JP6815843B2 - シリカアルミナおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シリカアルミナおよびその製造方法に関する。
シリカアルミナとは、一般にシリカとアルミナの混合物又は複合酸化物を意味する。シリカとアルミナの混合物とは、シリカとアルミナが化学結合を介さず物理的に混合されたものを意味する。この場合、シリカとアルミナの混合物は、アルミナに由来するルイス酸を有している。一方、シリカとアルミナの複合酸化物は、シリカとアルミナが化学結合を介して混合されたものを意味する。この場合、シリカとアルミナの複合酸化物は、その結晶構造に由来するブレンステッド酸を有している。
シリカとアルミナの複合酸化物の結晶構造は、その結晶構造の基本ユニットであるSiO四面体におけるSiの一部がAlで置換されたものである。SiO四面体におけるSiの一部がAlで置換されると、Siの価数が4価であるのに対してAlは3価であるため、Alで置換された分だけ正電荷が不足する。この時、プロトンが不足した正電荷を補うことで、シリカとアルミナの複合酸化物におけるブレンステッド酸が発現する。
シリカアルミナは、シリカとアルミナが化学結合を介しているかどうかで、酸の性質が変化するという特徴がある。酸の性質とは、酸量、酸強度、酸の種類等を意味する。酸の性質は、一般的に様々な方法で分析することができる。酸量及び酸強度は、例えば、NH−TPD(Temperature Programmed Desorption of ammonia)により分析することができる。酸の種類としては、上記したルイス酸とブレンステッド酸があるが、これらの酸の比率は、例えば27Al−NMRにより分析することができる。Alに含まれるAl(6配位)はルイス酸を示し、SiO四面体の一部を置換したAl(4配位)はブレンステッド酸を示すので、27Al−NMRから4配位のAlと6配位のAlの比率を求めれば、ブレンステッド酸とルイス酸の比率が求められる。
シリカアルミナは、上記した特徴を生かして、古くから種々の触媒反応に用いられてきた。例えば、分子内または分子間の脱水反応、脱水縮合反応、オレフィンの重合反応、異性化反応、各種炭化水素の分解反応、脱アルキル反応、アルキル化反応、異性化反応、及び分子間水素移行反応などの触媒反応が挙げられる。
例えば、特許文献1には、27Al−NMRにより測定した4配位アルミニウムの強度(I)と6配位アルミニウムの強度(I)との比(I/I )が70/30〜100/0である非晶質シリカ‐アルミナを含む炭化水素接触分解触媒組成物が開示されている。このような非晶質シリカ‐アルミナを炭化水素接触触媒分解組成物の多孔性母材物質(マトリックス)に用いることによって、炭化水素の分解活性を高めている。しかし、この方法で得られる非晶質シリカ‐アルミナは、細孔分布に偏りがあるため、分解する油分子の大きさによって、分解活性に差が生じるという課題があった。
特開平07−60124号公報
本発明は、ブレンステッド酸の比率が高く、細孔分布が広いシリカアルミナ(以下、本発明のシリカアルミナともいう。)およびその製造方法(以下、本発明の製造方法ともいう。)を提供することを目的とする。
シリカアルミナの原料である溶解性のAl化合物(例えば、アルミン酸ソーダ)を含む水溶液に苛性ソーダ等の塩基を添加することにより反応性を下げた状態で、Si化合物(例えば、ケイ酸ソーダ)を含む水溶液と接触させると、シリカとアルミナのオリゴマーを形成することができる。この時、シリカとアルミナのオリゴマーを含む水溶液のヘイズ値を10%以下とすることで、ブレンステッド酸が多いシリカアルミナを選択的に調製できる。また、シリカとアルミナのオリゴマーを含む水溶液を酸性水溶液(例えば、硫酸を含む水溶液)に添加して、シリカアルミナオリゴマーのpHを酸性にした後に、塩基性水溶液(例えば、アンモニアを含む水溶液)を所定量投入することによって、細孔分布の広いシリカアルミナゲルを調製することができる。本発明者らは、上記知見をもとにして、以下のような本発明を完成させたものである。
本発明のシリカアルミナは、下記(1)〜(6)の構成を備えている。
(1)10°≦2θ≦50°の範囲にあるX線回折パターンにおいて、半値全幅が1.0未満である回折ピークを示さない。
(2)60μmol/g以上のブレンステッド酸を有する。
(3)27Al−MAS NMRにより測定した4配位アルミニウムを示すピークの面積(A)及び6配位アルミニウムを示すピークの面積(A)から求めた比(A/(A+A))が、0.8〜1の範囲にある。
(4)N吸着法で測定した吸着側の吸着等温線から算出される相対圧が0≦P/P≦0.8の範囲にある吸着量(PV(0−0.8))が200cm(STP)/g以上。
(5)PV(0−0.8)に対して、相対圧が0≦P/P≦0.2の範囲の吸着量(PV(0−0.2))が40〜60%の範囲にある。
(6)PV(0−0.8)に対して、相対圧が0.2<P/P≦0.8の範囲の吸着量(PV(0−0.2))が40〜60%の範囲にある。
本発明のシリカアルミナの製造方法は、以下の工程(a)〜(g)を備えている。
(a)アルミナ源、アルカリ源、水を含み、Al(Al換算)に対するアルカリ金属(MO換算:Mはアルカリ金属)のモル比(MO/Al)が6〜33の範囲にある溶液Aを調製する工程
(b)シリカ源、水を含む溶液Bを調製する工程
(c)前記溶液Aと前記溶液Bを混合して、溶液Cを調製する工程
(d)前記溶液Cに含まれるアルカリ金属(M)の1モル当たりに対してHの含有量が1.1モル以上の範囲にある酸性水溶液に、前記溶液Cを添加して、ヘイズ値が10%以下である溶液Dを調製する工程
(e)前記溶液Dに含まれるAl(Al換算)の1モル当たりに対してOHの含有量が10モル以上である塩基性水溶液と前記溶液Dを混合して、溶液Eを調製する工程
(f)前記溶液Eから溶媒を除去して、シリカアルミナゲルを得る工程
(g)前記工程(f)で得られたシリカアルミナゲルを300〜600℃の範囲で焼成して、シリカアルミナを得る工程
本発明によれば、ブレンステッド酸の比率が高く、細孔分布が広いシリカアルミナ(以下、本発明のシリカアルミナともいう。)およびその製造方法(以下、本発明の製造方法ともいう。)を提供することができる。
以下に、本発明のシリカアルミナについて一実施形態を説明する。
[本発明のシリカアルミナ]
本発明のシリカアルミナは、構成元素としてSi及びAlを含む。本発明のシリカアルミナがSi及びAlを含んでいることは、ICP(Inductively Coupled Plasma)等による元素分析を行うことにより判断することができる。具体的には、Si及びAlが、前述の元素分析の定量下限を上回る値で検出されれば、本発明のシリカアルミナがSi及びAlを含むと判断できる。ICP等による元素分析の詳細な測定条件等は後述する。
本発明のシリカアルミナは、非晶質である。従って、結晶性のシリカアルミナであるゼオライト等は本発明のシリカアルミナに含まれない。本発明のシリカアルミナが非晶質であるか否かは、X線回折パターンから判断することができる。具体的には、本発明のシリカアルミナをX線回折測定して得られるX線回折パターンにおいて、10°≦2θ≦50°の範囲で半値全幅が1.0未満である回折ピークを示さなければ、本発明のシリカアルミナは非晶質であると判断できる。X線回折測定の詳細な測定条件等は、後述する。
本発明のシリカアルミナは、60μモル/g以上のブレンステッド酸を有する。本発明のシリカアルミナのブレンステッド酸量は、ピリジン吸着法により測定することができる。具体的には、本発明のシリカアルミナにピリジンを吸着させ、そのピリジンの吸着量(単位質量当たり)をブレンステッド酸量として算出する。ブレンステッド酸量の詳細な測定条件等は、後述する。
本発明のシリカアルミナのブレンステッド酸量は、60μモル/g〜400μモル/gの範囲にあることがより好ましく、60μモル/g〜100μモル/gの範囲にあることがさらに好ましい。ブレンステッド酸を60μモル/g以上含む本発明のシリカアルミナは、例えば、水素化分解反応や接触分解反応に用いると高活性が期待できる。ブレンステッド酸を400μモル/gより多く含む本発明のシリカアルミナは、合成が困難となるおそれがある。
本発明のシリカアルミナは、27Al−MAS NMRにより測定した4配位アルミニウムを示すピークの面積(A)及び6配位アルミニウムを示すピークの面積(A)から求めた比(A/(A+A))が、0.8〜1の範囲にある。この比は、前述の通り、本発明のシリカアルミナに含まれるブレンステッド酸とルイス酸の比を表すものである。従って、この比が1に近づくにつれて、本発明のシリカアルミナのブレンステッド酸は増加し、ルイス酸は減少する。27Al−MAS NMR測定の詳細な測定条件等は、後述する。
