JPH06219728A - ホージャサイト構造族に属するゼオライトの合成方法 - Google Patents
ホージャサイト構造族に属するゼオライトの合成方法Info
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Abstract
るための簡単で経済的な方法を提供する。 【構成】 水と、4価ケイ素源と、3価アルミニウム源
と、無機又は有機強塩基形態の水酸化物イオン源と、1
0〜24個/環の原子を有する炭素性大員環から構成さ
れ且つ所定ヘテロ原子を含む構造化剤とを含有するpH
>10の反応混合物を調製する段階と、構造化剤を閉じ
込めるホージャサイトから構成されるホージャサイト前
駆物質を結晶化させるために十分な時間、特定条件下に
得られたゲルを維持する段階と、前駆物質をカ焼し、構
造化剤を分解すると共にホージャサイトを生成する段階
とからなる方法で、構造化剤として使用される炭素性大
員環を粗合成ナトリウム錯体として反応媒体中に導入す
ることを特徴とする。
Description
属するゼオライトの合成方法に係る。
イトは結晶質テクトケイ酸塩である。その構造は酸素原
子を共有することにより三次元骨組構造を形成するTO
4四面体の集合体である。最も一般的なアルミノケイ酸
塩型のゼオライトにおいてTは4価ケイ素及び3価アル
ミニウムを表す。上記三次元骨組構造は、TO4四面体
中の3価アルミニウムの存在に関連する電荷欠損を補償
するカチオンを受容すると共に分子くらいの寸法を有す
るキャビティ及びチャネルを有しており、前記カチオン
は一般に交換可能である。
状態で実験式(M2/nO・Y2O3・xZO2)により表す
ことができる。この式中、Z及びYはそれぞれTO4四
面体の4価及び3価元素を表し、Mはアルカリ金属又は
アルカリ土類金属のような原子価nの電気陽性元素を表
し、交換可能な補償カチオンを構成し、xは2から理論
的に無限(その場合ゼオライトはシリカである)までの
数である。
する。ゼオライトの型によって微孔の寸法及び形状が異
なるため、吸収性が異なる。所定の寸法及び形状を有す
る分子のみが特定のゼオライトの細孔に侵入することが
できる。その顕著な特徴により、ゼオライトは例えば選
択的吸着による炭化水素の分離のような気体又は液体混
合物の精製又は分離に非常に適している。
る元素の種類及び交換可能な補償カチオンの種類も、吸
着選択性、特にこれらの生成物の触媒特性に関与する重
要な因子である。生成物は炭化水素のクラッキング、改
質及び一般に変性、並びに多数の分子の合成における触
媒又は触媒支持体として使用される。
らはアルミノケイ酸塩であり、その易用性及び特性は工
業用途の要件に必ずしも対応しない。このため、新規特
性を有する生成物が研究され、主にアルミノケイ酸塩型
の多様なゼオライトが合成された。この型の多くの例の
うちでは、ゼオライトA(US−A−2,882,24
3)、ゼオライトX(US−A−2,882,24
4)、ゼオライトY(US−A−3,130,00
7)、ゼオライトL(FR−A−1,224,15
4)、ゼオライトT(FR−A−1,223,77
5)、ゼオライトZSM5(US−A−3,702,8
86)、ゼオライトZSM12(US−A−3,83
2,449)及びゼオライトZSM4(EP−A−0,
015,132)を挙げることができる。
方体−八面体と呼称される単位の集合として表され得る
三次元骨組構造により特徴付けられる。これらの単位の
各々は元素Si及びAlを含み且つ上記原理に従って酸
素により架橋結合される24個の四面体から構成され
る。立方体−八面体において、四面体は6個の四面体を
含む8個の環と4個の四面体を含む6個の環とを形成す
るように相互に結合されている。各立方体−八面体は四
面体配位において6個の四面体を含む4個の環を通って
4個の隣接する立方体−八面体に結合されている。
すためには、立方体−八面体が六面体の平面網目構造の
頂点に配置されている構造面を考察すると適切である。
従って、各立方体−八面体は構造面内で3個の隣接する
立方体−八面体に結合されている。
いているので、隣接する平行な構造面の間で立方体−八
面体を結合することができる。
て、立方体対称構造に対応する3つの異なる構造面AB
CABC...のシーケンス、六面体対称構造に対応す
る2つの異なる構造面ABAB...のシーケンス、規
