JP6171559B2 - シリコアルミノリン酸塩、その製造方法及びそれを含む固体酸触媒 - Google Patents

シリコアルミノリン酸塩、その製造方法及びそれを含む固体酸触媒 Download PDF

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Description

本発明は、新規なシリコアルミノリン酸塩、その製造方法及びそれを含む固体酸触媒に係る。より詳細には、水分を含む雰囲気に晒されても固体酸量の低下が小さい、高い耐水性を有する新規なシリコアルミノリン酸塩、その製造方法及びそれを含む固体酸触媒に関する。
結晶性シリコアルミノリン酸塩は、ユニオン・カーバイド・コーポレーションの研究者らを中心に種々の細孔構造を有するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。その中でも、近年、石油に代わる炭化水素資源として、バイオアルコールからオレフィンの合成等に用いられる固体酸触媒として、SAPO−34が注目されている。
しかしながら、SAPO−34は水分を含む雰囲気に放置すると、その結晶性が経時的に低下する(例えば、非特許文献1参照)。
結晶性シリコアルミノリン酸塩は、水分を含む雰囲気に放置されると、その結晶性が経時的に低下する。これに加え、結晶性シリコアルミノリン酸塩は、水和による結晶性の低下とともに固体酸量が低下し、SAPO−34は大気と遮断された特別な保管管理を行わない限り、保管中に劣化するという問題を有する。
他にもアルコールからオレフィンを合成する固体酸触媒としてSAPO−34とは異なる結晶構造を有するシリコアルミノリン酸塩が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
それらの結晶性シリコアルミノリン酸塩は、組成((SiAl)Oで表して、x:0.01〜0.05、y,z:0.4〜0.6)と粉末X線回折パターンで特徴付けられている。さらにこれらに関連したシリコアルミノリン酸塩も提案されている(例えば、特許文献3参照)。それらのシリコアルミノリン酸塩は、さらに異なる組成(SiO/Alモル比で表して0.01〜0.25)と粉末X線回折パターンで特徴付けられている。
しかしながら、これらのシリコアルミノリン酸塩は、いずれも非常に少ないSi量を含有したものであった。Si量の少ないシリコアルミノリン酸塩は、含有する固体酸量が少量であり、固体酸触媒等に使用する場合の触媒活性が小さいという問題点を有している。
最近では、SAPO−34のCHA構造の一部とSAPO−18のAEI構造の一部が複雑に積層した連晶体(Intergrouth)からなる新規なシリコアルミノリン酸塩を触媒として用いることも報告されている(特許文献4参照)。そこでは、その様な連晶体がSAPO−34やSAPO−18とは異なる結晶であることが、シミュレーション結果と併せてX線結晶回折で示されている。一方、その様な結晶をCHA構造とAEI構造の積層であると便宜的に仮定した場合のAEIとCHAの比率で示されており、具体的にはCHA/AEIの比率が90:10の結晶が示されている。
特公平3−72010号公報 米国特許第6334994号公報 特許第4299002号公報 WO2011/112949号公報
Journal of Physical Chemistry 1995年,99巻,8270−8276頁
本発明の目的は、固体酸触媒として活性な状態で水分を含む雰囲気で保管・使用されても固体酸量の低下が少ない、耐水性の高い新規な結晶性シリコアルミノリン酸塩、その製造方法及びそれを含む固体酸触媒を提供することにある。
上記課題に鑑み、本発明者らは鋭意検討した。その結果、下記一般式(1)で表され、かつ、表1に示す粉末X線回折(以下、「XRD」とする。)パターンを有するシリコアルミノリン酸塩が、極めて高い耐水性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
(SiAl)O (1)
(式中、xはSiのモル分率:0.05<x≦0.15、yはAlのモル分率:0.47≦y≦0.52、zはPのモル分率:0.40≦z≦0.46、x+y+z=1)
Figure 0006171559
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
(1) 下記一般式(1)で表され、かつ、表1に示す粉末X線回折パターンを有するシリコアルミノリン酸塩。
(SiAl)O (1)
(式中、xはSiのモル分率:0.05<x≦0.15、yはAlのモル分率:0.47≦y≦0.52、zはPのモル分率:0.40≦z≦0.46、x+y+z=1)
Figure 0006171559
(2) 結晶の平均粒径が0.5〜10μmである上記(1)に記載のシリコアルミノリン酸塩。
(3) 結晶の固体酸量が0.5mmol/g以上である上記(1)または(2)に記載のシリコアルミノリン酸塩。
(4) CHA構造とAEI構造の連晶比(Intergrowth ratio)がCHA/AEI比で50/50〜30/70の結晶を含んでなる上記(1)乃至(3)のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩。
(5) 有機鉱化剤を除去した水素型の状態で、80℃飽和水蒸気中で8日間保存されたのちに、少なくとも50%の固体酸量を保持する上記(1)乃至(4)のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩。
(6) ケイ素源、燐源、アルミニウム源、水、有機鉱化剤を混合して、酸化物のモル比で示したとき、次のモル組成比
/Al 0.7〜1.5
SiO/Al 0.1〜1.2
O/Al 5〜100
R/Al 0.5〜5
(Rは、有機鉱化剤を表す。)
を有する反応混合物を調製し、該反応混合物を160℃を超え220℃以下の温度に5時間以上100時間以下保持する上記(1)乃至(5)のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩の製造方法。
(7) 有機鉱化剤がトリエチルアミン、または、トリエチルアミンと他のアルキルアミン類もしくはそのアンモニウム塩の混合物である上記(6)に記載のシリコアルミノリン酸塩の製造方法。
(8) 上記(1)乃至(5)のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩を種晶として、反応混合物中のケイ素源、燐源、アルミニウム源の量を酸化物(SiO、P、Al)として換算した時の総重量に対する割合として反応混合物に0.05〜10重量%添加する上記(6)または(7)に記載のシリコアルミノリン酸塩の製造方法。
