JPH0568414B2 - - Google Patents

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JPH0568414B2
JPH0568414B2 JP18731985A JP18731985A JPH0568414B2 JP H0568414 B2 JPH0568414 B2 JP H0568414B2 JP 18731985 A JP18731985 A JP 18731985A JP 18731985 A JP18731985 A JP 18731985A JP H0568414 B2 JPH0568414 B2 JP H0568414B2
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JP
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zeolite
silica
supported
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chemical vapor
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JP18731985A
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Juichi Murakami
Akio Furuta
Hirofumi Ito
Sanae Okada
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JGC Corp
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【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はゼロアイト細孔入口径の精密制御法に
関し、詳しくは流通状態のシラン化剤を用い、化
学蒸着(CVD)法により、ゼオライトにシリカ
(SiO2)を担持させるに際して、シラン化剤とし
て反応性置換基数の異なるものを用いてゼオライ
トとの反応性を変えることによりシリカの担持量
を調整し、このことによりゼオライト細孔入口径
を制御するゼオライト細孔入口径の精密制御法に
関する。 [発明が解決しようとする問題点] ゼオライトは多孔性のアルミニウムシリケート
の結晶であり、(1)水や有機物をよく吸着する、(2)
カチオン交換体である、(3)均一な細孔を有し、分
子篩性能をもつ、という物理化学的な特徴を有す
ることから、固体触媒や吸着剤として多くの工業
的な用途が知られている。 固体触媒としての最大の用途は石油のクラツキ
ング触媒であり、これはカチオン交換性の利用で
あり、ナトリウムカチオンをプロトン、カルシウ
ム等のアルカリ土類金属またはランタン等の希土
類元素に置き換え、酸性質を出すようにしてやる
と、非常に強い固体酸特性を示す。 また、ある種のゼオライトを用いてメタノール
からガソリンを製造するプロセス、メタノールと
トルエンからp−キシレンの生成、トルエンの不
均化によるp−キシレンの生成に用いられている
が、これは分子の大きさにより反応性が異なると
いうゼオライトの形状選択性に特徴がある。この
形状選択性は、(1)細孔に入らない分子は反応しな
い(反応分子形状選択性)、(2)細孔から出られな
い分子は生成しない(生成分子形状選択性)、(3)
遷移状態がとれない生成物は生成しない(遷移状
態形状選択性)の3つに分けられるが、これらの
形状選択性を支配するのはゼオライトの細孔径で
ある。 このように、ゼオライトを触媒または吸着剤と
したとき、重要な性質は酸性質と細孔径である。
そこでゼオライトをそのまま用いるのではなく、
何らかの処理を施し、ゼオライトの性質を変化さ
せることが考えられており、一番よく用いられて
いるのはイオン交換と脱アルミニウムであり、こ
のような処理はゼオライトの酸性質に大きな影響
を与える。 これに対して、細孔径については、アルカリ金
属カチオン、アルカリ土類金属カチオンの大きさ
の違いを利用して細孔径を変える方法が知られて
いるが、この方法は酸特性を著しく変えてしまう
という欠点がある。このような観点から、酸性質
をそのままに維持し、細孔径の大きさを制御する
方法が望まれている。 このため、ゼオライトにケイ素を含む有機化合
物を担持したり、担持後に焼成してシリカとした
ものが提案されているが、いずれも細孔入口径を
精密に制御するものではなかつた。 さらに、特定のシラン化剤を固定状態で用い、
真空条件下で化学蒸着法によつてゼオライトにシ
リカを担持させ、ゼオライト細孔入口径を制御す
ることも提案されているが、真空下で行なうこと
は工業的な規模では適さず、また多量のゼオライ
トに担持させる際、シリカの担持量にバラツキが
生じ、ゼオライト細孔入口径を精密にかつ均一に
制御することは出来なかつた。 ゼオライトはシリカの担持量のごく僅かな差に
よつて大幅に性能が変わることから、ゼオライト
にシリカを担持させる試みは種々なされているも
のの、工業的規模でゼオライトに所定量のシリカ
を均一に担持させ、ゼオライト細孔入口径を精密
に制御する方法は未だ得られていない。 本発明はかかる観点からなされたもので、ゼオ
ライトに所定量のシリカを均一に担持させ、工業
的な規模でゼオライト細孔入口径を精密に制御す
ることを可能としたゼオライト細孔入口径の精密
