JP6371417B2 - モレキュラーシーブssz−99を製造する方法 - Google Patents
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Description
本開示は、SSZ−99と指定する新しいモレキュラーシーブ、構造指向剤としてメチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオンを使用するSSZ−99を調製する方法、及びSSZ−99の使用、に関する。
モレキュラーシーブ材料は、天然のものも合成のものも共に、吸着剤として有用であり各種の炭化水素転化反応の触媒特性を有するとして、過去に示されてきた。ゼオライト、アルミノリン酸塩、及びメソポーラス材料などのいくつかのモレキュラーシーブは、X線回折(XRD)で決定して明確な結晶性構造を有する規則正しい多孔性結晶性材料である。結晶性モレキュラーシーブ材料の内部には、多数の溝又は細孔によって相互接続されているかもしれない多数の空隙がある。これらの空隙及び細孔は、特定のモレキュラーシーブ材料の内部ではサイズが均一である。これらの細孔の寸法は、いくつかの寸法の吸着分子を受け入れるなどし、一方で、より大きい寸法のものを拒絶するので、これらの材料は、「モレキュラーシーブ」として公知になってきており、種々の工業プロセスで利用されている。
本開示は、ここで「モレキュラーシーブSSZ−99」又は単に「SSZ−99」と呼ぶ、独特の特性を持つ新しいファミリーのモレキュラーシーブに関する。
(1)少なくとも1つの四価の元素の少なくとも1つの酸化物の(2)三価の元素、五価の元素及びそれらの混合物の酸化物から成る群から選択される1以上の酸化物に対するモル比5〜50を有するモレキュラーシーブであって、その合成されたままの形態で、表5のX線回折ラインを有するモレキュラーシーブ。
(1)四価の元素の少なくとも1つの酸化物の少なくとも1つの源;(2)三価の元素、五価の元素、及びそれらの混合物の酸化物から成る群から選択される1以上の酸化物の1以上の源;(3)元素周期表の1族及び2族から選択される元素の少なくとも1つの源;(4)水酸化物イオン;及び(5)メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオンを、結晶化条件下に接触させることによる、結晶性モレキュラーシーブを調製する方法。
(a)(1)四価の元素の少なくとも1つの酸化物の少なくとも1つの源;(2)三価の元素、五価の元素、及びそれらの混合物の酸化物から成る群から選択される1以上の酸化物の1以上の源;(3)元素周期表の1族及び2族から選択される元素の少なくとも1つの源;(4)水酸化物イオン;(5)メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオン;及び(6)水、を含有する反応混合物を調製すること;及び
(b)反応混合物を、モレキュラーシーブの結晶を形成するのに十分な結晶化条件にかけること:
によって、その合成されたままの形態で、表5のX線回折ラインを有する結晶性モレキュラーシーブを調製する方法。
ここで:
(1)Tは、元素周期表の4族〜14族からの四価の元素及びそれらの混合物から成る群から選択され;
(2)Xは、元素周期表の3族〜13族からの三価の及び五価の元素及びそれらの混合物から成る群から選択され;
(3)化学量論的変数bは、組成変項Xの原子価状態に等しく(例えば、Xが三価の時にはb=3であり;Xが五価の時にはb=5);
(4)Qは、メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオンであり;そして
(5)Mは、元素周期表の1族及び2族からの元素から成る群から選択される。
緒言
用語「モレキュラーシーブ」は、(a)中間の及び(b)最終の又は目的のモレキュラーシーブ及び(1)直接合成又は(2)後の結晶化処理(二次的な合成)によって製造されるモレキュラーシーブを含む。二次的な合成技術は、ヘテロ原子格子置換又は他の技術による中間の材料からの目的材料の合成を可能とする。例えば、アルミノケイ酸塩は、中間のホウケイ酸塩から、ホウ素からアルミニウムへの後の結晶化ヘテロ原子格子置換によって合成できる。そのような技術は、例えばU.S.特許No.6,790,433に記載されているように公知である。
一般に、SSZ−99は、以下によって調製される:
(a)(1)少なくとも1つの四価の元素の酸化物の少なくとも1つの源;(2)三価の元素、五価の元素、及びそれらの混合物の酸化物から成る群から選択される1以上の酸化物の1以上の源;(3)元素周期表の1族及び2族から選択される元素の少なくとも1つの源;(4)水酸化物イオン;(5)メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオン;及び(6)水、を含有する反応混合物を調製すること;及び
(b)反応混合物を、モレキュラーシーブの結晶を形成するのに十分な結晶化条件にかけること。
実際には、モレキュラーシーブは、(a)上述の反応混合物を調製し;そして(b)当該反応混合物を、モレキュラーシーブの結晶を形成するのに十分な結晶化条件にかけることによって、調製される。
ここに開示されたプロセスによって製造されるモレキュラーシーブは、合成されたままで及び無水状態で、表3(モル比に関して)に記載されるような組成を有し、ここで、組成変項T、X、Q及びM及び化学量論的変数bは、上述した通りである:
(a)±0.20
(b)提供された粉末XRDパターンは、相対強度スケールに基づくものであり、X線パターンの最強ラインは100の値で指定される:W=弱(>0〜≦20);M=中(>20〜≦40);S=強(>40〜≦60);VS=非常に強(>60〜≦100)
(c)ピークの広がりは、XRDピークの半値全幅(FWHM)によって特徴付けられる。当該FWHM値に基づき、ピークは次のように分類される:Sh=シャープ(≦2*最小FWHM);B=ブロード(>2*最小FWHM〜≦5*最小FWHM);VB=非常にブロード(>5*最小FWHM)
(d)P/Nは、ピーク/ノイズ比であり、P/N=(ピーク高さ−バックグラウンド)/√ピーク高さとして計算される。L=低(≦15);H=高(>15)
(a)±0.20
(b)提供された粉末XRDパターンは、相対強度スケールに基づくものであり、X線パターンの最強ラインは100の値で指定される:W=弱(>0〜≦20);M=中(>20〜≦40);S=強(>40〜≦60);VS=非常に強(>60〜≦100)
(c)ピークの広がりは、XRDピークの半値全幅(FWHM)によって特徴付けられる。当該FWHM値に基づき、ピークは次のように分類される:Sh=シャープ(≦2*最小FWHM);B=ブロード(>2*最小FWHM〜≦5*最小FWHM);VB=非常にブロード(>5*最小FWHM)
(d)P/Nは、ピーク/ノイズ比であり、P/N=(ピーク高さ−バックグラウンド)/√ピーク高さとして計算される。L=低(≦15);H=高(>15)
SSZ−99は、ガス分離用吸着剤として有用である。SSZ−99は、含酸素化合物(例えば、メタノール)をオレフィンに転化するための触媒及び小アミンを製造するための触媒としても使用できる。SSZ−99は、自動車排出ガスなどのガス流中での窒素の酸化物を低減するために使用できる。SSZ−99は、燃焼エンジン汚染制御システム中のコールドスタート炭化水素トラップとしても使用できる。SSZ−99は、C3フラグメントをトラップするために特に有用である。
以下の例示の実施例は、それらに限定されないことが意図される。
実施例1
合成されたままのSSZ−99の調製
SSZ−99の焼成
得られた生成物は、1℃/分の速度で595℃に加熱された空気流の下にマッフル炉の内部で焼成され、595℃で5時間保持され、冷却され、その後、粉末XRDによって分析された。得られた生成物の粉末XRDパターンを、図2に示す。粉末XRDパターンにより、有機SDAを除去するための焼成の後、当該材料は安定なままであることが示される。
微細孔容積分析
焼成されたSSZ−99は、吸着質としてN2を使用してBET方法を経る微細孔容積分析にかけた。当該ゼオライトは、0.17cm3/gの微細孔容積を持つかなりの空隙容積を示した。
SSZ−99のアンモニウムイオン交換
Na+形の焼成SSZ−99は、NH4NO3の水溶液中(典型的に、1gのNH4NO3/20mLのH2O中に1gのSSZ−99)で材料を95℃で2〜3時間加熱することによって、NH4 +形のSSZ−99に転化された。その後、混合物は濾過されて、当該工程は所望の多くの回数(普通2〜3回)繰り返された。濾過の後、得られたNH4 +交換生成物は、脱イオン水で洗浄されて、空気乾燥された。NH4 +形のSSZ−99は、540℃への焼成によって、H+形に転化できる。
拘束指数試験
実施例4で調製されたH+形のSSZ−99は、4kpsiで造粒され、粉砕されて20〜40メッシュに粒状にされた。当該粒状にされた材料のサンプル0.6gは、空気中で540℃で4時間焼成されて、デシケータ中で冷却されて、乾燥を確実にした。その後、0.5gの材料は、モレキュラーシーブ床の両側上にアランダムと共に1/4インチのステンレススチール管中に詰められた。反応器管を加熱するために、炉(Applied Test Systems,Inc.)が使用された。9.4mL/分で及び大気圧で、窒素が反応器管中に導入された。反応器は、約600°F(315.6℃)に加熱され、そして、n−ヘキサン及び3−メチルペンタンの50/50フィードが、8μL/分の速度で反応器中に導入された。当該フィードは、ISCOポンプによって運ばれた。GC中への直接サンプリングは、フィード導入の15分後に始めた。