(9) 上記(1)乃至(5)のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩を含む固体酸触媒。
以下、本発明のシリコアルミノリン酸塩について詳細に説明する。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は、上記一般式(1)において、0.05<x≦0.15の範囲のSiのモル分率、すなわち、Si含有量を有する。シリコアルミノリン酸塩の固体酸量はそのSi含有量に依存する。Siのモル分率xが0.05以下では固体酸量が少なく、例えば、このようなシリコアルミノリン酸塩を固体酸触媒として用いる場合にその触媒機能が不十分となる。一方、xが0.15を超える場合には、本発明のシリコアルミノリン酸塩と同等の結晶性であっても耐水性が十分でない。そのため、このようなシリコアルミノリン酸塩は、水分を含む雰囲気中で保存することにより、その結晶性及び固体酸量の低下が生じる。
したがって、Siのモル分率の範囲は0.05<x≦0.15、好ましくは0.05<x≦0.13、より好ましくは0.05<x≦0.10である。更には0.07≦x≦0.15、更に好ましくは0.07≦x≦0.13、更により好ましくは0.07≦x≦0.10である。本発明のシリコアルミノリン酸塩は上記のSiのモル分率を有しているため、そのSi含有量は、例えば米国特許第6334994号(特許文献2)のシリコアルミノリン酸塩のSi含有量よりも大きい。
Pのモル分率は0.40≦z≦0.46である。zが0.40未満であると耐水性が低くなり易い。また、zが0.46を超えると、耐水性は高いが、固体酸量が少ないシリコアルミノリン酸塩となる。これにより、このようなシリコアルミノリン酸塩を、固体酸触媒として用いる場合に、その触媒機能が不十分となる場合がある。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は、有機鉱化剤を除去した水素型の状態で上記表1に示すXRDパターンを有すること、すなわち、上記の表1のXRDパターンに示したXRDピーク(以下、単に「ピーク」ともいう。)を全て有していることが好ましい。なお、「水素型の状態」とは、シリコアルミノリン酸塩のイオン交換サイトのカチオンが、実質的にプロトン(H)のみになっている状態である。
このXRDパターンにおいては、SAPO−34シリコアルミノリン酸塩のXRDパターンには存在しないXRDピーク、すなわち、面間隔6.60Å付近(回折角2θ=13.4°付近)、5.24Å付近(回折角2θ=16.9°付近)及び4.17Å付近(回折角2θ=21.3°付近)にブロードピークを有する。ここで、ブロードピークとは半値幅が0.3°以上となるXRDピークである。これに加え、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、SAPO−34シリコアルミノリン酸塩が有しているXRDピーク、すなわち、面間隔4.96Å付近(回折角2θ=17.9°付近)のピーク及び3.54Å付近(回折角2θ=25.1°付近)のXRDピークを有さない、或いは顕著に小さい。
なお、本発明において、回折角2θは、線源に銅Kαを用いた場合のXRDパターンにおける値である。
さらに、本発明のシリコアルミノリン酸塩のXRDパターンにおいては、面間隔4.29Åのピークの強度に対する5.24Åのピークの相対強度(以下、「相対ピーク強度比」とする。)が100%以下である。また、本発明のシリコアルミノリン酸塩の相対ピーク強度比は、5%以上、更には7%以上、また更には10%以上、また更には20%以上となる。
米国特許第6334994号に記載の特殊なシリコアルミノリン酸塩のXRDパターンと比較すると、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、米国特許第6334994号に示されているピークである、面間隔8.3〜8.5Å(回折角2θ=10.6°付近)のピークを有さない。
また、別の特殊なシリコアルミノリン酸塩として報告されている特許第4299002号公報(特許文献3)に記載のシリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブと比較しても、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、これと異なるXRDパターンを有する。すなわち、本発明のシリコアルミノリン酸塩のXRDパターンには、特許第4299002号公報のXRDパターンには存在しないピークである、面間隔5.24Å付近(回折角2θ=16.9°付近)、及び面間隔4.17Å付近(回折角2θ=21.3°付近)のピークを有する。したがって、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、特許第4299002号公報に記載のシリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブとも全く異なる構造である。
本発明のシリコアルミノリン酸塩の結晶の平均粒径は、0.5〜10μmであることが好ましく、1〜5μmであることがより好ましい。
本発明の「結晶の平均粒径」は走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」という。)で観察される値であり、SEMで観察することができる最小の独立した粒子、いわゆる一次粒子の粒径の平均値である。したがって、結晶の平均粒径は、一次粒子が凝集して形成した二次粒子の平均粒子径、いわゆる凝集粒子径とは異なる。結晶の平均粒径は、例えば、任意の100個以上の結晶の粒径の大きさを測定し平均した値を用いることができる。
平均粒径が0.5μm以上の結晶であると、耐熱性が高くなりやすい。一方、10μm以下の結晶の平均粒径であれば、シリコアルミノリン酸塩の結晶内における物質の拡散速度が低下しにくくなる。そのため、例えば、本発明のシリコアルミノリン酸塩を固体酸触媒として使用する場合、反応速度が低下しにくくなり、副生成物の増加を抑制することができる。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は、固体酸量が0.5mmol/g以上であることが好ましく、0.6mmol/g以上であることがより好ましく、0.7mmol/g以上であることが更に好ましい。