本発明のシリカアルミナは、前述した比(A/(A+A))が、0.9〜1の範囲にあることが好ましい。Aの比率が高い本発明のシリカアルミナは、ブレンステッド酸の比率が高いので、ブレンステッド酸を活性点とする触媒反応に用いると触媒活性が増加する。また、Aの比率が高い本発明のシリカアルミナは、ルイス酸が副反応となるような触媒反応に用いても、副生成物の発生を最小限に抑えることができるので好ましい。
本発明のシリカアルミナは、N吸着法で測定した吸着側の吸着等温線から算出される相対圧が0≦P/P≦0.8の範囲の吸着量(PV(0−0.8))が200cm(STP)/g以上である。前述の吸着量は、N吸着法を用いて測定することができる。具体的には、N吸着法で本発明のシリカアルミナを測定して、吸着等温線を得る。前述の吸着等温線の吸着側から、相対圧(P/P)が0〜0.8の範囲における吸着量を算出し、これを全吸着量とする。N吸着法の測定条件等は、後述する。
本発明のシリカアルミナは、前述の全吸着量が、200cm(STP)/g〜400cm(STP)/gの範囲にあることが好ましく、200cm(STP)/g〜350cm(STP)/gの範囲にあることがより好ましい。全吸着量が200cm(STP)/g以上ある本発明のシリカアルミナは、触媒として用いた場合に反応物をその細孔内に比較的多く取り込むことが出来るために触媒反応を効果的に進行させることができる。全吸着量が400cm(STP)/gを超える本発明のシリカアルミナは、合成が必ずしも容易ではない。
本発明のシリカアルミナは、前述の吸着量(PV(0−0.8))に対して、相対圧が0.0≦P/P<0.2の範囲(BJH法における細孔径が3nm未満の範囲)の吸着量が40〜60%の範囲にあり、PV(0−0.8)に対して、相対圧が0.2≦P/P≦0.8の範囲(BJH法における細孔径が3nm〜10nmの範囲)の吸着量が40〜60%の範囲にある。前述の特徴は、本発明のシリカアルミナが、細孔径10nm未満の範囲において幅広い細孔分布を有していることを意味するものである。前述の相対圧の範囲における吸着量は、前述の全吸着量と同様に、N吸着法を用いて測定することができる。N吸着法の測定条件等は、後述する。
本発明のシリカアルミナは、前述の吸着量(PV(0−0.8))に対して、相対圧が0.0≦P/P<0.2の範囲の吸着量が45〜55%の範囲にあり、PV(0−0.8)に対して、相対圧が0.2≦P/P≦0.8の範囲の吸着量が45〜55%の範囲にあることが好ましい。このような本発明のシリカアルミナは、様々な大きさの化合物を細孔内に取り込むことができるので、種々の触媒反応に有効に使用することができる。
本発明のシリカアルミナは、前述の吸着量(PV(0−0.8))に対して、相対圧が0.0≦P/P<0.2の範囲の吸着量が45〜55%の範囲にあり、PV(0−0.8)に対して、相対圧が0.2≦P/P≦0.8の範囲の吸着量が45〜55%の範囲にあり、ブレンステッド酸量が70μmol/g以上であり、且つ比(A/(A+A+A))が0.95〜1の範囲にあることが好ましい。後述する実施例によれば、これらの特徴が複合的に作用するためか、クメン分解活性がより向上することが確認されている(実施例1、実施例5〜12)。
本発明のシリカアルミナは、そのケイバン比(SiO[mol/g]/Al[mol/g])が、2〜400の範囲にあることが好ましい。特に、ケイバン比が、4〜200の範囲にあることが好ましい。ケイバン比は、本発明のシリカアルミナのSiOとAlのモル比を表すものである。ここで、理想的には、本発明のシリカアルミナにおけるケイバン比が2の時(つまり、SiとAlが1:1の時)、そのブレンステッド酸量が最も大きくなると考えられる。なぜなら、ブレンステッド酸は、シリカとアルミナが化学結合することによって生成するためである。従って、ケイバン比が前述の範囲にある本発明のシリカアルミナは、ブレンステッド酸量が多いので、ブレンステッド酸が活性点となる触媒反応に用いた場合、その触媒反応が効果的に進行する。本発明のシリカアルミナのケイバン比が2より低い場合は、本発明のシリカアルミナに含まれるAlがSiより多くなるので、ブレンステッド酸量が低くなる。また、本発明のシリカアルミナのケイバン比が400を超える場合は、本発明のシリカアルミナに含まれるAlがSiより少なくなるので、ブレンステッド酸量が少なくなる。このようなシリカアルミナを前述の触媒反応に用いると、その触媒反応が効果的に進行しなくなるおそれがある。
本発明のシリカアルミナは、その比表面積が、200m/g〜700m/gの範囲にあることが好ましい。特に、比表面積が、300m/g〜700m/gの範囲にあることが好ましい。比表面積の大きい本発明のシリカアルミナは、触媒の活性成分として使用すると、触媒活性が増加するので好ましい。また、比表面積の大きい本発明のシリカアルミナは、触媒担体として用いることもできる。
本発明のシリカアルミナは、Al含有量(Al換算)に対するアルカリ金属含有量(MO換算:Mはアルカリ金属)のモル比(MO/Al)が、0〜0.02であることが好ましい。前記のモル比が大きい本発明のシリカアルミナは、ブレンステッド酸の量が少なくなる傾向があるので、好ましくない。アルカリ金属を可能な限り除去することで、ブレンステッド酸の量を多くすることができる。
以下に、本発明の製造方法について説明する。下記する製造方法によれば、上述した本発明のシリカアルミナを好ましく製造することができる。
[本発明の製造方法]
本発明の製造方法は、下記(a)〜(g)の工程を含む。
(a)溶液Aを調製する工程
(b)溶液Bを調製する工程
(c)前記溶液Aと前記溶液Bを混合して溶液Cを調製する工程
(d)酸性水溶液に前記溶液Cを添加して溶液Dを調製する工程
(e)塩基性水溶液と前記溶液Dを混合して、溶液Eを調製する工程
(f)前記溶液Eから溶媒を除去して、シリカアルミナゲルを得る工程
(g)前記シリカアルミナゲルを焼成してシリカアルミナを得る工程
以下、各工程について詳述する。
[(a)工程]
本発明の製造方法における(a)工程は、アルミナ源とアルカリ源を水に溶解して、溶液Aを調製する工程である。
本発明の製造方法の(a)工程におけるアルミナ源は、水に溶解して[Al(OH)を形成できるものであれば、従来公知の化合物を使用することができる。例えば、アルミン酸アルカリ金属塩等を用いることができる。具体的には、アルミン酸ナトリウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等を使用することができる。本発明の製造方法における(a)工程では、アルミン酸ナトリウムを用いることが好ましい。
本発明の製造方法の(a)工程におけるアルカリ源は、水に溶解してOHを生成するものであれば、従来公知の化合物を使用することができる。例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化バリウム、水酸化リチウム等を使用することができる。本発明の製造方法の(a)工程においては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化リチウムを用いることが好ましい。これらの化合物を使用すると溶液AのOH濃度が高くなりやすいからである。
また、アルカリ源は、溶液Aに含まれるAl(Al換算)の1モル当たりに対して、アルカリ金属の含有量(MO換算:Mはアルカリ金属)が6〜33モルの範囲となるように、溶液Aに添加される。溶液Aにアルカリ源が前述の範囲で添加されることによって、溶液Aに含まれる[Al(OH)が安定化され、Al(OH)が生成しにくくなる。これは、アルカリ源を添加することによって溶液AのOHの濃度が増加し、下記の平衡反応が[Al(OH)の生成に傾くためと考えられる。

Al(OH)(s)+OH(aq)⇔[Al(OH)(aq)

溶液Aにアルカリ源を添加しないと、Al(OH)(s)が生成しやすくなる。溶液AにAl(OH)(s)が生成すると、後述する工程(c)で得られる溶液Dのヘイズ値が高くなる傾向があるので好ましくない。溶液Dのヘイズ値が高いと、最終的に得られるシリカアルミナの比表面積が低下しやすくなり、細孔分布もブロードでなくなるので好ましくない。また、ブレンステッド酸量も低下する可能性があるので好ましくない。
本発明の製造方法の(a)工程における水の添加量は、溶液Aに含まれるAl(Al換算)の1モル当たりに対して、水(HO換算)が30〜400の範囲にあることが好ましい。その水の添加量が30より低い場合、加水分解反応等が促進しやすくなり、Al(OH)(s)が生成する。溶液AにAl(OH)(s)が生成すると、前述の理由から、最終的に得られるシリカアルミナの比表面積が低下しやすくなり、細孔分布もブロードでなくなるおそれがある。また、その水の添加量が400より高い場合、生産性が低下するおそれがある。
