JP5419042B2 - Method for producing RTH-type zeolite - Google Patents
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Description
本発明は、RTH型ゼオライトの製造方法に係り、特に、構造規定剤を用いることなく、RTH型ゼオライトを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an RTH type zeolite, and more particularly to a method for producing an RTH type zeolite without using a structure-directing agent.
ゼオライトは天然に産出するゼオライト鉱物の他に、数多くの合成ゼオライトが知られている。RTH型ゼオライトは酸素8員環の細孔を有する合成ゼオライトの1つであり、「Atlas of Zeolite framework types fifth revised edition 2001(ELSEVIER)」に記載されている構造コードRTHに分類されるトポロジーを有する。RTH型ゼオライトは、これを触媒として用いることにより、メタノールから炭素数4以下のオレフィンを選択的に合成することが可能であり、また水素化分解、脱ろう反応、接触分解、オリゴマー化反応、オレフィンの異性化反応、メタンのアップグレーディング、アルコールの縮合反応などの反応の触媒としても機能する有用なゼオライトである。 In addition to the naturally occurring zeolite minerals, many synthetic zeolites are known. RTH-type zeolite is one of the synthetic zeolites having oxygen 8-membered ring pores, and has a topology classified into the structure code RTH described in “Atlas of Zeolite framework types fifth revised edition 2001 (ELSEVIER)”. . By using this as a catalyst, RTH type zeolite can selectively synthesize olefins having 4 or less carbon atoms from methanol, and also hydrocracking, dewaxing reaction, catalytic cracking, oligomerization reaction, olefin It is a useful zeolite that also functions as a catalyst for reactions such as isomerization reaction, methane upgrading, and alcohol condensation reaction.
RTH型の構造を有するゼオライトとして、RUB−13(特許文献1)が報告されている。このRUB−13の合成には構造規定剤が必要であり、RUB−13は、シリカ原料に対して、エチレンジアミンとペンタメチルピペリジンとを構造規定剤として用いたゲルから合成されている。 RUB-13 (Patent Document 1) has been reported as a zeolite having an RTH type structure. The synthesis of RUB-13 requires a structure-directing agent, and RUB-13 is synthesized from a gel using ethylenediamine and pentamethylpiperidine as a structure-directing agent with respect to a silica raw material.
上記のようにRTH型ゼオライトは種々の反応の有用な触媒となるゼオライトであるが、その合成には構造規定剤を必要としていた。すなわち、通常、RTH型ゼオライトは構造規定剤を使用せずに水熱合成を行なった場合、結晶化することなくアモルファス構造を取り、ゼオライトが得られなかった。また、細孔を有しないSiO2の結晶であるクオーツ型構造になる場合もあった。このため、RTH型ゼオライトの合成には構造規定剤は必須の成分と考えられてきた。
しかしながら、構造規定剤はゼオライトの合成コストの大きな部分を占め、構造規定剤を使用して合成されるゼオライトは、これを使用していないものよりも高価なものとなる。また、構造規定剤を用いて水熱合成を行った場合、その後処理工程として、焼成または溶媒抽出により構造規定剤を除去する工程が必要であり、工程数が増えることによっても高コストとなっていた。
このようなことから、構造規定剤を使用して合成された従来のRTH型ゼオライトは高価なため、工業用のゼオライトとしては用途に制約を受けるものであった。
このため、構造規定剤の使用量を削減した、あるいは使用しないRTH型ゼオライトの製造方法の開発が切望されていた。
As described above, the RTH zeolite is a zeolite that is a useful catalyst for various reactions, but a structure-directing agent is required for its synthesis. That is, normally, when the RTH type zeolite was hydrothermally synthesized without using a structure-directing agent, it took an amorphous structure without crystallization, and no zeolite was obtained. In some cases, the quartz structure is a SiO 2 crystal having no pores. For this reason, a structure directing agent has been considered an essential component for the synthesis of RTH type zeolite.
However, the structure-directing agent occupies a large part of the synthesis cost of zeolite, and the zeolite synthesized using the structure-directing agent is more expensive than those not using it. In addition, when hydrothermal synthesis is performed using a structure directing agent, a process for removing the structure directing agent by firing or solvent extraction is necessary as a subsequent processing step, and the cost is increased due to an increase in the number of steps. It was.
For these reasons, conventional RTH zeolite synthesized using a structure-directing agent is expensive, and thus is restricted for use as an industrial zeolite.
For this reason, development of the manufacturing method of the RTH type zeolite which reduced the usage-amount of the structure-directing agent or does not use has been desired.
従って、本発明は、構造規定剤を使用せずに、或いは少量の構造規定剤の使用でRTH型ゼオライトを製造する方法を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an RTH type zeolite without using a structure-directing agent or using a small amount of a structure-directing agent.
本発明者らは上記課題を解決するために、構造規定剤の使用量を削減した、あるいは構造規定剤を用いない条件でのRTH型ゼオライトの合成条件を検討した。
前述の如く、従来において、RUB−13の製造には構造規定剤が必須であると考えられていたが、特許文献1の合成条件から単純に構造規定剤を添加しない点のみを変更した条件では、生成物はアモルファスとなりRTH型ゼオライトは得られなかった。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the synthesis conditions of RTH zeolite under the condition that the amount of the structure-directing agent is reduced or the structure-directing agent is not used.
As described above, in the past, it was considered that a structure-directing agent was essential for the production of RUB-13. However, under the conditions in which only the point that the structure-directing agent was not added was simply changed from the synthesis conditions of Patent Document 1. The product became amorphous and no RTH type zeolite was obtained.
しかし、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、水熱合成の前躯体の水性混合物にアルカリ金属元素および/またはアルカリ土類金属元素をある一定の割合で加えた場合において、構造規定剤なしでもRTH型ゼオライトが合成できることを見出した。特許文献1に記載の方法では、構造規定剤を用いてアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素も存在しない条件で合成を行っているが、構造規定剤を使用しない場合はアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素が存在することでゼオライトの結晶化が可能となった。
また、水熱合成前駆体の水性混合物に種結晶を加えることで、更に結晶化を促進し、より結晶性の高いRTH型ゼオライトを得ることに成功し、本発明に至った。
However, as a result of intensive studies by the present inventors, there was no structure-directing agent when an alkali metal element and / or alkaline earth metal element was added to the aqueous mixture of the precursor of hydrothermal synthesis at a certain ratio. However, it has been found that RTH type zeolite can be synthesized. In the method described in Patent Document 1, synthesis is performed using a structure-directing agent under the condition that no alkali metal element or alkaline-earth metal element is present, but when no structure-directing agent is used, an alkali metal element or alkaline earth is used. Due to the presence of the metal-like element, crystallization of the zeolite became possible.
Moreover, by adding seed crystals to the aqueous mixture of hydrothermal synthesis precursors, crystallization was further promoted, and an RTH zeolite with higher crystallinity was successfully obtained, leading to the present invention.