則的又は不規則的であり得るより複雑なシーケンスを得
ることができる。
リタイプであり、直径約0.8nmの相互に結合された
チャネルを有する。従って、ホージャサイトは立方体対
称構造に対応する3つの異なる構造面ABCの積層に対
応する構造を有する天然ゼオライトである。アルミノケ
イ酸ナトリウムゲルから合成することにより、ホージャ
サイトと同一構造の化合物を得ることができ、該化合物
は、ケイ素原子とアルミニウム原子とのSi/Al比が
1〜1.5である場合にはゼオライトXと呼称され、前
記Si/Al比が1.5よりも大きい場合にはゼオライ
トYと呼称される。
的な合成方法は、金属カチオンを含み、テトラエチルア
ンモニウムのようなカチオンであり得る構造化剤(st
ructuring agent)も場合により含有す
る特定組成のアルミノケイ酸塩ゲルの水熱結晶化により
実施される。
3よりも大きいSi/Al比を有するホージャサイトや
実質的に純粋な六面体ホージャサイトを得ることができ
ない。実際に、この方法により得られるホージャサイト
は立方体構造を有するか、又は立方体及び六面体形状の
混合形態で存在する。
許第2,638,444号は、Si/Al比が3よりも
大きいホージャサイトを直接合成により得ることが可能
な方法を記載している。
素、窒素又は硫黄から選択されるヘテロ原子を含有する
炭素性大員環を使用する方法により得られる。
方体ホージャサイトもしくは六面体ホージャサイト又は
2つの構造の混合物を得るように合成することができ
る。
大員環を構造化剤として使用することにより立方体ホー
ジャサイトが得られ、18〜24個/環の原子を含む構
造化剤を使用することにより六面体ポリタイプを合成す
ることができる。
る。この精製には多数の蒸留及びクロマトグラフィー分
離段階が必要である。
l比の高いホージャサイトを製造するための簡単で経済
的な方法をここに知見した。
大きく、場合によっては3を越え得るようなホージャサ
イトの合成方法は、ホージャサイト構造族の化合物に結
晶化させることが可能な割合で、水と、4価ケイ素源
と、3価アルミニウム源と、無機又は有機強塩基形態の
水酸化物イオン源と、10〜24個/環の原子を有する
少なくとも1個の炭素性大員環から構成され且つ酸素、
窒素、硫黄又はケイ素から選択されるヘテロ原子を含む
構造化剤とを含有するpH>10の反応混合物を調製す
る段階と、構造化剤を閉じ込めるホージャサイトから構
成されるホージャサイト前駆物質を結晶化させるために
十分な時間、150℃以下の温度及び内発性(自発性)
圧力下に得られたゲルを維持する段階と、前駆物質をカ
焼し、構造化剤を分解すると共にホージャサイトを生成
する段階とからなる方法において、構造化剤として使用
される炭素性大員環を粗合成ナトリウム錯体として反応
媒体中に導入することを特徴とする。
剤(St)の量は、St/AlIIIモル比が0.1〜
4、好ましくは0.1〜1となるように選択される。
ると、立方体ホージャサイトが得られる。Na2O/A
l2O3モル比がSiO2/Al2O3比に応じて1.4〜
3.5に調整されるという条件下で少なくとも18個の
原子を含む大員環を使用すると、六面体ホージャサイト
が得られる。SiO2/Al2O3=7ならばNa2O/A
l2O3は1.4〜2.4であり、SiO2/Al2O3=
10ならばNa2O/Al 2O3は1.8〜2.8であ
り、SiO2/Al2O3=15ならばNa2O/Al2O3
は2.2〜3.5である。
リウム錯体を合成することができる。
エーテルである。クラウンエーテルを合成するには一般
に、一般反応式:
ハロゲン化物からなる群から選択され、nは4〜8であ
り、mは0〜4である)に従ってグリコールエーテルを
使用する。X=OHならば、環化には塩化トシルのよう
な試薬の存在が必要である。
みることもできる。
キサシクロオクタデカン(クラウンエーテル「18−ク
ラウン−6」)を合成するためには、一般にトリエチレ
ングリコールの誘導体を使用する。
ロリド及び水酸化ナトリウムの存在下でトリエチレング
リコールを環化することからなる。クラウンエーテル
「18−クラウン−6」はナトリウム錯体のトシレート
形態で得られる。
ヘキサエチレングリコール1分子を使用することも可能
である。
グリコール及びトリエチレングリコールジトシレートを
環化することにより同一生成物を得ることができる。当
然のことながら、ジオールとジトシレートとの他の組み
