JPH01103917A - 合成ゼオライト成形体の製造方法 - Google Patents

合成ゼオライト成形体の製造方法

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JPH01103917A
JPH01103917A JP22404387A JP22404387A JPH01103917A JP H01103917 A JPH01103917 A JP H01103917A JP 22404387 A JP22404387 A JP 22404387A JP 22404387 A JP22404387 A JP 22404387A JP H01103917 A JPH01103917 A JP H01103917A
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    • C01B33/2807Zeolitic silicoaluminates with a tridimensional crystalline structure possessing molecular sieve properties; Isomorphous compounds wherein a part of the aluminium ore of the silicon present may be replaced by other elements such as gallium, germanium, phosphorus; Preparation of zeolitic molecular sieves from molecular sieves of another type or from preformed reacting mixtures
    • C01B33/2861Zeolitic silicoaluminates with a tridimensional crystalline structure possessing molecular sieve properties; Isomorphous compounds wherein a part of the aluminium ore of the silicon present may be replaced by other elements such as gallium, germanium, phosphorus; Preparation of zeolitic molecular sieves from molecular sieves of another type or from preformed reacting mixtures of mordenite type, e.g. ptilolite or dachiardite

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、予め原料混合物の成形体を造り、これを乾燥
または焼成した後、結晶化させることによる合成ゼオラ
イト成形体の製造方法に□関するものである。
合成ゼオライト成形体は、触媒、吸着剤及びイオン交換
体として広く利用されている。
[従来の技術] 合成ゼオライトを工業的に利用する場合は、ゼオライト
結晶粉末をそのままでは使用し難い場合が多く、球状、
柱状あるいはその他の適当な形にした成形体を用いるの
が一般的である。しかしながら、ゼオライト結晶粉末そ
のものには相互結合性がないので、成形体を製造する場
合には適当な可塑性と強度を付与するために通常有機ま
たは無機結合剤が用いられる。無機結合剤としては、例
えばカオリナイト、モンモリロナイトなどの粘土鉱物あ
るいはシリカゾル、アルミナゾル等が使用される。
しかしながら、このようにして製造されたゼオライト成
形体は触媒化の過程で酸処理、熱処理などの苛酷な処理
によフてその機械的強度が著しく低下する場合がある。
また、たとえ機械的強度がある程度維持されたとしても
、結合剤が添加された分だけゼオライト成分が希釈され
るばかりでなく工業的使用に耐え得やためには、結合剤
の量を増加する必要がある。それに加えてこれらの成形
体を使用する場合には、結合剤である粘土鉱物等の焼成
物そのものが好ましくない副反応を起こす原因となるこ
ともある。
このような理由から、前記したような方法によるゼオラ
イト成形体ではなく、予め原料混合物の成形体を造り、
これを焼成し、結晶化させて実質的に結晶化前と同一の
形状を有する方法が既にいくつか提案されている。
例えば、特公昭40−18614号公報に開示されてい
る方法においては、合成モルデナイト成形体と共に粉末
状のモルデナイトが多量に副生じ、その粉末が成形体粒
子間に固く付着する形で存在するために成形体粒子同志
が付着して大きな塊となる。
これに対して、特開昭62−70225号公報に、原料
混合物にモルデナイト種子結晶粉末を存在させ、原料成
形体を400℃以上の温度で急激に加熱焼成し、希薄な
珪酸ナトリウム水溶液で合成モルデナイト成形体を結晶
化させる方法が開示されている。また、特開昭62−1
38320号公報に、混練あるいは成形の過程で変質す
ることのない液相物質を調製し原料混合物に存在させ、
成形、結晶化させて合成フォージャサイト成形体を得る
方法が開示されている。これらの方法では、成形体粒子
同志の付着の問題は解決されているが、結晶化後の成形