制御法を提供することを目的とする。 [問題点を解決するための手段および作用] 本発明者等は上記目的に従つて、検討の結果、
流通状態のシラ化剤を用い、化学蒸着法によりゼ
オライトにシリカを蒸着させる際にしては、反応
性置換基数の異なるシラン化剤を用いてゼオライ
トとの反応性を変えることによりシリカ担持量が
均一に調整でき、このことによりゼオライト細孔
入口径が精密に制御されることを知見して本発明
に到達した。 すなわち本発明は、流通状態のシラ化剤を用い
て、化学蒸着法によりシリカをゼオライトに担持
させ、ゼオライト細孔入口径を制御するに際し、
反応性置換基数の異なるシラン化剤を用いてシリ
カの担持量を調整することを特徴とするゼオライ
ト細孔入口径の精密制御法にある。 本発明においては、化学蒸着法を用いてシラン
化剤をゼオライトに蒸着させ、ゼオライト表面に
所定量のシリカを均一に担持させる。化学蒸着法
は、熱、プラズマ、光等のエネルギーを加えて気
相のガス分子を分解もしくは反応させて固体薄膜
を製造する方法であり、本発明においては反応雰
囲気等の諸条件は適宜定められる。この化学蒸着
法により調製されたゼオライトの特徴は、ゼオラ
イトの細孔内に入らない分子径のシラン化剤を用
いゼオライトの外表面だけにシリカを担持するこ
と、およびシリカ担持を多層にわたつて行なうこ
とにより細孔径を連続的に変えられる点にある。
これにより、1つのゼオライトで細孔入口径の異
なるゼオライトを任意に調製でき、目的とする用
途に応じて適宜使い分けができる。 また、本発明においてはシラン化剤を流通状態
で化学蒸着を行なう。流通状態のシラン化剤を用
い、ゼオライトへの化学蒸着を行なうと、シリカ
反応層上部より担持され、順次反応ゾーンが下流
へ移動する。反応初期はシラン化剤は全て反応し
て未反応物はない。そして、未反応物が検知され
始めるとごく短い時間で反応率は0となる。これ
はゼオライトとシラン化剤の反応が極めて速いこ
とを示している。また、シラン化剤がある量担持
されるとそれ以上反応しないことを示している。
シリカの担持量は化学蒸着反応温度の関数であ
り、化学蒸着反応温度を変えることによつてシリ
カの担持量を調整できる。 このように化学蒸着反応温度によつてシリカの
担持量を制御することは可能であるが、使用目的
によつては、さらに微少な制御が要求される。そ
こで、本発明では反応性置換基数の異なるシラン
剤を用いることによつてシランの担持量の微少制
御を行なつている。 通常、化学蒸着によるシリカの担持にはテトラ
アルコキシシランのみを用いていた。これは、ゼ
オライト外表面にシリカを多層に担持するために
は、4つの反応性置換器が必要なためである。し
かし、使用目的によつてはシリカの担持が一層程
度で充分なことがある。テトラアルコキシシラン
を用いて一層程度のシリカの担持量にするために
は、化学蒸着反応温度による制御だけでは不充分
である。そこで、トリアルコキシシラン、ジアル
コキシシランまたはモノアルコキシシランのよう
な反応性置換基の数が少ないものを使用すること
が必要である。このようにアルコキシ基等の反応
性置換基の数により反応性が変わることは、化学
蒸着反応に対しこれらの置換基が関与することを
意味している。そこで、本発明では反応性置換基
の数を変えたシラン化剤を適宜使用することによ
り−層程度から多層までのシリカの担持量を制御
することが可能となつた。 本発明において用いられる上述のシラン化剤は
常温で気体または液体であるものでよい。また、
このシラン化剤は流通状態で用いられることが必
要で、具体的には、Si(R1)x(R2)y[R1:C1
C5までのアルキル基、R2:C1〜C5までのアルコ
キシド基、0≦x≦3、1≦y≦4、x+y=
4]で表わされる化合物等から適宜選択され、例
えばモノメトイトリメチルシラン、ジメトキシジ
メチルシラン、トリメトキシモノメチルシラン、
テトラメトキシシラン等が例示される。しかしな
がら、塩素等のハロゲンやイオウを含有する化合
物は、ゼオライトを触媒として用いたときに、ゼ
オライトに付着した塩素やイオウが触媒毒となつ
たり、ゼオライトの性質を変えてしまうため好ま
しくない。また、シラン化剤の分子径は、ゼオラ
イト細孔径よりも大きいことが必要で、ゼオライ
ト細孔径よりも小さい場合には、シラン化剤がゼ
オライト細孔内に侵入し、ゼオライト細孔内の性
質が変化してしまう。 本発明に用いられるゼオライトは特に制限はな
く、A型、モルデナイト型、X型、Y型等のゼオ
ライトが用いられるが、アルカリ金属イオン、ア
ルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンで酸
点を完全に置換したゼオライトは酸点を有しない
ためシリカを担持できず好ましくない。 [実施例] 以下、実施例および実験例に基づき本発明を具
体的に説明する。 実施例 1〜3 H型モルデナイト1gを内径4mmのステンレス
反応管に充填し、予め320℃に乾燥ヘリウムを流
して1時間前処理を行つた。次いで所定温度
(180℃、220℃、320℃)でモノメトキシトリメチ
ルシラン(分圧3mmHg)とヘリウムの混合ガス
をSV=9000h-1で流して化学蒸着を行なつた。ガ
スクロマトグラフイでモノメトキシトリメチルシ
ランの反応量の分析を行ない、反応量が0になつ
た時点で反応を中止した。次いで、残存有機物を
除去するために、500℃、3時間空気流通下で焼
成し、シリカを担持したゼオライトを得た。 シ
リカの担持量はXPSを用いて分析を行ない、担
持されたシリカの厚さとして表示した。シリカの