合わせ、特にジエチレングリコールとテトラエチレング
リコールジトシレートも使用することができる。
ハロゲン化物、特に塩化物を使用することもできる。
化ナトリウムの存在下でトリエチレングリコール及び対
応する2塩化物から得られる。
「18−クラウン−6」の粗合成ナトリウム錯体は油の
形態で存在する。この油をホージャサイトの水熱合成に
直接使用してもよい。しかしながら、未反応出発原料と
反応副生物を分離することが好ましい。
応混合物の調製に使用可能な4価ケイ素SiIV源として
は、ヒドロゲル、エーロゲル又はコロイド状懸濁液の形
態の微粉固体シリカ、水溶性ケイ酸塩(例えばケイ酸ナ
トリウムのようなアルカリ金属ケイ酸塩)、加水分解性
ケイ酸エステル(例えば式Si(OR)4(式中、Rは
C1−C4アルキル、例えばメチル及びエチルを表す)の
テトラアルキルオルトケイ酸塩)が挙げられる。ケイ素
源は水溶性ケイ酸塩の場合には真水溶液として使用さ
れ、微粉シリカの場合にはコロイド状であり得る水性懸
濁液として使用される。
ム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、弗化アルミ
ニウム又は酢酸アルミニウム)、酸化アルミニウム、水
酸化アルミニウム、アルミン酸塩(特に例えばアルミン
酸ナトリウムのようなアルカリ金属アルミン酸塩)、及
びアルミニウムエステル(例えば式Al(OR)3(式
中、RはC1−C4アルキル、例えばメチル、エチル又は
プロピルを表す)のアルミニウムトリアルコキシド)が
AlIII3価アルミニウム源として適切である。
表のIA族のアルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金
属Ca、Sr及びBaの水酸化物)及び有機強塩基(特
に第4級水酸化アンモニウム)から選択され、好ましく
は無機塩基、特に水酸化ナトリウムNaOHである。
用される反応混合物は更に、Mn+/AlIIIモル比が
0.4以下、好ましくは0.3以下となるような合計量
で、原子価nの少なくとも1種の金属M(但し水酸化物
が強塩基である金属は除く)のカチオンMn+を含み得
る。前記カチオンMn+は硫酸塩、硝酸塩、塩化物もしく
は酢酸塩のような塩の形態又は酸化物形態で前記反応混
合物に導入される。このようなカチオンの例としては、
特にCo++、Cd++、Mg++及びAg+を挙げることが
できる。
用される反応混合物を形成するためには、粗合成ナトリ
ウム錯体の形態の構造化剤を水中に導入する。沈殿が形
成されるか又は有機相が分離する場合には、この沈殿又
は有機相を水相から分離することができる。
基性水溶液、3価アルミニウム源の水溶液、及び4価ケ
イ素源の水溶液又はコロイド状もしくは非コロイド状懸
濁液を室温で任意の順序で構造化剤の水溶液に加える。
当然のことながら、添加すべき強塩基を計算する際に
は、構造化剤の水溶液中に含まれる遊離塩基含有量を考
慮することが必要である。
晶の種子をこの混合物に導入することが可能である。
日間、好ましくは6時間〜6日間熟成させる。一般に、
約24時間熟成させれば十分である。
以下、好ましくは90〜120℃の温度及びゲルを形成
する反応混合物の内発性圧力に少なくとも対応する圧力
で反応混合物を加熱することにより実施される。結晶化
に必要な加熱時間はゲル及び結晶化温度に依存する。加
熱時間は一般には2時間〜15日間である。
の細孔及びキャビティに閉じ込めるゼオライト前駆物質
の結晶である。反応混合物から濾別後、pH<9の洗浄
水が得られるまで結晶を蒸留水で洗浄する。次に洗浄し
た結晶を50〜100℃、好ましくは約70℃でオーブ
ン乾燥する。
分な時間、300℃よりも高い温度、好ましくは400
〜700℃でカ焼することにより前駆物質の結晶から得
られる。
は1よりも大きく、場合によっては3を越えるSi/A
l比を有する。これらのゼオライトはホージャサイト型
であり、立方体又は六面体対称構造を有する。
トは、0.8nm未満の寸法を有する分子の選択的吸着
剤として適しており、また、種々のカチオンとの交換反
応後には有機化合物、特に炭化水素化合物の触媒変換反
応で使用可能な触媒又は触媒成分として適している。
明する。
Ts錯体の合成 a)トリエチレングリコール(TEG)ジトシレートの
合成 水酸化ナトリウム80g(2モル)を水400mlに溶
解させてなる溶液及びトリエチレングリコール105.