体の細孔容積が結晶化前と比べて大きく減少してしまう
ことがしばしばある。
合成ゼオライト成形体が触媒及び吸着剤に使用される場
合には、成形体の細孔容積は重要な物性である。例えば
触媒に使用される場合に、もし成形体の細孔容積が小さ
ければ、反応ガスが成形体の内部に拡散し難いことにな
り触媒性能に大きく影響する。そのために、できるだけ
細孔容積の大きい成形体が望まれている。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、結合剤を使用しなくとも機械的強度を
充分に備えていて、且つ、上記のような従来の方法に対
して、細孔容積が大きく減少することが全くなく、結晶
化において成形体粒子同志が固く付着することがなく、
しかも充分な結晶化度を持つ合成ゼオライト成形体を容
易に製造することができる方法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の要旨は、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及
び水を主成分とする原料混合物を成形して原料成形体を
得、これを乾燥または焼成して、乾燥成形体または焼成
成形体く本明!I書ではこれらを「予備処理成形体」と
総称する)を得、更にこれを結晶化液として珪酸ソーダ
水溶液を用いて結晶化させることにより、合成ゼオライ
ト成形体を製造する方法において、該°予備処理成形体
を該結晶化液に予め浸漬させておいた後、固液分離して
、該結晶化液を含浸させたまま結晶化させることによる
合成ゼオライト成形体の製造方法にあり、以下にその詳
細について説明する。
本発明において合成ゼオライトは限定されるものではな
く、本発明は例えばモルデナイト、フォージャサイト、
L型ゼオライト、ZSM−5などの合成ゼオライト成形
体の製造に用いられる。
原料混合物中の各成分のモル比は目的とするゼオライト
の種類によって選択すればよい0例えば、上記のゼオラ
イトを製造する場合には、モルデナイト: SiO2/
Al20s(モル比)=9〜30゜Na2e/ Al2
03(モル比)=0.5〜?、5゜フォージャサイト:
 SiO2/ Al203(モル比’)= 2.5〜2
0 、 Na2O/Al20a(モル比)=0.5〜2
0゜L型ゼオライト: SiO2/A120a((ル比
)= 5.0〜20 、 (Na20+に20)/AI
20g(モル比)= 0.5〜20゜ Z SM −5: 5iOz/Al20a(モル比)=
 20〜1000(Na20+R20)/ Al203
(% ル比)=0.5〜1000(ここで、Rはアルキ
ルを意味する) の範囲であればよい。
本発明に用いられる原料は限定されるものではないが、
シリカ源としては、無定形シリカ、シリカゾル、シリカ
ゲル、珪酸ソーダ、珪酸カリウム及び天然に産出する珪
藻土、珪酸塩鉱物などが用いられる。特に天然物を用い
る場合には不純物を除去してから用いることも有効な手
段である。また、アルミナ源としては水酸化アルミニウ
ム、酸化アルミニウム、アルミン酸ソーダ、アルミン酸
カリウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム及び天
然゛に産出するカオリナイト、モンモリロナイトなどの
アルミノ珪酸塩鉱物等がある。上記のシリカ源またはア
ルミナ源として天然原料を用いる場合には特に目的とす
る成分とともに含有されているアルミナまたはシリカ含
量も考慮する。上記の珪酸ソーダやアルミン酸ソーダは
アルカリ源でもある。アルカリ源としては、苛性ソーダ
、苛性カリウムを用いることもできる。
原料混合物のシリカ源、アルミナ源及びアルカリ源の一
部に、種晶としてゼオライト結晶粉末を用いてもよい。
該結晶粉末は天然ゼオライトまたは合成ゼオライトのど
ちらでもよいが、目的のゼオライトと同じ構造のものが
良い。結晶粉末の添加量は特に限定されないが、乾量基
準の原料混合物重量に対して0〜10νt%の範囲であ
ればよい。
種晶のSiO2/A120aモル比は、通常目的とする
ゼオライトのSiO2/Al20sモル比と同程度のも
のが用いられるが、このモル比の異なるものを使用して
も問題はない。また、フォージャサイトの製造に際して
は、混練あるいは成形の過程で変質することのない液相
物質すなわち構造誘発物質(特開昭62−138320
号公報〉を11at、、原料混合の一部として用いても
よい、ZSM−5の製造の場合には、有機鉱化剤として
テトラアルキルアンモニウム化合物またはモノ、ジ、ト
リーアルキルアミン(アルキル:メチル、エチル、プロ
ピル。
ブチル、ベンジルなど)を使用してもよい、その添加量
は、特に制限はなく、0〜30wt%の範囲であればよ
い。
上記の原料を混合する場合の水分量は、従来慣用されて
いる量、すなわち、絶乾基準の原料混合物に対して30
〜120wt%の範囲にある。そ杵よりも少ない場合に
は成形が困難であり、また、それより多いと成形体の形
が崩れたり、相互付着を起こすので好ましくない、水分
を添加した後、各原料成分が均一になるように混合する
。混合が゛ 不均一であると不純物が生成しやすくなる
ばかりでなく成形体中のゼオライト結晶の分布、結晶粒
子形状などが不均一となるために、機械的強度も弱くな
るので充分な攪拌と時間が必要である。
均一に混合された原料混合物は次いで所望の形状に成形
