JP6478248B2 - オリゴシランの製造方法 - Google Patents
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Description
オリゴシランを製造する方法としては、マグネシウムシリサイドの酸分解法(非特許文献1参照)、ヘキサクロロジシランの還元法(非特許文献2参照)、モノシランの放電法(特許文献1参照)、シランの熱分解法(特許文献2〜4参照)、並びに触媒を用いたシランの脱水素縮合法(特許文献5〜9参照)等が報告されている。
本発明は、オリゴシランの製造方法を提供すること、特に収率・選択率を改善し、効率良く、より低温でオリゴシランを製造することができる方法を提供することを目的とする。
<1> ヒドロシランの脱水素縮合によってオリゴシランを生成させる反応工程を含むオリゴシランの製造方法であって、
前記反応工程が、短径が0.43nm以上、長径が0.69nm以下の細孔を有するゼオライトの存在下で行われることを特徴とする、オリゴシランの製造方法。
<2> 前記ゼオライトが、構造コードAFR、AFY、ATO、BEA、BOG、BPH、CAN、CON、DFO、EON、EZT、GON、IMF、ISV、ITH、IWR、IWV、IWW、MEI、MEL、MFI、OBW、MOZ、MSE、MTT、MTW、NES、OFF、OSI、PON、SFF、SFG、STI、STF、TER、TON、TUN、USI、及びVETのゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種である、<1>に記載のオリゴシランの製造方法。
<3> 前記ゼオライトが、ZSM−5、ベータ、及びZSM−22からなる群より選ばれる少なくとも1種である、<1>又は<2>に記載のオリゴシランの製造方法。
<4> 前記ゼオライトが、遷移金属を含むものである、<1>〜<3>の何れかに記載のオリゴシランの製造方法。
<5> 前記遷移金属が、Pt、Pd、Ni、Co、及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種である、<4>に記載のオリゴシランの製造方法。
<6> 前記反応工程が、水素ガスの存在下で行われる、<1>〜<5>の何れかに記載のオリゴシランの製造方法。
本発明の一態様であるオリゴシランの製造方法(以下、「本発明の製造方法」と略す場合がある。)は、ヒドロシランの脱水素縮合によってオリゴシランを生成させる反応工程(以下、「反応工程」と略す場合がある。)を含み、かかる反応工程が、短径0.43nm以上、長径0.69nm以下の細孔を有するゼオライトの存在下で行われることを特徴とする。
本発明者らは、オリゴシランの製造方法について検討を重ねた結果、ヒドロシランの脱水素縮合反応において、短径0.43nm以上、長径0.69nm以下の細孔を有するゼオライトの存在下で反応を行うことにより、オリゴシランの選択率、特にジシランの選択率が向上して、効率良くオリゴシランを製造できることを見出したのである。かかる反応におけるゼオライトの効果は、十分に明らかとなっていないが、ゼオライトの細孔空間が脱水素縮合の反応場として働き、「短径0.43nm以上、長径0.69nm以下」という細孔サイズが、過度な重合を抑制して、オリゴシランの選択率を向上させるものと考えられる。
なお、本発明において「オリゴシラン」とは、(モノ)シランが複数個(10個以下)重合したシランのオリゴマーを意味するものとし、具体的にはジシラン、トリシラン、テトラシラン等が含まれるものとする。また、「オリゴシラン」は、直鎖状のオリゴシランのみに限られず、分岐構造、架橋構造、環状構造等を有するものであってもよいものとする。
また、「ヒドロシラン」とは、ケイ素−水素(Si−H)結合を有する化合物を意味するものとし、具体的にはテトラヒドロシラン(SiH4)が含まれるものとする。さらに「ヒドロシランの脱水素縮合」とは、例えば下記反応式に示されるように、水素が脱離するヒドロシラン同士の縮合によって、ケイ素−ケイ素(Si−Si)結合が形成する反応を意味するものとする。
短径は、0.43nm以上、好ましくは0.45nm以上、特に好ましくは0.47nm以上である。
長径は、0.69nm以下、好ましくは0.65nm以下、特に好ましくは0.60nm以下である。
なお、細孔の断面構造が円形であること等によってゼオライトの細孔径が一定である場合には、細孔径が「0.43nm以上0.69nm以下」であるものと考える。
複数種類の細孔径を有するゼオライトの場合は、少なくとも1種類の細孔の細孔径が「0.43nm以上0.69nm以下」であればよい。
具体的なゼオライトとしては、国際ゼオライト学会(International Zeolite Association)でデータベース化されている構造コ−ドで、AFR、AFY、ATO、BEA、BOG、BPH、CAN、CON、DFO、EON、EZT、GON、IMF、ISV、ITH、IWR、IWV、IWW、MEI、MEL、MFI、OBW、MOZ、MSE、MTT、MTW、NES、OFF、OSI、PON、SFF、SFG、STI、STF、TER、TON、TUN、USI、VETに該当するゼオライトが好ましい。
構造コ−ドが、ATO、BEA、BOG、CAN、IMF、ITH、IWR、IWW、MEL、MFI、OBW、MSE、MTW、NES、OSI、PON、SFF、SFG、STF、STI、TER、TON、TUN、VETに該当するゼオライトがより好ましい。
構造コ−ドが、BEA、MFI、TON、に該当するゼオライトが特に好ましい。
構造コ−ドがBEAに該当するゼオライトとしては、*Beta(ベータ)、[B−Si−O]−*BEA、[Ga−Si−O]−*BEA、[Ti−Si−O]−*BEA、Al−rich beta、CIT−6、Tschernichite、pure silica beta等を挙げられる(*は3種類の構造の類似した多型の混晶であることを表す。)。
