JP2918054B2 - 合成結晶性アルミノケイ酸塩、その製法および触媒および吸着剤の製法 - Google Patents

合成結晶性アルミノケイ酸塩、その製法および触媒および吸着剤の製法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規合成結晶性アルミノケイ酸塩(ゼオライ
ト)、その製法ならびにその使用に関する。
従来の技術 ゼオライトは一連の特別な特性によりすぐれている、
微細孔状の結晶性アルミノケイ酸塩である。これは0.3
〜0.9nmの開口値を有する定義された中空系を有する。
これは陽イオン交換体である。H−形でこれは高い固体
酸性度を有する。疎水性特性はケイ素対アルミニウムの
比により制御される。これは高い熱安定性を示す。
合成ゼオライトは今日、分離工程用吸着剤として、洗
剤中のリン酸塩用の代替物としておよび石油化学工程で
の触媒として使用される。さらにこれは環境親和性でな
い科学技術の範囲での使用可能性の高いポテンシャルを
有する。
選択性不均一系触媒としては、これは、企図された、
エネルギー節約性のおよび所望でない副生成物の含量が
より一層少ない、価値の高い有機生成物の製造を助け
る。石油および天然ガスのような天然原料または今日ま
で不完全にしか利用されていない二次原料がこの触媒を
用いてより高い程度有用な生成物に変換できる。ゼオラ
イトはさらに廃ガス用脱窒素触媒として、エネルギー節
約剤としておよびエネルギー節約物質分離のために使用
する。
ペンタジル族のケイ素富有ゼオライトの合成は1967年
に初めてアルガウアー(Argauer)とランドルト(Lando
lt)(米国特許第3702886号明細書)によって記載され
た。
この物質の製造はしかし合成混合物に、有機の、構造
を制御する化合物を添加することによってのみ成功し
た。たいていはたとえばテトラプロピルアンモニウムブ
ロミドのようなテトラアルキルアンモニウム化合物をこ
のために使用する。それ以後第二アミン、アルコール、
エーテル、複素環状物およびケトンのような、多数の他
の有機物質での合成に成功した。
全てのこれらの合成別法はしかし大工業的な、環境保
護的な製造を除外するという、一連の重大な欠点を有す
る。使用される有機物質は毒性であり、易可燃性であ
る。合成は熱水条件下に、高い圧力下、たいていはオー
トクレーブ中で実施しなければならないので、この物質
の浸出は決して完全には排除されない。
これにより操作員および製造箇所により接近した、広
範囲にわたる環境の高い危険ポテンシャルが生じる。製
造の際生じる廃水は同様にこれらの物質を含有し従って
環境汚染を防ぐために、高いコスト下に除去しなければ
ならない。このためになお、格子中に存在する有機配分
を高い温度で完全に燃焼させなければならない。このも
の又は可能な分解−ないしは最終生成物はそれにより排
気中へ達する。この完全燃焼はゼオライト−触媒中で付
加的な格子損傷を惹起し、これはその触媒特性をそこな
う。
全てのこれらの欠点は、この有用な触媒の大工業的製
造が今日までバッチ中でしか実施されないことに導い
た。
近年特許文献には、これらの有機物質の使用を避ける
ことができる、いくつかの製造が記載された(たとえば
米国特許第4257885号明細書)。
今日の特許文献に記載された製造はしかし非常に緩慢
にのみ(数日間にわたり)、かつたいていは不完全にし
か、所望の生成物に導かない。その他に所望でない副相
の出現が大体において避けられない。
発明が解決しようとする課題 本発明は、副相の形成をほぼ避けることができ、かつ
短時間で実施できる、純粋な無機合成方法である。
課題を解決するための手段 この方法で製造された合成アルミノケイ酸塩はさらに
同様の、他の方法で製造された生成物とははっきりと区
別できる、物理化学的特徴を有する。
本発明による方法で製造されたゼオライトはモル比で
次のように記載される、化学的組成を有する、0〜3 M2
O:Al2O3:15〜40 SiO2:0〜40 H2O(その際Mはアルカリ
陽イオンを表わす)。このゼオライトは鉱酸、アンモニ
ウム化合物の助けを用いて、他のプロトン発生剤または
他の陽イオンと交換できる。