される。吸着剤または触媒として使用する場合には成形
体の形状は一般的に球状あるいは円柱状であるが、特殊
な用途においては円筒状。
角柱状、板状、ハニカム状等が用いられ、これらの形状
のものも原料を組み合せることによって成形可能である
また、成形する場合に、原料混合物の粘性と可塑性を高
め、成形機器との摩擦を少なくして成形性をよくする為
に、成形助剤または滑剤として例えばカルボキシメチル
セルロース、ステアリン酸。
アルコール類、界面活性剤、繊維類等を原料混合過程で
添加してもよい。
成形機器の種類は成形体の形状に応じて、押出し式、圧
縮式、転勤式、噴霧乾燥式等種々の方法のものが用いら
れる。
所望の形状に成形された原料成形体は次いで乾燥または
焼成処理される。原料成形体は15〜100℃の温度範
囲において数分〜数日間放置することによって乾燥され
、乾燥成形体が造られる。
また、原料成形体を高温下で焼成することによって、焼
成成形体が造られる。この場合には、400℃以上の雰
囲気下で焼成することが望ましい。
しかしながら、必要以上に高温で焼成すると原料成形体
がガラス化する等により反応性が低下することもあるの
で好ましい焼成温度は500〜800℃である。特に、
モルデナイトを製造する場合には、上記の温度範囲で焼
成することにより、不純物を含まず、高い結晶化度を有
する合成モルデナイト成形体を得ることができる。また
、焼成は0.6時間以上行えばよいが、必要以上に長く
することはなく、好ましい焼成時間は0.5〜2時間で
ある。
乾燥成形体または焼成成形体、すなわち予備処理成形体
は、予め結晶化液に浸漬させる。その後、固液分離し、
予備処理成形体に含浸された結晶化液だけで結晶化させ
る。ここで固液分離をしないで結晶化を行うと、細孔容
積が大きく減少することがしばしばある。固液分離方法
については特に限定されない。例えば、減圧濾過、加圧
濾過、遠心分離、ふるいによる分離などがある。
該結晶化液の濃度については特に限定されないが、高す
ぎると成形体粒子同志が付着しがちであり、一方低すぎ
ると結晶化度が低くなりがちであるので、5iha度及
びNa2O濃度度はそれぞれ3〜40vt%及び1〜3
0wt%の範囲が好ましい。特に、モルデナイトを製造
する場合は、SiO2濃度及びNa2011度はそれぞ
れ9〜27wt%及び3〜8.5讐t%の範囲であり、
好ましくはそれぞれ13〜26及び4〜8wt%にする
ことにより、成形体粒子同志の付着を起こさせることな
く、高い結晶化度を有する合成モルデナイト成形体を得
ることができる。結晶化終了後に成形体粒子同志の付着
が起こることは、工業的スケールで行う場合に反応容器
からの取り出し及び洗浄が困難となる。また、合成ゼオ
ライト成形体を触媒及び吸着剤に使用する場合には、当
然の事ながら結晶化度が充分であることが望ましい。
予備処理成形体と結晶化液との比率は特に限定されない
が、予備処理成形体が結晶化液中に全部漬かる量だけあ
ればよい、浸漬される時間は特に限定されないが、短時
間では成形体内に結晶化液が含浸されないので、1時間
以上あればよい。
本発明の実施に際しては、結晶化液のSiO2濃度及び
Na2O濃度を希望の範囲に調製するためにどのような
原料あるいは混合方法を用いてもよい、その−例は3号
珪酸ソーダ水溶液を純水で希釈する方法である。また、
−度またはそれ以上焼成成形体と接触した結晶化液を希
望の濃度に調製して、繰り返し使用することも可能であ
る。
固液分離し、結晶化液を含浸した予備処理成形体を、次
に結晶化処理する。その結晶化温度及び時間は、通常ゼ
オライト合成に用いられる条件であればよい。
[発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、結晶化後の細孔容
積が大きく減少することが全くなく、結晶化において成
形体粒子同志が固く付着することがなく、しかも充分な
結晶化度を持つ合成ゼオライト成形体の製造が可能にな
った。
このようにして得られた合成ゼオライト成形体は、イオ
ン交換、酸処理、熱処理等を行ってもその形状が維持さ
れるばかりでなく、充分工業的使用に耐え得る機械強度
を持っている。
従って、そのままの形で吸着剤やイオン交換剤として用
いることができ、また、アンモニウムイオン交換後焼成
することによってH型としたり、更にはより高いSiO
2/Al20aモル比のゼオライト成形体を得るために
酸処理と熱処理を繰り返し行って脱アルミニウムしたH
型とすることによって触媒化し、種々の反応の固体酸触
媒として用いることができる。
〔実施例] 焼成成形体製造例 珪藻土(Si02ニアB、2wtX、 Al2O3:5
.84wtX、 Na2e:0.34wtX、 HpO
:12.2wtX) 5 、80 kg、ジョーシアカ
オリン(SiO+:49.Owt!、 Al2O3:4
0.1wt!、 Na2O:0.27vtX、 I20
:9.35vtX) 2 、21 kgs合成モルデナ
イト種子結晶(SiOz:68.7wtX、 Al20
a:11.5wtX。
Na2O:6.81vtX、 820:12.OvtX
) 507 g +アビセル304g、ステアリン酸カ
ルシウム10.1gの粉を混合した。これらに、混練機
中で3号珪酸ソーダ水溶液(Si02:29.3wtX
、 A120a:0.02vtX。
Na2O:9.35vtり 7 、84 kgと水1.