本発明の製造方法の(a)工程における溶液Aの液温は、35℃以下が好ましい。溶液Aの液温が35℃より高くなると、後述の(d)工程において中和熱の発生により液温が上昇する。溶液Aの液温が上昇すると、(d)工程におけるシリカアルミナの生成挙動が不安定になりやすい。このような状態で生成されたシリカアルミナは、比表面積が低下したり、細孔分布もブロードでなくなったりすることがあるので、好ましくない。また、本発明のシリカアルミナのブレンステッド酸の量が低下するおそれもある。
[(b)工程]
本発明の製造方法における(b)工程は、シリカ源を水に溶解して、溶液Bを調製する工程である。
本発明の製造方法の(b)工程におけるシリカ源は、水に溶解するものであれば、従来公知の化合物を使用することができる。例えば、ケイ酸アルカリ金属塩等を使用することができる。具体的には、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム等を使用することができる。
[(c)工程]
本発明の製造方法における(c)工程は、前記溶液Aと前記溶液Bを混合して、溶液Cを調製する工程である。この工程では、前記溶液Aに含まれるアルミナ源と前記溶液Bに含まれるシリカ源が反応して、シリカとアルミナが化学結合したシリカアルミナオリゴマーが形成される。この時、前記シリカアルミナオリゴマーの末端は、前記溶液A及び前記溶液Bに含まれるアルカリ金属で保護された状態にある。シリカアルミナオリゴマーの末端がアルカリ金属で保護された状態にあると、シリカアルミナオリゴマー同士が脱水縮合してゲル化しにくいので、シリカアルミナオリゴマーが前記溶液Cの中で安定して存在できる。
なお、溶液Cに含まれるSiの含有量(SiO換算)は、Al(Al換算)に対して2〜400モルの範囲にあることが好ましく、4〜200モルの範囲にあることがより好ましい。
前記溶液CのAlの含有量(Al換算)と水の含有量(HO換算)のモル比(HO/Al)は、200〜550の範囲であることが好ましい。前述のモル比が高すぎる場合(Al濃度が低い場合)、最終的に得られる本発明のシリカアルミナの収量が低下するおそれがある。前述のモル比が低すぎる場合(Al濃度が高い場合)、[Al(OH)がAl(OH)となり固体として析出しやすくなるおそれがある。また、溶液Aに固体が含まれると、溶液Cのヘイズ値が高くなる傾向がある。しかし、後述の(d)工程で再溶解するレベルであれば、特に問題はない。前記モル比が200〜550となるよう溶液A及び溶液Bを調製するか、溶液Cを合成した段階で水の量を調節するとよい。
[(d)工程]
本発明の製造方法における(d)工程は、酸性水溶液に前記溶液Cを添加して、溶液Dを調製する工程である。この工程では、(c)工程で形成したシリカアルミナオリゴマーの末端を保護するアルカリ金属と酸性水溶液中に含まれるプロトンを瞬間的にイオン交換し、シリカアルミナ酸性オリゴマーを形成する。その際、プロトンとイオン交換されたアルカリ金属は、酸性水溶液に含まれるアニオン成分と反応して、水溶性の塩を形成する。
本発明の製造方法における(d)工程では、酸性水溶液に前記溶液Cを混合する。酸性水溶液に前記溶液Cを混合する理由は、塩基性である前記溶液Cを可能な限り短い時間で酸性にするためである。塩基性である前記溶液Cをゆっくり酸性にすると、塩基性から酸性にpHが変化する過程で、前記溶液CのpHがシリカとアルミナがゲル化しやすい領域(pH7〜8程度)に滞留する時間が長くなる。この時間が長いと、アルカリ金属が除去されたシリカアルミナオリゴマーの末端同士が脱水縮合して、コロイドや沈殿物等が過剰に生成する。前記溶液Dにコロイドや沈殿物等が生成すると、前記溶液Dのヘイズが高くなる(この時生成したコロイドや沈殿物は、以降の工程を実施しても溶解することは無い)。前記溶液Dのヘイズが高くなると、最終的に得られる本発明のシリカアルミナの比表面積が低下したり、細孔分布もブロードでなくなったりするので、好ましくない。また、ブレンステッド酸の量も低下する可能性もある。
従って、前記溶液Cは、可能な限り短い時間で酸性にするため、撹拌されて乱流状態にある酸性水溶液に添加することが好ましい。前記溶液Cが、撹拌が十分でない層流状態の酸性水溶液に添加されると、前記溶液Cと酸性水溶液の混合が悪くなり、局所的に前記溶液Cが塩基性から酸性に変化するのが遅くなる。このような状態では、前述のようにコロイドや沈殿物が生じるので好ましくない。また、酸性水溶液を前記溶液Cに添加することによっても同様の現象が起こるため好ましくない。更に、この時中和熱によって前記溶液Cの温度が急激に上がりやすいので、少なくとも65℃以下になるように、予め酸性溶液や前記溶液Cを冷却しておくとよい。前記溶液Cの温度が高すぎると、そのpHがシリカとアルミナがゲル化しやすい領域を通過した際に、前記溶液C中でコロイドや沈殿物等が生じるので、好ましくない。
本発明の製造方法における(d)工程で得られる溶液Dのヘイズ値は10%以下である。溶液Dのヘイズ値が高いと、最終的に得られるシリカアルミナの比表面積が低下しやすくなり、細孔分布もブロードでなくなるので好ましくない。また、ブレンステッド酸量も低下する可能性があるので好ましくない。また、溶液Dのヘイズ値は5%以下であることがより好ましい。ヘイズ値の測定方法は後述する。
本発明の製造方法の(d)工程における酸性水溶液のプロトンの含有量は、前記溶液Cに含まれるアルカリ金属(M)の1モル当たりに対して、1.1モル以上である。前記プロトンの含有量が1.1モル以上であれば、前記溶液Cを短い時間で酸性にすることができる。
酸性水溶液に含まれる酸は、前記プロトンの含有量の範囲を満たすものであれば、従来公知の化合物を使用することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸等を使用することができる。本発明においては、硫酸を使用することが製造上の観点(塩酸は製造装置の腐食を起こしやすく、硝酸は廃液処理等の問題がある)から好ましい。
[(e)工程]
本発明の製造方法における(e)工程は、前記溶液Dと塩基性水溶液を混合してそのpHをシリカとアルミナがゲル化しやすい領域に調整することで、前記溶液Dに含まれるシリカアルミナ酸性オリゴマー同士を脱水縮合させ、シリカアルミナゲルを形成する工程である。この工程では、前記溶液Dと塩基性水溶液を素早く混合して、シリカアルミナ酸性オリゴマー同士を脱水縮合させ、ゲル化することが好ましい。ゲル化の速度が極めて遅い場合、本発明のシリカアルミナのような幅広い細孔分布を持つシリカアルミナが得られにくい。本発明では、この工程でシリカアルミナ酸性オリゴマーを素早くゲル化させるので、シリカアルミナゲルのネットワーク中に溶媒が多く取り込まれるものと考えられる。そして、溶媒をネットワーク中に多く含むシリカアルミナゲルが焼成されると、ネットワーク構造を維持したまま溶媒が除去されるので、幅広い細孔分布を持ったシリカアルミナゲルが得られるものと考えられる。
本発明の製造方法の(e)工程における塩基性水溶液のOHの含有量は、前記溶液DのAlの含有量(Al換算)に対して10モル以上であり、10〜40モルの範囲にあることが好ましい。OHの含有量が前記溶液DのAlの含有量(Al換算)に対して10より少ない場合、部分的にシリカアルミナ酸性オリゴマーがシリカアルミナゲルを形成することができるものの、全てのシリカアルミナ酸性オリゴマーがゲルを形成することはできず、収率が悪くなるために好ましくない。また、OHの含有量が前記溶液DのAlの含有量(Al換算)に対して40モルよりも大きい場合、必要以上の塩基性水溶液を使用することとなり、後の洗浄工程において洗浄しにくくなるために経済的でない。
塩基性水溶液に含まれる塩基は、前記OHの含有量の範囲を満たすものであれば、従来公知の化合物を使用することができる。例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、アンモニア水、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等を用いることができる。本発明においては、アンモニア水を使用することが好ましい。
[(f)工程]
本発明の製造方法における(f)工程は、前記溶液Eから溶媒を除去してシリカアルミナゲルを得る工程である。
本発明の製造方法の(f)工程において溶媒を除去する方法は、従来公知の方法を使用することができる。例えば、真空乾燥、減圧ろ過、加圧ろ過、遠心分離等の方法を使用することができる。また、濾過と同時に乾燥を行ってもよい。更に、前述のシリカアルミナゲルをスプレー乾燥等で造粒してもよい。造粒したシリカアルミナゲルは、通水性等が良くなるので、後述する洗浄に好適である。
本発明の製造方法における(f)工程では、前述のシリカアルミナゲルを洗浄することが好ましい。前述のシリカアルミナゲルを洗浄する目的は、前述のシリカアルミナゲルに含まれる塩等(前記工程(c)および(d)で副生したもの。)の除去、アルカリ金属の除去である。
