JP3367145B2 - MEMBRANE SYNTHETIC ZEOLITE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

MEMBRANE SYNTHETIC ZEOLITE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、膜状合成ゼオライトお
よびその製造法に関する。更に詳しくは、気体分離膜、
触媒、吸着剤などとして有効に用いられる膜状合成ゼオ
ライトおよびその製造法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synthetic membrane zeolite and a method for producing the same. More particularly, gas separation membranes,
The present invention relates to a membrane-like synthetic zeolite that is effectively used as a catalyst, an adsorbent, etc., and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゼオライトは、それ自身が持つ分子ふる
い性や固体酸性などの特性から、触媒や吸着剤として広
く用いられている。また、近年では、膜状合成ゼオライ
トが研究され、それの耐熱性や耐薬品性の故に、気体分
離膜の素材としても注目されている。
2. Description of the Related Art Zeolites are widely used as catalysts and adsorbents because of their properties such as molecular sieving properties and solid acidity. In recent years, synthetic membrane zeolites have also been studied, and due to their heat resistance and chemical resistance, they are also attracting attention as materials for gas separation membranes.

【0003】ゼオライトを膜状にするということは、気
体分離膜として用いることができるということだけでは
なく、触媒や吸着剤として用いられる場合にも多くの利
点を有している。即ち、ペレット状に成形されたゼオラ
イトに比べ、見掛け上の接触面積が大きく、またバイン
ダーを不要とすることができるため、単位体積当たりの
質量が小さいなどの利点がみられる。
[0003] Forming a zeolite into a membrane has many advantages not only in that it can be used as a gas separation membrane, but also when it is used as a catalyst or an adsorbent. That is, compared with zeolite formed into pellets, the apparent contact area is large, and since a binder can be eliminated, there are advantages such as a small mass per unit volume.

【0004】膜状ゼオライトを製造する方法は、特開昭
59-213615号公報、同60-28826号公報、同60-129119号公
報、同63-291809号公報、特開平4-227826号公報等に記
載されているが、これらの方法ではいずれもアルミナ等
の基板が必要とされている。このような基板を用いるこ
とは、他の基板上への展開ができないなど分離膜として
の使用範囲が限定されたり、分離膜の重量が増加するな
どの問題点がみられる。また、これらの方法で製造され
るゼオライト種は、ゼオライトA、ゼオライトXまたは
Y、モルデナイト、ZSM-5などである。
[0004] A method for producing a membranous zeolite is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 59-213615, No. 60-28826, No. 60-129119, No. 63-291809, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-227826, etc., all of which use alumina or the like. substrate is required. The use of such a substrate has problems such as a limitation in the range of use as a separation membrane such that it cannot be developed on other substrates, and an increase in the weight of the separation membrane. Also, zeolite species produced by these methods include zeolite A, zeolite X or Y, mordenite, ZSM-5, and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アル
ミナ基板などを用いることなく製造し得る膜状合成ゼオ
ライトであって、それがZSM-35であるものおよびその製
造法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a membranous synthetic zeolite, which is ZSM-35, which can be produced without using an alumina substrate or the like, and a method for producing the same. be.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明により、合成時に
ゼオライト単独で自立している膜状合成ゼオライトZSM-
35が提供される。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, during synthesis
Self- sustaining membranous synthetic zeolite ZSM-
35 are provided.

【0007】このような膜状合成ゼオライトは、SiO 2 /Al 2 O 3 =30〜120 アルカリ金属源/SiO 2 =0.2〜0.5 結晶化剤/SiO 2 =0.02〜0.5 H 2 O/SiO 2 =80〜250 のモル比を有する シリカ源、アルミナ源、アルカリ金属
源、結晶化剤としてのテトラメチルアンモニウム塩およ
び水からなる水性混合物を耐圧容器中に封入し、0.5〜5
℃/分の昇温速度で水熱合成温度迄昇温させ、150〜200
℃の水熱合成温度に保持することにより、製造時に基板
などを必要とすることなく、合成時にそれ自体で膜状に
形成された状態で製造される。
Such membranous synthetic zeolite has the following composition: SiO 2 /Al 2 O 3 =30-120 alkali metal source/SiO 2 =0.2-0.5 crystallization agent/SiO 2 =0.02-0.5 H 2 O/SiO 2 = An aqueous mixture consisting of a silica source, an alumina source, an alkali metal source, a tetramethylammonium salt as a crystallization agent and water having a molar ratio of 80-250 is sealed in a pressure vessel ,
Heat up to the hydrothermal synthesis temperature at a rate of temperature rise of °C/min, 150-200
By maintaining the temperature at the hydrothermal synthesis temperature of 10° C., it is produced in a film-like state by itself during synthesis without requiring a substrate or the like during production.