すなわち、本発明の第1の要旨は、シリカ原料と、アルカリ金属元素および/またはアルカリ土類金属元素と、酸素、ケイ素、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素以外の少なくとも1種類のへテロ元素とを含み、前記アルカリ金属元素および/またはアルカリ土類金属元素のシリカに対するモル比が0.01から0.45の範囲であり、構造規定剤を含まないか、或いは、構造規定剤を構造規定剤/Siのモル比で0.018以下含有する水性混合物を水熱合成することを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 That is, the first gist of the present invention is a silica raw material, an alkali metal element and / or an alkaline earth metal element, and at least one kind of hetero element other than oxygen, silicon, an alkali metal element, and an alkaline earth metal element. And the molar ratio of the alkali metal element and / or alkaline earth metal element to silica is in the range of 0.01 to 0.45 and does not contain a structure directing agent or The present invention resides in a method for producing an RTH type zeolite, which comprises hydrothermally synthesizing an aqueous mixture containing an agent / Si molar ratio of 0.018 or less.
第2の要旨は、上記方法において、前記水性混合物が構造規定剤を含まないことを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存ずる。 The second gist lies in a method for producing an RTH type zeolite, characterized in that, in the above method, the aqueous mixture does not contain a structure-directing agent.
第3の要旨は、上記方法において、アルカリ金属元素および/またはアルカリ土類金属元素としてアルカリ金属元素のみを含むことを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The third gist lies in a method for producing an RTH-type zeolite, characterized in that, in the above method, only an alkali metal element is contained as an alkali metal element and / or an alkaline earth metal element.
第4の要旨は、上記方法において、アルカリ金属元素がナトリウムであることを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The fourth gist lies in a method for producing an RTH type zeolite, characterized in that, in the above method, the alkali metal element is sodium.
第5の要旨は、上記方法において、前記水性混合物にゼオライトを種結晶として加えて水熱合成することを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The fifth gist lies in a method for producing an RTH type zeolite characterized in that, in the above method, zeolite is added as a seed crystal to the aqueous mixture and hydrothermal synthesis is performed.
第6の要旨は、上記方法において、前記種結晶がsecondary building unitとして4員環をもつゼオライトであることを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The sixth gist lies in a method for producing an RTH type zeolite, characterized in that, in the above method, the seed crystal is a zeolite having a 4-membered ring as a secondary building unit.
第7の要旨は、上記方法において、前記種結晶としてのゼオライトがRTH型ゼオライトであることを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The seventh gist lies in a method for producing an RTH type zeolite, characterized in that, in the above method, the zeolite as the seed crystal is an RTH type zeolite.
第8の要旨は、上記方法において、前記水性混合物中の水の割合がH2O/Siモル比で40以上であることを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The eighth gist lies in a method for producing an RTH type zeolite, characterized in that, in the above method, the ratio of water in the aqueous mixture is 40 or more in terms of H 2 O / Si molar ratio.
第9の要旨は、上記方法において、前記へテロ元素がアルミニウム、ガリウム、およびホウ素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であることを特徴とするRTH型ゼオライトの製造方法、に存する。 The ninth gist lies in a method for producing an RTH type zeolite, characterized in that, in the above method, the hetero element is at least one element selected from the group consisting of aluminum, gallium and boron.
本発明によれば、構造規定剤を使用しないで、或いは、従来よりも少ない構造規定剤使用量でRTH型のゼオライトを合成することができ、構造規定剤を使用しないことにより、或いは構造規定剤使用量を低減することにより、RTH型ゼオライトの製造コストを大幅に削減することが可能となる。また、本発明によれば、構造規定剤そのものを使用しないでRTH型ゼオライトを合成することができるため、構造規定剤自体の調製工程のみならず、水熱合成後の焼成や溶媒抽出といった構造規定剤の除去工程も省略することができ、製造工程の大幅な効率化が可能となる。
更には、本発明では、構造規定剤を使用しないことにより、或いはその使用量が低減されることにより、構造規定剤の合成原料としてのアミン類等も不要若しくは極力低減されるため、排水負荷や作業環境の安全性も高められる。
According to the present invention, an RTH-type zeolite can be synthesized without using a structure-directing agent, or with a smaller amount of structure-directing agent used than before, and without using a structure-directing agent, or with a structure-directing agent. By reducing the amount used, the production cost of the RTH type zeolite can be significantly reduced. In addition, according to the present invention, RTH type zeolite can be synthesized without using the structure directing agent itself, so that not only the preparation process of the structure directing agent itself but also the structure prescribing such as firing after hydrothermal synthesis and solvent extraction. The removal step of the agent can be omitted, and the manufacturing process can be greatly improved in efficiency.
Furthermore, in the present invention, by not using a structure-directing agent or by reducing the amount of use thereof, amines as a synthesis raw material for the structure-directing agent are unnecessary or reduced as much as possible. The safety of the work environment is also improved.
以下に、本発明を実施するための代表的な態様を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, typical embodiments for carrying out the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiments as long as the gist thereof is not exceeded.
本発明は、従来、RTH型ゼオライトの製造に必要であった構造規定剤を全く用いることなく、或いは、少量の構造規定剤の使用でRTH型ゼオライトを合成する方法である。 The present invention is a method of synthesizing an RTH type zeolite without using a structure directing agent that has been conventionally required for the production of RTH type zeolite or using a small amount of a structure directing agent.
本発明では、水熱合成によりゼオライトを製造する際の結晶前躯体としての水性混合物(以下、「ゲル」と称する場合がある。)に、アルカリ金属元素および/またはアルカリ土類金属元素(以下、これらを「アルカリ(土類)金属元素」と総称する場合がある。)を一定比率で存在させることを特徴とし、これにより、構造規定剤を使用せずに、或いは少量の構造規定剤の使用でRTH型ゼオライトを合成することを可能とする。
本発明のRTH型ゼオライトの製造方法では、この特徴を除いてはゼオライトの水熱合成の常法に従って、RTH型ゼオライトを合成することができる。すなわち、シリカ原料、ヘテロ元素源、およびアルカリ(土類)金属元素源を含む結晶前駆体の水性混合物を調製し、これを加熱する方法で合成することができる。なお、ここで、「水性混合物」とは、水を主溶媒として原料化合物を溶解ないし分散させてなる混合物をいう。
以下、製造方法の一例を記載する。
In the present invention, an alkali metal element and / or an alkaline earth metal element (hereinafter, referred to as “gel”) is added to an aqueous mixture (hereinafter sometimes referred to as “gel”) as a crystal precursor when producing zeolite by hydrothermal synthesis. These may be collectively referred to as “alkali (earth) metal elements.”) In a certain ratio, so that no structure-directing agent is used or a small amount of structure-directing agent is used. Makes it possible to synthesize RTH-type zeolite.
In the method for producing an RTH type zeolite of the present invention, an RTH type zeolite can be synthesized according to a conventional method of hydrothermal synthesis of zeolite except for this feature. That is, an aqueous mixture of a crystal precursor containing a silica raw material, a hetero element source, and an alkali (earth) metal element source can be prepared and synthesized by heating. Here, the “aqueous mixture” refers to a mixture obtained by dissolving or dispersing a raw material compound using water as a main solvent.