前述のシリカアルミナゲルに含まれる塩等の除去には、25〜70℃の温度の水で洗浄することが好ましい。この時、前述のシリカアルミナゲルを濾過分離した後、前述の水を複数回かけて洗浄してもよい。また、前述の水に前述のシリカアルミナゲルを懸濁させて濾過してもよい。この時、前述のシリカアルミナゲルの洗浄は、前述のシリカアルミナゲルを5質量%濃度になるように純水に懸濁したスラリーの電導度が300μS/cm以下になるまで行うことが好ましい。電導度の測定方法は後述する。
アルカリ金属の除去には、アンモニウム塩を含む水溶液に前述のシリカアルミナを懸濁させることが好ましい。更に、前述のアンモニウム塩は、前述のシリカアルミナゲルに含まれるAl(Al換算)1molに対して、NH4+が10〜68molの範囲となるように添加することが好ましい。アンモニウム塩を用いる目的は、形成されたシリカアルミナ構造に含まれるアルカリ金属カチオンMとアンモニウム塩に含まれるアンモニウムカチオンNH4+を交換することで、シリカアルミナ構造にNH4+を付与することができる。NH4+が付与されたシリカアルミナゲルを焼成すると、NH4+がNHに分解して除去され、その後にブレンステッド酸が生じるので好ましい。そして、アンモニウム塩を含む水溶液で洗浄した後は、前述の塩等の除去と同様の方法で、前述のシリカアルミナゲルを5質量%濃度になるように純水に懸濁したスラリーの電導度が300μS/cm以下になるまで行うことが好ましい。
[(g)工程]
本発明の製造方法における(g)工程は、前記工程(f)で得られたシリカアルミナゲルを焼成して、シリカアルミナを得る工程である。
本発明の製造方法における(g)工程では、300℃〜600℃の温度範囲でシリカアルミナゲルを焼成する。300℃より低い温度で焼成すると、前記工程(f)でシリカアルミナゲルに取り込まれたNH4+が残留してしまうために、ブレンステッド酸の量が少なくなるため好ましくない。また、600℃より高い温度で焼成すると、シリカアルミナ構造から、アルミナが脱離して、アルミナが単独で存在する傾向がある。単独で存在するアルミナは、シリカとアルミナが化学結合していないので、ブレンステッド酸にはならない(ルイス酸として存在する)。その結果、本発明のシリカアルミナのブレンステッド酸量が少なくなるので、好ましくない。なお、前述の温度範囲の温度は、シリカアルミナゲルの物温を指すものとする。
本発明の製造方法における(g)工程では、300℃〜500℃の温度範囲で焼成することがより好ましい。500℃より高い温度で焼成すると、シリカアルミナに含まれるAlが結晶構造から脱離しやすくなり、ブレンステッド酸の量が減少することもある。
本発明の製造方法における(g)工程では、シリカアルミナゲルを前述の温度範囲で焼成する時間が0.2〜10hrの範囲にあることが好ましい。なお、焼成する時間は、前述の温度範囲に保持した時間を指すものとする。焼成する時間が短すぎると、前記工程(f)でシリカアルミナゲルに取り込まれたNH4+が残留してしまうために、ブレンステッド酸の量が少なくなるおそれがある。焼成時間が長すぎても、得られる本発明のシリカアルミナの物性に大きな変化はないので、前述の範囲で焼成することが好ましい。
本発明の製造方法における(g)工程では、シリカアルミナゲルを大気雰囲気下または不活性雰囲気下で焼成することが好ましい。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1:SiO/Al=14.7((c)工程におけるモル比率)]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を5.80g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)35.17gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)を8.90gを添加し、溶液Aを49.87g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、12.3であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、96.4であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)70.50gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを120.37g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、14.7であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、236であった。
<(d)工程>
500mLのビーカーに25質量%の硫酸176.63gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水80.41gを添加して、酸性水溶液257.04gを得た。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D377.41gを得た。この時のpHは、1.62であり、酸性水溶液中のHと前記溶液Dに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。そして、前記溶液Dのヘイズ値をヘーズメーターCOH−400(日本電色工業株式会社製)を用い、装置の標準の条件(光路長10mm)で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D377.41gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.52になった。この時の上記アンモニア水の添加量は32.12gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E409.53gを得た。
<(f)工程>
前記溶液Eを脱気式の濾過装置にて脱水し、シリカアルミナゲルを得た。前述のシリカアルミナゲルに減圧下で60℃の純水を1.4L通水して、前述のシリカアルミナゲルを洗浄した。この時、得られたシリカアルミナゲルを5質量%濃度となるように純水に懸濁したスラリーの電導度は、154μS/cmであった。なお、電導度は、電導度メーターES−51(HORIBA社製)を用いて測定した。
1000mLビーカーに純水980gを添加して撹拌した。前述のビーカーに前述のシリカアルミナゲルを20g添加した。これを60℃まで加熱したのち、硫酸アンモニウム(関東化学(株)社製、鹿一級)88gを添加した。更に、これを60℃で20分保持した。これを、脱気式の濾過装置にて脱水して、イオン交換シリカアルミナゲルを得た。得られたイオン交換シリカアルミナゲルに、減圧下で60℃の純水を1.4L通水して、前述のイオン交換シリカアルミナゲルを洗浄した。この時、イオン交換シリカアルミナゲルを5質量%濃度となるように純水に懸濁したスラリーの電導度は、87μS/cmであった。
<(g)工程>
前述の(f)工程で得られたイオン交換シリカアルミナゲルを、大気雰囲気下において350℃で1hr焼成して、シリカアルミナを得た。
得られたシリカアルミナを下記の方法で測定して、Si、Al、アルカリ金属の含有量及びケイバン比を求めた。結果を表1に示す。
[Si、Al、アルカリ金属及びケイバン比の測定方法]
測定方法:ICP発光分析
装置:ICPS−8100(株式会社島津製作所社製)
試料溶解:酸溶解
得られたシリカアルミナについて、下記の方法でX線回折測定を行った。そして、X線回折測定により得られたX線回折パターンから、非晶質であるか否かを判断した。結果を表1に示す。
[X線回折測定条件]
装置:MiniFlex(株式会社リガク製)
操作軸:2θ/θ
線源:CuKα
測定方法:連続式
電圧:40kV
電流:15mA
開始角度:2θ=10°
終了角度:2θ=50°
サンプリング幅:0.020°
スキャン速度:10.000°/min
[非晶質の判断基準]
10°≦2θ≦50°の範囲で半値全幅が1.0未満である回折ピークを示さないこと。
得られたシリカアルミナについて、下記の方法で27Al−MAS NMR測定を行った。前述の測定で得られたNMRスペクトルから、4配位アルミニウムを示すピークの面積(A)及び6配位アルミニウムを示すピークの面積(A)を求め、4配位アルミニウムの比(A/(A+A))を算出した。なお、それぞれのピークの面積は、波形分離して得られた値を用いた。結果を表1に示す。
27Al−MAS NMR測定条件]
前処理:500℃1Hr⇒湿度60%RH環境下にて24Hr曝す
装置:14.1T NMR装置VNR−600(Agilent製)