構造コ−ドがMFIに該当するゼオライトとしては、*ZSM−5、[As−Si−O]−MFI、[Fe−Si−O]−MFI、[Ga−Si−O]−MFI、AMS−1B、AZ−1、Bor−C、Boralite C、Encilite、FZ−1、LZ−105、Monoclinic H−ZSM−5、Mutinaite、NU−4、NU−5、Silicalite、TS−1、TSZ、TSZ−III、TZ−01、USC−4、USI−108、ZBH、ZKQ−1B、ZMQ−TB、organic−free ZSM−5等が挙げられる。
構造コ−ドがTONに該当するゼオライトとしては、*Theta−1、ISI−1、KZ−2、NU−10、ZSM−22等が挙げられる。
特に好ましいゼオライトは、ZSM−5、ベータ、ZSM−22である。
シリカ/アルミナ比としては、5〜10000が好ましく、10〜2000がより好ましく、20〜1000が特に好ましい。
なお、遷移金属の具体的種類、遷移金属の状態(酸化数等)、遷移金属の配合方法等は特に限定されないが、以下具体例を挙げて説明する。
遷移金属としては、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Ac、Th、Uを挙げることができる。その中でも、第7族元素(Mn、Tc、Re)、第8族元素(Fe、Ru、Os)、第9族元素(Co、Rh、Ir)、第10族元素(Ni、Pd、Pt)、第11族元素(Cu、Ag、Au)が好ましく、Pt、Pd、Ni、Co、Fe、Ru、Rh、Ag、Os、Ir、Auがより好ましく、Pt、Pd、Ni、Co、Feが特に好ましい。
遷移金属の配合方法としては、含浸法、イオン交換法等が挙げられる。なお、含浸法は、遷移金属等が溶解した溶液にゼオライトを接触させて、遷移金属をゼオライト表面に吸着させる方法である。また、イオン交換法は、遷移金属イオンが溶解した溶液にゼオライトを接触させて、ゼオライトの酸点に遷移金属イオンを導入する方法である。また、含浸法、イオン交換法の後に、乾燥、焼成等の処理を行ってもよい。
反応器は、図1(a)に示されるような回分反応器、図1(b)に示されるような連続槽型反応器、図1(c)に示されるような連続管型反応器の何れのタイプの反応器を使用してもよい。
ヒドロシランの脱水素縮合によって、下記反応式(i)に示されるようにジシラン(Si2H6)が生成することになるが、生成したジシランの一部は下記反応式(ii)に示されるようにテトラヒドロシラン(SiH4)とジヒドロシリレン(SiH2)に分解されるものと考えられる。さらに生成したジヒドロシリレンは、下記反応式(iii)に示されるように重合して固体状のポリシラン(SinH2n)となり、このポリシランがゼオライトの表面に吸着して、ヒドロシランの脱水素縮合活性が低下するためにジシランを含むオリゴシランの収率等が低下するものと考えられる。
一方、水素ガスが存在すると、下記反応式(iv)に示されるようにジヒドロシリレンがテトラヒドロシランに分解されて、ポリシランの生成が抑制されるため、長時間安定的にオリゴシランを製造することができるものと考えられる。
2SiH4 → Si2H6 + H2 (i)
Si2H6 → SiH4 + SiH2 (ii)
nSiH2 → SinH2n (iii)
SiH2 +H2 →SiH4 (iv)
なお、反応器内は、水分が極力含まれないことが好ましい。例えば、反応前にゼオライトや反応器を十分に乾燥させたりすることが好ましい。
反応工程が水素ガスの存在下で行われる場合の水素ガスの分圧は、通常0.01MPa以上、好ましくは0.03MPa以上、より好ましくは0.05MPa以上であり、通常10MPa以下、好ましくは5MPa以下、より好ましくは1MPa以下である。上記範囲内であると、長時間安定的にオリゴシランを製造することができる。
反応工程が水素ガスの存在下で行われる場合の流通させる水素ガスの流量(絶対圧力:0.2MPa基準)は、ゼオライト1.0gに対して、通常0.01mL/分以上、好ましくは0.05mL/分以上、より好ましくは0.1mL/分以上であり、通常100mL/分以下、好ましくは50mL/分以下、より好ましくは10mL/分以下である。上記範囲内であると、長時間安定的にオリゴシランを製造することができる。
・A型ゼオライト(構造コ−ド:LTA Na−A型ゼオライト、Ca−A型ゼオライト等を含む。):
<100>短径0.41nm、長径0.41nm
・ZSM−5(構造コ−ド:MFI H−ZSM−5、NH4−ZSM−5等を含む。):
<100>短径0.51nm、長径0.55nm
<010>短径0.53nm、長径0.56nm
・ベータ(構造コ−ド:BEA):
<100>短径0.66nm、長径0.67nm
[001]短径0.56nm、長径0.56nm
・ZSM−22(構造コ−ド:TON):
[001]短径0.46nm、長径0.57nm
・Y型ゼオライト(構造コ−ド:FAU H−Y型ゼオライト、Na−Y型ゼオライト等を含む。):
<111>短径0.74nm、長径:0.74nm
なお、細孔の短径、長径の数値は、「http://www.jaz-online.org/introduction/qanda.html」、及び「ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES, Ch. Baerlocher,L.B. McCusker and D.H. Olson, Sixth Revised Edition 2007,published on behalf of the structure Commission of the international Zeolite Association」に記載されているものである。
<実施例1>
H−ZSM−5(90)(シリカ/アルミナ比=90、触媒学会参照触媒:JRC-Z5-90H(1)) 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、この時点を反応開始時刻(経過時間0時間)とした。表1に示すように反応管内の温度(反応温度)を変化させた。各反応温度の間は、20分で昇温し、各反応温度に達してからはその温度で一定とした。後述の実施例も同様とした。それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析した。シランの転化率は、Arを内部標準として、シランのGC面積の減少割合から算出した。ジシラン収率は、Arを内部標準として、ジシランのGC面積から算出した。ジシランの選択率=ジシラン収率/シランの転化率として算出した。後述の実施例も同様とした。結果を表1に示す。