35kgを添加して、充分混練を行)た。
このようにして得たrt4m混合物を押出し成形機で直
径1.81の円柱状に成形後、650℃で1時間焼成し
た。得られた焼成成形体の化学組成(モル比)は SiO2/AlzOa= 11 、0 Na20/Al20s= 1 、03 であった。また、この時の細孔容積は0.32cc/g
であった。
乾燥成形体製造例 純水1.53kgに苛性ソーダ(NaOH:98vtX
) 863gを加えて溶解し、30℃まで冷却後、アル
ミン酸ソーダ水溶液(Al20a:19.OvtX、 
Na2O:19.OvtX)522gを添加し十分混合
した。
次いで、珪酸ソーダ水溶液(Si02:29.3wtX
A120a:0.02vtX、 Na2O:9.35v
tX) 2 、 09 kgを添加し、30℃の環境温
度に置いて攪拌下で3時間熟成した。
熟成終了後直ちに珪酸ソーダ水溶液(Si02:29゜
3vtL Al20a:0.02vtX、 Na2O:
9.35vtX) 5 、 OOkgを添加し、均一溶
液となるまでに充分攪拌し、構造誘発物質を得た。
上記構造誘発物質5.24kgとメタカオリン(Si0
2:53.8wtX、  Al20a:44.1wtX
、   Na2O:0.06vtX。
lho:1.25vtX) 2 、501tgを混合し
40℃テロ0分攪拌した。このスラリーに珪藻土(Si
02:83.7wtχ、 Al2O5:3,18vtX
、Na2O:0.22vtX、 )I20:10.8w
tX)2.24kgを加え、混練した。
このようにして得た原料混合物を押出し成形機によって
直径1.5m+sの円柱状に成形後、密閉容器に入れ、
室温において一晩放置し乾燥させた。
得られた乾燥成形体の化学組成(モル比)はSiO2/
Al20a= 6 、Ol Na2O/A120a= 1.01 であフた。また、この時の細孔容積は0.60cc/g
であった。
実施例1 上記の焼成成形体1kgを結晶化液(Si+112:2
9.3vtL Al20a:0.02vtX、 Na2
O:9.35vtX) 1 、5 !Qニ2時間浸漬し
た。固液分離後、オートクレーブに入れ180℃で64
時閏結晶化した。結晶化した成形体は結晶化前と実質的
に同一の形状を保持していたが、成形体粒子同志が弱い
ながら付着し合っていた。得られた成形体を粉末X線回
折法で測定した結果、結晶化度102%(VSノートシ
社Zeo 1on 90ONa、以下同じ)の不純物を
含まないモルデナイトであることを確認した。
化学分析の結果、SiO2/Al20aモル比=ll、
7であった。この成形体の細孔容積は0.31cc/g
であった。
実施例2 実施例1で使用した結晶化液の濃度を5iOz:8.?
9wtX、 Al20a:0.01vtX、 Na2O
:2.81vtX k: L/た以外は実施例1と同じ
ように結晶化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持しており、成形体粒子同志の付着もなかった。これを
温水で十分洗浄した。得られた成形体を粉末X線回折法
で測定した結果、結晶化度80%のモルデナイトである
ことを確認した。
化学分析の結果、SiO+/Al2O5モル比=11.