標準物質:硝酸アルミニウム水溶液(1mol/L)
ピーク:ケミカルシフトが40〜60ppmの範囲にあるピークを4配位とする。ケミカルシフトが−10〜10ppmの範囲にあるピークを6配位とする。
得られたシリカアルミナについて、下記に示す方法でピリジンを吸着させた後、赤外分光光度計を用いて1450cm−1付近の吸収ピークを測定してピーク面積を算出した。既知のモル吸光係数からブレンステッド酸量を算出した。結果を表1に示す。
[ブレンステッド酸量の測定方法]
試料:20mg
成型:20Φのディスク成型
前処理:500℃で真空脱気(1.0×10−2Pa以下)して、150℃の温度でピリジンを流通させる。
装置名:FT/IR−6100(日本分光社製)
得られたシリカアルミナについて、下記の方法でN吸着測定を行った。N吸着測定で得られた吸着等温線から、0.0≦P/P≦0.8の範囲の吸着量V(0-0.8)を算出した。また、相対圧が0.0≦P/P<0.2の範囲(細孔径が2nm以下の範囲)の吸着量V(0-0.2)、相対圧が0.2≦P/P<0.8の範囲(細孔径が2〜10nmの範囲)の吸着量V(0.2-0.8)を求めた。更に吸着量V(0-0.8)に対する吸着量V(0-0.2)と吸着量V(0.2-0.8)の割合をそれぞれ算出した。また、この吸着等温線から、BET多点法を用いて比表面積を求めた。それぞれの測定結果を表1に示す。
[N吸着測定方法]
測定方法:窒素吸着法
測定装置:BEL SORP−miniII(マイクロトラック・ベル株式会社製)
サンプル量:約0.05g
前処理:500℃、1時間(真空下)
相対圧範囲:0〜1.0
算出方法:BJH法
得られたシリカアルミナについて、下記の方法でクメン分解活性試験によりベンゼン収率を測定した。結果を表1に示す。
[クメン分解活性]
SiC粉末を910mg、試料粉末を100mgそれぞれ測り取って混合し、乳鉢で均一に混合する。混合された粉末を50.5mg計量して、クメン分解活性測定装置の反応管に詰め、加熱装置に設置する。反応管にArガスを流通させ、その状態で350℃に昇温して試料粉末に付着した吸着水分を除去した。次いで、反応管を325℃に調整した。次いで、クメンガス濃度が0.6体積%になるようにArガス中に混合された混合ガスを反応管に導入することによって試料粉末に接触させた。試料粉末に接触させたガスをFIDガスクロマトグラフィーに供することによってベンゼンの生成量を測定し、ベンゼン収率を算出した。
[実施例2:SiO/Al=32.3((c)工程におけるモル比率)]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を4.91g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)35.61gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)8.90gを添加し、溶液Aを49.42g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、23.0であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、170.1であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)79.17gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを128.59g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、32.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、477であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%の硫酸248.20gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水114.04gを添加して、酸性水溶液362.24gを得た。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D490.83gを得た。この時のpHは、1.41であり、酸性水溶液中のHと前記溶液Dに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.96であった。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D490.83gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.55になった。この時の上記アンモニア水の添加量は35.59gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E526.42gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例3:SiO/Al=6.5((c)工程におけるモル比率)]
<(a)工程>
500mLビーカーに純水を170.15g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)199.38gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)を36.36gを添加し、溶液Aを405.89g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、16.5であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、224.9であった。
<(b)工程>
500mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)127.59gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを533.48g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、6.5であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、287であった。
<(d)工程>
2000mLのビーカーに25質量%の硫酸706.42gを添加して酸性水溶液とした。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D1239.90gを得た。この時のpHは、1.84であり、酸性水溶液中のHと前記溶液Dに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.24であった。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D1239.90gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.48になった。この時の上記アンモニア水の添加量は129.00gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E1368.90gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例4:SiO/Al=3.8((c)工程におけるモル比率)]
<(a)工程>
1000mLビーカーに純水を318.82g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)315.22gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)54.54gを添加し、溶液Aを688.58g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、17.3であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、259.8であった。
<(b)工程>
500mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)111.64gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを800.22g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、3.8であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、296であった。
<(d)工程>
