。この結晶性シリ
ケートは、交換可能な陽イオンを持たないため、触媒成
分としては必ずしも適当ではない。米国特許第4287166
号明細書には、本発明に類似したX線回折パターンを持
つ結晶性アルミノシリケートゼオライトが開示されてい
る。このゼオライトはその骨格中に、珪素及びアルミニ
ウムを含有し、骨格外に交換可能な陽イオンを含有して
いる。しかし骨格中に硼素は含有していない。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、ゼオライトの骨格中のアルミニウムの一部
または全部を硼素で置き替えた新規な結晶性メタロシリ
ケートおよびその製造法を提供するものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、ゼオライト型構造を有し、且つ珪素と
アルミニウムに加え異種金属原子を結晶格子内に含有す
ることにより、従来のゼオライトでは得られなかった細
孔径や固体酸特性、即ち吸着特性や触媒性能を有するメ
タロシリケートを合成することを目的として鋭意研究を
重ねた結果、本発明に到達した。
即ち、本発明の新規物質は、その結晶格子中に珪素,
硼素,又はこれらとアルミニウムを含有し、即ち、酸化
物のモル比で表して、 (1±0.3)M2/nO・aB2O3・(1−a)Al2O3・xSiO2 (式中aは0<a≦1の数、xは20以上の数であり、M
は少なくとも一種の陽イオンを、nはMの原子価を表
す。) の無水基準の化学組成を有し、且つ未焼成状態で実質
上、表1に記載した面間隔を含む粉末X線回折図形を有
することを特徴とする多孔質結晶性メタロシリケートで
ある。
表1 粉末X線回折図形 面間隔 d(A) ピーク強度 6.79±0.15 W 5.87±0.10 S 5.54±0.10 M 4.80±0.10 M 4.41±0.10 M 3.92±0.08 M 3.69±0.08 VS 3.39±0.07 M 3.24±0.07 S (表中、W,M,S,VSはそれぞれ、弱い,中位,強い,非常
に強いを表す。) 陽イオンMは特に限定されないが、有機陽イオン,ア
ルカリ金属イオン,アルカリ土類金属イオン,アンモニ
ウムイオン,水素イオン等の陽イオン、又はこれら陽イ
オンの混合物である。
また、本発明の方法は珪素源;硼素源;アルミニウム
源;有機陽イオン源;アルカリ金属イオン,アルカリ土
類金属イオン及びアンモニウムイオン源のいずれか一種
以上;ならびに水を混合して、珪素,アルミニウム及び
硼素を酸化物のモル比で示して次の組成 SiO2/(Al2O3+B2O3) 5〜5000 B2O3/(Al2O3+B2O3) 0.001〜1 OH-/H2O 0〜0.01 M′2/n′O/SiO2 0〜1.0 H2O/SiO2 10〜50 R/(SiO2+Al2O3+B2O3) 0.01〜1.0 (ただし、M′はアルカリ金属イオン,アルカリ土類金
属イオン及びアンモニウムイオンのいずれか一種以上
を、n′はM′の原子価を、Rは有機陽イオンを表
す。) を有する反応混合物を調整し、この反応混合物を、100
℃ないし250℃の温度に保持することを特徴とするTSBS
−13の製造法である。
珪素源;硼素源;アルミニウム源;有機陽イオン源;
アルカリ金属イオン,アルカリ土類金属イオン又はアン
モニウムイオン源は特に限定されない。例えば、アルカ
リ金属イオン,アルカリ土類金属イオン又はアンモニウ
ムイオン源としては、該イオンの水酸化物,中性塩また
は水酸化物と中性塩の混合物等を用いることができる。
珪素源としては、ゼオライト製造に従来より使用されて
いる、水ガラス,コロイド状シリカ,無定形シリカ,フ
ュームドシリカ等を用いることができる。硼素源には、
硼酸又は硼酸塩を使用できる。アルミニウム源として
は、ゼオライト製造に従来より使用されている。アルミ
ナゾル,プソイドベーマイト,アルミン酸ナトリウム,
水酸化アルミニウム,酸化アルミニウム,硫酸アルミニ
ウム等が使用される。有機陽イオン源には、窒素又は燐
を含有するものが使用される。好ましくは、テトラメチ
ルアンモニウムイオンをもつその水酸化物、或いはハロ
ゲン化物を導入することにより、供給される。
反応混合物が不均一であると、不純物が副生すること
もあるので、これらの原料は攪拌下に添加し、それぞれ
の原料を全部入れ終るまでの中間混合物及びその供給を
終了した最終反応混合物は実質上均一となるまで攪拌す
るのが好ましい。
こうして得た最終反応混合物は、不純物の混入を防ぐ
ため、例えばポリテトラフルオロエチレンのような不活
性プラスチック材料でライニングしたステンレス製の密
閉耐圧容器などを用いて結晶化させる。
結晶化の際、温度は100℃ないし250℃でなければなら
ない。100℃未満では結晶化に時間がかかりすぎ、また2
50℃を越えると結晶化は短時間で進行するが、不純物が
生成しやすくなるからである。
圧力に関しては、結晶化に際し加圧してもよいが、好