固体酸量は一般的なNH−TPD法により定量される。本発明のシリコアルミノリン酸塩の固体酸量は、そのSi含有量から、0.5〜1.4mmol/gの範囲となりやすい。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は耐水性が高い。そのため、これを含水分環境下に保存しても、その保存前後の固体酸量の減少が少ない。例えば、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、80℃の飽和水蒸気中、8日間保存されても、当該保存前のシリコアルミノリン酸塩の固体酸量に対する、保存後のシリコアルミノリン酸塩の固体酸量の割合(以下、「固体酸維持率」とする。)が少なくとも50%、更には少なくとも60%、また更には少なくとも63%の固体酸量である。固体酸維持率が高いほど、耐水性が高くなる。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は、結晶をCHA構造とAEI構造の積層であると便宜的に仮定した場合のAEIとCHAの比率においてCHA構造とAEI構造の連晶比(Intergrowth ratio;以下、単に「連晶比」ともいう。)がCHA/AEI比で50/50〜30/70の結晶であることが好ましい。連晶比はCHA/AEI比として、例えば、50/50、45/55、40/60、35/65及び30/70を挙げることができる。
CHA/AEI比が30/70よりもAEI過剰の場合には、固体酸量が少なくなりやすい。一方、CHA/AEI比が50/50よりもCHA過剰の場合には、シリコアルミノリン酸塩の耐水性が低下する。
次に、本発明のシリコアルミノリン酸塩の製造方法について説明する。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は、ケイ素源、燐源、アルミニウム源、水、及び有機鉱化剤を混合して、酸化物のモル比で示したとき、次のモル組成比を有する反応混合物を調製し、該反応混合物を160℃を超え220℃以下の温度に5時間以上100時間以下保持することにより製造することができる。
/Al 0.7〜1.5
SiO/Al 0.1〜1.2
O/Al 5〜100
R/Al 0.5〜5
(Rは、有機鉱化剤を表す。)
本発明のシリコアルミノリン酸塩の製造に用いるケイ素源は特に限定されない。ケイ素源として、例えば、コロイダルシリカ、シリカゾル、水ガラスなど水溶性または水に分散されたケイ素源、無定形シリカ、フュームドシリカ、ケイ酸ナトリウムなど固体状のケイ素源、オルトケイ酸エチルなどの有機ケイ素源などが使用できる。
本発明のシリコアルミノリン酸塩の製造に用いる燐源は特に限定されない。燐源として、例えば正リン酸、亜リン酸など水溶性の燐源、例えばピロリン酸などの縮合リン酸、リン酸カルシウムなどの固体状の燐源が使用できる。
本発明のシリコアルミノリン酸塩の製造に用いるアルミニウム源は特に限定されない。アルミニウム源として、例えば硫酸アルミニウム溶液、アルミン酸ソーダ溶液、アルミナゾルなど水溶性または水に分散されたアルミニウム源、例えば無定形アルミナ、擬ベーマイト、ベーマイト、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウムなど固体状アルミニウム源、例えばアルミニウムイソプロポキシドなどの有機アルミニウム源などが使用できる。
本発明のシリコアルミノリン酸塩の製造に用いる有機鉱化剤は特に限定されない。有機鉱化剤として、例えば、3級アミン、更にはトリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジエチルプロピルアミン、エチルジプロピルアミン、及びジエチルイソプロピルアミンの群から選ばれる少なくとも1種の3級アミンが使用できる。これらの中でも好ましい有機鉱化剤はトリエチルアミンである。
また、トリエチルアミンと、トリエチルアミン以外の3級アミン又は他のシリコアルミノリン酸塩の合成に使用される有機鉱化剤とを混合して使用してもよい。他のシリコアルミノリン酸塩の合成に使用される有機鉱化剤としては、例えば、アルキルアミン類及びそのアンモニウム塩のいずれか1種以上、更にはテトラエチルアンモニウム塩、ジエチルアミン、メチルブチルアミン、モルフォリン、シクロへキシルアミン及びプロピルアミンの群から選ばれる少なくとも1種又はそのアンモニウム塩を挙げることができる。
これらケイ素源、燐源、アルミニウム源、水、及び有機鉱化剤の添加順序は特に限定されない。そのため、それぞれを個別に、あるいは2原料以上を同時に添加混合することにより、反応混合物を調製してもよい。さらには、あらかじめ無定形のアルミノ燐酸ゲルを燐源及びアルミニウム源として、無定形のシリコアルミノ燐酸ゲルをケイ素源、アルミニウム源、及びリン源として使用することができる。このような2原料以上を含むものをあらかじめ調製し、これに水と有機鉱化剤、必要によりケイ素源、燐源、アルミニウム源を追加、混合することにより反応混合物を調製することができる。
反応混合物は、必要により、塩酸、硫酸又はフッ酸などの酸、若しくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化アンモニウムなどのアルカリを使用し、そのpHを調製してもよい。
燐源とアルミニウム源は酸化物換算で、P/Alモル比が0.7〜1.5となるよう混合する。P/Alモル比が0.7以上であると収量が低下しにくくなるため経済的になる。一方、P/Alモル比が1.5以下であれば結晶化速度が低下することがなく、結晶化に長時間を要さなくなる。好ましいP/Alモル比は0.8〜1.2である。
ケイ素源とアルミニウム源は酸化物換算で、SiO/Alモル比が0.1〜1.2となるよう混合する。SiO/Alモル比が0.1以上であると生成されるシリコアルミノリン酸塩中のSi含有量が少なくなりにくくなる。これにより、固体酸量が不足しにくくなる。SiO/Alモル比が1.2以下であれば結晶化速度が低下しにくくなるため、結晶化に長時間を必要としなくなる。好ましいSiO/Alモル比は0.2〜0.8である。
水とアルミニウム源は酸化物換算で、HO/Alモル比が5〜100となるよう混合する。この際、原料としてコロイダルシリカやリン酸などの水溶液を使用する際には水溶液中の水の量も考慮する必要がある。生成物の収量に影響するため、HO/Alモル比は小さい方が好ましい。HO/Alモル比が、5以上であれば反応混合物の粘度が高くならず、反応混合物が調製しやすくなる。好ましいHO/Alモル比は10〜100、さらに好ましくは15〜50である。