3000mLのビーカーに25質量%濃度の硫酸1195.13gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水549.82gを添加して、酸性水溶液1744.95gを得た。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D2545.18gを得た。この時のpHは、1.68であり、酸性水溶液中のHと前記溶液Dに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D2545.18gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.47になった。この時の上記アンモニア水の添加量は169.60gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E2714.78gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例5:水酸化ナトリウム水溶液を水酸化カリウム水溶液に変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに48質量%濃度の水酸化カリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)48.24gを添加して撹拌した。前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)9.10gを添加し、溶液Aを57.34g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、97.2であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)75.00gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを132.34g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、242であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%の硫酸177.40gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水81.44gを添加して、酸性水溶液258.84gを得た。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D391.18gを得た。この時のpHは、1.59であり、酸性水溶液中のHと前記溶液Dに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D391.18gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.51になった。この時の上記アンモニア水の添加量は32.45gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E423.63gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例6:水酸化ナトリウム水溶液を水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに、25質量%濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(テトラメチルアンモニウムイオン((CHN)Oとして22.5%質量含む)156.14gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)9.10gを添加し、溶液Aを165.24g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、358であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)75.00gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを240.24g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、503であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%の硫酸181.71gを添加して撹拌した。前述の容器に純水83.23gを添加して、酸性水溶液264.94gを得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D505.17gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D505.17gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.56になった。この時の上記アンモニア水の添加量は33.10gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E538.27gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す
[実施例7:メタ珪酸ナトリウム水溶液をメタ珪酸カリウムに変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を5.80g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)34.40gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)9.10gを添加し、溶液Aを49.30g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、93.3であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸カリウム水溶液(SiをSiOとして21質量%、KをKOとして9質量%含む)85.71gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを135.01g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、263であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%濃度の硫酸171.91gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水79.12gを添加して、酸性水溶液251.03gを得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D386.04gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D386.04gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.52になった。この時の上記アンモニア水の添加量は31.98gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E418.02gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す