Hereinafter, an example of the manufacturing method will be described.
<シリカ原料>
本発明で用いるシリカ原料は特に限定されず、微紛シリカ、シリカゾル、シリカゲル、二酸化珪素、水ガラスなどのシリケートやテトラエトキシオルソシリケートやテトラメトキシシランなどの珪素のアルコキシド、珪素のハロゲン化物などが挙げられる。また、MFIやFAUなどのシリカ含有ゼオライトをシリカ原料として用いても構わない。
これらのシリカ原料は、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
これらのシリカ原料のうち、コスト面の有利さ、取り扱いの容易さの面で、好ましくは、微粉シリカ、シリカゾル、シリカゲル、二酸化珪素、水ガラスなどのシリケートの1種または2種以上が好適に用いられ、より好ましくは反応性の面で微粉シリカ、水ガラスが用いられる。
<Silica raw material>
The silica raw material used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include fine silica, silica sol, silica gel, silicon dioxide, water glass and other silicates, silicon alkoxides such as tetraethoxyorthosilicate and tetramethoxysilane, silicon halides, and the like. It is done. Moreover, you may use silica containing zeolites, such as MFI and FAU, as a silica raw material.
These silica raw materials may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.
Of these silica raw materials, one or more of silicates such as finely divided silica, silica sol, silica gel, silicon dioxide, and water glass are preferably used in view of cost advantage and ease of handling. More preferably, fine powder silica and water glass are used in terms of reactivity.
<ヘテロ元素>
本発明に係るゲルは、ゼオライトを形成する無機物質として、珪素、酸素、およびアルカリ(土類)金属元素以外の少なくとも1種類のヘテロ元素(以下、単に「ヘテロ元素」という。)を含む。このヘテロ元素としては特に限定されないが、好ましくは金属元素またはホウ素であり、より好ましくはアルミニウム、ガリウム、ホウ素、スズ、鉄、チタン、亜鉛、インジウム、マンガン、クロム、コバルト、ジルコニウムなどが挙げられる。これらはゲル中に1種のみが含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。
<Hetero element>
The gel according to the present invention contains at least one hetero element (hereinafter simply referred to as “hetero element”) other than silicon, oxygen, and an alkali (earth) metal element as an inorganic substance forming zeolite. Although it does not specifically limit as this hetero element, Preferably it is a metal element or boron, More preferably, aluminum, gallium, boron, tin, iron, titanium, zinc, indium, manganese, chromium, cobalt, zirconium etc. are mentioned. Only 1 type may be contained in the gel and 2 or more types may be contained in the gel.
特に本発明に好ましいヘテロ元素は、アルミニウム、ガリウム、ホウ素であり、とりわけ好ましくはホウ素である。水熱合成時のゲルにホウ素が存在するとRTH型構造が得られやすくなるからである。 Particularly preferred hetero elements for the present invention are aluminum, gallium and boron, and particularly preferred is boron. This is because an RTH structure is easily obtained when boron is present in the gel during hydrothermal synthesis.
水性混合物の調製に用いるヘテロ元素源(ヘテロ元素の原料化合物)は特に限定されず、例えばこれらのヘテロ元素の硫酸塩、硝酸塩、水酸化物、酸化物、アルコキシドなどから選ばれる。
これらのヘテロ元素源のうち、反応性の面で硫酸塩、硝酸塩、水酸化物、アルコキシドが好ましい。またコスト面、作業面で硫酸塩、硝酸塩、水酸化物がより好ましい。
The hetero element source (hetero element raw material compound) used for the preparation of the aqueous mixture is not particularly limited, and is selected from, for example, sulfates, nitrates, hydroxides, oxides, and alkoxides of these hetero elements.
Of these hetero element sources, sulfates, nitrates, hydroxides, and alkoxides are preferable in terms of reactivity. In terms of cost and work, sulfate, nitrate and hydroxide are more preferable.
例えばアルミニウム源としては、通常、擬ベーマイト、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等のアルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、アルミナゾル、アルミン酸ナトリウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミナゾルが用いられ、反応性の面で水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムがより好ましい。 For example, as the aluminum source, aluminum alkoxide such as pseudoboehmite, aluminum isopropoxide, aluminum triethoxide, aluminum hydroxide, alumina sol, sodium aluminate, aluminum nitrate, and alumina sulfate sol are usually used. Aluminum oxide, aluminum nitrate, and aluminum sulfate are more preferable.
また、ホウ素源としては、通常、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、酸化ホウ素等が用いられ、好ましくはホウ酸、ホウ酸ナトリウムであり、より好ましくはホウ酸である。 Moreover, as a boron source, boric acid, sodium borate, boron oxide etc. are used normally, Preferably they are boric acid and sodium borate, More preferably, it is boric acid.
また、ガリウム源としては、通常、硫酸ガリウム、硝酸ガリウム、リン酸ガリウム、塩化ガリウム、臭化ガリウム、水酸化ガリウムが用いられ、好ましくは硝酸ガリウム、塩化ガリウムであり、より好ましくは硝酸ガリウムである。 As the gallium source, gallium sulfate, gallium nitrate, gallium phosphate, gallium chloride, gallium bromide, and gallium hydroxide are usually used, preferably gallium nitrate and gallium chloride, and more preferably gallium nitrate. .
これらのヘテロ元素源は、1種を単独で用いてもよく、同一のヘテロ元素のものの2種以上を組み合わせて用いてもよく、また、異なるヘテロ元素のものの1種または2種以上を組み合わせて用いてもよい。 These hetero element sources may be used alone, in combination of two or more of the same hetero elements, or in combination of one or more of the different hetero elements. It may be used.
<アルカリ(土類)金属元素>
本発明に係るゲルに含まれるアルカリ(土類)金属元素としては特に限定されず、ナトリウム、カリウム、カルシウム等が挙げられ、これらは1種が単独で含まれていても、2種以上が含まれていてもよいが、アルカリ性が高く、特に固体のシリカ原料を使用した際にゼオライトの結晶化が起こりやすい面でアルカリ金属元素のみを含むことが好ましい。
<Alkali (earth) metal element>
The alkali (earth) metal element contained in the gel according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include sodium, potassium, calcium, and the like. These may be included alone or in combination of two or more. However, it is preferable that it contains only an alkali metal element in terms of high alkalinity and in particular, when a solid silica raw material is used, the zeolite is likely to be crystallized.
