JP2806079B2 - A型ゼオライトの製造法 - Google Patents

A型ゼオライトの製造法

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JP2806079B2 JP3145436A JP14543691A JP2806079B2 JP 2806079 B2 JP2806079 B2 JP 2806079B2 JP 3145436 A JP3145436 A JP 3145436A JP 14543691 A JP14543691 A JP 14543691A JP 2806079 B2 JP2806079 B2 JP 2806079B2
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/26Aluminium-containing silicates, i.e. silico-aluminates
    • C01B33/28Base exchange silicates, e.g. zeolites
    • 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
    • C01B33/2815Zeolitic 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)

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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、気体分子や低分子有機
化合物の吸着材等として有用なA型ゼオライトを効率良
く製造することのできる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】A型ゼオライトは、通常、アルミノシリ
ケートゲルを熱水結晶化(hydrothermal cristallizatio
n)することによって製造される。即ちアルミノシリケー
トゲルは、たとえば高塩基性アルミン酸ナトリウム水溶
液にシリカゾル水溶液を加え、あるいは高塩基性珪酸ナ
トリウム水溶液に水酸化アルミニウム粉末を加えて混合
することにより簡単に得ることができ、生成したアルミ
ノシリケートゲルを加熱すると、ゲル中でA型ゼオライ
トの結晶核生成と結晶成長が徐々に進行し、その全部も
しくは大部分が結晶質のA型ゼオライトに変わってい
く。
【0003】ところでA型ゼオライトは、熱力学的にみ
ると準安定相結晶であるため、熱水結晶化の際に必要以
上の熱と時間を与えると安定相結晶であるヒドロキシソ
ーダライトにまで変化してしまう。従ってその製造に当
たっては、いかにして安定相結晶への変化を抑えて準安
定相結晶状態で止めるか、という点に主眼を置いた研究
が行なわれている(特公昭56-37166号,特開昭57-3713
号,同58-213626 号等)。
【0004】A型ゼオライトの原料としてアルミノシリ
ケートゲルを使用するのは、ゲル状態で結晶化を進める
ことによって、結晶成長時におけるアルミン酸イオンと
珪酸イオンの自由な移動に制限を与え、両イオンの自由
な再配列を防止することによって、必要以上の熱エネル
ギーが加わった場合でも安定相への相変態が起こらない
様にすることを意図したものである。
【0005】しかしながらこの様な方法を採用した場合
でも、結晶化工程で過剰の熱エネルギーが加わると(温
度が高過ぎたり、反応時間が長過ぎると)、各イオンの
動きが活発となって安定相への再配列を起こし、ヒドロ
キシソーダライトが生成してくる。またゲルネットワー
ク構造が強固過ぎてゲル内における各イオンの移動が過
度に制限されると、結晶化反応自体が起こり難くなって
準安定相結晶の生成率が上がらなくなる。そこで従来は
できるだけ穏和な条件下で選択的にA型ゼオライトを生
成させるための要件として、アルミノシリケートゲル生
成時におけるナトリウムイオン、アルミン酸イオン、珪
酸イオンの各濃度を調整し、ゲルネットワーク構造の強
さを抑制する方向で研究が進められている。
【0006】ゲルネットワーク構造の強さは、アルミノ
シリケートゲル生成時における水酸化ナトリウム濃度が
高いほど低下することが知られているが、高pH領域で
の原料溶液は安定でありアルミノシリケート系化合物の
析出は起こらない。そこでアルミノシリケート系化合物
の析出限界領域近傍のpHでアルミン酸イオンと珪酸イ
オンの比を適正に調整することによって、比較的穏和な
条件下で結晶化を行なう方法も知られている[New Deve
lopments inZeolite Science and Technology,Proceedi
ngs of 7th International Zeolite Conference Tokyo,
August17 〜22(1986)] 。
【0007】この方法は、前述の様にアルミノシリケー
トゲルを原料として熱水結晶化する方法とは異なり、高
pH域で結晶化を行なうのでゲルネットワーク構造が弱
く、穏和な条件下でも結晶化が進行する。しかしながら
この方法でも、ゲルネットワーク強度が弱い分だけアル
ミン酸イオンと珪酸イオンは動き易くなり、安定相結晶
の生成は避けられない。しかもアルミノシリケート系化
合物の析出限界領域近傍という微妙な条件下において競
合する準安定相結晶析出反応と安定相結晶析出反応の両
反応を、原料溶液の各イオン濃度や加熱温度、加熱時間
のみで制御することは困難であり、準安定相結晶析出反
応の選択性を十分に高めることは容易でない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の様な従
来技術の問題点に着目してなされたものであって、その
目的は、安定相結晶であるヒドロキシソーダライトを生
成させることなく、準安定相結晶であるA型ゼオライト
を効率良く製造することのできる方法を提供しようとす
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る製造法の構成は、アルミン酸イオ
ン濃度が0.1 〜0.5 モル/リットル、ナトリウムイオン
濃度が0.03〜3モル/リットルである水溶液と、珪酸イ
オン濃度が0.02〜0.1 モル/リットル、ナトリウムイオ
ン濃度が0.05〜4モル/リットルである水溶液とを、夫
々調製しておき、これらを60℃未満の温度でゲル状物が
生成しない様に混合し、次いで60〜100℃に加熱してA
型ゼオライトを析出させるところに要旨を有するもので
ある。このとき、各水溶液のイオン濃度は、混合状態に
おける各イオン濃度がアルミン酸イオン濃度:0.05〜0.