12g(0.70モル)をTHF400mlに溶解させ
てなる溶液を、馬蹄形ガラス撹拌棒4リットル容丸底フ
ラスコに入れて撹拌し、水/氷混合物で冷却した。
(1.3モル)をTHF400mlに溶解してなる溶液
を滴下漏斗で(2時間かけて)滴下した。
で水+氷混合物1リットルを注ぎ、ジトシレートを沈殿
させ、濾別及び乾燥した。粗生成物の収率は83%であ
った。NMRスペクトルは完全に予想通りであった。
900mlに懸濁してなる懸濁液にTEG15.017
g(0.1モル)を溶解させた。
ル−45.8g)を加えた。混合物を2時間撹拌しなが
ら還流し、冷却し、濾過した後、溶剤を蒸発させた。
Cl錯体の合成 撹拌棒、還流冷却器及び滴下漏斗を備える3リットル容
丸底フラスコにトリエチレングリコール112.5g
(0.75モル)及びTHF600mlを入れた。撹拌
を開始し、水酸化ナトリウム水溶液70ml(66.4
g−1.65モル)を加えた。
8−ジクロロオクタン(140.3g−0.75モル)
(=トリエチレングリコールジクロリド)をTHF10
0mlに溶解してなる溶液を一度に加えた。混合物を還
流下に加熱し、18時間激しく撹拌した。溶液を冷却
し、THFを減圧下に蒸発させた。形成された濃スラリ
ーをジクロロメタン(500ml)で希釈し、濾過し
(こうして18−クラウン−6−NaCl錯体の外に形
成された塩化ナトリウムを除去し)、次いで溶剤を蒸発
させた。
丸底フラスコ中で、粉末状に粉砕した水酸化ナトリウム
35.5g(0.887モル)をTHF1リットルに懸
濁した。
g(0.222モル)をTHF1リットル中でp−トル
エンスルホニルクロリド42.36g(0.222モ
ル)と混合した。この混合物を滴下漏斗に入れ、5時間
還流下に懸濁液に加えた。得られた褐色がかった混合物
を冷却し、形成された白色沈殿(TsONa+NaC
l)を濾過した後、溶剤を(回転エバポレーターで)蒸
発させた。
部、次いで水酸化ナトリウムの溶解後に実施例3の生成
物2.52部を適切な容量の容器に撹拌下に導入するこ
とにより、まず最初にアルミノケイ酸塩ゲルを調製し
た。
含有するアルミン酸ナトリウム1部を容器の内容物に加
え、反応混合物を穏やかに加熱し、アルミン酸塩を完全
に溶解させた。室温に戻した後、SiO240%及び水
60%を含有するシリカのコロイド状懸濁液8.2部を
容器に導入した。
2・1Al2O3・2.4Na2O・1St・140H2O
の組成を有するアルミノケイ酸塩ゲルを得た。予め合成
した六面体ホージャサイトの結晶を粉砕して構成される
種子0.045部を熟成前にこのゲルに加えた。
間熟成させた。
れ、オートクレーブ中で144時間110℃に維持し、
結晶質生成物を形成した。形成された結晶を反応媒体か
ら濾別した後、洗浄水の塩基性度が低下する(pH<
9)まで蒸留水で洗い、最後に約60℃でオーブン乾燥
した。結晶は約3μmの六面体小板状であった。乾燥し
た結晶を次に600℃で4時間カ焼し、構造化剤として
使用したクラウンエーテルの分子を除去し、ゼオライト
を得た。
Tに類似していた。
た。沈殿を濾別した後、水酸化ナトリウム1.34g、
アルミン酸塩2.7g及びLudox22.5gを濾液
に加え、10SiO2・1Al2O3・2.2Na2O・1
St・140H2Oのモル組成を有するゲルを得た。
ゲルを110℃に6日間維持し、結晶質生成物を形成し
た。形成された結晶を反応媒体から濾別した後、洗浄水
が低塩基性になるまで蒸留水で洗い、最終的に約60℃
で乾燥した。
一であった。
塩基性pHを有する溶液を濃塩酸でpH=7まで中和し
た。次いで水酸化ナトリウム0.84部、(56%Al