有機鉱化剤(R)とアルミニウム源は、酸化物換算でR/Alモル比が0.5〜5となるように混合する。有機鉱化剤は、本発明のシリコアルミノリン酸塩の結晶構造を形成する重要な役割を担う。そのため、R/Alモル比は大きい方が好ましい。R/Alモル比が0.5より小さいと本発明のシリコアルミノリン酸塩を得ることができない。一方、有機鉱化剤をR/Alモル比が5より大きい量添加しても構造形成効果への影響は少ない。好ましいR/Alモル比は1〜3である。
本発明のシリコアルミノリン酸塩の製造に際しては、反応混合物に本発明のシリコアルミノリン酸塩を種晶として0.05〜10重量%添加してもよい。これにより、結晶化時間が短縮されやすくなるだけではなく、結晶径が均一になりやすい。この際、種晶とする本発明のシリコアルミノリン酸塩は粉砕して使用することがより効果的である。ここでの種晶添加量は、反応混合物中のケイ素源、燐源、アルミニウム源の量を酸化物(SiO、P、Al)として換算した時の総重量に対する重量%である。種晶添加量が0.05重量%未満であると、結晶化時間の短縮や結晶径の均一化といった効果は不十分になる場合がある。一方、添加量の上限は特に限定されないが、10重量%を超えた量であれば十分に種晶添加の効果が得られる。したがって、好ましい種晶添加量は0.05〜10重量%であり、より好ましくは0.1〜5重量%である。
以上のように調製された反応混合物を密閉耐圧容器に入れ、160℃を超え220℃以下の温度に5時間以上100時間以下保持することにより、本発明のシリコアルミノリン酸塩を製造することができる。生成物の組成や結晶径を均一にするために、加熱中撹拌することが好ましい。結晶化温度が低すぎると結晶化に長時間を要する。その一方で、結晶化温度が高いと短時間で結晶化させることが可能である。好ましい結晶化温度は170〜200℃である。
このようにして結晶化された本発明のシリコアルミノリン酸塩は、ろ過、デカンテーション、遠心分離など常法の固液分離法により結晶化母液と分離し、必要により水洗をおこなったのち、常法により乾燥することにより回収される。
このようにして回収された乾燥状態のシリコアルミノリン酸塩は、細孔内に結晶化に使用した有機鉱化剤を含有している。固体酸触媒、あるいは触媒担体として使用するためには、含有する有機鉱化剤の焼成除去をおこなってもよい。有機鉱化剤は、含酸素雰囲気下で400〜800℃の温度で焼成することにより除去することができる。この際、酸素濃度が高い雰囲気で焼成をおこなうと、有機鉱化剤が激しく燃焼する。これにより、シリコアルミノリン酸塩の構造が破壊されたり、焼成炉の温度変化が大きくなることがある。このような場合には、焼成初期は低酸素雰囲気あるいは無酸素雰囲気として有機鉱化剤の燃焼を抑制することが好ましい。
以上のようにして得られたシリコアルミノリン酸塩は、使用する原料によっては、アルカリ金属、アルカリ土類金属など原料中の金属カチオンをイオン交換サイトに含有することがある。そのため、必要により、酸洗浄、あるいはイオン交換により金属カチオンを除去、あるいは所望の金属カチオンを含有させることができる。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は固体酸触媒として活性な状態で水分蒸気を含む雰囲気で保管・使用されても固体酸量の低下が少なく、高い耐水性を有する。
実施例3で得られたシリコアルミノリン酸塩の結晶を倍率5000倍で撮影したSEM写真を示す図である(図中スケールは5μm)。 実施例1で得られたシリコアルミノリン酸塩のXRDパターンを示す図である。
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何等限定されるものではない。
(NH−TPD法による固体酸量の測定)
加圧成形後、粉砕して20〜30メッシュに整粒した試料0.1gを固定床常圧流通式反応管に充填し、ヘリウム流通下500℃で1時間前処理し、100℃まで冷却した。次いで、試料を100℃に保持しながらアンモニア10体積%、ヘリウムバランスのガスを流速60ml/minで1時間接触させてアンモニアを吸着させたのち、ヘリウムガスを流速60ml/minで1時間接触させて、アンモニアガスをパージした。その後、ヘリウムガスを流速60ml/minで接触させながら試料を10℃/minの昇温速度で700℃まで昇温した。試料を流通したガス中のアンモニア濃度を熱伝導度検出器(TCD)を備えたガスクロマトグラフにより連続的に定量分析し、アンモニアの脱着スペクトルより固体酸特性を評価した。
固体酸量の定量は、アンモニアの脱着スペクトルの300℃以上に頂点を有する脱離ピークを形成するアンモニア脱離量と試料重量の比から結晶性シリコアルミノリン酸塩の重量当たりの固体酸量(mmol/g)を算出した。
(AEI、CHAの比率)
結晶をCHA構造とAEI構造の積層であると便宜的に仮定した場合のAEIとCHAの比率は、国際ゼオライト学会より配布されているDIFFaXプログラム(v1.813)を用いたXRDシミュレーションパターンとの比較により決定した。
実施例1
水1690g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)559g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)284g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)744g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)322gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.6
O/Al=50
TEA/Al=3
(TEAは、トリエチルアミンを表す。)