ましくは自然圧下で行う。
以上のような条件で通常約2時間ないし約200時間保
持することによって結晶化が行われる。結晶化時間は結
晶化温度とのかねあいによるが、短すぎると結晶化せ
ず、長すぎると不純物が生成しやすくなる。
生成物は過,或いは遠心分離のような通常の分離方
法により回収される。
このようにして得られたTSBS−13は、その細孔内に、
鉱化剤として使用した有機物を含有している。この有機
物は必要に応じて除去することができるが、イオン交換
等の処理では除去されず、一般的な焼成温度、即ち450
〜650℃の温度で焼成することにより除去される。
生成物のX線回折にはCuKα線を使用した。当業者に
は公知の事実であるが、パラメータ2θの決定には人
的,及び機械的誤差を受けやすく、2θの各記録値に対
して、約0.4゜の誤差を課すことができる。また、その
物質の骨格の組成や陽イオンの種類の違い、或いは吸湿
の程度等によっても、2θ,ピーク強度の各記録値は変
動し得る。この誤差は、無論、各記録値から計算される
d−間隔、及び相対強度の値に不確定性を与えるもので
ある。しかしながら、この不確定性は本発明の新規物質
を従来技術の物質と区別するのを妨げる程ではない。
[発明の効果] 上記の有機陽イオンを含んだTSBS−13は、必要に応じ
てこの有機陽イオンを空気流中450〜650℃の焼成により
分解除去し、その後、例えば水酸化アンモニウム,硫酸
アンモニウムまたは硝酸アンモニウム等のアンモニウム
塩によるイオン交換でアンモニア型とした後、450〜650
℃の焼成によりアンモニアを除去し、活性な水素型のTS
BS−13とすることができる。
この水素型のTSBS−13は、結晶中のB2O3/(Al2O3+B2
O3)モル比を変化させることにより連続的に酸強度を変
化させることができる。
従来のアルミノシリケートに於ても、結晶中のSiO2/A
l2O3モル比を変化させることによる酸強度の制御は可能
であるが、アルミノシリケートはSiO2/Al2O3モル比の増
加とともに、その親水性が低下することが知られてい
る。しかしながら、本発明のTSBS−13は従来のアルミノ
シリケートでは成し得なかった、酸強度を制御し、且つ
その親水性を維持することを可能とするものであり、例
えば炭化水素添加反応において酸強度を制御することに
よって、反応の選択性に都合よく作用させることができ
る。
TSBS−13は、通常のイオン交換、含浸等により、所望
の金属イオンを担持し、触媒成分として使用することが
できる。
また本発明のTSBS−13は本発明方法によって製造する
ことができる。
[実施例] 本発明をさらに具体的に説明するために、以下に実施
例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定される
ものではない。
実施例1 実質的にアルミニウムを含まないTSBS−13を、珪素源
にヒュームドシリカを用いて調製した。
1.48gの水酸化ナトリウム(98%NaOH)と、0.23gの硼
酸を、81.3gの水に溶かした。得られた溶液にヒューム
ドシリカCab−O−Sil M5(CABOT Corp.製)11.0gを
加え、最後に塩化テトラメチルアンモニウム5.98gを加
え、次の組成を有する反応混合物を調製した。
SiO2/B2O3 =100 OH-/H2O =0.008 Na2O/SiO2 =0.20 H2O/SiO2 =25 TMA+/(SiO2+B2O3)=0.30 (TMA+:テトラメチルアンモニウムイオン。以下同
じ。) この反応混合物をオートクレーブに密封し、常時攪拌
しつつ自然圧下160℃に加熱し、68時間この温度を保持
し結晶性生成物を得た。これを過,水洗の後、110℃
で乾燥した。
この生成物は化学分析より、次のモル組成を有してい
た。
1.4(TMA)2O・0.63Na2O・B2O3・54.3SiO2 この(TMA)2Oのうち、約70%は非構造性であった。
また、これは表2および図1に示すX線回折パターン
を有する本発明のメタロシリケートであった。
表2 d (A) 相対強度(%) 6.79 20 5.78 75 5.53 68 4.80 40 4.41 33 3.92 38 3.69 100 3.39 27 3.24 68 3.03 10 2.93 5 2.69 3 2.50 5 2.34 7 2.26 12 実施例2 アルミニウムを含むTSBS−13を、珪素源に無定形シリ
カを用いて調製した。
1.48gの水酸化ナトリウム(98%NaOH)と、0.22gの硼
酸を、79.9gの水に溶かした。得られた溶液に無定形シ
リカ(SiO2=87.7wt%,Al2O3=0.5wt%,H2O=11.8wt
%)12.5gを加え、最後に塩化テトラメチルアンモニウ
ム5.88gを加え、次の組成を有する反応混合物を調製し
た。
