JP7362478B2 - アルミニウム傾斜アルミノシリケートゼオライト組成物 - Google Patents
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Description
本書では、アルミノシリケートゼオライト結晶組成物、及び該アルミノシリケートゼオライト結晶組成物の製造方法を開示する。
用語「表面シリカ対アルミナ(の)モル比」は、約20nmから約50nmのエッチング深さで測定されるSi2p対Al2p強度比についての、アルゴンスパッタリング測定によるXPSから誘導されるシリカ対アルミナ(の)モル比を指す。
本開示は、深さ依存性シリカ対アルミナモル比傾斜を有するアルミノシリケートゼオライト結晶、及びそれらの製造方法に関する。これらのアルミノシリケートゼオライト結晶を利用する新しい触媒組成物が想定される。表面富化(表面濃化:surface enrichment)のレベル及び表面で富化される種が何であるか(すなわち、シリカ又はアルミナのいずれか)に応じて、特定の性能特性を改変することができる。例えば、いかなる特定の作用理論にも拘束されるものではないが、シリカ量が結晶表面で富化される実施形態(すなわち、シリカ対アルミナモル比が結晶の内部よりも表面の方が高い場合)では、水熱安定性が向上する可能性がある。また、いかなる特定の作用理論にも拘束されるものではないが、アルミナ量が結晶表面で富化される他の実施形態(すなわち、シリカ対アルミナモル比が結晶内部よりも表面の方が低い場合)では、生成する組成物は、結晶表面近傍の触媒活性部位の濃度がより高いため、増強した触媒活性を発揮することができ、これにより活性部位への物質移動が改善される。
幾つかの実施形態では、本開示は、8環細孔径を有するアルミノシリケートゼオライト結晶を含み、該アルミノシリケートゼオライト結晶が深さ依存性のシリカ対アルミナモル比を有するものである組成物に関する。幾つかの実施形態において、アルミノシリケートゼオライト結晶は、表面シリカ対アルミナモル比及び内部シリカ対アルミナモル比を有し、表面シリカ対アルミナ比が内部シリカ対アルミナモル比より高いか又は低いかのいずれかである。例えば、表面シリカ対アルミナモル比は、内部シリカ対アルミナモル比の最大値よりも、少なくとも約50倍低い、少なくとも約40倍低い、少なくとも約30倍低い、少なくとも約20倍低い、少なくとも約10倍低い、少なくとも約5倍低い、少なくとも約4倍低い、少なくとも約3倍低い、少なくとも約2倍低い、又は少なくとも約1.5倍低い。逆に、表面シリカ対アルミナモル比を、上記した各量だけ高くすることもできる。明快にするため、第1の比が第2の比より「X倍低い」とは、該第1の比が該第2の比の1/Xであると言い換えることができることに留意されるべきである。例えば、表面シリカ対アルミナモル比が内部シリカ対アルミナ比より50倍低い場合、表面シリカ対アルミナモル比は内部シリカ対アルミナ比の1/50である。
幾つかの実施形態では、図1に示す、アルミノシリケートゼオライト結晶組成物を製造する方法100は、ブロック102に従って、第1の量の第1のアルミナ源、シリカ源、鉱化剤、及び有機構造規定剤(テンプレート)を混合して、ブロック104に従い、出発ゲルを形成することを含む。さらに、この方法は、ブロック106に従って、撹拌圧力容器内で100℃を超える温度及び自生圧力で第1の期間に出発ゲルを結晶化させることを含むことができる。この方法は、さらに、ブロック108に従って、例えばHPLCポンプを介して純溶液として第2の量の第2のアルミナ源を第2の期間にわたって撹拌圧力容器に加えて、ブロック110に従い、最終結晶化生成物を形成することを含むことができる。
公称シリカ対アルミナ比(SAR)が56の出発アルミノシリケートゲルを以下の手順により調製した。まず、50質量%NaOH水溶液1.78g、脱イオン水65.9g、アルミニウムイソプロポキシド1.62g、及びトリメチルアダマンチルアンモニウムヒドロキシド25質量%水溶液13.5gを混合し、25℃で1時間攪拌した。この混合物に40質量%コロイダルシリカ33.1gを添加し、生成したゲルをさらに30分間攪拌した後、600mL攪拌オートクレーブ反応器に入れた。そのゲルを自生圧力下、160℃で30時間結晶化させた(8時間の温度勾配で)。室温に冷却した後、結晶性物質を濾過し、脱イオン水で洗浄し、乾燥し(90℃で12時間)、そして焼成(540℃で6時間)してゼオライト生成物を得た。生成物のX線回折パターンはCHA(87%結晶化度)及び非晶質相を示した。元素分析によって決定した実際のSARは48.7であった。
