JP2782744B2 - バインダレスゼオライト成型体の製造方法 - Google Patents

バインダレスゼオライト成型体の製造方法

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    • C01B33/2807Zeolitic silicoaluminates with a tridimensional crystalline structure possessing molecular sieve properties; Isomorphous compounds wherein a part of the aluminium ore of the silicon present may be replaced by other elements such as gallium, germanium, phosphorus; Preparation of zeolitic molecular sieves from molecular sieves of another type or from preformed reacting mixtures
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    • C01B33/283Zeolitic silicoaluminates with a tridimensional crystalline structure possessing molecular sieve properties; Isomorphous compounds wherein a part of the aluminium ore of the silicon present may be replaced by other elements such as gallium, germanium, phosphorus; Preparation of zeolitic molecular sieves from molecular sieves of another type or from preformed reacting mixtures of type A (UNION CARBIDE trade name; corresponds to GRACE's types Z-12 or Z-12L) from a reaction mixture containing at least one aluminium silicate or aluminosilicate of a clay-type, e.g. kaolin or metakaolin or its exotherm modification or allophane

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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、バインダレス4A型ゼオライト成型体の製造
方法に関するものである。
バインダレス4A型ゼオライト成型体は、吸着、分離及
び精製用として有用な吸着剤である。また、カルシウム
イオン交換処理して5A型ゼオライトにすることにより、
空気中の酸素、窒素の分離用吸着剤として優れた性能を
有するものとなる。
[従来の技術] バインダレスゼオライト成型体の製造には、種々の方
法が提案されている 例えば、特開昭57−122932号公報には、 合成ゼオライト メタカオリン粘土 水酸化ナトリウム水溶液 の混合物を作り、該混合物を混練し、押出し成型して成
型体を形成し、該成型体をエージングした後、昇温下で
水酸化ナトリウム稀薄溶液で処理してゼオライト成型体
を結晶化させることからなる方法が開示されているが、
この方法では、成型の際メタカオリン即ちすでに焼結さ
れたカオリンを結合剤として使用することから、成型体
中の粘土を焼結させる工程がないこととなり、該成型体
は昇温下の水酸化ナトリウム水溶液中で劣化して、最終
的に焼成活性化されてえられるバインダレスゼオライト
成型体の機械的強度は低い値となる。更に、成型体中の
粘土の量が40〜60重量%と多い為、ゼオライト純分の高