2であった。この成形体の細孔容積は0.28cc/g
であった。
実施例3 実施例1で使用した結晶化液の濃度をSih:20゜5
vtL Al2O5:0.01vtX、 Na2O:6
.55vtX ニした以外は実施例1と同じように結晶
化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持しており、成形体粒子同志の付着もなかった。得られ
た成形体を粉末X線回折法で・測定した結果、結晶化度
100%の不純物を含まないモルデナイトであることを
確認した。
化学分析の結果、SiO2/Al2O5モル比=11.
6であった。また、細孔容積は0.29cc/gであっ
た。
実施例4 実施例1で使用した結晶化液の濃度をSiO2:14゜
7wtX、 A120a:0.01vtX、 Na2O
:4.68vtXにした以外は実施例1と同じように結
晶化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持しており、成形体粒子同志の付着もなかった。これを
温水で十分洗浄した。得られた成形体を粉末X線回折法
で測定した結果、結晶化度95%の不純物を含まないモ
ルデナイトであることを確認した。
化学分析の結果、Sih/Al2O5モル比=11.3
であった。また、細孔容積は0.28cc/gであった
実施例5 実施例1で使用した結晶化液の濃度をSiO2:24゜
9wtX、 AIzOa:0.01vtX、 Na2O
ニア、95vtX、にした以外は実施例1と同じように
結晶化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持しており、成形体粒子同志の付着もなかった。これを
温水で十分洗浄した。得られた成形体を粉末X線回折法
で測定した結果、結晶化度98%の不純物を含まないモ
ルデナイトであることを確認した。
化学分析の結果、SiO2/Al20aモル比=11.
9であフた。また、細孔容積は0.30cc/gであっ
た・ 実施例6 上記の乾燥成形体1kgを結晶化液(Si11112:
16.2wtχ、 Al2O3:0.01vtX、 N
a2O:20.2wtX) 1 、51に2時間浸漬し
た。固液分離後、オートクレーブに入れ95℃で20時
間結晶化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持しており、成形体粒子同志の付着もなかった。これを
温水で十分洗浄した。得られた成形体を粉末X線回折法
で測定した結果、不純物を含まないフォージャサイトで
あることを確認した。
化学分析の結果、SiO2/AIpOaモル比=4.2
0であった。この成形体の細孔容積は0.58cc/g
であった・ 比較例1 実施例1で使用した焼成成形体1kgと結晶化液(Si
0?:8.79wt$、 AIzOa:0.01vtX
、 Na2O:2.81vtX)1.51とをオートク
レーブに入れ、180℃で64時間結晶化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持していた。これを温水で十分洗浄した。
得られた成形体を粉末X線回折法で測定した結果、結晶
化度100%の不純物を含まないモルデナイトであるこ
とを確認した。
化学分析の結果、SiO2/A120aモル比=11.
4であった。この成形体の細孔容積は0.24cc/g
であった。
比較例2 実施例3で使用した乾燥成形体1kgと結晶化液(Si
02:8.10vtX、 Al20a:0.01wt1
. Na2O:10.1wtX)1.5!;tをオート
クレーブに入れ95℃で20時間結晶化した。
結晶化した成形体は結晶化前と実質的に同一の形状を保
持していた。これを温水で十分洗浄した。
得られた成形体を粉末X線回折法で測定した結果、不純
物を含まないフォージャサイトであることを確認した。
化学分析の結果、SiO2/Al2O5モル比=4.1
5であった。この成形体の細孔容積は0.48cc/g
であった。
特許出願人 東洋曹達工業株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水を主成
    分とする原料混合物を成形して原料成形体を得、これを
    乾燥または焼成して、乾燥成形体または焼成成形体の予
    備処理成形体を得、更にこれを結晶化液として珪酸ソー
    ダ水溶液を用いて結晶化させることにより、合成ゼオラ
    イト成形体を製造する方法において、該予備処理成形体
    を該結晶化液に予め浸漬させておいた後、固液分離して
    、該結晶化液を含浸させたまま結晶化させることを特徴
    とする合成ゼオライト成形体の製造方法。
  2. (2)シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水を主成
    分とする原料混合物を成形して原料成形体を得、これを
    焼成して焼成成形体を得、更にこれを結晶化液として珪
    酸ソーダ水溶液を用いて結晶化させることにより、合成
    モルデナイト成形体を製造する方法において、 (a)該原料成形体を焼成する際に、500〜800℃
    で焼成し、 (b)該焼成成形体をSiO_2濃度9〜27wt%及
    びNa_2O濃度3〜8.5wt%の結晶化液に予め浸
    漬させておいた後、固液分離して、該 結晶化液を含浸させたまま結晶化させる ことを特徴とする合成モルデナイト成形体の製造方法。
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