【0008】シリカ源としては、シリカゾル、けい酸ナ
トリウム水溶液(水ガラスの水溶液を含む)、シリカ粉
末、けい酸など任意のものを用いることができるが、好
ましくはシリカゾル、けい酸ナトリウム水溶液が用いら
れる。アルミナ源としては、アルミン酸ナトリウムに由
来するAl2O3が好んで用いられる。また、アルカリ金属
源としては、ナトリウム、カリウム等の酸化物が用いら
れる。
As the silica source, silica sol, sodium silicate aqueous solution (including aqueous solution of water glass), silica powder, silicic acid and the like can be used, but silica sol and sodium silicate aqueous solution are preferably used. . As an alumina source, Al 2 O 3 derived from sodium aluminate is preferably used. Moreover, oxides, such as sodium and potassium, are used as an alkali metal source.

【0009】結晶化剤は、テンプレート剤(構造規制剤)
とも呼ばれ、ゼオライトの結晶構造に大きく寄与する因
子の一つを構成しているものであり、本発明において
は、テトラメチルアンモニウム塩が用いられる。テトラ
メチルアンモニウム塩としては、それのブロマイド、ク
ロライド、アイオダイドが一般に用いられるが、価格の
面からはテトラメチルアンモニウムブロマイドが好んで
用いられる。
A crystallization agent is a template agent (structure control agent).
It is also called, and constitutes one of the factors that greatly contribute to the crystal structure of zeolite. In the present invention, tetramethylammonium salt is used. As the tetramethylammonium salt, its bromide, chloride and iodide are generally used, but tetramethylammonium bromide is preferably used from the viewpoint of price.

【0010】他のテトラアルキルアンモニウム塩が用い
られた場合には、膜状のZSM-35が得られず、例えばテト
ラエチルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩
が用いられた場合には、粉末状のモルデナイトしか得ら
れず、またテトラプロピルアンモニウム塩が用いられた
場合には、膜状ではあるがZSM-5しか得られない。
When other tetraalkylammonium salts are used, film-like ZSM-35 cannot be obtained. For example, when tetraethylammonium salts and tetrabutylammonium salts are used, only powdery mordenite is obtained. No, and when the tetrapropylammonium salt is used, only ZSM-5 is obtained, albeit in the form of a film.

【0011】シリカ源(SiO2)、アルミナ源(Al2O3)、ア
ルカリ金属源、テトラメチルアンモニウム塩結晶化剤お
よび水からなる水性混合物は、次のようなモル比(カッ
コ内は好ましいモル比)で用いられ、この範囲外の水性
混合物が用いられた場合には、粉末状の各種合成ゼオラ
イト(アナルサイム、モルデナイトなど)しか得られな
い。 SiO2/Al2O3=30〜120(60〜100) アルカリ金属源/SiO2=0.2〜0.5(0.2〜0.4) 結晶化剤/SiO2=0.02〜0.5(0.1〜0.3) H2O/SiO2=80〜250(100〜200)
An aqueous mixture consisting of a silica source (SiO 2 ), an alumina source (Al 2 O 3 ), an alkali metal source, a tetramethylammonium salt crystallizing agent and water was prepared in the following molar ratios (preferred molar ratios in parentheses): ratio), and if an aqueous mixture outside this range is used, only various powdered synthetic zeolites (analcyme, mordenite, etc.) can be obtained. SiO2 / Al2O3 = 30 to 120 (60 to 100) Alkali metal source/ SiO2 = 0.2 to 0.5 (0.2 to 0.4) Crystallizer/ SiO2 = 0.02 to 0.5 (0.1 to 0.3) H2O / SiO2 = 80-250 (100-200)

