JPH06500986A - 亜鉛を含むゼオライトl - Google Patents

亜鉛を含むゼオライトl

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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】 亜鉛を含むゼオライトし 本発明は非交換性の(non−exchangeable)亜鉛を含むゼオライ トし、及びその製造法に関する。
ゼオライト(ケイ素及びアルミニウムの酸化物の四面体をベースとするモレキュ ラーシーブ)は種々の有機反応の触媒として公知である。例えば、それらはアル カンの芳香族化を触媒作用するのに使用し得る。
亜鉛、マグネシウム、コバルトまたはニッケルの如き金属イオンはゼオライトと イオン交換し得る。このようなゼオライトの例が米国特許第3729515号、 同第4172843号及び欧州特許出願第00711316号明細書に記載され ている。イオン交換によりゼオライトに入る金属はまたイオン交換によりゼオラ イトから除去し得る。
米国特許第4671617号明細書は、アルミニウムを実質的に含まない結晶性 ケイ素モレキュラーシーブ(これは亜鉛で変性されている)を記載している。亜 鉛はシリカシーブ中に非交換性の形態で存在する。このシリカ/亜鉛シーブは、 その後、シリカ/アルミナマトリックスの如き無機マトリックスと混合し得る。
ゼオライトKLの如きゼオライトしは芳香族化反応に於いて触媒として使用し得 る。その触媒特性は、総合の電気陰性度を低下することにより、ゼオライトの電 子供与性を増大することにより改良し得る。低下された電気陰性度は、ゼオライ トの化学組成を変化させることにより得ることができる。例えば、Si/Alの 比が低下されてもよい。カリウムがセシウムの如き更に大きなアルカリ金属によ り部分置換されてもよい。アルミニウムがその他の金属により部分置換されても よい。
本発明は、ゼオライトL中のAIの少なくとも一部がZnにより置換されたゼオ ライトを提供する。
本発明は、ケイ素、アルミニウム及び1−10重量%の非交換性の亜鉛を含むゼ オライトLを提供する。
本発明のゼオライトは、X線回折法及びサーモグラフ法による分析により、非交 換性の亜鉛を含むこのゼオライトがゼオライトLの構造を有することを示す。
ゼオライトし結晶は、例えば、円筒形の形状であり得る。“円筒形”という用語 は固体の形状寸法、即ち、一定の平面の曲線を切断するように一定の線に平行に 移動する線により生じた表面により境界され、かつその表面を切断する二つの平 行な平面(基底面)により境界された固体で特定されるような円筒の形状を記載 するために本明細書で使用される。
ゼオライト中の亜鉛の量は、所望の最終用途に応じて選択し得る。10重量%ま で、典型的には2〜7重量%が存在してもよい。Znの重量%が大きい程、AI の重量%は小さい傾向がある。何となれば、A1はゼオライト構造中でZnで置 換されるからである。
ゼオライト中のZn/Altモル比は一般に0.3〜3.5である。合成の容易 さに関して、好ましくは0.5〜2.0、更に好ましくは0.9〜1.5のモル 比を使用することが好ましいが、所望の最終用途がこれらの好ましい範囲外の比 が望ましいことを示唆する場合には、これを使用することができる。亜鉛の量が 少なすぎる場合には、ゼオライトに於ける電気陰性度の得られる低下が微々たる ものである傾向がある。多すぎる亜鉛が存在する場合、結晶生成速度が低く、し かもゼオライトし構造を存する結晶生成物を生成することが困難になる。合成混 合中の亜鉛の量が多すぎる場合には、得られるゼオライト結晶の基底面が非常に 粗くなる。これは例えば芳香族化触媒に於いて望ましくない。
亜鉛は2口0の形態でゼオライト中に存在すると考えられる。そのゼオライトは ゼオライトKLであってもよい。この場合、無水形態のゼオライトに典型的なモ ル比はKzOlo、 l−0,6ZnO10,4−0,9AI gos/4−6 SiOtである。カリウムの一部がナトリウムの如きその他のアルカリ金属で置 換されていてもよい。
にsO/(AIzOs + Zn0)のモル比は、亜鉛がゼオライト構造の一部 を形成するか否かを示すのに使用し得る。この比は、亜鉛がその構造の一部であ る場合にはl付近であるべきである。一般に、それは0.85〜1.15、典型 的には0.89〜1.00付近であることが実験上わかっている。
本発明のゼオライトは通常のゼオライトLの製造と同様の方法で製造し得る。