上記の化学的組成を有する化合物で、本発明で製造さ
れたゼオライトは、少なくとも表1に挙げられた格子間
隔を包含する、レントゲン回折線図を示す。
上記の化学組成を有しかつ表1で挙げられた格子面間
隔を有する化合物中で、本発明で製造されたゼオライト
は29−ケイ素−固体−MAS−核磁気共鳴スペクトルで、
標準としてのテトラ−メチル−シランに対し約−100、
−106、−112および−116ppmの吸収帯を有し、これによ
りこの新規アルモシリケートは全ての類似のゼオライト
と区別できる(第1図および第2図参照)。
固体−MAS−核磁気共鳴測定は9.4Tの磁場を有するブ
ルカー(Bruker)400MSL分光計で実施した。29−Si−MA
S−NMR−測定は4μsのパルス長さ、5sのパルス間隔、
3KHzの回転数および10000のスキャン数を有する、79.5
の周波数で実施する。測定されたスペクトルのピーク解
析のためにブルカーグリンフィット(GLINFIT)プログ
ラムを使用した。吸収帯が約−100ppmで、酸素原子を介
して2つのケイ素原子および2つのアルミニウム原子と
結合されている、ケイ素原子から実際出ていることを確
認するために、試料の付加的な採取を交差分極技術を用
いて実施し、これは、この吸収帯のシラノール基への所
属を避けかつそれにより記載された構成単位の発生を確
認する。
固体−MAS−核磁気共鳴技術は近年とりわけケイ酸塩
材料および特にゼオライト用の能率のよい特徴づけ方法
に発展した(Engelhardt,G;Michel,D.1987High−Resolu
tion−Solid−State NMR of Silicates and Zeolites,C
hichester:Wiley)。
1979年以来29−Si、27−Alおよび17−0固体−MAS−
核磁気共鳴分光分析がゼオライトの構造試験のために適
用されている。特に29−ケイ素−固体−MAS−核磁気共
鳴分光分析はゼオライトの構造および化学について多く
の新たな認識をもたらした。
そこで結晶学的に異なる格子−ケイ素原子の信号が分
解されかつ構造パラメタが関係づけられる(第3図参
照;J.Klinowski:Ann Rev.Mater.Sci.1988、18、189〜21
8)。
ペンタジル−属の合成ゼオライトはその高いSiO2−配
分に基づき主に、酸素架橋を介して再びケイ素原子と結
合されている、ケイ素格子原子を有する。この構造単位
は−112および−116ppmの間の29−ケイ素−固体−MAS−
格磁気共鳴スペクトルでの信号により検知される。
さらにペンタジル−類のゼオライト中でしばしばなお
約−106ppmでさらにより弱い信号が観察され、その強度
はより高いアルミニウム含量に対応して増大しかつこの
信号は酸素架橋を介して3つのケイ素原子および1つの
アルミニウム原子と結合されている、ケイ素原子に関係
づけられる。
信号はペンタジル中で、0,1,2アルミニウム原子と結
合されている、ケイ素原子と関係づけられるゼオライト
を認めなかった。
40ないし30より小さいSiO2/Al2O3のモル比を有するペ
ンタジル用の慣用の合成方法は部分結晶性生成物にのみ
導く。本発明による方法により特にまたこの範囲で高い
触媒活性を有する相純粋生成物を製造することに成功す
る。これから出発して、ゼオライトの本発明による製造
により格子中で、ケイ素原子が酸素原子を介して2つの
ケイ素原子および2つのアルミニウム原子と結合されて
いる、構造単位が生じるという結論に導かれる(約−10
0ppmの吸収帯で)。
本発明により製造されるゼオライト−触媒はこの構造
単位に基づき、同様の、従来の方法で製造されたペンタ
ジルよりはるかにより高い触媒活性を有する。
この新規アルミノケイ酸塩の本発明による製造は次の
モル組成: SiO2/Al2O3=15〜40 OH-/SiO2 =0.1〜0.2 H2O/SiO2 =20〜60 を有する、純粋な無機、水性アルカリ性反応混合物か
ら、特にしかしモル組成: SiO2/Al2O3=18〜30 OH-/SiO2 =0.13〜0.18 H2O/SiO2 =25〜40 を有する水性アルカリ性反応混合物から熱水結晶化によ