【0012】このような水性混合物である合成母液は、
耐圧容器中に封入した後、水熱合成温度迄昇温させ、15
0〜200℃、好ましくは170〜200℃の水熱合成温度に約12
〜60時間保持することにより水熱合成が行われる。この
際、水熱合成温度への昇温速度は0.5〜5℃/分であるこ
とが好ましく、これ以上の昇温速度ではZSM-35は生成す
るものの粉末状であって、膜状とはならない。
[0012] The synthetic mother liquor, which is such an aqueous mixture,
After enclosing in a pressure-resistant container, raise the temperature to the hydrothermal synthesis temperature, 15
about 12 to a hydrothermal synthesis temperature of 0-200°C, preferably 170-200°C.
Hydrothermal synthesis is performed by holding for ~60 hours. At this time, the heating rate to the hydrothermal synthesis temperature is preferably 0.5 to 5 ° C./min. At a higher heating rate, although ZSM-35 is formed, it is powdery and does not form a film. .

【0013】上記のような方法で得られる合成ゼオライ
トは、容器底部に堆積した粉末状ゼオライトの上面に形
成されるため合成時にそれ単独で自立しており、支持体
などを必要とはしない。また、この膜状合成ゼオライト
は、数10〜百数10μmの厚さを有しており、その構造は
X線回折の結果からZSM-35であることが確認された。
[0013] The synthetic zeolite obtained by the above method is formed on the upper surface of the powdered zeolite deposited on the bottom of the container, so that it stands alone during synthesis and does not require a support or the like. Moreover, this membranous synthetic zeolite has a thickness of several tens to hundreds of tens of micrometers, and its structure was confirmed to be ZSM-35 from the results of X-ray diffraction.

【0014】[0014]

【発明の効果】結晶化剤としてテトラメチルアンモニウ
ム塩を用いた合成母液を耐圧容器中で水熱合成すること
により、合成されたゼオライトが膜状であり、かつそれ
がZSM-35である膜状合成ゼオライトを、アルミナ基板な
どを用いることなく得ることができる。得られた膜状の
ZSM-35は耐熱性にすぐれ、芳香族炭化水素のアルキル化
活性が高いので、触媒として用いられるばかりではな
く、吸着剤、分離膜などにも有効に用いられる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The zeolite synthesized by hydrothermally synthesizing a synthetic mother liquor using a tetramethylammonium salt as a crystallization agent in a pressure-resistant vessel is in the form of a membrane, and is ZSM-35. A synthetic zeolite can be obtained without using an alumina substrate or the like. The resulting membranous
Since ZSM-35 has excellent heat resistance and high alkylation activity for aromatic hydrocarbons, it can be used not only as a catalyst but also as an adsorbent and separation membrane.

【0015】[0015]

【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。EXAMPLES The present invention will now be described with reference to examples.

【0016】実施例1〜6、比較例1〜4 シリカ源として水ガラスを、アルミナ源としてアルミン
酸ナトリウムを、アルカリ金属源として酸化ナトリウム
を、また結晶化剤として種々のテトラアルキルアンモニ
ウムブロマイドをそれぞれ用い、下記表に示される各成
分間組成比の合成母液を耐圧容器中に封入した。それを
オーブン中に入れ、2℃/分の昇温速度で所定の温度迄昇
温させ、この温度に所定時間保持して水熱合成を行っ
た。 SiO2/ Na2O/ 結晶化剤 H2O/ 水熱合成条件 結晶化剤 Al2O3 SiO2 /SiO2 SiO2 温度(℃) 時間(hrs) 実施例1 (CH3)4NBr 80.8 0.47 0.10 119 170 60 〃 2 〃 69.7 〃 0.12 118 〃 48 〃 3 〃 60.0 0.48 0.14 120 180 36 〃 4 〃 88.2 0.47 0.16 148 〃 24 〃 5 〃 80.2 〃 〃 149 〃 18 〃 6 〃 69.2 〃 0.08 148 190 12 比較例1 - 60.1 0.48 0 120 170 60 〃 2 (C2H5)4NBr 80.5 0.47 0.10 119 〃 48 〃 3 (C3H7)4NBr 89.2 〃 0.08 146 180 36 〃 4 (C4H9)4NBr 88.0 〃 0.10 148 〃 24
Examples 1-6, Comparative Examples 1-4 Water glass as a silica source, sodium aluminate as an alumina source, sodium oxide as an alkali metal source, and various tetraalkylammonium bromides as crystallization agents, respectively. A synthetic mother liquor having a composition ratio between components shown in the table below was enclosed in a pressure vessel. The mixture was placed in an oven, heated to a predetermined temperature at a heating rate of 2° C./min, and maintained at this temperature for a predetermined period of time for hydrothermal synthesis. SiO2 / Na2O / Crystallizer H2O / Hydrothermal Synthesis Condition Example Crystallizer Al2O3SiO2 / SiO2SiO2 Temperature (°C) Time (hrs) Example 1 ( CH3 ) 4 NBr 80.8 0.47 0.10 119 170 60 〃 2 〃 69.7 〃 0.12 118 〃 48 〃 3 〃 60.0 0.48 0.14 120 180 36 〃 4 〃 88.2 0.47 0.16 148 〃 24 〃 5 〃 80.2 〃 〃 149 〃 18 〃 6 〃 69.2 〃 0.08 148 190 12 Comparative Example 1 - 60.1 0.48 0 120 170 60 〃 2 (C 2 H 5 ) 4 NBr 80.5 0.47 0.10 119 〃 48 〃 3 (C 3 H 7 ) 4 NBr 89.2 〃 0.08 146 180 36 〃 4 (C 4 H 9 ) 4 NBr 88.0 〃 0.10 148 〃 24