実施例1で調製したゲルの結晶化の間に、アルミン酸ナトリウムの11.7%水溶液(USALCO38 20%Al2O3、19%Na2O)7.76mlを、HPLCポンプを介してオートクレーブに注入した。この注入は、等温結晶化期間の開始から15時間後に、2ml/分の流速で実施した。実施例1と同様にして生成物を単離した。生成物のX線回折パターンはCHA(82%結晶化度)及び非晶質相を示した。元素分析による実際のSARは36.3であった。
アルミン酸ナトリウム注入を等温結晶化期間の開始後20時間で実施したことを除いて、結晶化と注入を実施例2と同様に行った。実施例1及び2と同様にして生成物を単離した。生成物のX線回折パターンはCHA(92%結晶化度)及び非晶質相を示した。元素分析による実際のSARは39.7であった。
アルミン酸ナトリウム注入を等温結晶化期間の開始後10時間で実施したことを除いて、結晶化と注入を実施例2及び3と同様に行った。実施例1~3と同様に生成物を単離した。第2のアルミナ源を早期に添加すると、結晶化プロセスが妨害され、図2Bに示すように非晶質アルミノシリケート生成物がもたらされた。いかなる特定の動作理論にも拘束されるものではないが、結晶核形成中に第2のアルミナ源の添加が行われ、これによりゼオライト材料の結晶化が妨害されたものと考えられる。
Claims (21)
- 8環細孔径を有するアルミノシリケートゼオライト結晶を含む組成物であって、該アルミノシリケートゼオライト結晶が表面シリカ対アルミナモル比及び内部シリカ対アルミナモル比を有し、表面シリカ対アルミナモル比を、内部シリカ対アルミナモル比の最大値で除した値が、0.2未満である、ことを特徴とする組成物。
- 前記アルミノシリケートゼオライト結晶が、AEI、AFX、CHA、LEV、AFT、EAB、KFI、SAT、TSC、SAV、ERI、及びこれらの組合せからなる群から選択される構造コードを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記アルミノシリケートゼオライト結晶がCHAを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物がモル基準で約80%以上結晶性である、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物がモル基準で約80%~約95%結晶性である、請求項4に記載の組成物。
- 前記組成物が約400m2/g以上のゼオライトBET表面積を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記表面シリカ対アルミナモル比を、内部シリカ対アルミナモル比の最大値で除した値が、下記:
1/50未満である;
1/30未満である;
1/10未満である;
のうちの1つ以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。 - 前記内部シリカ対アルミナモル比が、約10~約250、又は約50~約250、又は約90~約250、又は約150~約250の範囲の最大値を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記表面シリカ対アルミナモル比が、約5~約60、又は約10~約50、又は約15~約40、又は約20~約40の範囲である、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記組成物が、モル基準で、アルミノシリケートゼオライト結晶の中心に比してアルミノシリケートゼオライト結晶の表面上に約5%以上のアルミニウム富化、又は
アルミノシリケートゼオライト結晶の中心に比してアルミノシリケートゼオライト結晶の表面上に約10%以上のアルミニウム富化、又は
アルミノシリケートゼオライト結晶の中心に比してアルミノシリケートゼオライト結晶の表面上に約15%以上のアルミニウム富化、又は
アルミノシリケートゼオライト結晶の中心に比してアルミノシリケートゼオライト結晶の表面上に約20%以上のアルミニウム富化、又は