アルカリ(土類)金属元素源(アルカリ(土類)金属元素の原料化合物)としては、その水酸化物、炭酸水素塩、炭酸塩などが挙げられる。これらの化合物は、水溶液状態で塩基性を示すものである。具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられるが、これらのうち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物が、アルカリ性が高く、特に固体のシリカ原料を使用した際に、溶解性を向上させることにより、十分にシリカ原料が溶解することにより、引き続くシリカの結晶化を促進させる効果がある点で好ましい。 Examples of the alkali (earth) metal element source (the raw material compound of the alkali (earth) metal element) include hydroxides, bicarbonates, carbonates and the like thereof. These compounds are basic in an aqueous solution state. Specific examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, and calcium carbonate. Among these, alkali metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide Elemental hydroxide has high alkalinity, especially when solid silica raw material is used. By improving the solubility, the silica raw material is sufficiently dissolved, thereby promoting the subsequent crystallization of silica. It is preferable in a certain point.
これらのアルカリ(土類)金属元素源は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 These alkali (earth) metal element sources may use only 1 type, and may use 2 or more types together.
<構造規定剤>
本発明では、構造規定剤を用いることなくRTH型ゼオライトを合成することができるが、必要に応じて少量の構造規定剤を使用してもよい。
<Structure directing agent>
In the present invention, RTH type zeolite can be synthesized without using a structure-directing agent, but a small amount of structure-directing agent may be used as necessary.
構造規定剤を使用する場合、その構造規定剤としては特に限定されないが、通常、4級アルキルアンモニウム塩、モノアルキルアミン類、ジアルキルアミン類、トリアルキルアミン類、ジアミン類、アルコールアミン類、アルコール類、エーテル類、アルキル尿素類、アルキルチオ尿素類、シアノアルカン類などが使用される。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 When a structure directing agent is used, the structure directing agent is not particularly limited, but is usually a quaternary alkyl ammonium salt, monoalkylamines, dialkylamines, trialkylamines, diamines, alcohol amines, alcohols. , Ethers, alkylureas, alkylthioureas, cyanoalkanes and the like are used. These may be used alone or in combination of two or more.
構造規定剤を用いる場合、その使用量は後述の値以下の少量とするが、本発明では高価で、また、水熱合成後に焼成等による除去工程を必要とする構造規定剤を用いずにRTH型ゼオライトを合成することが、コスト面、製造工程面で好ましい。 When a structure directing agent is used, the amount used is a small amount below the value described below, but it is expensive in the present invention, and RTH without using a structure directing agent that requires a removal step such as firing after hydrothermal synthesis. It is preferable to synthesize type zeolite in terms of cost and manufacturing process.
<種結晶>
本発明においては、水熱合成に供するゲルに種結晶を添加してもよい。この種結晶としては、secondary building unitとして4員環をもつゼオライトが好ましく、特にRTH型ゼオライト、とりわけホウ素を骨格に有するRTH型ゼオライトを用いることが好ましい。種結晶は1種のみを用いてもよく、構造や組成の異なるものを組み合わせて用いてもよい。ただし、種結晶を用いることによるRTH型ゼオライトの生成効率の面からは、secondary building unitとして4員環をもつゼオライト、好ましくはRTH型ゼオライトの1種のみを用いることが好ましい。
<Seed crystal>
In the present invention, a seed crystal may be added to the gel subjected to hydrothermal synthesis. As this seed crystal, a zeolite having a 4-membered ring as a secondary building unit is preferable, and it is particularly preferable to use an RTH type zeolite, particularly an RTH type zeolite having boron as a skeleton. Only one type of seed crystal may be used, or a combination of materials having different structures and compositions may be used. However, from the viewpoint of the production efficiency of the RTH type zeolite by using the seed crystal, it is preferable to use a zeolite having a 4-membered ring as the secondary building unit, preferably only one type of the RTH type zeolite.
<水性混合物の調製>
水熱合成の前躯体としての水性混合物は、上記のシリカ原料、アルカリ(土類)金属元素源、ヘテロ元素源、必要に応じて用いられる構造規定剤、および水を混合して調製される。混合の順序は制限がなく、用いる条件によって適宜選択すればよいが、通常は、まず水にアルカリ(土類)金属元素源を溶解させ、これにヘテロ元素源を混合する。さらにシリカ原料を混合して攪拌する。本発明では、構造規定剤を使用せずにRTH型ゼオライトを得ることができるが、必要に応じて少量の構造規定剤を添加してもよい。またゲル中には種結晶を添加してもよく、種結晶を添加した場合にはよりRTH型ゼオライトが得やすくなる。
構造規定剤を用いる場合、構造規定剤は、水にアルカリ(土類)金属元素源を溶解させた段階で添加混合することが好ましい。
また、種結晶を用いる場合、種結晶は、シリカ原料を添加混合した後に添加混合することが好ましい。
また水性混合物は、上記各成分が混合していればよく、スラリー状態でもゲル状でもよく、また非常に希釈されたスラリー状態であってもよい。
<Preparation of aqueous mixture>
An aqueous mixture as a precursor for hydrothermal synthesis is prepared by mixing the silica raw material, an alkali (earth) metal element source, a hetero element source, a structure directing agent used as necessary, and water. The order of mixing is not limited and may be appropriately selected depending on the conditions to be used. Usually, an alkali (earth) metal element source is first dissolved in water, and a hetero element source is mixed therewith. Further, the silica raw material is mixed and stirred. In the present invention, an RTH-type zeolite can be obtained without using a structure-directing agent, but a small amount of a structure-directing agent may be added as necessary. In addition, seed crystals may be added to the gel, and it becomes easier to obtain RTH type zeolite when seed crystals are added.
When a structure directing agent is used, the structure directing agent is preferably added and mixed in a stage where an alkali (earth) metal element source is dissolved in water.
Moreover, when using a seed crystal, it is preferable to add and mix a seed crystal after adding and mixing a silica raw material.
Further, the aqueous mixture only needs to be mixed with each of the above components, and may be in a slurry state or a gel state, or may be in a very diluted slurry state.
<水性混合物の組成>
本発明において、水熱合成に供される水性混合物(スラリーないしゲル)の好適な組成は次の通りである。
<Composition of aqueous mixture>
In the present invention, the preferred composition of the aqueous mixture (slurry or gel) subjected to hydrothermal synthesis is as follows.
ヘテロ元素については、前述の如く、アルミニウム、ガリウム、ホウ素が存在することが好ましく、特にホウ素が存在することが望ましい。
ホウ素が存在せずに、ホウ素以外のヘテロ元素の少なくとも1種類以上がゲル中に存在する場合には、ゲル中のSi/ヘテロ元素のモル比で通常20以上、好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上であり、通常1000以下、好ましくは700以下である。ゲル中にホウ素以外のヘテロ元素のみが存在する場合、Si/ヘテロ元素モル比が小さすぎると結晶化が起こりにくくなり好ましくない。ただし、この値が過度に大きいとクオーツなどの不純物の生成が起こる場合があり、好ましくない。
As described above, the hetero element preferably includes aluminum, gallium, and boron, and particularly preferably includes boron.
When at least one kind of heteroelement other than boron is present in the gel without boron, the molar ratio of Si / heteroelement in the gel is usually 20 or more, preferably 50 or more, more preferably 100 or more, usually 1000 or less, preferably 700 or less. When only a hetero element other than boron is present in the gel, if the Si / hetero element molar ratio is too small, crystallization hardly occurs, which is not preferable. However, if this value is excessively large, generation of impurities such as quartz may occur, which is not preferable.