特に、ZnO源、AIzOsの源、5iftの源及び水を含む合成混合物が、典 型的には140〜200℃の温度で加熱される。その系は少量の予備生成された ゼオライト結晶で播種し得る。結晶が小さい程、播種は更に有効であり、そして 重量基準で、更に少ない播種物質が必要とされる。
ゼオライトがゼオライトKLである場合には、その合成混合物はまたKtOの源 を含み、そして種結晶はKL種結晶を含む。
ZnOの源は、アルカリ性溶液、例えば亜鉛酸塩溶液に可溶性であるあらゆるZ n源、例えば、硝酸亜鉛または酢酸亜鉛であってもよい。典型的には、AIzO sの源かアルミン酸塩溶液として用意される。ゼオライトKLを製造する場合、 その合成混合物は、カリウムイオン、アルミニウムイオン及び亜鉛イオンの水溶 液を生成することにより、例えば、水酸化カリウム、水酸化アルミニウム及び硝 酸亜鉛の溶液を生成することにより、ZnO、A1zOz及升、0の源をアルミ ン酸カリウム/亜鉛酸塩として層重することにより都合よく製造し得る。
5iOzの源は、例えば、シリカ、好ましくは市販されているようなコロイド形 態のシリカであってもよい。
合成混合物の成分は一緒に混合されてゲルを生成する。加熱前の合成混合物は一 般に2.5−4.8 KtO/XZnO/(1−x)AltOs/9−145i ft/150−220 HtO(式中、Xは0.1〜0.75、好ましくは0. 3〜0.6である)の組成を有する。
また、欧州特許出願第0219354号明細書に記載されているように、少量の 付加的な金属が合成混合物に添加されてもよい。これは所望のゼオライトの製造 を調節し、ゼオライトWの如きゼオライトの望ましくない形態を抑制するのに使 用でき、そうしないとこのゼオライトWは特別な合成混合物から得られることが ある。
付加的な金属は、マグネシウム、カルシウムもしくはバリウムの如きアルカリ土 類金属、またはマンガン、クロムもしくはニッケルの如き遷移金属であることが 好ましい。
付加的な金属Mのモル比は下記のとおりであってもよい。
(K、0 + M!/、 O)/5iOtが0,18〜0.36である。
HzO/(KtO+ My−0)が25〜90である。
KzO/(Mtz−0)が0.9〜0.999である。
式中、nは付加的な金属Mの原子価であり、そしてカリウムの一部がその他のア ルカリ金属により置換されてもよい。合成混合物中に使用されるMの量は0.1 〜Ip四程度に少量であってもよく、また0、1重量%程度に多くてもよい。M が存在する場合には、それは合成混合物の5ppm〜0.05重量%を構成する ことが好ましい。
合成混合物は典型的には静的条件下で、即ち攪拌しないで140〜200℃、好 ましくは150〜180℃で熟成される。
一般に、結晶化を生じる加熱工程は、亜鉛の量に応じて少なくとも40時間続く 。
加熱時間は、例えば、40〜200時間、好ましくは40〜100時間であって もよい。
一般に、更に大きなZn/Aftモル比を有する合成混合物は、所定の結晶化温 度で更に小さいZn/^1tモル比を含む相当する混合物と同水準の結晶化に達 するのに更に長い時間を要する。換言すれば、混合物中の亜鉛の量が多(なる程 、所定の温度でゼオライトを製造するのに長時間を要する。スポット試料を加熱 中に成る間隔で採取でき、そして例えばX線回折により謂べて到達した結晶化の 水準を確定することができる。このようなサンプリングは結晶化プロセスの結果 に著しく影響しないと考えられる。
加熱が一旦完結され、即ち、混合物が必要とされる結晶化の水準に達すると、生 成物は触媒反応に使用される前に洗浄され、乾燥し得る。
本発明のゼオライトは、相当するアルミノ−ゼオライトLのトルエン吸着能に匹 敵するトルエン吸着能を有することがわかった。ゼオライト結晶は0.3〜0. 6、例えば、0.4〜0.5の直径(単位、HIO)を有し、かつ0,07〜0 .5、例えば、0.1〜0.4の結晶長さく単位、μm)を有する。
本発明のゼオライトは、相当するアルミノ−ゼオライトKLと同様の方法で使用 し得る。例えば、それらは押出成形されて、下記の方法に使用し得る。
−軽質アルカンから相当するアルケンへの選択的脱水素化、−8−化合物の選択 的吸着、 一エチルベンゼンからスチレン/シクロヘキサナール−シクロヘキサンへの脱水 素化。
