JPH0674138B2 - ゼオライト細孔入口径の精密制御法 - Google Patents

ゼオライト細孔入口径の精密制御法

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JPH0674138B2
JPH0674138B2 JP15786086A JP15786086A JPH0674138B2 JP H0674138 B2 JPH0674138 B2 JP H0674138B2 JP 15786086 A JP15786086 A JP 15786086A JP 15786086 A JP15786086 A JP 15786086A JP H0674138 B2 JPH0674138 B2 JP H0674138B2
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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はゼオライト細孔入口径の精密制御法に関し、詳
しくはシラン化剤を用い化学蒸着(CVD)法によって塩
基性ゼオライトにシリカ(SiO2)を担持させるに際し
て、CVD処理と水蒸気処理とを組合せることによりシリ
カの担持量を調整し、このことによりゼオライトの細孔
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。
[従来の技術] ゼオライトは多孔性のシリカアルミナの結晶であり、
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ッキング触媒
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やカルシウム等のアルカリ土類金
属、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。
このような、ゼオライトの特徴を有効に利用するため、
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
ている。
そこで、本発明者等は、先にゼオライト細孔入口径を細
密制御法に関する4件の発明(特願昭60−14991,特願昭
60−187317〜187319)について特許出願をした。これら
の発明は、CVD温度制御、アンモニアによる前処
理、Na,K,Ca,Ba等によるイオン交換処理、シラン化
剤の選択、によりゼオライト細孔入口径を精密に制御す
る方法である。これらの〜を単独あるいは組合せて
実施し、所定量のシリカを担持したゼオライトをある程
度多量にかつ均一に調製できる目的を得ている。
[発明が解決しようとする問題点] 一方、ゼオライトの中には酸点をアルカリ金属イオンま
たはアルカリ土類金属イオンで置換したいわゆる塩基性
ゼオライトがあり、その表面改質法としては、 液相でケイ素を含む化合物を沈着させる。
高温でケイ素化合物をCVDにより担持する。方法があ
る。
しかしながら、の方法は例えばシリカゾルまたはシリ
コンポリマーをゼオライト表面に沈着担持する方法であ
り、シリカの担持は可能であるが、単にゼオライト表面
にシリカの多孔質の被膜ができるだけである。従って、
細孔の入口径制御とは異質の技術であり、このの方法
ではゼオライト細孔入口径の精密制御は不可能であっ
た。また、の方法では、ゼオライト表面のシラン化剤
との反応性が極めて低いためにごく少量が担持できるだ
けで、細孔制御に必要な量を担持することはできなかっ
た。
本発明はかかる観点からなされ、上記の方法を改善し
たもので、ゼオライトにシリカを担持させる際に、その
ゼオライトが塩基性ゼオライトであっても所望量のシリ
カを担持でき、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って、検討の結果、シラン化
剤を用い化学蒸着法により塩基性ゼオライトにシリカを
蒸着させるに際して、1回目の化学蒸着処理において蒸
着の反応量が一定の飽和量で飽和した後、水蒸気処理を
行なうと、再度シラン化が可能となり、これを繰返すこ
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着した。
すなわち本発明は、シラン化剤を用いて化学蒸着法によ
りシリカを塩基性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、化学蒸着処理と水蒸気処理
とを組合せることによっ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塩
基性ゼオライトに蒸着させ、ゼオライト表面に所望量の
シリカを均一に担持させる。化学蒸着法は、熱、プラズ
マ、光などのエネルギーを加えて気相のガラス分子を分