アルミノシリケートゼオライト結晶の中心に比してアルミノシリケートゼオライト結晶の表面に約25%以上のアルミニウム富化、又は
アルミノシリケートゼオライト結晶の中心に比してアルミノシリケートゼオライト結晶の表面上に約30%以上のアルミニウム富化
を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。 - アルゴンスパッタリング後のXPSからの正規化Al2p及びSi2p強度に基づくエッチング深さの関数としてSi2p対Al2p比強度傾斜を有し、20nm~50nmエッチング深さでのSi2p対Al2p比強度が最大で約10であり、250nm~450nmエッチング深さでのSi2p対Al2p比強度が約10~約15の範囲であり、1000nmエッチング深さでのSi2p対Al2p比強度が約11.5~約20の範囲である、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1に記載の組成物を製造するための方法であって、
第1のアルミナ源、シリカ源、鉱化剤、及び有機構造規定剤を混合して出発ゲルを形成すること;
圧力容器内で、水熱条件下で第1の期間、出発ゲルを結晶化させること;及び
第2のアルミナ源を第2の期間にわたって圧力容器に添加して、最終結晶化生成物を形成すること
を含み、
前記鉱化剤が、NaOH、KOH、F、水酸化第4級アンモニウム、及びこれらの組合せからなる群から選択され、
有機構造規定剤が、アルキル、アダマンチル、シクロヘキシル、芳香族基、及びこれらの組合せからなる群から選択される置換基を有する第4級アンモニウムカチオンを含み、
前記第1の期間が、モル基準で少なくとも約80%結晶性であるアルミノシリケートゼオライト結晶を最終結晶化生成物から得るための全結晶化時間を定義し、及び
前記第2の期間が、約1分~約168時間の範囲であることを特徴とする方法。 - 第1のアルミナ源及び第2のアルミナ源が、NaAlO2、Al(C3H7O)3、Al金属、水溶性アルミニウム塩、及びこれらの組合せからなる群から独立して選択される、請求項12に記載の方法。
- 第2のアルミナ源がNaAlO2などの水溶性アルミニウム塩である、請求項13に記載の方法。
- 前記シリカ源がコロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)、ケイ酸ナトリウム、沈降シリカ、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
- 前記全結晶化時間が約1時間~約168時間、又は約1時間~約96時間、又は約5時間~約72時間、又は約10時間~約48時間の範囲である、請求項12に記載の方法。
- 前記添加工程を、第1の期間の約1/4、約1/3、約1/2、約2/3、又は約3/4で開始する、請求項12に記載の方法。
- 前記第2の期間が、約1分~約96時間、約1分~約72時間、約1分~約48時間、又は約1分~約30時間の範囲である、請求項12に記載の方法。
- 前記第2の期間が、約1分~約60分、約1分~約45分、約1分~約30分、約1分~約15分、又は約1分~約10分の範囲である、請求項12に記載の方法。
- 請求項1に記載の組成物を製造するための方法であって、
第1のアルミナ源、シリカ源、鉱化剤、及び有機構造規定剤を混合して出発ゲルを形成すること;及び
圧力容器内で、水熱条件下で出発ゲルを結晶化させ、この間に、第2のアルミナ源を所定の期間にわたって圧力容器に連続的に添加すること、
を含み、及び
前記鉱化剤が、NaOH、KOH、F、水酸化第4級アンモニウム、及びこれらの組合せからなる群から選択され、及び
有機構造規定剤が、アルキル、アダマンチル、シクロヘキシル、芳香族基、及びこれらの組合せからなる群から選択される置換基を有する第4級アンモニウムカチオンを含み、
前記所定の期間が、約1分~約168時間の範囲であり、及びモル基準で少なくとも約80%結晶性であるアルミノシリケートゼオライトを得るための全結晶化時間を定義することを特徴とする方法。 - 最終結晶化生成物から得られるアルミノシリケートゼオライト結晶を濾過、乾燥、及び焼成することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
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