ZSM−5型 ハイシリカゼオライト(シリカ/アルミナ比=800、Zeolite Catalyzed Ozonolysis A Major Qualifying Project Proposal submitted to the Faculty and Staff of WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUTE for requirements to achieve the Degree of Bachelor of Science in Chemical Engineering By: Dave Carlone Bryan Rickard Anthony Scaccia参照、製品名:HISIV-3000) 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表2に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表2に示す。
ベータ(シリカ/アルミナ比=25、触媒学会参照触媒:JRC-Z-HB25 (1)) 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、2時間かけて300℃に昇温した。300℃に達してから3時間後に反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析した結果、シランの転化率が1.8%、ジシランの収率が1.8%、ジシランの選択率が98%であった。結果を表3に示す。
ベータ(シリカ/アルミナ比=25、触媒学会参照触媒:JRC-Z-B25 (1)) 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表4に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表4に示す。
触媒を反応管に充填せずに、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表5に示すように反応管内の温度を300℃にして、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表5に示す。
触媒を反応管に充填せずに、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表6に示すように反応管内の温度を400℃にして、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表6に示す。
Na−Y型ゼオライト(シリカ/アルミナ比不明、ユニオン昭和製モレキュラーシーブ:USKY-700) 2.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表7に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表7に示す。
Ca−A型ゼオライト(シリカ/アルミナ比不明、製品名 モレキュラーシーブ5A ペレット)を粉砕して粉状にしたものを 2.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表8に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表8に示す。
Na−A型ゼオライト(シリカ/アルミナ比不明、製品名:モレキュラーシーブ4Aペレット)を粉砕して粉状にしたものを 2.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表9に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表9に示す。
H−Y型ゼオライト(シリカ/アルミナ比=5.5、触媒学会参照触媒:JRC-Z-HY5.5) 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表10に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表10に示す。
<調製例1>
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=30、触媒学会参照触媒:JRC-Z5-30NH4 (1))1.2gに、蒸留水4g、K2PtCl40.102g(Pt換算で4%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、300℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=30、触媒学会参照触媒:JRC-Z5-30NH4 (1))2.0gに、蒸留水6g、K2PtCl40.043g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、300℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=23、東ソー製:製品名 HSZ-800 タイプ820NHA)2.0gに、蒸留水6g、K2PtCl40.043g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、300℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=23、東ソー製:製品名 HSZ-800 タイプ820NHA)5.0gに、蒸留水6g、ジニトロジアンミンPt硝酸溶液(Pt濃度4.6%:田中貴金属製) 1.09g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=23、東ソー製:製品名 HSZ-800 