解し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。
しかし、化学蒸着法によっても塩基性ゼオライトやシリ
カでは固体酸性がないために、表面の水酸基が消費され
てしまうとそれ以上のシラン化は起らない。従って、あ
る一定量以上の任意の量のシラン化剤を担持することが
できなかった。
そこで、1回のシラン化で表面の水酸基をすべてシラン
化した後、水を加え、表面に新たに水酸基を生成させ、
再度シラン化を可能としたことに本発明の特徴がある。
なお、表面に水酸基を生成させるためには、水蒸気処理
だけでなく酸素を含むガス中で焼成する方法も有効であ
る。ただし、この場合は発熱が大きく温度制御が困難で
ある。これはゼオライト表面の水酸基の量の制御が難し
いことも意味している。
本発明に用いられるゼオライトは、アルカリ金属イオ
ン、アルカリ土類金属イオンで置換した塩基性ゼオライ
トである。
本発明において用いられるシラン化剤は特に制限はな
い。具体的なシラン化剤としては、 Si(R1(R2[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、ただしX+Y=4]で表わされる化合物等からが適
宜選択される。しかしながら、塩素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ったり、ゼ
オライトの性質を換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。
[実施例] 以下、実施例および比較例に基づき本発明を具体的に説
明する。
実施例1 第1図は、CVD処理および水蒸気処理中のゼオライトの
重量変化を示すグラフである。
ここで、この実験において触媒(ゼオライト)はNaモル
デナイト(Naイオン交換ゼオライト)を用いた。まず、
石英バランスと試料容器を持つ500ccのガラス製反応管
にNaイオン交換ゼオライト1gを入れ、予め400℃で加熱
排出した。次いで、蒸気圧5Torrで、シラン化剤として
テトラメトキシシランを導入し、320℃にて重量変化が
なくなるまで吸着させた。次いで、系内を排気しゼオラ
イト表面に吸着している(CVD反応に関与しない部分)
シラン化剤およびCVD反応生成物を除去した。次に、系
内に20Torrの水蒸気を導入し、同じく320℃にて重量変
化がなくなるのを確認した後、系内を排気し、2回目の
CVDを行なった。このように水蒸気処理とCVD処理を繰返
すことにより、担持量を任意にコントロールすることが
できる。
以上のような処理の結果、ゼオライトの重量は第1図の
ように変化した。同図より、1回目のCVDにおいてテト
ラメトキシシランを導入すると、シラン化剤とゼオライ
トの反応により重量増加が起る。しかし、約10分で反応
は停止するため、それ以降の重量変化はない。次いで、
系内を排気したが(EV−1)、重量変化は起きなかっ
た。次に、水蒸気を導入すると若干の重量増加がみら
れ、この後、排気すると(EV−2)大幅な重量減少が認
められた。水蒸気の導入による重量増加は水を吸着した
ことによる。また、EV−2における重量減少は、シラン
化剤が加水分解して生成したメタノールおよび水の脱離
によるものである。
2回目のCVD(CVD−2)で再びシラン化剤を導入する
と、重量増加が起る。これは、水蒸気処理によってゼオ
ライト表面にSi−OH(シラノール)が生成され、そのた
めにCVD反応が起ることを示している。その後、再び排
気して(EV−3)、水蒸気処理なしで3回目のCVD(CVD
−3)を行なうと2回目のCVDと同じレベルまでしか重
量増加は起きない。すなわち、CVD反応は起きていな
い。EV−3において排気した後、担持量は1.25wt.%で
あり、2回目のCVD処理前の重量が0.76wt.%であるか
ら、2回目のCVDで0.49wt.%だけ新たにCVD反応が起き
たことになる。
以上により、ゼオライトのCVD処理による細孔入口径の
精密制御において、これまでCVD処理ができないと思わ
れていた塩基性ゼオライトをCVD処理することにより一
層まで担持が可能であり、さらに一層担持後水蒸気処理
をすれば2層目の担持が可能であることがわかる。従っ
て、CVD処理と水蒸気処理の回数により層数をコントロ
ールすることができ多層担持が可能となる。
なお、CVD処理を行なう方法はバッチであってもまた流
通法であっても可能である。どちらの方式でも反応量が
飽和し、飽和量が同じになるからである。
また、CVD温度および水蒸気処理の温度は、特に制限は
ないが、100〜400℃が各処理に要する時間が短いという
面から好ましい。
実施例2,3および比較例1 前記した実施例1の方法により得られたCVDゼオライト
の反応例を以下に示す。
すなわち、まず石英バランスと試料容器を持つ500ccの
ガラス製反応管にNaイオン交換ゼオライト1gを入れ、予