15モル/リットル,珪酸イオン濃度:0.01〜0.05モル/
リットル,ナトリウムイオン濃度:0.05〜3.0 モル/リ
ットルとなる様に調整することにより、A型ゼオライト
をより効率良く得ることができる。
【0010】
【作用】本発明では、上記の様にアルミン酸イオンを含
む水酸化ナトリウム水溶液[以下アルミン酸イオン含有
水溶液(X) ということがある]と珪酸イオンを含む水酸
化ナトリウム水溶液[以下、珪酸イオン含有水溶液(Y)
ということがある]を別々に調製し、これらをゲル状物
が生成しない様に60℃未満の温度で均一に混合[以下、
混合液 (X +Y)ということがある]した後、これを所定
の温度に加温するものであり、それにより後記実施例で
も明らかにする如く、ヒドロキシソーダライトを生ずる
ことなくA型ゼオライトを高収率で製造することができ
る。
【0011】但し本発明の目的を達成するためには、夫
々の水溶液(X),(Y) を調製する段階で、アルミン酸イオ
ン含有水溶液(X) については、アルミン酸イオン濃度を
0.1〜0.3 モル/リットルにすると共にナトリウムイオ
ン濃度を0.05〜3モル/リットルとし、また珪酸イオン
含有水溶液(Y) については、珪酸イオンを0.02〜0.1モ
ル/リットルに設定すると共にナトリウムイオン濃度を
0.05〜4モル/リットルに調整し、これらを60℃未満の
温度でゲル状物が生成しない様に均一に混合した後、次
いで60〜100 ℃に加熱することによってA型ゼオライト
の結晶を析出させる。
【0012】混合前の各水溶液(X),(Y) において、夫々
のアルミン酸イオン濃度または珪酸イオン濃度が低過ぎ
たり、あるいは両水溶液(X),(Y) のナトリウムイオン濃
度が高過ぎると、2液混合後所定温度に加温してもA型
ゼオライトの結晶析出が起こらない。また逆にアルミン
酸イオン濃度や珪酸イオン濃度が高過ぎたり、あるいは
ナトリウムイオン濃度が低過ぎると、2液混合直後にゲ
ル状の析出物(主としてアルミノシリケートゲル)が生
成し、その後で所定温度に加温しても生成したゲルの相
変化は起こらず、結晶質のA型ゼオライトが得られなく
なる。
【0013】尚2液混合時におけるゲル状物の生成を防
止すると共に、その後の加温でA型ゼオライトの晶出を
効率良く進めるには、2液混合後の各イオン濃度が、ア
ルミン酸イオン濃度:0.05〜0.15モル/リットル,珪酸
イオン濃度:0.01〜0.05モル/リットルと,ナトリウム
イオン濃度:0.05〜3.0 モル/リットルとなる様に、両
水溶液(X),(Y) のイオン濃度と配合比率を調整するのが
よい。
【0014】また2液混合時の温度が60℃を超えると、
2液が均一に混合される前の各イオン濃度に偏りがある
状態のときに部分的にゲル状物が生成し、このゲル状物
は再溶解せず且つその後の加温によってもA型ゼオライ
ト結晶に変わらないので、やはり満足な収率が得られな
くなる。従って2液を混合する際には、液温が60℃を超
えない様に、より好ましくは50℃以下に保たれる様に注
意しなければならない。
【0015】また両水溶液の特にナトリウムイオン濃度
は、2液混合時における一時的なイオン濃度の偏りを極
力少なくできる様、同一濃度に調整しておくことが望ま
しい。更に各水溶液(X),(Y) のアルミン酸イオン濃度及
び珪酸イオン濃度については、上記規定範囲の上限領域
に近いほど、またナトリウムイオン濃度については下限
領域に近いほど、混合時におけるゲル状物の生成はより
確実に防止できる様になる。
【0016】しかもゲル析出反応を起こし易い両水溶液
(X),(Y) の混合に当たっては、混合の順序も重要とな
る。上記した各イオン濃度領域においてはゲル状物の生
成反応は、珪酸イオン濃度の変化よりもアルミン酸イオ
ン濃度の変化に影響され易く、珪酸イオン含有水溶液
(Y) にアルミン酸イオン含有水溶液(X) を加えたときは
ゲル状物を生じないが、その逆にするとゲル状物を生ず
ることがある。従って2液混合の手段としては、混合系
において珪酸イオン濃度に対するアルミン酸イオン濃度
が局部的に高くなることのない様、アルミン酸イオン含
有水溶液(X) に珪酸イオン含有水溶液(Y) を混入させる
方法、或は両者を同時に空容器に加えて混合する方法等
を採用することが望まれる。この2液混合工程で十分な
攪拌を加えるべきであることは勿論である。