り行う。
製造のために使用される材料はSiO2およびAl2O3ない
しはその水和された誘導体またはアルカリ−ケイ酸塩お
よび−アルミン酸塩および鉱酸であり、特にしかしコス
ト上で有利な出発物質はナトリウム−水ガラス、アルミ
ニウム−ないしはナトリウム−塩および硫酸である。
出発物質の混合後、熱水結晶化を100℃より上の温度
で1〜100時間にわたって行う。形成されたアルミノケ
イ酸塩を濾過しかつ触媒ないし吸着剤にさらに加工す
る。
実施例 例 1 モル比 SiO2/Al2O3=30 OH-/SiO2 =0.14 H2O/SiO2 =30 を有するNa−水ガラス、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリ
ウムおよび硫酸の溶液から成る反応バッチを撹拌された
オートクレーブ中で185℃の反応温度に加熱し、24時間
熱水処理した。固形生成物を濾過し、110℃で乾燥させ
る。乾燥物質は少なくとも表1に挙げられたd−値を有
する、X−線回折線図を有する相純粋アルミノケイ酸塩
から成る。
生成物の化学的組成はモル比で表わされる 1.1Na2O:Al2O3:31SiO2:6H2O。
種々のケイ素正四面体配位の基準である、29−ケイ素
−固体−MAS−核磁気共鳴スペクトルから得られた、個
々の吸収帯の分配は次のようなものである: 生成物の一部は硝酸アンモニウムで数回イオン交換さ
れ、活性化され、常圧流通反応器中へ充填されかつその
触媒特性が試験される。試験反応としてエチルベンゾー
ルの不均化を用いる。250℃の温度および0.33h-1の反応
器負荷で変換率は30%である。
例 2 モル比 SiO2/Al2O3=27 OH-/SiO2 =0.14 H2O/SiO2 =30 を有するNa−水ガラス、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリ
ウムおよび硫酸の溶液から成る反応バッチを撹拌された
オートクレーブ中185℃の反応温度に加熱し、24時間熱
水処理する。固形生成物を濾過し、110℃で乾燥させ
る。乾燥物質は少なくとも表1に挙げられたd−値を有
するX−線回折線図を有する相純粋アルミノケイ酸塩か
ら成る。生成物の化学的組成はモル比で表わされる: 1.2Na2O:Al2O3:27SiO2:7H2O。
種々のケイ素正四面体配位の基準である、29−ケイ素
−固体−MAS−核磁気共鳴スペクトルから得られた、個
々の吸収帯の配分は次のようなものである: 生成物の一部を硝酸アンモニウムで数回イオン交換
し、活性化し、常圧流通反応器中へ充填し、その触媒特
性を試験した。試験反応としてエチルベンゾールの不均
化を使用する。250℃の温度および0.33h-1の反応器負荷
で変換率は33%である。
例 3 モル比: SiO2/Al2O3=24 OH-1/SiO2 =0.14 H2O/SiO2 =30 を有する、Na−水ガラス、硫酸アルミニウム、硫酸ナト
リウムおよび硫酸の溶液から成る反応バッチを撹拌され
たオートクレーブ中185℃の反応温度に加熱し、24時間
熱水処理する。固形生成物を濾過し、110℃で乾燥す
る。乾燥物質は少なくとも表1で挙げられたd−値を有
する、X−線回折線図を有する相純粋アルミノケイ酸塩
から成る。
生成物の化学的組成はモル比で表わされる: 1.1Na2O:Al2O3:24SiO2:7H2O。
種々のケイ素正四面体配位の基準である、29−ケイ素
−固体−MAS−核磁気共鳴スペクトルから得られた、個
々の吸収帯の配分は次のようなものである: 生成物の一部を硝酸アンモニウムで数回イオン交換
し、活性化し、常圧流通反応器中へ充填し、その触媒特
性を試験する。
試験反応としてエチルベンゾールの不均化を使用す
る。250℃の温度および0.33h-1の反応器負荷で変換率は
40%である。 表−1 d−値/面間隔 相対強度 11.2 ±0.3 強い 10.1 ±0.3 強い 9.8 ±0.2 弱い 3.85±0.1 非常に強い 3.83±0.1 強い 3.73±0.1 強い 3.75±0.1 強い 3.60±0.1 弱い 3.06±0.05 弱い 3.00±0.05 弱い 2.01±0.02 弱い 1.99±0.02 弱い
