JP2793375B2 - P型ゼオライトの製造方法 - Google Patents

P型ゼオライトの製造方法

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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、P型ゼオライトの製造
方法に関し、詳細には、特に吸着剤や触媒等の如き充填
材に用いて好適なP型ゼオライトの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ゼオライトは沸石とも言われ、組成的に
は含水珪酸塩である。ゼオライトの一種である結晶性ア
ルミノ珪酸ナトリウムは、従来よりイオン交換機能等を
有することが知られており、最近はかかる機能を利用し
て洗剤用ビルダー、各種ガスの選択的吸着剤或いは各種
触媒としての用途開発が進められている。一般式 (1.1
±0.2)Na2O・Al2O3 ・(2〜5)SiO2・5H2Oで示されるP型
ゼオライトもそのようなゼオライトの一種である。
【0003】上記P型ゼオライトの製造は、所定原料液
を混合し、該混合液より非晶質アルミノ珪酸ゲルを析出
させた後、該ゲルを水熱合成反応により結晶化する方法
により行われている。このとき、原料液濃度、混合液組
成、ゲル析出条件、水熱合成反応(熟成)条件等の因子
により、得られるP型ゼオライトの性状が支配され、従
って、ゼオライトの用途に応じてこれらの因子を組み合
わせた製造方法が数多く提案されている。
【0004】かかる製造方法として従来一般的によく知
られている方法は、アルミン酸ナトリウム水溶液にイオ
ン調整剤としての水酸化ナトリウムを混合した後、珪酸
ナトリウム水溶液を添加混合し、強アルカリ条件下での
反応により非晶質アルミノ珪酸ゲルを析出させ、次いで
該ゲルを水熱合成反応により結晶化して結晶性P型ゼオ
ライトを得る方法である。尚、イオン調整剤とは、結晶
中のナトリウム含有量を増大しP型ゼオライト組成にす
るためのナトリウム源として添加するナトリウム塩のこ
とをいう(以降、同様)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
P型ゼオライトの製造方法においては、混合液の濃度
(混合液中の H2O以外の組成物の割合:濃度)を高くす
ると、粘度が高く凝集が起こり易いためゲル析出及び結
晶化反応を進められないので、比較的低濃度の混合液を
多量に用いる必要があって生産効率(混合液量に対する
ゼオライト生産量)が低く、従って所要の製造設備規模
が比較的大きくて経済性が悪いという問題点があり、そ
の改善が要望されている。
【0006】又、P型ゼオライトは元来等軸結晶系に属
する結晶であるので、その粒子形状は典型的な立方体に
なり易く、前記従来の製造方法により得られるP型ゼオ
ライトは大部分が角張ったサイコロ状の結晶粒子から成
っている。かかる角張った結晶粒子から成るP型ゼオラ
イトは、球状乃至丸みのある結晶粒子から成るものに比
し、純度や種々の性能に劣り、更には、吸着剤や触媒等
の如き充填材として使用する場合には充填率が低く、従
って、球状乃至丸みのある結晶粒子から成るP型ゼオラ
イトの製造方法の開発も望まれている。
【0007】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、混合液の濃度を高くしても
粘度が低く、そのため高濃度の混合液を使用し得て生産
効率が高く、従って所要製造設備規模が比較的小さくて
経済性を向上し得ると共に、球状乃至丸みのある結晶粒
子からなるP型ゼオライトを製造し得るP型ゼオライト
の製造方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るP型ゼオライトの製造方法は、次のよ
うな構成としている。即ち、請求項1記載の製造方法
は、アルミン酸ナトリウム水溶液と、イオン調整剤と、
珪酸ナトリウム水溶液とを含む混合液より非晶質アルミ
ノ珪酸ゲルを析出させた後、該ゲルを水熱合成反応によ
り結晶化して結晶性P型ゼオライトを得るP型ゼオライ
トの製造方法において、前記イオン調整剤として塩化ナ