タイプ820NHA)5.0gに、蒸留水6g、Pt(NH3)4(NO3)2硝酸溶液(Pt濃度6.4%:エヌ・イ−ケムキャット製) 0.78g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=23、東ソー製:製品名 HSZ-800 タイプ820NHA)3.0gに、蒸留水6g、Pt(NH3)4(NO3)2硝酸溶液(Pt濃度6.4%:エヌ・イ−ケムキャット製) 1.88g(Pt換算で4%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=23、東ソー製:製品名 HSZ-800 タイプ820NHA)5.0gに、蒸留水6g、Pt(NH3)4(NO3)2硝酸溶液(Pt濃度6.4%:エヌ・イ−ケムキャット製) 0.39g(Pt換算で0.5%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt1%担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(シリカ/アルミナ比=23、東ソー製:製品名 HSZ-800 タイプ820NHA)5.0gに、蒸留水6g、Pt(NH3)4(NO3)2硝酸溶液(Pt濃度6.4%:エヌ・イ−ケムキャット製) 0.78g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で4時間混合した。その後、1夜間静置し、ろ過および水洗を行った。得られた固形物を110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−5を得た。
ベータ(シリカ/アルミナ比=25、触媒学会参照触媒:JRC-Z-HB25 (1))5.0gに、蒸留水6g、K2PtCl41.06g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ベータを得た。
H−Y型ゼオライト(シリカ/アルミナ比=5.5、触媒学会参照触媒:JRC-Z-HY5.5)4.9gに、蒸留水10g、K2PtCl41.02g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持Y型ゼオライトを得た。
Na−A型ゼオライト(シリカ/アルミナ比不明、製品名:モレキュラーシーブ4Aペレット)を粉砕して粉状にしたものを3.3gに、蒸留水5g、K2PtCl40.077g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持A型ゼオライトを得た。
K−ZSM−22(シリカ/アルミナ=69、ACS MATERIAL社製)2.0gに、蒸留水10g、Pt(NH3)4(NO3)2硝酸溶液(Pt濃度6.4%:エヌ・イ−ケムキャット製) 0.31g(Pt換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPt担持ZSM−22を得た。
<実施例5>
調製例1で調製したPt4%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表11に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表11に示す。
調製例2で調製したPt1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表12に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表12に示す。
調製例3で調製したPt1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表13に示すように反応管内の温度を設定して、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表13に示す。
調製例4で調製したPt1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表14に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表14に示す。
調製例5で調製したPt1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表15に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表15に示す。
調製例6で調製したPt4%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表16に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表16に示す。
調製例7で調製したPt0.5%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表17に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表17に示す。
調製例8で調製したPt1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表18に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表18に示す。
調製例9で調製したPt1%担持ベータ 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表19に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表19に示す。
調製例12で調製したPt1%担持ZSM−22 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを10mL/分に変更し、表20に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表20に示す。