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例の核磁気共鳴ス
ペクトルであり、第3図はゼオライト中のSi(nAl)構
造単位の化学29−Siシフトの範囲を表わしたものであ
る。第3図において断線は、種々の塩−クラスレイト化
合物を含有する、合成ソーダライト中のSi(4Al)構造
単位の化学シフトの新たに発見された最も広い範囲を示
す。
フロントページの続き (72)発明者 フーベルトウス・シユミツト ドイツ連邦共和国アイトルフ・ハウプト シユトラーセ 75 (72)発明者 ギユンター・ヴインクハウス ドイツ連邦共和国ケーニツヒスヴインタ ー1・アウフ・デム・シユタツペンベル ク 2 ベー (72)発明者 クラウス・カー・ウンガー ドイツ連邦共和国マインツ・ヨー・‐ベ ツヒエル‐ヴエーク 24 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 39/46

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】0〜3M2O:Al2O3:15〜40SiO2:0〜40H2O [その際Mは金属陽イオンを表わす]を有し、X−線回
    折線図で、少なくとも次表: d−値/面間隔 相対強度 11.2 ±0.3 強い 10.1 ±0.3 強い 9.8 ±0.2 弱い 3.85±0.1 非常に強い 3.83±0.1 強い 3.73±0.1 強い 3.75±0.1 強い 3.60±0.1 弱い 3.06±0.05 弱い 3.00±0.05 弱い 2.01±0.02 弱い 1.99±0.02 弱い に挙げたd−値に属するX−線屈折を有する、合成結晶
    性アルミノケイ酸塩において、この物質の29−ケイ素−
    固体−MAS−核磁気共鳴スペクトルが標準テトラ−メチ
    ル−シランに対して−96〜−102ppmの間でピークを有す
    ることを特徴とする、合成結晶性アルミノケイ酸塩。
  2. 【請求項2】この物質の29−ケイ素−固体−MAS−核磁
    気共鳴スペクトルが標準テトラ−メチル−シランに対し
    約−100、−106、−112および−116ppmで吸収帯を有す
    る、請求項1記載の合成結晶性アルミノケイ酸塩。
  3. 【請求項3】純粋な無機合成混合物から熱水反応により
    得られた、請求項1又は2記載の合成結晶性アルミノケ
    イ酸塩。
  4. 【請求項4】Mがナトリウム陽イオンである、請求項1
    から3までのいずれか1項記載の合成結晶性アルミノケ
    イ酸塩。
  5. 【請求項5】水性アルカリ性媒体中にSiO2およびAl2O3
    ないしはその水和された誘導体またはアルカリ−ケイ酸
    塩および−アルミン酸塩、鉱化剤および場合により種晶
    を有する反応バッチから、請求項1〜4に記載の特徴を
    有する合成アルミノケイ酸塩の製法において、反応バッ
    チ中に次のモル比: SiO2/Al2O3=15〜40 OH-/SiO2 =0.1〜0.2 H2O/SiO2 =20〜60 が存在することを特徴とする、合成アルミノケイ酸塩の
    製法。
  6. 【請求項6】モル比が次の値: SiO2/Al2O3=18〜30 OH-/SiO2 =0.13〜0.15 H2O/SiO2 =25〜40 を有する、請求項5記載の合成アルミノケイ酸塩の製
    法。
  7. 【請求項7】請求項1から4のいずれか1項に記載の合
    成結晶性アルミノケイ酸塩を使用することを特徴とす
    る、触媒の製法。
  8. 【請求項8】請求項1から4のいずれか1項に記載の合
    成結晶性アルミノケイ酸塩を使用することを特徴とす
    る、吸着剤の製法。
JP2177627A 1989-07-06 1990-07-06 合成結晶性アルミノケイ酸塩、その製法および触媒および吸着剤の製法 Expired - Lifetime JP2918054B2 (ja)

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