いバインダレスゼオライト成型体を得ることは困難であ
る。
又、特公昭40−746号公報には、反応性に富むカオリ
ン粘土を水酸化ナトリウムと反応させて予め成型された
本体を形成させ、更に水酸化ナトリウムと反応させるこ
とからなるバインダレスゼオライトの製造法が開示され
ている。更に、粘土に対しての少量の成型したゼオライ
トを加えることから成る方法が例示されている。しか
し、この方法によれば、温浸工程および結晶化工程にか
なりの時間を必要とする。又、加えるゼオライトに対し
て粘土の量が多い為、ゼオライト純分の高いバインダレ
スゼオライト成型体を得ることが困難である。
更に、特公昭43−9658号公報には、カオリン粘土と微
細に分割されたナトリウムゼオライトA33〜67%との混
合物を作って第1および第2段階の長時間にわたるすり
混ぜを行った後、成型し、600〜700℃で焼成してカオリ
ン粘土をメタカオリン粘土に転化し、該成形体を昇温下
でアルカリ金属を含む水性媒質で処理することからなる
バインダレスゼオライトの製造方法が開示されている。
しかし、この方法によれば、成形体混合物中にカオリ
ン粘土をゼオライトに転化させる為のアルカリ源が含ま
れておらず、次の水性媒質で処理する工程での反応速度
が遅い。この為、エージングおよび結晶化に長時間を要
する。又、カオリン粘土の量が比較的多くゼオライト純
分の高いバインダレスゼオライト成形体を得ることが困
難である。
[発明が解決しようとする課題] 従来の方法でつくったバインダレスゼオライトは、粘
土として反応性に富む焼成んしたものを用いており、そ
の結果、得られる成型体の機械的強度は低い値であっ
た。又、その製造工程もかなり複雑であり、焼成粘土を
用いている為に押出しなどの成型性があまり良くないな
どの欠点があった。
更に、反応性に富まない生の粘土を用いた場合におい
ても、その製造工程がかなり複雑であり、ゼオライト純
分の高い成形体を得ることが困難であった。
本発明の目的は、従来の方法により高い4A型ゼオライ
ト純分を含有し、すなわち不活性結合剤含有量の小さ
い、優れた機械的強度及び高い吸着容量を有するバイン
ダレス4A型ゼオライト成型体を製造する方法を提供する
ことにある。
[課題を解決するための手段および作用] 高いゼオライト純分を含有し、優れた機械的強度を持
つ成型体を作る因子として、粘土の種類、ゼオライトと
粘土と水酸化ナトリウムの混合割合、焼成条件等が考え
られる。
本発明者はこれらの因子について鋭意検討を行った結
果、従来よりも比較的簡単な工程および操作によって、
性能の向上した成型体をうることができる方法を見出し
た。
本発明の要旨は、合成4A型ゼオライト粉末、該合成4A
型ゼオライト粉末との合計に対して20〜30重量%のカオ
リン型粘土および該カオリン型粘土を4A型ゼオライトに
転化させるための化学量論量の25%以下の水酸化ナトリ
ウムからなる混合物を、押出し成型し、えられた成型体
を焼成した後、濃度1.6〜3.0mol/の水酸化ナトリウム
水溶液中で粘土を4A型ゼオライトに転化させることから
なる、バインダレス4A型ゼオライト成型体の製造方法に
有り、以下、その詳細について説明する。
本発明で用いられるゼオライトは、公知の方法、即ち
アルミン酸ナトリウム及び珪酸ナトリウムから合成的に
製造される4A型合成ゼオライトである。
まず、4A型合成ゼオライトと上記の量のカオリン型粘
土及び水酸化ナトリウムとからなる混合物を、押出し成
型し得るように水分の調整を行い、押出し成型時に押出
し動力を低減させるよう潤滑剤を加えた後、全てが均一
となるよう混練する。
カオリン型粘土の量がそれと上記ゼオライトとの合計
に対して20重量%に満たないと、十分な強度をもつ製品
がえられない。いっぽう、30重量%をこえると、ゼオラ
イト純分の高い成形体をうるのが困難となって性能が低
下する。又、水酸化ナトリウムの量がカオリン型粘土を
4A型ゼオライトに転化させるための化学的量論量の25%
をこえると、ソーダライトの如き不純物を生成する傾向
が増し、得られら成型体の品質が低下することとなる。
混練によって得られた混合物を公知の押出し成型器で
押出して成型する。得られた成型体は、つぎの焼成の前