[実施例8:メタ珪酸ナトリウム水溶液のNa濃度を変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を5.80g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)34.40gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)を9.10gを添加し、溶液Aを49.30g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、93.3であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして12.4質量%含む)75.00gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを124.30g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、228であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%濃度の硫酸209.29gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水96.52gを添加して、酸性水溶液305.80gを得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D430.10gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D430.10gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.47になった。この時の上記アンモニア水の添加量は32.00gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E462.10gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例9:メタ珪酸ナトリウム水溶液のNa濃度を変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を5.80g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)34.40gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)を9.10gを添加し、溶液Aを49.30g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、93.3であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして6.2質量%含む)75.00gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを124.30g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、241であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%濃度の硫酸168.13gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水77.50gを添加して、酸性水溶液245.62gを得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D369.92gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D369.92gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.49になった。この時の上記アンモニア水の添加量は32.51gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E402.43gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す
[実施例10:硫酸を硝酸に変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を5.80g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)34.40gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)を9.10gを添加し、溶液Aを49.30g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、93.3であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)75.00gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを124.30g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、238であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに61質量%濃度の硝酸93.49gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水476.25gを添加して、酸性水溶液569.74gを得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D694.04gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D694.04gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.46になった。この時の上記アンモニア水の添加量は32.43gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E726.47gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す
[実施例11:アンモニア水を水酸化ナトリウム水溶液に変更]
<(a)工程>
100mLビーカーに純水を5.80g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)34.40gを加えた。更に、前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)9.10gを添加し、溶液Aを49.30g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、11.8であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、93.3であった。
<(b)工程>
100mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)75.00gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを124.30g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、15.3であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、238であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%濃度の硫酸177.42gを添加して撹拌した。前述のビーカーに純水81.44gを添加して、酸性水溶液258.86gを得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D383.16gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D383.16gを攪拌しながら、塩基性水溶液として5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.50になった。この時の上記水酸化ナトリウム水溶液の添加量は、226.40gであった。その後、pH8.5にて2時間撹拌保持することで、溶液E609.56gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナを実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例12:硫酸アンモニウムを硝酸アンモニウムに変更]
(f)工程の「硫酸アンモニウムを88g添加」を「硝酸アンモニウムを106.67g添加」に変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例13:焼成温度を変更]
(g)工程の「350℃で1hr焼成」を「500℃で1hr焼成」に変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
2000mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)363gを張り込み、純水を685g投入して希釈メタ珪酸ナトリウム水溶液を調製した。2000mLビーカーに25質量%濃度の硫酸を129g投入して攪拌した。この攪拌された硫酸に、前述の希釈メタ珪酸ナトリウム水溶液を全量ゆっくりと投入した。この状態で攪拌しながら1時間放置した。次いで、攪拌しながら15質量%濃度のアンモニア水を添加して、pHを7.0に調整し、純水を38g添加した。次いで、硫酸アルミニウム水溶液(Alとして7質量%濃度)67gをゆっくりと添加し、更にアルミン酸ナトリウム水溶液(Alとして22質量%濃度)38gをゆっくりと添加した。この溶液を脱気式の濾過装置にて脱水し、シリカアルミナゲルを得た。前述のシリカアルミナゲルに減圧下で60℃の純水を20L通水して、前述のシリカアルミナゲルを洗浄した。