調製例10で調製したPt1%担持Y型ゼオライト 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表21に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表21に示す。
調製例11で調製したPt1%担持A型ゼオライト 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表22に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表22に示す。
<調製例13>
NH4−ZSM−5(東ソー製:製品名 820NHA)5.0gに、蒸留水6g、Co(NO3)2・6H2O 0.25g(Co換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のCo1%担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(東ソー製:製品名 820NHA)5.0gに、蒸留水6g、NiCl20.11g(Ni換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のNi1%担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(東ソー製:製品名 820NHA)5.0gに、蒸留水6g、Pd(NO3)20.11g(Pd換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で1時間焼成して、粉体状のPd1%担持ZSM−5を得た。
NH4−ZSM−5(東ソー製:製品名 820NHA)5.0gに、蒸留水6g、Pd(NO3)20.11g(Pd換算で1%担持に相当)を加えて、室温で1時間混合した。その後、110℃で乾燥させた後、500℃で2時間焼成して、粉体状のPd1%担持ZSM−5を得た。
<実施例15>
調製例13で調製したCo1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表23に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表23に示す。
調製例14で調製したNi1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表24に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表24に示す。
調製例15で調製したPd1%担持ZSM−5 1.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))8mL/分とヘリウムガス40mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。5分後にアルゴンとシランの混合ガスを1mL/分に、ヘリウムガスを20mL/分に変更し、表25に示すように反応管内の温度を変化させて、それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表25に示す。
<実施例18>
反応管内の温度変化を表26に記載の条件に変更した以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表26に示す。
<実施例19>
調製例16で調製したPd1%担持ZSM−5 2.0gを反応管に設置し、減圧ポンプを使って反応管内の空気を除去した後、ヘリウムガスで置換した。ヘリウムガスを40mL/分の速度で流通させ、200℃に昇温後、1時間流通させた。その後、アルゴンとシランの混合ガス(Ar:20%、SiH4:80%(体積比))4mL/分と水素ガス6mL/分とヘリウムガス10mL/分をガスミキサーで混合して流通させた。それぞれの時間経過後の反応ガスの組成をガスクロマトグラフで分析し、シランの転化率、ジシランの収率、ジシランの選択率を算出した。結果を表27に示す。
7時間経過してもジシランの収率の低下は軽微であり、水素を反応ガス中に加えることでPd1%担持ZSM−5の劣化が抑えられていることがわかる。
2 ヘリウムガス(He)ボンベ
3 緊急遮断弁(ガス検連動遮断弁)
4 減圧弁
5 マスフローコントローラ(MFC)
6 圧力計
7 ガスミキサー
8 継手
9 加熱反応装置
10 トラップ
11 ロータリーポンプ
12 システムガスクロマトグラフ
13 除害装置
Claims (6)
- ヒドロシランの脱水素縮合によってオリゴシランを生成させる反応工程を含むオリゴシランの製造方法であって、
前記反応工程が、短径が0.43nm以上、長径が0.69nm以下の細孔を有するゼオライトの存在下で行われることを特徴とする、オリゴシランの製造方法。 - 前記ゼオライトが、構造コードAFR、AFY、ATO、BEA、BOG、BPH、CAN、CON、DFO、EON、EZT、GON、IMF、ISV、ITH、IWR、IWV、IWW、MEI、MEL、MFI、OBW、MOZ、MSE、MTT、MTW、NES、OFF、OSI、PON、SFF、SFG、STI、STF、TER、TON、TUN、USI、及びVETのゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載のオリゴシランの製造方法。
- 前記ゼオライトが、ZSM−5、ベータ、及びZSM−22からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のオリゴシランの製造方法。
- 前記ゼオライトが、遷移金属を含むものである、請求項1〜3の何れか1項に記載のオリゴシランの製造方法。
- 前記遷移金属が、Pt、Pd、Ni、Co、及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載のオリゴシランの製造方法。
- 前記反応工程が、水素ガスの存在下で行われる、請求項1〜5の何れか1項に記載のオリゴシランの製造方法。
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