また、ヘテロ元素としてホウ素が単独でゲル中に存在する場合、ゲル中のSi/ホウ素のモル比で通常0.1以上、好ましくは0.5以上、さらに好ましくは1以上である。また通常5000以下、好ましくは2000以下、さらに好ましくは1000以下である。 When boron is present alone in the gel as a heteroelement, the molar ratio of Si / boron in the gel is usually 0.1 or more, preferably 0.5 or more, more preferably 1 or more. Moreover, it is 5000 or less normally, Preferably it is 2000 or less, More preferably, it is 1000 or less.
ゲル中にホウ素とホウ素以外のヘテロ元素が共に存在する場合には、次のようにホウ素量に応じてホウ素以外のヘテロ元素の好ましい含有割合が異なる。
・ゲル中のホウ素含有量が、ゲル中のSi/ホウ素のモル比で0.1以上1000未満の場合、他のヘテロ元素の含有量は、Si/他のヘテロ元素のモル比で、通常5以上、好ましくは15以上、さらに好ましくは30以上で、通常1500以下、好ましくは1000以下。
・ゲル中のホウ素含有量が、ゲル中のSi/ホウ素のモル比で1000以上5000以下の場合、他のヘテロ元素の含有量は、Si/他のヘテロ元素のモル比で、通常30以上、好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上で、通常1200以下、好ましくは800以下。
When both a boron and a hetero element other than boron are present in the gel, the preferred content ratio of the hetero element other than boron varies depending on the amount of boron as follows.
When the boron content in the gel is 0.1 or more and less than 1000 in terms of the Si / boron molar ratio in the gel, the content of the other heteroelement is usually 5 in terms of the Si / other heteroelement molar ratio. Above, preferably 15 or more, more preferably 30 or more, usually 1500 or less, preferably 1000 or less.
When the boron content in the gel is 1000 or more and 5000 or less in terms of the Si / boron molar ratio in the gel, the content of the other heteroelement is usually 30 or more in terms of the Si / other heteroelement molar ratio. Preferably it is 50 or more, More preferably, it is 100 or more, Usually 1200 or less, Preferably it is 800 or less.
いずれの場合もヘテロ元素の含有量が少な過ぎると結晶化が起こりにくく、多過ぎてもまた結晶化が起こりにくくなる。 In either case, if the content of the hetero element is too small, crystallization is difficult to occur, and if it is too much, crystallization is difficult to occur.
ゲル中のアルカリ(土類)金属元素の含有量は、アルカリ(土類)金属元素/SiO2のモル比で通常0.01以上、好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.15以上である。また通常0.45以下、好ましくは0.4以下、さらに好ましくは0.3以下である。ゲル中のアルカリ(土類)金属元素含有量が多過ぎても少な過ぎてもRTH型ゼオライトを合成することができない。 The content of the alkali (earth) metal element in the gel is usually 0.01 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.15 or more in terms of the molar ratio of alkali (earth) metal element / SiO 2. is there. Moreover, it is 0.45 or less normally, Preferably it is 0.4 or less, More preferably, it is 0.3 or less. If the content of the alkali (earth) metal element in the gel is too much or too little, an RTH type zeolite cannot be synthesized.
ゲル中の水の含有量は、H2O/Siのモル比で通常40以上、好ましくは100以上、さらに好ましくは200以上であり、通常400以下、好ましくは250以下である。ゲル中の水の含有量が上記範囲内にあるほうがよりRTH型ゼオライトの結晶化が促進され、多すぎると生産性が悪くなるためである。 The water content in the gel is usually 40 or more, preferably 100 or more, more preferably 200 or more, and usually 400 or less, preferably 250 or less, in terms of the molar ratio of H 2 O / Si. This is because the crystallization of the RTH type zeolite is promoted more when the water content in the gel is within the above range, and when it is too much, the productivity becomes worse.
本発明においては、好ましくは構造規定剤を用いないが、構造規定剤を用いる場合、ゲル中の構造規定剤/Siのモル比で通常0.018以下、好ましくは0.10以下、より好ましくは0.05以下の割合で用いることが好ましい。
構造規定剤の使用量が少ない程RTH型ゼオライトの合成コストを低減することができ、好ましい。最も好ましくは、構造規定剤不使用でRTH型ゼオライトを合成する態様である。
In the present invention, the structure directing agent is preferably not used, but when the structure directing agent is used, the molar ratio of the structure directing agent / Si in the gel is usually 0.018 or less, preferably 0.10 or less, more preferably It is preferable to use at a ratio of 0.05 or less.
The smaller the amount of the structure directing agent used, the lower the synthesis cost of the RTH type zeolite, which is preferable. Most preferred is an embodiment in which RTH type zeolite is synthesized without using a structure-directing agent.
また、本発明においては、種結晶を併用してもよく、種結晶の使用により、RTH型ゼオライトの合成が容易となる。
種結晶を用いる場合、その使用量には特に制限はないが、ゲル中のシリカ原料に対して通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは2重量%以上で、通常40重量%以下、好ましくは20重量%以下である。
種結晶の使用量が少な過ぎると種結晶の添加効果を十分に得ることができず、多過ぎると生産性の面で不利であるためである。
In the present invention, seed crystals may be used in combination, and the use of seed crystals facilitates the synthesis of RTH type zeolite.
When seed crystals are used, the amount used is not particularly limited, but is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 2% by weight or more, based on the silica raw material in the gel. It is 40% by weight or less, preferably 20% by weight or less.
This is because if the amount of the seed crystal used is too small, the effect of adding the seed crystal cannot be sufficiently obtained, and if too large, it is disadvantageous in terms of productivity.
なお、上記の水性混合物組成は、採用するヘテロ元素の種類や量によって、適宜調整することが好ましい。 In addition, it is preferable to adjust said aqueous mixture composition suitably according to the kind and quantity of the hetero element to employ | adopt.
<水熱合成>
本発明においては、上記の水性混合物を水熱合成に供してRTH型ゼオライトを製造する。即ち、上述の水性ゲルを通常80℃以上、好ましくは90℃以上、また通常260℃以下、好ましくは220℃以下に加熱して、水熱合成によってRTH型ゼオライトを生成させる。水熱合成は無攪拌および/または攪拌下で行ない、圧力は自生圧、またはそれ以上の圧力が用いられる。水熱合成に要する時間は通常1時間以上、好ましくは5時間から30日である。
<Hydrothermal synthesis>
In the present invention, the above aqueous mixture is subjected to hydrothermal synthesis to produce RTH type zeolite. That is, the above-mentioned aqueous gel is usually heated to 80 ° C. or higher, preferably 90 ° C. or higher, and usually 260 ° C. or lower, preferably 220 ° C. or lower to produce RTH zeolite by hydrothermal synthesis. Hydrothermal synthesis is performed without stirring and / or stirring, and the pressure is autogenous pressure or higher. The time required for the hydrothermal synthesis is usually 1 hour or longer, preferably 5 hours to 30 days.