に、常法により、すなわち100〜120℃で成型体中の水分
が約20重量%となるまで乾燥するのがよい。
乾燥された成型体は、たとえば長さ5〜15mmのペレッ
トに整粒した後、カオリンを原料とする場合の焼成温度
である550〜650℃の雰囲気中で焼成する。焼成時間は、
2時間以上とすれば十分である。このような条件で焼成
することによって、カオリン型粘土は、焼結してメタカ
オリン型粘土となってゼオライト結晶を強く結合する。
粘土中の有機物は、全て燃焼して無くなる。又、押出し
成型助剤の潤滑剤も全て燃焼して無くなり、この段階で
ゼオライトに転化し得ない不純物は実質的に無視し得る
程になる。
次に、焼成された押出し成型体を少なくとも20重量%
以上になる様に加湿し、できれば水中に浸漬し、その細
孔から吸着された空気等のガスを脱着させるのがよい。
この操作は、本発明にとって必須のものではないが、次
の水酸化ナトリウム水溶液による処理の際に成型体がヒ
ビ割れ、キレツなどを起こすおそれをなくすには好まし
い操作である。
押出し成型体を加湿操作した後、水酸化ナトリウムの
1.6〜3.0mol/の水溶液中でエージングする。エージン
グの温度は常法の室温から40℃の範囲では殆ど影響はな
くこの範囲の温度であれば細かい温度制御を必要としな
い。
又、エージングの時間についても1時間以上エージン
グすれば良く短時間である。これは先の焼成において、
不純物が無くなり、成型体中のカオリン粘土が実質的に
100%ゼオライトに転化し得る反応生のメタカオリン粘
土に転移していることを示す。
次に、エージングされたメタカオリン粘土結合剤を含
む押出し成型体が浸漬されている水酸化ナトリウム水溶
液を常法の80℃以上、沸点以下に昇温して押出し成型体
中のメタカオリン粘土結合剤を完全に4A型ゼオライトに
転化される。もっとも、工業的な製造を考えれば低い温
度ほど、すなわち80℃が有利である。又、昇温後2時間
経過すれば、ほぼ100%ゼオライトに転化する。
上記の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を1.6mol/よ
り低くすると、ゼオライトへの転化に長時間を要して効
率が悪いだけでなく、ゼオライト純分の低い押出し成型
体となりがちであって好ましくない。いっぽう、水酸化
ナトリウム水溶液の濃度を3.0mol/より高くすると、
ソーダライトの如き不純物を生成し、4A型ゼオライト純
分の低い押出し成型体となり好ましくない。
以上のようにして実質的に100%ゼオライトに転化せ
しめた押出し成型体を、水酸化ナトリウム水溶液から取
出し、過剰の水酸化ナトリウムを水で充分洗浄し、乾燥
する。活性化するには、この乾燥によってえられたもの
をさらに焼成すればよい。
[発明の効果] 以上の説明から明らかな様に本発明によれば (1)簡単な工程操作で且つ短時間のうちにカオリン型
粘土を4A型ゼオライトに転化させることができ、 (2)優れた機械的強度を保持し、 (3)高いゼオライト純分を含有したバインダレス4Aゼ
オライト押出し成型体を得ることができる。又、 (4)完全に結晶化させた押出し成型体を洗浄し、塩化
カルシウム水溶液を用い昇温下で処理して、ナトリウム
イオンをカルシウムイオンでイオン交換した後、過剰の
カルシウムを洗浄し乾燥及び焼成して活性化することに
より、高強度・高純分の孔径5オングストロームのカル
シウム交換ゼオライト押出し成型体を得ることもでき
る。
[実施例] 以下の具体例における「部」は、重量による。
実施例1. 4A型ゼオライト粉末100部に国産のカオリン型粘土25
部、水酸化ナトリウム2.26部を混合し、低い動力で押出
し成型し得る様、水分の調整を行いながら、押出し助剤
としてCMC(カルボキシメチルセルロース)粉末3部を
加えマーラーミキサー中で均一になるよう良く混合混練
した。次に、この混練物を二軸型の押出し器で1.5mmペ
レットに押出し成型し120℃で乾燥後5〜15mmの長さに
整粒し、マッフル炉を用い600℃雰囲気下で2時間焼成
した。冷却後、この焼成ペレット200gを1リットルの水
に浸漬して脱泡した後、水切りし、1.6mol/の水酸化
ナトリウム水溶液中に入れ、40℃で1時間エージング