この反応混合物を4000mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、270rpmで撹拌しながら180℃で69時間保持して、本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成することにより、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とする粉末X線回折装置(マックサイエンス:MPX3)を用いて、その面間隔を測定した。図2にXRDパターンを示す。また、当該XRDパターンのピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を表2に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表2に示す通り、面間隔8.3−8.5Å(回折角2θ=10.6°付近)のピークが存在せず、面間隔5.24Å付近(回折角2θ=16.9°付近)にブロードなピークを有しており、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴を有していた。また、相対ピーク強度比は17.8%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.09Al0.490.42)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は4.3μmであった。
本実施例のシリコアルミノリン酸塩の連晶比は、CHA/AEI比で40/60であった。
実施例2
水4.6g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)15.4g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)7.8g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)20.3g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)8.9gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.6
O/Al=15
TEA/Al=3
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら180℃で62時間保持して、本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とする粉末X線回折装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表3に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表3に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴は、実施例1のシリコアルミノリン酸塩と同様の特徴を有していた。また、相対ピーク強度比は20.9%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.07Al0.490.44)O
乾燥後の生成物をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は3.4μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で40/60であった。
実施例3
水1698g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)559g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)284g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)736g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)322g、実施例1で得られた結晶性シリコアルミノリン酸塩をボールミルで1時間湿式粉砕した種晶4.2gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.6
O/Al=50
TEA/Al=3
種晶0.5重量%
この反応混合物を4000mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、270rpmで撹拌しながら180℃で64時間保持して本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表4に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表4に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴は、実施例1のシリコアルミノリン酸塩と同様の特徴を有していた。また、相対ピーク強度比は22.0%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.08Al0.500.42)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は1.2μmであった。倍率5000倍のSEM写真を図1に示す。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で35/65であった。
実施例4
水28.8g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)9.5g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)4.8g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)8.3g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.5g、実施例1で得られた結晶性シリコアルミノリン酸塩をボールミルで1時間湿式粉砕した種晶0.09gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.6
O/Al=50
TEA/Al=2
種晶0.6重量%
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら180℃で63時間保持して本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めた。結果を表5に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表5に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴は、実施例1と同様の特徴を有していた。また、相対ピーク強度比は28.2%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.08Al0.500.42)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は1.0μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で30/70であった。