なお、水熱合成に供される水性混合物には、シリカ原料やヘテロ元素源由来の有機物、例えば、アルコール類が含まれていてもかまわないし、必要に応じてこれらを蒸留や留去により取り除いても良い。 The aqueous mixture used for hydrothermal synthesis may contain silica raw materials or organic materials derived from hetero element sources, such as alcohols, and these may be removed by distillation or distillation as necessary. Also good.
水熱合成により得られた生成物を、濾過等により反応液中から分離し、水洗して夾雑物を除いた後、50〜100℃程度で乾燥することにより、目的とするRTH型ゼオライトを得ることができる。
構造規定剤を用いてRTH型ゼオライトを合成した場合には、次いで、構造規定剤除去のための焼成や溶媒による抽出が必要となるが、構造規定剤を用いずにRTH型ゼオライトを合成した場合には、このような構造規定剤除去処理は不要となる。
The product obtained by hydrothermal synthesis is separated from the reaction solution by filtration, etc., washed with water to remove impurities, and then dried at about 50 to 100 ° C. to obtain the intended RTH type zeolite. be able to.
When RTH-type zeolite is synthesized using a structure-directing agent, calcination and extraction with a solvent are then required to remove the structure-directing agent, but when RTH-type zeolite is synthesized without using a structure-directing agent In such a case, such a structure-directing agent removal process is unnecessary.
このようにして合成されたRTH型ゼオライトを触媒等に用いる場合、その用途に応じて、常法により所望のイオン交換型に転換することも可能である。通常、触媒として利用する場合、プロトン型への転換が多く行われるが、用途に応じて骨格中の3価元素の対カチオンの元素(アルカリ金属またはアルカリ土類金属)をナトリウム、カリウム、リチウムなどの元の対カチオンとは異なるアルカリ金属元素、元の対カチオンとは異なるマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、などのアルカリ土類金属元素、ランタン、セリウムなどの希土類金属、鉄、コバルト、ニッケルルテニウム、パラジウム、白金、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、モリブデン、タングステン、トリウム、亜鉛などの周期表の第4族から12族までの元素に交換してもよい。もちろんこれらが共存してもよい。
When the RTH type zeolite synthesized in this way is used as a catalyst or the like, it can be converted into a desired ion exchange type by a conventional method according to its use. Usually, when used as a catalyst, conversion to the proton type is often performed, but depending on the application, the trivalent element counter cation element (alkali metal or alkaline earth metal) is sodium, potassium, lithium, etc. Alkaline metal elements different from the original counter cation, alkaline earth metal elements different from the original counter cation such as magnesium, calcium, strontium, rare earth metals such as lanthanum, cerium, iron, cobalt, nickel ruthenium, palladium, The elements may be exchanged for elements from
以下に本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下において、水熱合成はいずれも自生圧条件下で行った。また、以下に示す母ゲル組成は種結晶を除いたものである。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the following examples. In the following, hydrothermal synthesis was performed under autogenous pressure conditions. In addition, the mother gel composition shown below excludes the seed crystal.
[ホウ素を母ゲルに添加した合成例]
<実施例1>
8Nの水酸化ナトリウム溶液0.22gと水25.0gを混合し、これにホウ酸を0.11g加え、攪拌した後に、シリカ原料としてCab−O−Sil M5(Cabot社製)を0.42g加えて十分攪拌した。
さらに、種結晶として、ホウ素を骨格に有するRTH型ゼオライトを、Cab−O−Sil M5に対して2重量%加えて、攪拌した。このようにして得た母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:200H2O:0.2NaOHとなった。
この母ゲルをオートクレーブに仕込み、20rpmのタンブリング条件下、170℃で7日間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させた。
[Synthesis example with boron added to mother gel]
<Example 1>
After 0.22 g of 8N sodium hydroxide solution and 25.0 g of water were mixed, 0.11 g of boric acid was added thereto and stirred, and then 0.42 g of Cab-O-Sil M5 (manufactured by Cabot) was used as a silica raw material. In addition, the mixture was sufficiently stirred.
Furthermore, 2 wt% of RTH type zeolite having boron as a skeleton as a seed crystal was added to Cab-O-Sil M5 and stirred. The composition of the mother gel thus obtained was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 200H 2 O: 0.2NaOH.
This mother gel was charged into an autoclave and heated at 170 ° C. for 7 days under a tumbling condition of 20 rpm. The product was filtered, washed with water, and dried at 100 ° C.
生成物のXRDパターン(CuKα線による)を示す図1によるとRTH構造に特有のピークが見られた。
生成物のSEM像を図2に示すが、アスペクト比の大きな棒状の結晶がみられた。この結晶は構造規定剤を使用した際と同様の形状である。
図3に29Si−MAS−NMRスペクトルを示すが、−112ppm付近に隣接する4つの原子のいずれもがSiであるSi種に起因するQ4ピーク、−107ppm付近に隣接する4つの原子のうち1つがB、3つがSiであるSi種に起因するQ4ピークが見られる。シラノールを一つもつSi種を示すQ3ピークはみられないことから欠陥のほとんどない結晶であることがわかる。
図4には11B−MAS NMRスペクトルを示すが、骨格に取り込まれたホウ素に起因するTetrahedralと骨格外のホウ素に起因するTrigonalにピークが見られる。Tetrahedralのホウ素を示すピークの強度がTrigonalを示すピークよりも小さいことから、骨格に取り込まれたホウ素は仕込み比のSiO2/B=4のよりも少ないと考えられる。
According to FIG. 1 showing the XRD pattern of the product (according to CuKα line), a peak peculiar to the RTH structure was observed.
The SEM image of the product is shown in FIG. 2, and rod-like crystals having a large aspect ratio were observed. These crystals have the same shape as when a structure directing agent is used.
FIG. 3 shows the 29 Si-MAS-NMR spectrum. The Q4 peak is caused by the Si species in which all four atoms adjacent to −112 ppm are Si, and one of the four atoms adjacent to −107 ppm. One Q4 peak is observed due to the Si species where one is B and three is Si. Since the Q3 peak indicating Si species having one silanol is not seen, it can be seen that the crystal has almost no defects.
FIG. 4 shows an 11 B-MAS NMR spectrum, and peaks are seen in the Tetrahedral due to boron incorporated into the skeleton and the Trigonal due to boron outside the skeleton. Since the intensity of the Tetrahedral boron peak is smaller than that of the Trigonal peak, it is considered that the amount of boron incorporated into the skeleton is less than the charge ratio of SiO 2 / B = 4.