【0017】かくして得られる所定イオン濃度の混合液
を60〜100 ℃、より好ましくは70〜90℃に加温する
と、アルミノシリケートゲルを生ずることなく、また安
定相のヒドロキシソーダライト結晶を生ずることなく、
準安定相であるA型ゼオライト結晶のみが選択的に生成
する。このとき温度が60℃未満ではA型ゼオライト結晶
が生成せず、また100 ℃を超えるとヒドロキシソーダラ
イトへの相変化が急速に進行し、A型ゼオライトの生成
率及び純度が低下する。
【0018】
【実施例】実施例 アルミン酸イオン0.25モル/リットルとナトリウムイオ
ン1.0 モル/リットルを含む水溶液(A液)と、珪酸イ
オン0.1 モル/リットルとナトリウムイオン1.0 モル/
リットルを含む水溶液(B液)、及び10.0モル/リット
ルの水酸化ナトリウム水溶液(C液)を準備した。
【0019】そして上記A液、B液、C液及び純水を表
1に示す比率で混合して水溶液(X)及び(Y) を調製(両
水溶液のナトリウムイオン濃度は略同一になる様に調
整)し、これらを室温(約25℃)で混合した。尚混合に
当たっては、水溶液(Y) を攪拌しつつ水溶液(X) を攪拌
しを加えることにより、ゲル状物が生成しない様に混合
した。次いで混合液を昇温して所定時間保持し、A型ゼ
オライトを晶出させた。混合液の各イオン濃度及び加温
条件を表1に一括して示す。得られた晶出物をX線回折
により固定したところ、すべてA型ゼオライトであり、
ヒドロキシソーダライトの生成は認められなかった。
【0020】
【表1】
【0021】比較例 上記実施例と同様の方法で水溶液(X) 及び(Y) を調製し
た後、表2に示す如く、異なる条件で両液の混合及び加
温を行い、生成物の状態を観察した。原料溶液の調製
法、混合法、原料イオン濃度、加温条件及び生成物の状
態を表2に一括して示す。
【0022】
【表2】
【0023】表2のNo.1〜5はいずれも本発明の規定
要件を欠く比較例であり、以下に示す如くA型ゼオライ
ト結晶を得ることができない。 No.1:原料溶液のうち水溶液(Y) の珪酸イオン濃度が
低く、且つ混合状態での珪酸イオン濃度も低過ぎるた
め、所定の熱を加えても析出物が生成しない。 No.2:原料溶液のイオン濃度は適正であるが、混合時
の温度が高過ぎるため混合時にゲル化し、その後加熱を
行なっても結晶を得ることができない。 No.3:原料溶液のうち水溶液(X) の珪酸イのアルミン
酸イオン濃度が高く、且つ混合状態でのアルミン酸イオ
ン濃度も高過ぎるため、混合直後に非晶質の不溶物が生
成し、この不溶物はその後の加熱処理によってもA型ゼ
オライト結晶への相変化を起こさない。 No.4:原料溶液のうち水溶液(X) のアルミン酸イオン
濃度が低く、混合状態でのアルミン酸イオン濃度も低過
ぎるため、混合後所定の熱を加えても析出物が生成しな
い。 No.5:2液混合時の温度が高過ぎる比較例であり、混
合後に生成する晶出物の大部分は安定相のヒドロキシソ
ーダライトであった。
【0024】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、安
定相のヒドロキシソーダライトを生成させることなく、
準安定相のA型ゼオライトを収率良く製造し得ることに
なった。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミン酸イオン濃度が0.1 〜0.3 モル
    /リットル、ナトリウムイオン濃度が0.05〜3モル/リ
    ットルである水溶液と、珪酸イオン濃度が0.02〜0.1 モ
    ル/リットル、ナトリウムイオン濃度が0.05〜4モル/
    リットルである水溶液とを、夫々調製しておき、これら
    を60℃未満の温度でゲル状物が生成しない様に混合し、
    次いで60〜100 ℃に加熱してA型ゼオライトを析出させ
    ることを特徴とするA型ゼオライトの製造法。
  2. 【請求項2】 混合状態における各イオン濃度を、アル
    ミン酸イオン濃度:0.05〜0.15モル/リットル,珪酸イ
    オン濃度:0.01〜0.05モル/リットル,ナトリウムイオ
    ン濃度:0.05〜3.0 モル/リットルとする請求項1記載
    の製造法。
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