例えば、ベンゼンはシクロヘキセンに選択的に水素化し得る。この方法を行うた めの試みは、従来、例えば、担体上に1〜3%のルテニウムを含む触媒を使用し ていた。しかしながら、シクロヘキセン選択性を得るために、4Mまでのアルカ リイオン及び亜鉛イオンを含む水中で水素化を行うことが必要であった。この系 では、触媒安定性が不十分であり、しかも多量のアルカリイオン及び亜鉛イオン の使用は望ましくない。
ゼオライトし、特に本発明のゼオライトは、この方法でルテニウムの触媒担体と しての使用に適し、しかもアルカリイオンまたは亜鉛イオンの添加を必要としな いで、許容できる選択率及び収率を達成する。
また、同様のゼオライトが、ベンゼンからシクロヘキセンへの選択的水素化に使 用し得る。
0.50のZn/Alt比を有する合成混合物アルミン酸カリウム/亜鉛酸塩溶 液(反応体の重量、g数):KOHペレット(純度86.5%) 44.01A I(OH)! (jM98.6%) 7.92Zn(NOx)t6HtOC肋ヒ 98%> 7.44HtO73,60 その溶液を透明になるまで沸騰させ、50℃に冷却し、沸騰による水損失を修正 した。
ケイ酸塩溶液ニ ルドックス(Ludox)HS−40(デュポン社) 150.27KL種結晶  0.82 HzO115,59 種結晶を、超音波浴を使用して水の一部に分散させた。分散した種をルドックス に添加した。
二種の溶液を家庭用ミキサー中で5分間−緒に混合した。その合成混合物のモル 組成は、 3、40 KtOlo、 25 ZnO10,50Altos/105ift/ 161 HtO+0.20重量%のKL種(ゲル重量を基準とする) であった。
合成混合物329.25gを300 mlのステンレス鋼オートクレーブに移し 、攪拌しないで150℃で48時間にわたって自己発生圧力で熟成した。得られ た生成物を脱イオン水Q810.0まで洗浄し、150℃で16時間乾燥させた 。回収した生成物の重量は33.0gであった。これは1000%(150℃で 乾燥した生成物の重Iシ′ゲルの重量X100%)の生成物収率に相当する。
同じ条件下で結晶化した亜鉛を含まない同様の合成混合物は常に7.θ±062 %の生成物収率を与えた。Znを含む合成混合物に関する収率のかなりの増加は 、生成物が亜鉛を含むことを示唆した。
X線回折(XRD)は、生成物が優れた結晶性であり、かつ純粋であり、例えば 、ゼオライトLのピーク以外のピークが見られないことを示した。通常のアルミ ノゼオライトKLど亜鉛を含むアルミノKLの比較の回折図を図1(a)及び( b)に示す。ゼオライト構造による同じピークが両方の回折図に見られる。
トルエン吸着能はP/P、 =0.25及びT=30℃で1000重量%であっ た。比較のために、“通常の1ゼオライトLのトルエン吸着能は9.5〜l01 5である。生成物の走査電子顕微鏡(SEM)写真は、生成物が0.5〜1.0 ミクロンの直径及び約0.3の1/d比を有する盤状結晶からなることを示した 。
元素分析は、生成物かかなりの量、即ち4.1重量%のZnを含むことを示した 。
元素分析から計算した生成物のモル組成は、KtOlo、 34 ZnO10, 77A1tOs/4.9SiOtであった。この組成ではKgO/AbOs比が 1.30であり、一方、KtO/(AItO! + Zn0)比が0.90であ ることがわかる。Znが構造成分である場合、後者の比がその場合には1に近い ものであるべきである。それ故、これは、亜鉛が構造成分であるという別の指標 である。
この合成では、Zn/^l、比を0.50から1.00まで増加させた。3.3 9 KtOlo、 50 ZnO10,50Altos/105ift/163  HIOのモル組成を有する合成混合物を調製し、実施例1に記載したのと同様 の方法で結晶化させた。生成物収率は12.1重量%であった。
再度、℃のは、生成物が優れた結晶性であり、しかも純粋であることを示した。
トルエン吸着能は9.9%であった。SEMは、生成物が約0.4ミクロンの直 径及び約0.2のI/d比を有する盤状結晶からなることを示した。基底面はか なり平らであり、きれいであった。
元素分析は、生成物が6.0重量%のZnを含むことを示した。元素分析から計 算した生成物の組成は、KtQlo、 48 ZnO/(1,56A1tOx/ 4.55iftであ7た。再度、K、0/(Altos + Zn0)比は0. 96であり、■に近かった。
生成物が500℃で熱安定性であるか否かを調べた。生成物の試料を空気中で5 10℃に加熱し、この温度に16時間保った。か焼した生成物の耶結晶度及びト ルエン吸着は、合成した際の生成物と同一であった。これらの結果から、亜鉛の 存在はゼオライトの熱安定性を変化させないことが結論された。