トリウムを用いると共に、前記混合液の組成比を、モル
比で H2O/Na2O=18〜120, SiO2/Al2O3=0.8〜6.0, Na2O
/SiO2=0.8 〜3.5, NaCl/H2O=0.01〜0.1 に調整するこ
とを特徴とするP型ゼオライトの製造方法である。
【0009】請求項2記載の製造方法は、前記混合液
が、アルミン酸ナトリウム水溶液に塩化ナトリウムを添
加した後、珪酸ナトリウム水溶液を混合してなる請求項
1に記載のP型ゼオライトの製造方法である。請求項3
記載の製造方法は、前記混合液が、アルミン酸ナトリウ
ム水溶液に塩化ナトリウムを添加してなる水溶液と、珪
酸ナトリウム水溶液とを、塩化ナトリウム水溶液に添加
してなる請求項1に記載のP型ゼオライトの製造方法で
ある。又、請求項4記載の製造方法は、前記ゲル析出
後、ゲルを 0.2〜0.6 ℃/min. の昇温速度で80〜180 ℃
まで加熱し、次いで一定温度に保持して水熱合成反応さ
せた後、放冷することにより、前記結晶化を行う請求項
1、2又は3に記載のP型ゼオライトの製造方法であ
る。
【0010】
【作用】本発明は、アルミン酸ナトリウム水溶液と、イ
オン調整剤と、珪酸ナトリウム水溶液とを含む混合液よ
り非晶質アルミノ珪酸ゲルを析出させた後、該ゲルを水
熱合成反応により結晶化するP型ゼオライトの製造を、
イオン調整剤の種類や混合液の組成比等をパラメータと
して種々実施し、混合液の粘度、生産効率を調べると共
に、製造したP型ゼオライトについて形状、粒径、性状
等を克明に調べ、その結果得られた下記知見に基づきな
されたものである。
【0011】即ち、上記製造においてイオン調整剤とし
て、従来使用の水酸化ナトリウムに代えて塩化ナトリウ
ムを用いるようにすると、混合液の濃度を高めても比較
的粘度が低くて凝集が起こり難いのでゲル析出及び結晶
化反応を進めることができ、そのため高濃度の混合液を
支障なく使用し得て生産効率が高く、従って所要製造設
備規模が比較的小さくてよく経済性を向上し得、しか
も、球状乃至丸みのある結晶粒子からなるP型ゼオライ
トが得られるという知見が得られた。又、このとき、確
実にP型のゼオライトとするには、混合液の組成比は H
2O/Na2O=18〜120,SiO2/Al2O3=0.8〜6.0, Na2O/SiO2=0.
8 〜3.5, NaCl/H2O=0.01 〜0.1 (いづれもモル比)に
調整すればよいことが判った。
【0012】そこで、本発明に係るP型ゼオライトの製
造方法は、前述の如く、アルミン酸ナトリウム水溶液
と、イオン調整剤と、珪酸ナトリウム水溶液とを含む混
合液より非晶質アルミノ珪酸ゲルを析出させた後、該ゲ
ルを水熱合成反応により結晶化して結晶性P型ゼオライ
トを得るに際し、前記イオン調整剤として塩化ナトリウ
ムを用いると共に、前記混合液の組成比を、モル比で H
2O/Na2O=18〜120, SiO2/Al2O3=0.8 〜6.0, Na2O/SiO2=
0.8 〜3.5, NaCl/H2O=0.01 〜0.1 に調整するようにし
ているのである。故に、前記知見よりして、本発明に係
るP型ゼオライトの製造方法によれば、高濃度の混合液
を支障なく使用し得て生産効率を高められるため、所要
製造設備規模が比較的小さくて経済性を向上し得ると共
に、球状乃至丸みのある結晶粒子からなるP型ゼオライ
トを製造し得るようになる。又、前述の如く高濃度混合
液を支障なく使用し得るので、適用し得る混合液の濃度
範囲が広く、そのため種々の粒径のP型ゼオライトが得
られると共にその粒径制御が容易となる。尚、上記混合
液の組成比の上下限値は、P型のゼオライトとするため
のものであって、かかる組成比を外れるとP型ゼオライ
トが得られなくなる。
【0013】前記混合液の調整(混合)は、アルミン酸
ナトリウム水溶液に塩化ナトリウムを添加した後、珪酸
ナトリウム水溶液を混合する方法、又は、アルミン酸ナ
トリウム水溶液に塩化ナトリウムを添加し、この水溶液
と、珪酸ナトリウム水溶液とを、塩化ナトリウム水溶液
に添加し混合する方法により行うと、丸みのある結晶粒
子からなる良好なP型ゼオライトを製造し得て良い。
尚、アルミン酸ナトリウム水溶液に珪酸ナトリウム水溶