2O3及び37%Na2Oを含有する)アルミン酸ナトリ
ウム1部、並びに40%SiO2及び60%水を含有す
るコロイド状シリカ懸濁液8.24部を加えた。
は、10SiO2・1Al2O3・2.9Na2O・1St
・140H2Oのモル組成を有していた。
温で24時間熟成させ、65時間の間に115℃に昇温
させた後、結晶を濾別し、洗浄及び乾燥した。
ージャサイトに類似していた。
Claims (10)
- 【請求項1】 Si/Al比が1よりも大きく、場合に
よっては3を越え得るようなホージャサイトの合成方法
であって、ホージャサイト構造族の化合物に結晶化させ
ることが可能な割合で、水と、4価ケイ素源と、3価ア
ルミニウム源と、無機又は有機強塩基形態の水酸化物イ
オン源と、10〜24個/環の原子を有する少なくとも
1個の炭素性大員環から構成され且つ酸素、窒素、硫黄
又はケイ素から選択されるヘテロ原子を含む構造化剤と
を含有するpH>10の反応混合物を調製する段階と、
構造化剤を閉じ込めるホージャサイトから構成されるホ
ージャサイト前駆物質を結晶化させるために十分な時
間、150℃以下の温度及び内発性圧力下に得られたゲ
ルを維持する段階と、前駆物質をカ焼し、構造化剤を分
解すると共にホージャサイトを生成する段階とからなる
方法において、構造化剤として使用される炭素性大員環
を粗合成ナトリウム錯体として反応媒体中に導入するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 St/AlIIIモル比が0.1〜4、好
ましくは0.1〜1となるように、混合物中に存在する
構造化剤(St)の量を選択することを特徴とする請求
項1に記載の方法。 - 【請求項3】 構造化剤が10〜17個の原子を含む大
員環であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方
法。 - 【請求項4】 構造化剤が少なくとも18個の原子を含
む大員環であり、Na2O/Al2O3モル比が1.4〜
3.5であり、SiO2/Al2O3比に応じて調整され
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 - 【請求項5】 ナトリウム錯体がクラウンエーテルであ
ることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記
載の方法。 - 【請求項6】 10〜24個の原子を含むクラウンエー
テルが、環化反応: 【化1】 (式中、XはOH、トシレート又はハロゲン化物からな
る群から選択され、nは4〜8であり、mは0〜4であ
る)により得られることを特徴とする請求項5に記載の
方法。 - 【請求項7】 クラウンエーテルがエチレンオキシドの
環化により得られることを特徴とする請求項5に記載の
方法。 - 【請求項8】 クラウンエーテルが1,4,7,10,
13,16−ヘキサオキサシクロオクタデカン(18−
クラウン−6)であることを特徴とする請求項5に記載
の方法。 - 【請求項9】 18−クラウン−6が、水酸化ナトリウ
ム及びp−トルエンスルホニルクロリドの存在下でトリ
エチレングリコールを環化することにより得られること
を特徴とする請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 18−クラウン−6が、水酸化ナトリ
ウムの存在下でトリエチレングリコール及びトリエチレ
ングリコールジトシレートを環化することにより得られ
ることを特徴とする請求項8に記載の方法。
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