実施例5
水29.4g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)9.0g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)1.5g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)11.9g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.2g、実施例1で得られた結晶性シリコアルミノリン酸塩をボールミルで1時間湿式粉砕した種晶0.07gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.2
O/Al=50
TEA/Al=3
種晶0.6重量%
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら180℃で62時間保持して本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表6に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表6に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴は、実施例1と同様の特徴を有していた。また、相対ピーク強度比は6.5%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.06Al0.500.44)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は2.7μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で45/55であった。
実施例6
水24.4g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)8.7g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)7.4g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)11.5g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.0g、実施例1で得られたシリコアルミノリン酸塩をボールミルで1時間湿式粉砕した種晶0.09gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=1.0
O/Al=50
TEA/Al=3
種晶0.6重量%
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら180℃で63時間保持して本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表7に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表7に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴は、実施例1と同様の特徴を有していた。(表は相対強度2%以上の回折のみ記載)また、相対ピーク強度比は7.6%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.10Al0.490.41)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は1.4μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で45/55であった。
実施例7
水26.9g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)8.9g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)4.5g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)11.7g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.1gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.6
O/Al=50
TEA/Al=3
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら200℃で62時間保持して、本実施例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表8に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表8に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩の特徴は、実施例1と同様の特徴を有していた。また、相対ピーク強度比は23.0%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.09Al0.490.42)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は3.4μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で30/70であった。
比較例1
水26.9g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)8.9g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)4.5g、トリエチルアミン(キシダ化学:特級試薬)11.7g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.1gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.6
O/Al=50