実施例3 3.0のZn1Alt比を有する合成混合物3、39 KtOlo、 75 Z oolo、 25 AItos/105ift/164 HtOのモル組成を有 する合成混合物を実施例1に記載したようにして調製し、150℃で48時間結 晶化させた。オートクレーブから採取したスポット試料は、生成物が完全に無定 形であることを示した。
168時間加熱した後、痕跡量のゼオライトLが現れた。これは、合成混合物中 の亜鉛の量を更に増加すると、ゼオライトの生成を低下することを示した。
合成混合物のアルカリ度(K*0/5iOt比)を0.34から0.45に増加 した以外は、その合成を繰り返した。合成混合物の組成は、4.50 K*01 0.75 ZnO10,25AlyO*/10SiO□/165 HIOであっ た。150℃に於ける結晶化中に、スポット試料をオートクレーブから採取して ゼオライトの生成を追跡した。その観察を以下に示す。
150℃に於ける加熱時間 珊により観察されたゼオライトLの生成53 最も 強いLビークが現れた 135 生成が良好に進行中であった 200 結晶化度は135時間に対して著しく増加しなかった(+19%) 結晶化を200時間後に停止した。生成物を洗浄し、150℃で乾燥させた。生 成物収率は9.5%であった。再度、生成物収率は、亜鉛が存在しないこの種の 合成混合物を使用して得られた収率(約3.5重量%)よりもかなり高かった。
SFM顕微鏡写真は、生成物が約1.0〜1.5ミクロンの直径及び<O,OS のI/d比を有する極めて平らな盤状結晶からなることを示した。胴回折回を図 1(C)に示す。
亜鉛を含むKL種の結晶は、全て、盤状の形態、例えば、比較的大きい直径及び 0.05〜0.1ミクロンの長さを有する結晶を示した。ゼオライトの幾つかの 用途に関して、例えば、ゼオライトを芳香族化の触媒として使用する場合、更に 大きい長さの結晶を使用することが好ましい。それ故、更に好ましい形態、例え ば、直径のサイズ及び基底面の偏平度を維持しつつ、増大された長さを有するZ nを含むKL種を合成することを試みた。基底面の偏平度は、円筒形結晶の最大 の軸方向の長さく1)対最小の軸方向の長さくh)の比により測定し得る。完全 に平らな基底面を有する円筒では、l=hかつI/h=1である。基底面のドー ミング(doming)または基底面上の成長は、■より大きいhをもたらし、 こうして1/hはlよりも小さい。更に好ましい形態を有する結晶の合成を以下 に記載する。
アルカリ度(KzO/5iO−比)を0.34から0.30に低下した合成混合 物を調製した。
これは生成速度を低下し、これは合成温度を上昇することにより相殺し得る。
ゲル中の7.n1Alt比はl、0であった。
混合物の組成は、 3、00 KyOlo、 50 ZnO10,48AItos/105ift/ 160 HzOであった。
この混合物を二つの300m1のステンレス鋼オートクレーブに分けて、夫々1 50℃及び175℃で結晶化させた。両方の混合物を66時間結晶化させた。生 成物収率は150℃の合成に関して13.0%であり、175℃の合成に関して 13.1%であった。
両方の生成物は優れた結晶性であり、しかも純粋であった。SEM顕微鏡写真は 、結晶の長さが150℃の生成物に関して約0.1 ミクロンから約0.2ミク ロンまで増加され、175℃の生成物に関して0.4ミクロンまで増加されたこ とを示した。結晶の長さに関する低下されたアルカリ度及び上昇された結晶化温 度の効果を示す比較のSEM顕微鏡写真(倍率20.000倍)を図2に示す。
合成混合物、結晶化温度及び図2中の顕微鏡写真のおよその結晶サイズは、以下 のとおりである。
図 Zn/Alz比 KtO/S+Ot比 T(℃) 結晶 結晶直径(μm) 長さくμm) 2a 1.0 0.34 150 0.4 0.12b 1.0 0.30 1 50 0.5 0.22c 1.0 0.30 175 0.5 0.4これら の図は、アルカリ度の低下または結晶化温度の上昇が結晶長さを増大することを 示す。
実施例1のZnを含むゼオライトの使用を、以下の実施例で説明する。
実施例5 ベンゼンからシクロヘキセンへの選択的水素化実施例1のZnKL2. sgに 初期湿潤法によりRu(NHs)6C1sを添加して触媒上に3重量%のルテニ ウムを得た。その前駆体を150℃で一夜乾燥させた。3%のRu−ZnKLl 、Ogを、ベンゼン100m1及び水100 ml (または1mのKOH10 0ml)を含む攪拌したオートクレーブに装填した。周囲温度で、オートクレー ブを窒素及び水素で3回フラッジした。大気圧で、オートクレーブを175℃ま で加熱した。