め400℃で加熱排気した。次いで、蒸気圧5Torrで、シラ
ン化剤としてテトラメトキシシランを導入し、320℃に
て重量変化がなくなるまで吸着させた。さらに、系内を
排気しゼオライト表面に吸着しているシラン化剤および
CVD反応生成物を除去した。次に、系内に20Torrの水蒸
気を導入し、同じく320℃にて重量変化がなくなるのを
確認した後、系内を排気し、2回目のCVDを行なった。
この2回目のCVD処理で得られたゼオライトを実施例2
のCVDゼオライトとする。
さらに、2回目のCVDの後、排気して水蒸気処理を行な
い、3回目のCVDを行なった。この3回目のCVD処理で得
られたゼオライトを実施例3のCVDゼオライトとする。
一方、比較例として、CVD処理を行なわないもの(比較
例1)を用いた。
これらのゼオライトを500℃にて空気中で焼成し、シリ
カ担持ゼオライトとし、次いで、Na型をH型とするため
に、常法により、まずNH4型とし、次いで焼成してH型
とした。このゼオライトが細孔制御されているがどうか
を調べるために、パルス反応を行なった。
第2図に、反応物としてイソオクタン(6.3Å)と3−
メチルヘプタン(5.3Å)を用い、320℃でクラッキング
反応を行なった例を示す。横軸は用いたゼオライトの
量、縦軸は転化率を示す。
CVDを行なわない比較例1では、イソオクタンと3−メ
チルヘプタンの反応性は同じレベルである。CVD後水蒸
気処理を行ない、2回目のCVDを行なった実施例2のゼ
オライトではイソオクタンの転化率が著しく低下し、さ
らに水蒸気処理と3回目のCVDを行なった実施例3のゼ
オライトではイソオクタンは反応しなかった。この結果
は、3回目のCVDにより細孔径が6.3Å以下になったこと
を示している。
比較例2 実施例1と同様にして、H型モルデナイトのCVD処理を
行なった。第3図に1回目のCVD処理後、系を排気し、
引き続き2回目のCVD処理を行なった例を示す。1回目
のCVDにおいても温度により担持量は大幅に変化する
が、2回目のCVDにおける担持量も温度で大幅に変化す
ることが分る。
塩基性ゼオライトのCVD処理においては、水蒸気処理を
しないと2回目のCVDが起きなかった点、さらに320℃よ
り温度を下げても反応が停止するまでの時間が長いだけ
担持量には差がなかった点等と比較し明らかな差があっ
た。これは、H型でメタノールがゼオライトの酸点で反
応して、ジメチルエーテル、炭化水素および水を生じ、
この水がシラン化剤の加水分解を起させ、Si−OHを生成
させ、新たなCVD反応が起ることによる。
なお、ここで得たCVDゼオライトを実施例2と同様にパ
ルス反応により細孔制御のされ方を調べたところ、100
℃以下でCVDしたものを除き、3−メチルヘプタンも全
く反応せず、SiO2の担持量が多すぎることが分った。
[発明の効果] 以上説明のごとく、ゼオライト細孔を制御するに際し、
化学蒸着処理と水蒸気処理とを組合せることによってシ
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
の精密制御法は以下のような効果を有する。
1)CVD反応は、表面の水酸基の消費により停止するの
で進みすぎることがない。従って、シリカ担持量の精密
制御が厳密な温度コントロールをしなくとも可能となっ
た。
2)従来技術では不可能であった塩基性ゼオライトへの
シリカの多層担持が初めて可能となった。
3)ゼオライトは、通常NaまたはK型として合成されて
いる。従って、安価なこれらのゼオライトを使用するこ
とができ、経済性に優れている。
4)CVD反応中に副反応が起きないために、未反応のシ
ラン化剤の回収が容易である。
5)運転管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の方法によりCVD処理と水蒸気処理を
行なったときのゼオライトの重量変化を示すグラフ、 第2図は、CVDゼオライトの反応性の変化を示すグラ
フ、 第3図は、H型ゼオライトでCVD温度を変えたときのシ
リカ担持量の変化を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シラン化剤を用いて化学蒸着法によりシリ
    カを塩基性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、化学蒸着処理と水蒸気処理とを組
    合せることによっ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。
JP15786086A 1986-07-07 1986-07-07 ゼオライト細孔入口径の精密制御法 Expired - Lifetime JPH0674138B2 (ja)

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