TEA/Al=3
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら160℃で92時間保持して、本比較例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得た粉末X回折パターンから、ピーク位置の面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表9に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表9に示す通り、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、面間隔5.23Åのブロードピークが非常に小さく不明瞭であり、相対ピーク強度比は4.8%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.09Al0.530.38)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は6.5μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で55/45であった。
比較例2
水244g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)279g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)135g、35%テトラエチルアンモニウムヒドロキサイド(アルファーエイサー)1159g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)183gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=0.88
SiO/Al=0.5
O/Al=50
TEAOH/Al=2
(TEAOHは、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイドを表す。)
この反応混合物を4000mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、270rpmで撹拌しながら200℃で92時間保持して、本比較例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の格子面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表10に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表10に示す通り、本比較例のXRDパターンはSAPO−34の格子面間隔−相対強度の特徴を有していた。そのため、面間隔6.60Å、面間隔5.24Å、及び面間隔4.17Åのいずれのピークも有しておらず、相対ピーク強度比は0%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.12Al0.490.39)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は0.8μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で90/10であった。
比較例3
水7.6g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)9.0g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)2.3g、35%テトラエチルアンモニウムヒドロキサイド(アルファーエイサー)32.9g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.2gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=1.0
SiO/Al=0.3
O/Al=50
TEAOH/Al=2
(TEAOHは、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイドを表す。)
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら200℃で88時間保持して、本比較例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の格子面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表11に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表11に示す通り、SAPO−34の格子面間隔−相対強度の特徴を有していた。そのため、面間隔6.60Å、面間隔5.24Å、及び面間隔4.17Åのいずれのピークも有しておらず、相対ピーク強度比は0%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.08Al0.510.40)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は0.6μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で90/10であった。
比較例4
水30.8g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)7.9g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)5.0g、モルフォリン(キシダ化学:特級試薬)7.6g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)5.7gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=0.8
SiO/Al=0.6
O/Al=50
morpholine/Al=2