SiO2/(Al2O3+B2O3)=75 B2O3/(Al2O3+B2O3)=0.75 OH-/H2O =0.008 Na2O/SiO2 =0.20 H2O/SiO2 =25 TMA+/(SiO2+Al2O3+B2O3)=0.30 この反応混合物をオートクレーブに密封し、定常攪拌
しつつ自然圧下160℃に加熱し、68時間この温度を保持
し結晶性生成物を得た。これを過,水洗の後、110℃
で乾燥した。
この生成物は化学分析より、次のモル組成を有してい
た。
1.0(TMA)2O・0.43Na2O・ 0.67B2O3・0.33Al2O3・ 39.1SiO2 この(TMA)2Oのうち、約40%は非構造性であった。
また、これは表3に示すX線回折パターンを有する本
発明のメタロシリケートであった。
表3 d (A) 相対強度(%) 6.84 22 5.83 73 5.57 62 4.84 43 4.43 33 3.94 37 3.71 100 3.41 32 3.26 70 3.06 10 2.95 8 2.71 4 2.51 8 2.35 7 2.27 14 実施例3 実質的にアルミニウムを含まないTSBS−13を、珪素源
にヒュームドシリカを用いて調製した。
1.48gの水酸化ナトリウム(98%NaOH)と、0.45gの硼
酸を、81.1gの水に溶かした。得られた溶液にヒューム
ドシリカCab−O−Sil M5(CABOT Corp.製)11.0gを
加え、最後に塩化テトラメチルアンモニウム5.97gを加
え、次の組成を有する反応混合物を調製した。
SiO2/B2O3 =50 OH-/H2O =0.008 Na2O/SiO2 =0.20 H2O/SiO2 =25 TMA+/(SiO2+B2O3)=0.29 この反応混合物をオートクレーブに密封し、定常攪拌
しつつ自然圧下160℃に加熱し、91時間この温度を保持
し結晶性生成物を得た。これを過,水洗の後、110℃
で乾燥した。
この生成物は化学分析より、次のモル組成を有してい
た。
0.70(TMA)2O・0.53Na2O・ B2O3・27.2SiO2 この(TMA)2Oのうち、約30%は非構造性であった。
また、これは表4に示すX線回折パターンを有する本
発明のメタロシリケートであった。
表4 d (A) 相対強度(%) 6.79 18 5.78 62 5.53 53 4.79 38 4.41 35 3.91 38 3.69 100 3.39 29 3.24 68 3.03 10 2.93 5 2.68 3 2.50 5 2.34 8 2.26 13
【図面の簡単な説明】
図1は、実施例1で得られたメタロシリケートの粉末X
線回折図形を示す図である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物のモル比で表して、 (1±0.3)M2/nO・aB2O3・(1−a)Al2O3・xSiO2 (式中aは0<a≦1の数、xは20以上の数であり、M
    は少なくとも一種の陽イオンを、nはMの原子価を表
    す。) の無水基準の化学組成を有し、且つ未焼成状態で実質
    上、表1に記載した面間隔を含む粉末X線回折図形を有
    することを特徴とする多孔質結晶性メタロシリケート。 表1 粉末X線回折図形 面間隔 d(A) ピーク強度 6.79±0.15 W 5.87±0.10 S 5.54±0.10 M 4.80±0.10 M 4.41±0.10 M 3.92±0.08 M 3.69±0.08 VS 3.39±0.07 M 3.24±0.07 S (表中、W,M,S,VSはそれぞれ、弱い,中位,強い,非常
    に強いを表す。)
  2. 【請求項2】有機陽イオン源;珪素源;アルミニウム
    源;硼素源;アルカリ金属イオン,アルカリ土類金属イ
    オン及びアンモニウムイオン源のいずれか1種以上;な
    らびに水を混合して、珪素,アルミニウム及び硼素を酸
    化物のモル比で示して次の組成 SiO2/(Al2O3+B2O3) 5〜5000 B2O3/(Al2O3+B2O3) 0.001〜1 OH-/H2O 0〜0.01 M′2/n′O/SiO2 0〜1.0 H2O/SiO2 10〜50 R/(SiO2+Al2O3+B2O3) 0.01〜1.0 (ただし、M′はアルカリ金属イオン,アルカリ土類金
    属イオン及びアンモニウムイオンのいずれか一種以上
    を、n′はM′の原子価を、Rは有機陽イオンを表
    す。) を有する反応混合物を調整し、該反応混合物を、100℃
    ないし250℃の温度に保持することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の多孔質結晶性メタロシリケートを
    製造する方法。
  3. 【請求項3】有機陽イオンが、テトラメチルアンモニウ
    ムイオンである特許請求の範囲第2項記載の多孔質結晶
    性メタロシリケートを製造する方法。
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