厚さは次式により求めた。 Si/Al=t(n+1)/(d−t)+n Si/Al:XPSで基めたSi、Alの原子比、 t:担持されたシリカの厚さ(Å)、 n:ゼオライトのSi/Al(原子比)、 d:electron escape depth(Å)、 担時したシリカの厚さを第1表に示す。 実施例 4〜9 シラン化剤として、ジメトキシジメチルシラン
およびトリメトキシモノメチルシランを用いた以
外は実施例1〜3と同様の方法で化学蒸着を行な
い、シリカを担持したゼオライトをそれぞれ調整
し、シリカの担持量を測定した。担持したシリカ
の厚さを第1表に示す。 実施例 10〜12 シラン化剤として、テトラメトキシシランを用
いた以外は実施例1〜3と同様の方法で化学蒸着
を行ない、シリカを担持したゼオライトをそれぞ
れ調製し、シリカの担持量を調製した。担持した
シリカの厚さを第1表に示す。
【表】
【表】 第1表に示されるように、化学蒸着反応温度が
同一であつてもシラ化剤を変えることでシリカの
担持量を変えることができ、シラン化剤の反応置
換基数が少ないほどシリカの担持量が少ない。実験例 実施例で得られたゼオライトに関し細孔制御さ
れているかどうかの確認を行なつた。試料は実施
例および比較例で得られた各々のゼオライトを用
い、分子径の異なる炭化水素の混合物を用いて分
解反応を行ない、各炭化水素の転化率を測定し
た。炭化水素としては3−メチルペンタン(分子
径5.5Å)とn−ヘキサン(分子径4.3Å)の等モ
ル混合物を用い、300℃でパルス反応を行なつた。
生成物の分析はガスクロマトグラフイで行ない、
細孔が制御されたか否かを判定するためには下式
で示すC.A.R.値を求めた。 C.A.R.値=3−メチルペンタンの転化率
/n−ヘキサンの転化率 実施例に示した触媒のC.A.R.値およびn−ヘ
キサキの反応率を第2表に示す。
【表】
【表】
【表】 第2表に示されるように、モノメトキシメチル
シラン、ジメトキシジメチルシランでは220℃の
化学蒸着反応条件でも3−メチルペンタンが反応
するのに対し、トリメトキシモノメチルシラン、
テトラメトキシシランではn−ヘキサンも反応し
ない。化学蒸着反応温度を180℃とした場合、n
−ヘキサンはすべてのケースで反応するが、3−
メチルペンタンの反応性はモノメトキシメチルシ
ラン、ジメトキシジメチルシラン、トリメトキシ
モノメチルシラン、テトラメトキシシランの順
で、これはシリカの担持量と逆の関係にある。す
なわち、反応性置換基であるメトキシの数の多い
シラン化剤ほど、同一温度ではより多くシリカが
担持され、細孔径より小さくしていることを意味
している。 [発明の効果] 以上説明のごとく、流通状態のシラン化剤を用
いて、化学蒸着法によりシリカをゼオライトに担
持させ、ゼオライト細孔入口径を制御するに際
し、反応性置換基数の異なるシラン化剤を用いて
シリカの担持量を調整する本発明のゼオライト細
孔入口径の精密制御法は、ゼオライト細孔入口径
のみを極めて精密に制御し、細孔内部の性質を変
えないことから、ゼオライトに所望の性能を付与
することができ、また流通状態のシラン化剤を用
いるので、工業的規模で実施可能で、メンテナン
ス等も容易である。特に、本発明の方法と化学蒸
着の反応温度を変える方法とを組合せることで担
持量を任意に変えることができる。従つて、本発
明によつて得られたゼオライトは選択性を有し、
吸着性、触媒等の用途に好適に用いられる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 流通状態のシラン化剤を用いて、化学蒸着法
    によりシリカをゼオライトに担持させ、ゼオライ
    ト細孔入口径を制御するに際し、反応性置換基数
    の異なるシラン化剤を用いてシリカの担持量を調
    整することを特徴とするゼオライト細孔入口径の
    精密制御法。 2 前記シラン化剤が、モノアルコキシシラン、
    ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テ
    トラアルコキシシランから選択される特許請求の
    範囲第1項記載のゼオライト細孔入口径の精密制
    御法。
JP18731985A 1985-08-28 1985-08-28 ゼオライト細孔入口径の精密制御法 Granted JPS6252125A (ja)

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JP18731985A JPS6252125A (ja) 1985-08-28 1985-08-28 ゼオライト細孔入口径の精密制御法

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US4849386A (en) * 1987-04-08 1989-07-18 Taiwan Styrene Monomer Corporation Novel silicon-modified catalyst Si/HZSM-5 preparation
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US8575055B2 (en) * 2010-03-30 2013-11-05 Uop Llc Surface-modified zeolites and methods for preparing the same

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