[アルミニウムとホウ素を母ゲルに添加した合成例]
<実施例2>
8Nの水酸化ナトリウム溶液0.22gと水25.0gを混合し、これにホウ酸を0.11g、硫酸アルミニウム無水物を0.012g加え、攪拌した後に、シリカ原料としてCab−O−Sil M5を0.42g加えて十分攪拌した。さらにCab−O−Sil M5の重量に対して5重量%のホウ素を骨格に有するRTH型ゼオライトを種結晶として加えて、攪拌した。このようにして得た母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:0.005Al2(SO4)3:200H2O:0.2NaOHとなった。
この母ゲルをオートクレーブに仕込み、20rpmのタンブリング条件下、170℃で7日間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させた。
[Synthesis example with aluminum and boron added to mother gel]
<Example 2>
0.22 g of 8N sodium hydroxide solution and 25.0 g of water were mixed. To this, 0.11 g of boric acid and 0.012 g of aluminum sulfate anhydride were added and stirred. Then, as a silica raw material, Cab-O-Sil M5 0.42 g was added and sufficiently stirred. Further, RTH type zeolite having 5% by weight of boron as a skeleton relative to the weight of Cab-O-Sil M5 was added as a seed crystal and stirred. The composition of the mother gel thus obtained was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 0.005Al 2 (SO 4 ) 3 : 200H 2 O: 0.2 NaOH.
This mother gel was charged into an autoclave and heated at 170 ° C. for 7 days under a tumbling condition of 20 rpm. The product was filtered, washed with water, and dried at 100 ° C.
<実施例3>
シリカに対する水酸化ナトリウムのモル比を2倍にした以外は実施例2と同一の条件で合成した。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:0.005Al2(SO4)3:200H2O:0.4NaOHであった。
<Example 3>
The compound was synthesized under the same conditions as in Example 2 except that the molar ratio of sodium hydroxide to silica was doubled. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 0.005Al 2 (SO 4 ) 3 : 200H 2 O: 0.4 NaOH.
<実施例4>
シリカに対する硫酸アルミニウムのモル比を1/2倍にした以外は実施例2と同一の条件で合成した。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:0.0025Al2(SO4)3:200H2O:0.2NaOHであった。
<Example 4>
The synthesis was performed under the same conditions as in Example 2 except that the molar ratio of aluminum sulfate to silica was halved. The composition of the mother gel 1SiO 2: 0.25H 3 BO 3: 0.0025Al 2 (SO 4) 3: 200H 2 O: was 0.2NaOH.
<実施例5>
シリカに対する水酸化ナトリウムのモル比を2倍にした以外は実施例4と同一の条件で合成した。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:0.0025Al2(SO4)3:200H2O:0.4NaOHであった。
<Example 5>
The compound was synthesized under the same conditions as in Example 4 except that the molar ratio of sodium hydroxide to silica was doubled. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 0.0025Al 2 (SO 4 ) 3 : 200H 2 O: 0.4NaOH.
実施例の2〜5で得られた生成物のXRDパターン(CuKα線による)を示す図5によると、RTH構造に特有のピークが見られた。
これらの生成物のSEM像を図6〜9に示すが、アスペクト比の大きな棒状の結晶がみられた。この結晶は構造規定剤を使用した際と同様の形状であり、ホウ素を単独で骨格に含む実施例1のRTH型ゼオライトと同様である。
図10に実施例2で得られた生成物の29Si−MAS−NMRスペクトルを示すが、−112ppm付近に4つのSi原子に近接したSi種に起因するQ4ピーク、−107ppm付近に隣接する3つのSi原子、1つのB原子に近接したSi種に起因するQ4ピークが見られる。Q3ピークはみられないことから欠陥のほとんどない結晶であることがわかる。
図11には実施例2で得られた生成物の11B−MAS NMRスペクトルを示すが、Tetrahedralのホウ素、Trigonalのホウ素に起因する2つのピークが見られる。Tetrahedralのホウ素を示すピークの強度がTrigonalを示すピークよりも小さく、骨格に取り込まれたホウ素は仕込み比のSiO2/B=4のよりも少ないと考えられる。
図12には実施例2で得られた生成物の27Al−MAS NMRスペクトルを示すが、骨格内4配位に由来するシャープなピークが確認できることから、骨格内にアルミニウムが取り込まれていることがわかる。一方、0ppm付近にも骨格外6配位に由来するブロードなピークが確認できることから一部のAlは骨格外に存在していることがわかる。
According to FIG. 5 showing the XRD pattern (by CuKα line) of the products obtained in Examples 2 to 5, a peak peculiar to the RTH structure was observed.
SEM images of these products are shown in FIGS. 6 to 9, and rod-like crystals having a large aspect ratio were observed. This crystal has the same shape as when the structure-directing agent is used, and is the same as the RTH zeolite of Example 1 containing boron alone in the skeleton.
FIG. 10 shows the 29 Si-MAS-NMR spectrum of the product obtained in Example 2. The Q4 peak attributed to Si species adjacent to four Si atoms in the vicinity of −112 ppm, 3 adjacent to −107 ppm. Q4 peak due to Si species close to one Si atom and one B atom is seen. Since the Q3 peak is not observed, it can be seen that the crystal has almost no defects.
FIG. 11 shows the 11 B-MAS NMR spectrum of the product obtained in Example 2. Two peaks due to Tetrahedral boron and Trigonal boron are observed. The intensity of the Tetrahedral boron peak is smaller than that of the Trigonal peak, and the boron incorporated into the skeleton is considered to be less than the charge ratio of SiO 2 / B = 4.
FIG. 12 shows the 27 Al-MAS NMR spectrum of the product obtained in Example 2. Since a sharp peak derived from the 4-coordinate in the skeleton can be confirmed, aluminum is incorporated in the skeleton. I understand. On the other hand, since a broad peak derived from the extracoordinate 6-coordination can be confirmed also in the vicinity of 0 ppm, it is understood that a part of Al exists outside the skeleton.
<実施例8>
添加する種結晶の量を4倍にし、シリカに対する硫酸アルミニウムのモル比を2倍にした以外は実施例2と同一の条件で合成を行った。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:0.01Al2(SO4)3:200H2O:0.2NaOHとなった。
<Example 8>
The synthesis was performed under the same conditions as in Example 2 except that the amount of seed crystals to be added was quadrupled and the molar ratio of aluminum sulfate to silica was doubled. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 0.01Al 2 (SO 4 ) 3 : 200H 2 O: 0.2NaOH.
生成物のXRDパターン(CuKα線による)を示す図20によると、RTH構造に特有のピークが見られた。 According to FIG. 20 which shows the XRD pattern (by CuKα line) of the product, a peak specific to the RTH structure was observed.