その温度で、全圧を高圧水素の添加により50バールに保った。選ばれた間隔で 、試料を採取し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。
結果を下記の表I及び表IIに示す。これらのデータは図3及び図4にグラフで 表される。
表■、水の存在下に於けるベンゼンの選択的水素化時間(単位二時間) ベンゼ ン シクロヘキサン シクロヘキセン0.5 92.5 1.3 6.2 1 88.8 2.3 8.9 2 74.5 12.7 12.8 3 62.4 25.6 12.2 4 45.7 44.2 10.1 表II・アルカリ媒体の存在下に於けるベンゼンの選択的水素化里ε議しツ牝ニ ジぢ二4正タブとヱμ公セ20.5 96.5 0.6 2.9 従来の触媒(担体上の1〜3%のRu、 41i!までのKOH及び亜鉛イオン を含む水、ベンゼン、175℃、50バールの水素圧)を使用して、その触媒1 よ7時間の反応時間の後に5〜10%のベンゼン転化率でシクロヘキセンへの8 0%までの選択率を示した。
触媒として実施例1のZnKLlの3%のRuを使用すると、著しく良好な結果 を得た。
一部のみの存在下で25%のベンゼン転化率で12.8%までのシクロヘキセン (50%のシクロヘキセンへの選択率) −InのKOHの存在下で25%のベンゼン転化率で16.4%までのシクロヘ キセン(65%のシクロヘキセンへの選択率) 高活性及びシクロヘキセンへの高選択率がZnKLゼオライト担持ルテニウムで 得ることができ、この場合、亜鉛はゼオライト構造の一部である。水相中でアル カリの不在下では、シクロヘキセンへの初期選択率は高LN(±75%)。その 反応を続けた場合、シクロヘキセンへの選択率は、〉50%のベンゼン転イヒ率 で20%に低下した。水相中でアルカリの存在下では、シクロヘキセンへの初期 選択率(ま更(こ高い(〉80%)。その反応を延長した場合でさえも、選択率 !ま高0ままであった(〉65%)。しかしながら、アルカリの存在下では、触 媒の活性1ま、アルカ1ノを含まない反応と比較して50%低下した。
□−陶PCT/EP 91101547フロントページの続き (51) Int、 C1,5識別記号 庁内整理番号CO7C5/11 92 80−4H 5/41 9280−4H 13/20 9280−4H //C07B61100 300 I

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.ケイ素、アルミニウム及び1〜10重量%の非交換性の亜鉛を含むことを特 徴とするゼオライトL。
  2. 2.2〜7重量%の亜鉛を含む請求の範囲第1項に記載のゼオライト。
  3. 3.ゼオライトKLである請求の範囲第1項または第2項に記載のゼオライト。
  4. 4.モル組成 K2O/0.1−0.6 ZnO/0.4−0.9 Al2O2/4−6 Si O2を有する請求の範囲第3項に記載のゼオライト。
  5. 5.K2O/(Al2O3+ZnO)比が0.85〜1.15である請求の範囲 第3項または第4項に記載のゼオライト。
  6. 6.ZnO の源、Al2O3 の源、SiO2の源及び水を含む合成混合物を 140〜200℃の温度で加熱することを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項 のいずれか一項に記載のゼオライトの製造法。
  7. 7.合成混合物がL種結晶を含む請求の範囲第6項に記載の方法。
  8. 8.合成混合物がK2Oの源を含み、そして、種結晶が存在する場合には、KL 種結晶を含むゼオライトKLを製造するための請求の範囲第6項に記載の方法。
  9. 9.混合物を少なくとも40時間加熱する請求の範囲第6項〜第8項のいずれか 一項に記載の方法。
  10. 10.混合物を40〜200時間加熱する請求の範囲第7項に記載の方法。
  11. 11.触媒として請求の範囲第1項〜第5項のいずれか一項に記載のゼオライト を使用することを特徴とするアルカンの芳香族化法。
  12. 12.触媒として請求の範囲第1項〜第5項のいずれか一項に記載のゼオライト を使用することを特徴とする不飽和化合物の選択的水素化法。
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