し、更に80℃で3時間放置して結晶化を完結させた。
このものを洗浄し、乾燥させ、そして350℃で1時
間、焼成活性化した。
X線回折によって結晶解析を行った結果、他の相が全
く存在せず、4A型ゼオライトへのほぼ完全な転化を示し
た。この活性化品の耐圧強度を木屋式硬度計を用いて測
定した結果5.6Kgであった。この活性化品を相対湿度80
%のデシケータ中で16時間置き、粒子強度をJIS−K−1
464の方法で測定した結果、0.4%であり、26.5%の水分
吸着量を示した。
又、この活性化品を相対湿度80%のデシケータ中で16
時間置くと26.5%の水分吸着を示した。このことは4A型
ゼオライトへのほぼ完全な転化を示している。
実施例2. 実施例1と同様な操作で押出し成型し、焼成した成型
体を水中に浸漬し脱泡した後、1.9,2.2,2.5,3.0mol/
の水酸化ナトリウム水溶液中で、それぞれ40℃で1時間
エージングし、80℃で3時間放置し結晶化を完結させ
た。それらのものを洗浄し乾燥後350℃で1時間、焼成
活性化した。
そして、4A型ゼオライトへの完全な転化を確認すべ
く、X線回折によって結晶解析を行った結果、他の相は
全く認められなかった。更に、これらのものの耐圧強度
ならびに相対湿度80%での粒子強度および水分吸着量の
測定を行った。
その結果を表1に示す。
実施例3 実施例1.の押出し成型体の成型組成を4A型ゼオライト
粉末100部、国産のカオリン型粘土42.9部、水酸化ナト
リウム3.86部に変えた以外は全く同様な操作を行って、
その物性を測定した。その結果を表2に示す。
実施例4. 粘土にジョージアカオリンを用い、その量を4A型ゼオ
ライト粉末100部に対して25部、更に42.9部にした以外
は実施例1.及び実施例3.と全く同様な操作を行った。
えられたものの物性を表3及び表4に示す。
実施例5. 実施例2.3.及び4.で得られたバインダレスゼオライト
成型体を塩化カルシウム水溶液でカルシウムイオン交換
処理し孔径5オングストロームのカルシウム交換ゼオラ
イトとした。そのものを洗浄し、乾燥した後350℃で1
時間焼成活性化し、−10℃、700torrでの窒素吸着量を
測定した。その結果を表5に示す。更に、相対湿度80%
での水分吸着量の測定を行った。
比較例1. 4A型ゼオライト粉末100部に国産のカオリン型粘土100
部、水酸化ナトリウム9部を混合し、水分の調整を行い
ながら押出し助剤としてCMC粉末3部を加えマーラーミ
キサー中で均一になる様良く混練した。次に、この混練
物を実施例1.と全く同様な操作で処理し物性を測定し
た。
その結果を表6に示す。
比較例2. 4A型ゼオライト粉末100部に国産のカオリン型粘土42.
9部、水酸化ナトリウム5.4部を混合し、水分の調整を行
いながら押出し助剤としてCMC粉末3部を加えマーラー
ミキサー中で均一になる様良く混練した。ここで混合さ
れた水酸化ナトリウムの量は粘土をゼオライトに転化せ
しめるための化学量論量の35%である。次に、この混合
物を実施例1.と同様な操作で処理した。
X線回折によって結晶解析を行った結果、他の相ソー
ダライトが生成していた。又、相対湿度80%での水分吸
着量は23.0%であり4A型ゼオライト純分の低い成型体が
得られた。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 39/14 - 39/18 C04B 41/80 B01J 20/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】合成4A型ゼオライト粉末、該合成4A型ゼオ
    ライト粉末との合計に対して20〜30重量%のカオリン型
    粘土および該カオリン型粘土を4A型ゼオライトに転化さ
    せるための化学量論量の25%以下の水酸化ナトリウムか
    らなる混合物を、押出し成型し、えられた成型体を焼成
    した後、濃度1.6〜3.0mol/の水酸化ナトリウム水溶液
    中で粘土を4A型ゼオライトに転化させることを特徴とす
    る、バインダレス4A型ゼオライト成型体の製造方法
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