【0017】各実施例での生成物は膜状のZSM-35であ
り、これに対して、比較例1では粉末状のアナルサイ
ム、比較例2では粉末状のモルデナイト、比較例3では
膜状のZSM-5、また比較例4では粉末状のモルデナイト
が生成していることが、外観およびこれらの各粉砕物の
X線回折の結果から確認された。
In each example, the product was film-like ZSM-35, whereas Comparative Example 1 was powdery analcyme, Comparative Example 2 was powdery mordenite, and Comparative Example 3 was film-like ZSM-35. ZSM-5 and Comparative Example 4 produced powdery mordenite, which was confirmed from the external appearance and X-ray diffraction of each pulverized product.

【0018】なお、膜状ZSM-35のX線回折の結果は、次
に示される。 回折角 回折強度比 I/I0 9.30 100 12.66 63 12.75 63 13.38 67 15.40 27 17.84 12 22.24 50 22.82 31 23.04 20 23.54 39 23.78 37 24.36 26 25.04 93 25.54 85 26.12 22 27.02 56 28.54 29 29.26 22 45.66 2 47.20 9
The results of X-ray diffraction of film-like ZSM-35 are as follows.
shown in Diffraction angle Diffraction intensity ratio I/I 0 9.30 100 12.66 63 12.75 63 13.38 67 15.40 27 17.84 12 22.24 50 22.82 31 23.04 20 23.54 39 23.78 37 24.36 26 25.04 93 25.54 85 26.12 22 27.02 56 28.54 29 29.26 22 45.66 2 47.20 9

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 合成時にゼオライト単独で自立している
膜状合成ゼオライトZSM-35
1. Membrane-like synthetic zeolite ZSM-35 , which is self-supporting as zeolite alone during synthesis.
【請求項2】 SiO 2 /Al 2 O 3 =30〜120 アルカリ金属源/SiO 2 =0.2〜0.5 結晶化剤/SiO 2 =0.02〜0.5 H 2 O/SiO 2 =80〜250 のモル比を有する シリカ源、アルミナ源、アルカリ金属
源、結晶化剤としてのテ トラメチルアンモニウム塩および水からなる水性混合物
を耐圧容器中に封入し、0.5〜5℃/分の昇温速度で水熱
合成温度迄昇温させ、150〜200℃の水熱合成温度に保持
することを特徴とする、合成時にゼオライト単独で自立
している膜状合成ゼオライトZSM-35の製造法
2. The molar ratio of SiO2 /Al2O3 =30-120 alkali metal source/SiO2 = 0.2-0.5 crystallization agent/ SiO2 = 0.02-0.5 H2O / SiO2 = 80-250 . An aqueous mixture consisting of a silica source, an alumina source, an alkali metal source, a tetramethylammonium salt as a crystallization agent, and water is sealed in a pressure vessel, and hydrothermally heated at a rate of 0.5 to 5°C/min.
It is characterized by raising the temperature to the synthesis temperature and maintaining it at the hydrothermal synthesis temperature of 150 to 200 ° C, which is self-supporting with zeolite alone during synthesis.
A method for producing membrane-like synthetic zeolite ZSM-35 .
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佐野庸治,ZSM−5ゼオライト膜の合成,第6回ゼオライト研究発表会講演予稿集,1990年11月29日,p.110−111

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