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら180℃で63時間保持して、本比較例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得た粉末X回折パターンから、ピーク位置の格子面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表12に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表12に示す通り、SAPO−34の格子面間隔−相対強度の特徴を有していた。そのため、面間隔6.60Å、面間隔5.24Å、及び面間隔4.17Åのいずれのピークも有しておらず、相対ピーク強度比は0%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.12Al0.500.39)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察し、任意の150個の結晶の平均粒径は15μmであった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で100/0であった。
比較例5
水64.3g、85%リン酸水溶液(キシダ化学:特級試薬)18.3g、30%コロイダルシリカ(日産化学:ST−N30)6.9g、N−エチルジイソプロピルアミン(キシダ化学:特級試薬)18.8g、77%擬ベーマイト(サソール:Pural SB)11.7gを混合し、次の組成の反応混合物を調製した。
/Al=0.9
SiO/Al=0.4
O/Al=50
EDIPA/Al=1.6
(EDIPAは、N−エチルジイソプロピルアミンを表す。)
この反応混合物を80mLのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、水平軸廻りに55rpmで回転させながら160℃で91時間保持して、本比較例のシリコアルミノリン酸塩を得た。
得られたシリコアルミノリン酸塩をろ過、水洗後、110℃で一晩乾燥したのち、600℃で2時間焼成し、これを水素型とした。
水素型としたシリコアルミノリン酸塩を、銅Kα線を線源とするXRD装置(マックサイエンス:MPX3)により得たXRDパターンから、ピーク位置の格子面間隔値(d値)とそのピークの相対強度を求めて表13に示す(表は相対強度2%以上の回折ピークのみ記載)。
Figure 0006171559
表13に示す通り、SAPO−18の格子面間隔−相対強度の特徴を有していた。また、面間隔3.82Åに相当するピークを有しておらず、なおかつ、面間隔5.24Åに相当するピークはシャープなピークであり、相対ピーク強度比は172.3%であった。
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP)により組成分析をおこなったところ、酸化物換算で下記の組成を有していた。
(Si0.10Al0.490.41)O
乾燥後のシリコアルミノリン酸塩をSEMにより観察したところ、結晶形状が不揃い(柱状〜平板状)のため正確な結晶の粒径は計測していないが、長辺方向で概ね1μm以下であった。
得られたシリコアルミノリン酸塩は、連晶比がCHA/AEI比で0/100であった。
測定例(耐水性の評価)
実施例1〜7、比較例1で合成したシリコアルミノリン酸塩、比較例2〜4で合成したSAPO−34、及び比較例5で合成したSAPO−18を、それぞれ600℃で2時間焼成して有機鉱化剤を除去し、これらを水素型とした。水素型の試料0.5gをシャーレに広げ、80℃飽和水蒸気中で8日間保存した前後の固体酸量を比較した。また、2種類の市販のSAPO−34についても同様の耐水性評価をおこなった。結果をあわせて表14に示す。
Figure 0006171559
表14から明らかなように、本発明のシリコアルミノリン酸塩は、そのXRDパターン、及び、組成を有することで、初期の固体酸量が全て0.5mmol/g以上と大きくなる。さらに、80℃飽和水蒸気中で8日間保存されたのちでも、少なくとも50%、更には60%以上の固体酸量を保持しており、SAPO−18やSAPO−34に比べて高い酸量維持率、すなわち、高い耐水性を有している。
本発明のシリコアルミノリン酸塩は、上記の様に高い耐水性を有しているので、固体酸触媒等として使用することができる。

Claims (8)

  1. 下記一般式(1)で表され、かつ、下記表1に示す粉末X線回折パターンを有し、CHA構造とAEI構造の連晶比(Intergrowth ratio)がCHA/AEI比で50/50〜30/70の結晶を含んでなるシリコアルミノリン酸塩。
    (SixAlyPz)O (1)
    式中、xはSiのモル分率:0.05<x≦0.15、yはAlのモル分率:0.47≦y≦0.52、zはPのモル分率:0.40≦z≦0.46、x+y+z=1
    Figure 0006171559
  2. 結晶の平均粒径が0.5〜10μmである請求項1に記載のシリコアルミノリン酸塩。
  3. 結晶の固体酸量が0.5mmol/g以上である請求項1または2に記載のシリコアルミノリン酸塩。
  4. 有機鉱化剤を除去した水素型の状態で、80℃飽和水蒸気中で8日間保存されたのちに、少なくとも50%の固体酸量を保持する請求項1乃至のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩。
  5. ケイ素源、燐源、アルミニウム源、水、有機鉱化剤を混合して、酸化物のモル比で示したとき、次のモル組成比
    /Al 0.7〜1.5
    SiO/Al 0.1〜1.2
    O/Al 5〜100
    R/Al 0.5〜5
    (Rは、有機鉱化剤を表す。)
    を有する反応混合物を調製し、該反応混合物を160℃を超え180℃以下の温度に5時間以上100時間以下保持する請求項1乃至のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩の製造方法。
  6. 有機鉱化剤がトリエチルアミン、または、トリエチルアミンと他のアルキルアミン類もしくはそのアンモニウム塩の混合物である請求項に記載のシリコアルミノリン酸塩の製造方法。
  7. 請求項1乃至のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩を種晶として、反応混合物中のケイ素源、燐源、アルミニウム源の量を酸化物(SiO、P、Al)として換算した時の総重量に対する割合として反応混合物に0.05〜10重量%添加する請求項またはに記載のシリコアルミノリン酸塩の製造方法。
  8. 請求項1乃至のいずれか一項に記載のシリコアルミノリン酸塩を含む固体酸触媒。
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