1000mLビーカーに純水980gを添加して撹拌した。前述のビーカーに前述のシリカアルミナゲルを20g添加した。これを60℃まで加熱したのち、硫酸アンモニウム(関東化学(株)社製、鹿一級)88gを添加した。更に、これを60℃で20分保持した。これを、脱気式の濾過装置にて脱水して、イオン交換シリカアルミナゲルを得た。得られたイオン交換シリカアルミナゲルに、減圧下で60℃の純水を1.4L通水して、前述のイオン交換シリカアルミナゲルを洗浄した。
前述の工程で得られたイオン交換シリカアルミナゲルを、大気雰囲気下において350℃で1hr焼成して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて、実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例2]
シリカゾルの平均粒子径を12nmとした以外は、特開平07−60124に記載の非晶質シリカ−アルミナの製造例1に記載の方法で、シリカアルミナを調製した。得られたシリカアルミナを、300℃で1hr焼成した。得られたシリカアルミナについて、実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例3:実施例3の(a)工程で水酸化ナトリウムを添加しない]
<(a)工程>
500mLビーカーに純水を170.15g添加して撹拌した。前述のビーカーに、アルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)を36.36gを添加し、溶液Aを206.51g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、1.3であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、136.2であった。
<(b)工程>
500mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)127.59gを張り込み、溶液Bを準備した。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aと混合し、溶液Cを334.10g得た。この時、前記溶液Cに含まれるSiとAlのモル比率(SiO/Al)は、6.5であり、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、198であった。
<(d)工程>
1000mLのビーカーに25質量%濃度の硫酸140.55gを添加して酸性水溶液とした。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D539.37gを得た。この時のpHは、1.88であり、酸性水溶液中のHと前記溶液Dに含まれるMのモル比率(H/M)は、1.40であった。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D539.37gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%濃度のアンモニア水を添加してpHを8.5に調整しようとしたところ、pHが8.54になった。この時の上記アンモニア水の添加量は64.50gであった。その後、2時間撹拌保持することで、溶液E603.87gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例4:実施例4における硫酸が少ない]
<(a)工程>
1000mLビーカーに純水を318.82g添加して撹拌した。前述のビーカーに、48質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)社製、特級)315.22gを加えた。更に、前述のビーカーにアルミン酸ナトリウム水溶液(AlをAlとして22質量%、NaをNaOとして17質量%含む)54.54gを添加して、溶液Aを688.58g得た。この時、溶液Aに含まれるアルカリ源とAlのモル比率(MO/Al)は、17.3であった。また、溶液Aに含まれる水とAlのモル比率(HO/Al)は、259.8であった。
<(b)工程>
200mLビーカーにメタ珪酸ナトリウム水溶液(SiをSiOとして24質量%、NaをNaOとして7.6質量%含む)111.64gを張り込み、溶液Bを準備した。この時、前記溶液Bに含まれるSiと前記溶液Aに含まれるAlのモル比率(SiO/Al)は、3.8であった。また、前記溶液Aに含まれるアルカリ源(MO)と前記溶液Bに含まれるSiのモル比率(SiO/MO)は、0.22であった。
<(c)工程>
前記溶液Bを攪拌しながら前記溶液Aを添加し、溶液Cを800.22g得た。この時、前記溶液Cに含まれる水と前記溶液Cに含まれる水のモル比率(HO/Al)は、296であった。
<(d)工程>
3000mLの容器に25質量%の硫酸369.71gを添加して、酸性水溶液を得た。この時、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるAl(Al換算)のモル比率(H/Al)は、16であった。また、酸性水溶液中のHと前記溶液Cに含まれるMのモル比率(H/M)は、0.43であった。前述の酸性水溶液を回転数3000rpmで攪拌しながら前記溶液Cを添加し、溶液D1169.93gを得た。そして、前記溶液Dのヘイズ値を実施例1と同様の方法で測定した。結果を表1に示す。
<(e)工程>
前記溶液D1169.93gを攪拌しながら、塩基性水溶液として15質量%のアンモニア水4.25gを添加した。この時、塩基性水溶液中のOHと前記溶液Dに含まれるAl(Al換算)のモル比率(OH/Al)は、0.3であった。その後、pH8.5にて2時間保持することで、溶液E1174.18gを得た。
(f)工程、(g)工程は、実施例1と同様の方法で実施して、シリカアルミナを得た。得られたシリカアルミナについて実施例1と同様の方法で各種測定を行った。結果を表1に示す。
Figure 0006815843
[触媒性能評価結果]
表1からわかるように、実施例1〜14に示す本発明のシリカアルミナは、いずれも本願所定のパラメータをすべて備えているので、ブレンステッド酸の比率が高く、細孔分布も広いので触媒性能に優れている。一方、比較例1〜4に示すシリカアルミナは、本願所定のパラメータの少なくともいずれか欠いており、そのためブレンステッド酸の比率が低く、細孔分布も広くないので触媒性能に劣っている。

Claims (2)

  1. 下記(1)〜(6)の構成を備えるシリカアルミナ。
    (1)10°≦2θ≦50°の範囲にあるX線回折パターンにおいて、半値全幅が1.0未満である回折ピークを示さない。
    (2)60μmol/g以上のブレンステッド酸を有する。
    (3)27Al−MAS NMRにより測定した4配位アルミニウムを示すピークの面積(A)及び6配位アルミニウムを示すピークの面積(A)から求めた比(A/(A+A))が、0.8〜1の範囲にある。
    (4)N吸着法で測定した吸着側の吸着等温線から算出される相対圧が0≦P/P≦0.8の範囲にある吸着量(PV(0−0.8))が200cm(STP)/g以上。
    (5)PV(0−0.8)に対して、相対圧が0≦P/P≦0.2の範囲の吸着量(PV(0−0.2))が40〜60%の範囲にある。
    (6)PV(0−0.8)に対して、相対圧が0.2<P/P≦0.8の範囲の吸着量(PV(0−0.2))が40〜60%の範囲にある。
  2. 以下の工程(a)〜(g)を備えるシリカアルミナの製造方法。
    (a)アルミナ源、アルカリ源、水を含み、Al(Al換算)に対するアルカリ金属(MO換算:Mはアルカリ金属)のモル比(MO/Al)が6〜33モルの範囲にある溶液Aを調製する工程
    (b)シリカ源及び水を含む溶液Bを調製する工程
    (c)前記溶液Aと前記溶液Bを混合して、溶液Cを調製する工程
    (d)前記溶液Cに含まれるアルカリ金属(M)の1モル当たりに対して、Hの含有量が1.1モル以上の範囲にある酸性水溶液に、前記溶液Cを添加して、ヘイズ値が10%以下である溶液Dを調製する工程
    (e)前記溶液Dに含まれるAl(Al換算)の1モル当たりに対してOHの含有量が10モル以上である塩基性水溶液と前記溶液Dを混合して、溶液Eを調製する工程
    (f)前記溶液Eから溶媒を除去して、シリカアルミナゲルを得る工程
    (g)前記工程(f)で得られたシリカアルミナゲルを300〜600℃の範囲で焼成して、シリカアルミナを得る工程
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