液を混合した後、塩化ナトリウム水溶液を混合すると、
塩化ナトリウムの作用効果が発揮されず、良好なP型ゼ
オライトが得られ難い。
【0014】前記ゲル析出後以降は、ゲル析出後の混合
物を 0.2〜0.6 ℃/min. の昇温速度で80〜180 ℃まで加
熱し、次いで一定温度に保持して水熱合成反応により結
晶化させた後、放冷してP型ゼオライトを取り出すよう
にすると、より確実に丸みがあると共に粒径が小さくて
良好なP型ゼオライトが得られるので良い。
【0015】
【実施例】
(実施例1)アルミン酸ナトリウム:27.29grと水:120gr
とNaCl:15.63grとを混合した水溶液(A液)を作り、水
ガラス3号(珪酸ナトリウム:Na2O・nSiO2・xH2O):
137.98grと水:90gr とを混合した珪酸ナトリウム水溶液
(B液)を作り、NaCl:99.46grと水:416grとを混合して
なる液(C液)を作った。
【0016】次に、上記C液を攪拌しながらA液とB液
とを同時に各々一定速度でC液に添加し混合し、混合液
M1と成した。尚、該混合後の混合液M1のpHは約12.6、温
度は32℃であった。次いで、混合液M1について、ゲル析
出後 100℃に昇温させ、引続き一定の昇温速度で 150℃
まで約4時間かけて昇温し、同温度(150℃) に5時間保
持して水熱合成反応により結晶化した後、室温まで放冷
し、結晶(ゼオライト粉末)を取り出した後、洗浄・乾
燥処理した。
【0017】上記ゼオライト粉末について、X線回折分
析及び走査型電子顕微鏡による観察等の品質評価試験を
行った。その結果、図1に示す如くX線回折強度(ピー
ク)が高くて結晶化率が100%であって高く、P型以外の
ゼオライトの副生は認められず、結晶性P型ゼオライト
を高生産効率で製造し得ることが確認された。又、上記
P型ゼオライトは、図2の図面代用写真に例示する如
く、球状乃至丸みのある結晶粒子から成り、粒径:略6
μm であることが確認された。尚、図面代用写真におい
て白色の粒状部が結晶粒子(ゼオライト)である(以
降、同様)。
【0018】(比較例1)比較例1は従来のP型ゼオラ
イトの製造方法によるものである。先ず、アルミン酸ナ
トリウム:54.57grと水:125.58gr 及びNaOH:8.57gr とを
混合した水溶液(E液)を作り、水ガラス3号:137.98g
r(F液)を作った。次に、上記E液を攪拌しながらF液
を一定速度でE液に添加し混合し、混合液M2と成した。
尚、混合液M2のpHは約14.1、温度は30℃であった。次い
で、混合液M2について、50℃に昇温させ、引続き一定の
昇温速度で 100℃まで約4時間かけて昇温し、同温度(1
00℃) に53時間保持して水熱合成反応により結晶化を
完了させた後、室温まで放冷し、ゼオライト粉末を取り
出した後、洗浄・乾燥処理した。
【0019】上記ゼオライト粉末について、実施例1と
同様の試験を行った。その結果、図3に例示する如くP
型以外のゼオライトの副生は認められなかったが、ゼオ
ライトは図4に例示する如く、角張ったサイコロ状の結
晶粒子からなるものが多く、丸みのある結晶粒子は殆ど
認められなかった。尚、粒径は3μm であった。
【0020】(実施例2)アルミン酸ナトリウム:19.84
grと水:120grとNaCl:5.63gr とを混合した水溶液(G
液)を作り、又、NaCl:176.6grと水:1503gr とを混合し
てなる液(H液)を作った。次に、該H液を攪拌しなが
ら実施例1と同様のB液と、上記G液とを一定速度でH
液に添加し混合し、混合液N1と成した。尚、混合液N1
pHは約12.45,温度は24℃であった。次いで、混合液N1
ついて90℃に昇温し、引続き一定速度で 140℃まで約4
時間かけて昇温し、同温度(140℃) に4時間保持して水
熱合成反応により結晶化を完了させた後、室温まで放冷
し、ゼオライト粉末を取り出した後、洗浄・乾燥処理し
た。
【0021】上記ゼオライト粉末について、実施例1と
同様の試験を行った。その結果、結晶化率が高く、P型
以外のゼオライトの副生は認められず、結晶性P型ゼオ
ライトを高生産効率で製造し得たことが確認された。