本発明に関連して、以下の内容を更に開示する。
[1]
(a)(1)四価の元素の少なくとも1つの酸化物の少なくとも1つの源;(2)三価の元素、五価の元素、及びそれらの混合物の酸化物から成る群から選択される1以上の酸化物の1以上の源;(3)元素周期表の1族及び2族から選択される元素の少なくとも1つの源;(4)水酸化物イオン;(5)メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオン;及び(6)水、を含有する反応混合物を調製すること;及び
(b)反応混合物を、モレキュラーシーブの結晶を形成するのに十分な結晶化条件にかけること:
を含む、モレキュラーシーブSSZ−99を調製する方法。
[2]
当該モレキュラーシーブが、モル比に関して、以下を含む反応混合物から調製される、[1]の方法。
ここで:
(1)Tは、元素周期表の4族〜14族からの四価の元素及びそれらの混合物から成る群から選択され;
(2)Xは、元素周期表の3族〜13族からの三価の及び五価の元素及びそれらの混合物から成る群から選択され;
(3)bは、Xの原子価状態に等しく;
(4)Mは、元素周期表の1族及び2族からの元素から成る群から選択され;そして
(5)Qは、メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオンである。
[3]
Tが、Si、Ge、及びそれらの混合物から選択される、[2]の方法。
[4]
Xが、B、Al、Ga、In、Fe、及びそれらの混合物から選択される、[2]の方法。
[5]
TがSiであり、XがAlである、[2]の方法。
[6]
当該モレキュラーシーブが、モル比に関して、以下を含む反応から調製される、[2]の方法。
[7]
当該モレキュラーシーブが、その合成されたままの形態で、以下の表に実質的に示されたX線回折パターンを有する、[1]の方法。
[8]
当該モレキュラーシーブが、合成されたままで及び無水状態で、モル比に関して、以下の組成を有する、[1]の方法。
ここで:
(1)Tは、元素周期表の4族〜14族からの四価の元素及びそれらの混合物から成る群から選択され;
(2)Xは、元素周期表の3族〜13族からの三価の及び五価の元素及びそれらの混合物から成る群から選択され;
(3)bは、Xの原子価状態に等しく;
(4)Qは、メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオンであり;そして
(5)Mは、元素周期表の1族及び2族からの元素から成る群から選択される。
[9]
Tが、Si、Ge、及びそれらの混合物から選択される、[8]の方法。
[10]
Xが、B、Al、Ga、In、Fe、及びそれらの混合物から選択される、[8]の方法。
[11]
TがSiであり、XがAlである、[8]の方法。
Claims (5)
- (a)(1)酸化ケイ素の少なくとも1つの源;(2)酸化アルミニウムの1以上の源;(3)元素周期表の1族及び2族から選択される元素の少なくとも1つの源;(4)水酸化物イオン;(5)メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオン;及び(6)水、を含有する反応混合物を調製すること;及び
(b)反応混合物を、モレキュラーシーブの結晶を形成するのに十分な結晶化条件にかけること:
を含む、モレキュラーシーブSSZ−99を調製する方法。 - 当該モレキュラーシーブが、モル比に関して、以下を含む反応混合物から調製される、請求項1の方法。
ここで:
(1)Tは、Siであり;
(2)Xは、Alであり;
(3)bは、Xの原子価状態に等しく;
(4)Mは、元素周期表の1族及び2族からの元素から成る群から選択され;そして
(5)Qは、メチルエチルジイソプロピルアンモニウムカチオンである。 - 当該モレキュラーシーブが、モル比に関して、以下を含む反応混合物から調製される、請求項2の方法。
- 当該モレキュラーシーブが、その合成されたままの形態で、以下の表に示されたX線回折パターンを有する、請求項1の方法。
- 結晶化条件が、125℃〜200℃の間の温度及び自生圧力を含む、請求項1の方法。
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