[ガリウムとホウ素を母ゲルに添加した合成例]
<実施例6>
8Nの水酸化ナトリウム溶液0.22gと水25.0gを混合し、これにホウ酸を0.11g、硝酸ガリウム水和物(7〜9水和物)を0.014g加え、攪拌した後に、シリカ原料としてCab−O−Sil M5を0.42g加えて十分攪拌した。さらにCab−O−Sil M5の重量に対して2重量%のホウ素を骨格に有するRTH型ゼオライトを種結晶として加えて、攪拌した。このようにして得た母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:0.005Ga(NO3)3:200H2O:0.2NaOHとなった。
この母ゲルをオートクレーブに仕込み、20rpmのタンブリング条件下、170℃で7日間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させた。
[Synthesis example with gallium and boron added to mother gel]
<Example 6>
After mixing 0.22 g of 8N sodium hydroxide solution and 25.0 g of water, 0.11 g of boric acid and 0.014 g of gallium nitrate hydrate (7-9 hydrate) were added and stirred. As a silica raw material, 0.42 g of Cab-O-Sil M5 was added and sufficiently stirred. Further, RTH type zeolite having 2% by weight of boron as a skeleton relative to the weight of Cab-O-Sil M5 was added as a seed crystal and stirred. The composition of the mother gel thus obtained was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 0.005Ga (NO 3 ) 3 : 200H 2 O: 0.2NaOH.
This mother gel was charged into an autoclave and heated at 170 ° C. for 7 days under a tumbling condition of 20 rpm. The product was filtered, washed with water, and dried at 100 ° C.
生成物のXRDパターン(CuKα線による)を示す図13によると、RTH構造に特有のピークが見られた。
この生成物のSEM像を図14に示すが、アスペクト比の大きな棒状の結晶がみられた。この結晶は構造規定剤を使用した際と同様の形状であり、実施例1〜5で得られたRTH型ゼオライトと同様のピークである。
According to FIG. 13, which shows the XRD pattern (by CuKα line) of the product, a peak peculiar to the RTH structure was observed.
An SEM image of this product is shown in FIG. 14, and rod-like crystals having a large aspect ratio were observed. This crystal has the same shape as that when the structure-directing agent is used, and has the same peak as the RTH zeolite obtained in Examples 1 to 5.
[種結晶を使用しない、ホウ素を母ゲルに添加した合成例]
<実施例7>
種結晶を加えずにシリカに対する水のモル比を1/2倍にした以外は実施例1と同一の条件で合成を行った。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:100H2O:0.2NaOHとなった。
[Synthesis example without adding seed crystals and adding boron to the mother gel]
<Example 7>
The synthesis was performed under the same conditions as in Example 1 except that the molar ratio of water to silica was halved without adding seed crystals. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 100H 2 O: 0.2NaOH.
生成物のXRDパターン(CuKα線による)を示す図15によると、ピーク強度は実施例1で得られた生成物よりも低いもののRTH構造に特有のピークが見られた。
すなわち、母ゲル中にアルカリ金属元素が存在すれば、構造規定剤を用いることなくRTH型ゼオライトを合成することができるが、種結晶があった方が、より結晶性の高いゼオライトが得られることが分かる。
According to FIG. 15 showing the XRD pattern of the product (according to CuKα line), although the peak intensity is lower than that of the product obtained in Example 1, a peak peculiar to the RTH structure was observed.
That is, if an alkali metal element is present in the mother gel, an RTH type zeolite can be synthesized without using a structure-directing agent, but a zeolite with higher crystallinity can be obtained with a seed crystal. I understand.
<比較例1>
シリカに対する水酸化ナトリウムのモル比を0にした以外は実施例7と同一の条件で合成を試みた。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:100H2O:0NaOHとなった。
<Comparative Example 1>
The synthesis was attempted under the same conditions as in Example 7 except that the molar ratio of sodium hydroxide to silica was 0. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 100H 2 O: 0NaOH.
得られた生成物のXRDパターンを図16に示す。ピークは確認されずアモルファスであった。 The XRD pattern of the obtained product is shown in FIG. The peak was not confirmed and was amorphous.
<比較例2>
シリカに対する水酸化ナトリウムのモル比を2.5倍にした以外は実施例7と同一の条件で合成を試みた。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:100H2O:0.5NaOHとなった。
<Comparative example 2>
The synthesis was attempted under the same conditions as in Example 7 except that the molar ratio of sodium hydroxide to silica was 2.5 times. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 100H 2 O: 0.5 NaOH.
得られた生成物のXRDパターンを図17に示す。RTH構造に由来するピークはみられず、クオーツが生成した。すなわちアルカリ金属元素が母ゲル中に存在してもアルカリ金属元素/SiO2のモル比が大きすぎるとRTH型ゼオライトは合成できなかった。 The XRD pattern of the obtained product is shown in FIG. A peak derived from the RTH structure was not observed, and quartz was generated. That is, even if an alkali metal element is present in the mother gel, the RTH zeolite could not be synthesized if the molar ratio of alkali metal element / SiO 2 was too large.
<比較例3>
種結晶として、ホウ素を骨格に有するRTH型ゼオライトを、Cab−O−Sil M5の重量に対して2重量%加え、シリカに対する水酸化ナトリウムのモル比を0にした以外は実施例7と同一の条件で合成を試みた。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:100H2O:0NaOHとなった。
<Comparative Example 3>
As a seed crystal, RTH type zeolite having boron as a skeleton was added in an amount of 2% by weight with respect to the weight of Cab-O-Sil M5, and the same as in Example 7 except that the molar ratio of sodium hydroxide to silica was 0. Synthesis was attempted under conditions. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 100H 2 O: 0NaOH.
得られた生成物のXRDパターンを図18に示す。ピークは確認されずアモルファスであった。種結晶を加えてもアルカリ金属元素が存在しないゲルからはRTH型ゼオライトは得られなかった。 The XRD pattern of the obtained product is shown in FIG. The peak was not confirmed and was amorphous. Even if the seed crystal was added, no RTH type zeolite was obtained from the gel containing no alkali metal element.
<比較例4>
種結晶として、ホウ素を骨格に有するRTH型ゼオライトを、Cab−O−Sil M5の重量に対して2重量%加え、シリカに対する水酸化ナトリウムのモル比を2.5倍にした以外は実施例7と同一の条件で合成を試みた。母ゲルの組成は1SiO2:0.25H3BO3:100H2O:0.5NaOHとなった。
<Comparative Example 4>
Example 7 except that RTH-type zeolite having boron as a skeleton as a seed crystal was added in an amount of 2% by weight based on the weight of Cab-O-Sil M5, and the molar ratio of sodium hydroxide to silica was 2.5 times. The synthesis was attempted under the same conditions. The composition of the mother gel was 1SiO 2 : 0.25H 3 BO 3 : 100H 2 O: 0.5 NaOH.
得られた生成物のXRDパターンを図19に示す。RTH構造に由来するピークはみられず、クオーツが生成した。すなわちアルカリ金属元素/Siの比が大きすぎると種結晶が存在していてもRTH型ゼオライトは得られなかった。 The XRD pattern of the obtained product is shown in FIG. A peak derived from the RTH structure was not observed, and quartz was generated. That is, when the ratio of alkali metal element / Si was too large, RTH type zeolite could not be obtained even if seed crystals existed.
上記の実施例1〜8および比較例1〜4における母ゲルの組成、種結晶の有無を表1にまとめて示す。 Table 1 summarizes the composition of the mother gel and the presence or absence of seed crystals in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4.
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