又、上記P型ゼオライトは球状乃至丸みのある結晶粒子
から成ることが確認された。
【0022】(実施例3)アルミン酸ナトリウム:109.1
grと水:2491.71grとNaCl:129.2grとを混合した水溶液
(I液)を作り、又、水ガラス3号:137.98grと水:300
grとを混合した珪酸ナトリウム水溶液(J液)を作っ
た。次に、上記I液を攪拌しながらJ液を一定速度でI
液に添加し混合し、混合液P1と成した。尚、混合液P1
pHは約13.22 、温度は25℃であった。次いで、混合液P1
について80℃に昇温し、引続き一定速度で 130℃まで約
4時間かけて昇温し、同温度に3時間保持して結晶化を
完了させた後、室温まで放冷し、ゼオライト粉末を取り
出した後、洗浄・乾燥処理した。この後、実施例1と同
様の試験を行った。その結果、結晶化率が高く、P型以
外のゼオライトの副生は認められず、高生産効率で製造
し得たことが確認された。又、上記P型ゼオライトは丸
みのある結晶粒子から成ることが確認された。
【0023】
【発明の効果】本発明に係るP型ゼオライトの製造方法
は、以上述べた構成を有し作用をなすものであって、混
合液の濃度を高めても比較的粘度が低くてゲル析出及び
結晶化反応を進めることができ、そのため高濃度の混合
液を支障なく使用し得て生産効率が高く、従って所要製
造設備規模が比較的小さくてよく経済性を向上し得るよ
うになり、しかも、球状乃至丸みのある結晶粒子からな
るP型ゼオライトを製造し得るようになるという効果を
奏するものである。
【0024】更には、高濃度混合液を支障なく使用し得
るので、適用し得る混合液の濃度範囲が広く、そのため
種々の粒径のP型ゼオライトが得られると共にその粒径
制御が容易となるという効果をも奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係るP型ゼオライトのX線回折結果
(パターン)を示す図である。
【図2】実施例1に係るP型ゼオライトの結晶構造(走
査型電子顕微鏡観察結果の一部)を示す図面代用写真で
ある。
【図3】比較例1に係るゼオライトのX線回折結果を示
す図である。
【図4】比較例1に係るゼオライトの結晶構造を示す図
面代用写真である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミン酸ナトリウム水溶液と、イオン
    調整剤と、珪酸ナトリウム水溶液とを含む混合液より非
    晶質アルミノ珪酸ゲルを析出させた後、該ゲルを水熱合
    成反応により結晶化して結晶性P型ゼオライトを得るP
    型ゼオライトの製造方法において、前記イオン調整剤と
    して塩化ナトリウムを用いると共に、前記混合液の組成
    比を、モル比で H2O/Na2O=18〜120, SiO2/Al2O3=0.8〜
    6.0,Na2O/SiO2=0.8 〜3.5, NaCl/H2O=0.01 〜0.1 に調
    整することを特徴とするP型ゼオライトの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記混合液が、アルミン酸ナトリウム水
    溶液に塩化ナトリウムを添加した後、珪酸ナトリウム水
    溶液を混合してなる請求項1に記載のP型ゼオライトの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記混合液が、アルミン酸ナトリウム水
    溶液に塩化ナトリウムを添加してなる水溶液と、珪酸ナ
    トリウム水溶液とを、塩化ナトリウム水溶液に添加して
    なる請求項1に記載のP型ゼオライトの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ゲル析出後、ゲルを 0.2〜0.6 ℃/m
    in. の昇温速度で80〜180 ℃まで加熱し、次いで一定温
    度に保持して水熱合成反応させた後、放冷することによ
    り、前記結晶化を行う請求項1、2又は3に記載のP型
    ゼオライトの製造方法。
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