JPH0825741B2 - ジエタノールアミンの使用したゼオライト・ベータの合成方法 - Google Patents
ジエタノールアミンの使用したゼオライト・ベータの合成方法Info
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- JPH0825741B2 JPH0825741B2 JP4331321A JP33132192A JPH0825741B2 JP H0825741 B2 JPH0825741 B2 JP H0825741B2 JP 4331321 A JP4331321 A JP 4331321A JP 33132192 A JP33132192 A JP 33132192A JP H0825741 B2 JPH0825741 B2 JP H0825741B2
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Description
agent)がハロゲン化テトラエチルアンモニウム好まし
くは臭素化物の形態で反応組成物にテトラエチルアンモ
ニウム・イオンを導入し、本質的にアルカリ性の高い反
応組成物がNaOHとジエタノールアミンの組み合わせ
で提供されるゼオライト・ベータの水熱合成方法に関す
るものである。
初米国特許No.3,308,069で開示された。ゼオライト・ベ
ータは、合成されたままの状態では、酸化物モル比が以
下の化学的組成を有している。
20 ここでXは1.0未満の値であり、yは10より大きいが200
未満の値であり、そしてaはゼオライトの水和の程度に
応じて最大4までの値である。この式で、TEAはテト
ラエチルアンモニウム陽イオンを示している。ゼオライ
トはアルカリおよびNa2O,Al2O3およびSiO2の
反応源としての水酸化テトラエチルアンモニウム(TE
AOH)を含む水溶性反応組成物から、75℃から200℃
の昇温下で結晶させることにより形成されると言われて
いる。酸化物のモル比で表現したこの反応組成物の組成
は、以下の範囲である。
・ベータの特徴の平面間d-スペーシングは表1に示す
通りである。
れたゼオライト・データの合成では、採用された有機指
示剤はジベンジル-1,4-ジアザビシクロ〔2,2,
2〕塩化オクタンから誘導されたものであった。この合
成には、Rが有機陽イオン、Mがアルカリ金属陽イオン
を示すものとして、以下のものを含んでいる反応組成物
の製造方法が含まれている。
ribution)だけを用いて計算される。ゼオライト・ベー
タの結晶化はそれぞれ99℃および100℃の温度で、119日
および169日間露出して製造する2つの特殊な方法で行
うことができる。ゼオライトPおよびモルデナイト・タ
イプの結晶性不純物がゼオライト・ベータと共に生成物
中に見出される。米国特許No.4,642,226で、指示剤とし
てのジベンジルジメチルアンモニウム・イオンを用いて
のゼオライト・ベータの合成が報告されている。この有
機陽イオンは反応組成物自体に加えられる塩化ジベンジ
ルジメチルアンモニウムから誘導されるか、塩化ベンジ
ルとジメチルベンジルアミンとを組成物中で反応させて
つくりだされる。この反応組成物の組成はアルカリ誘導
OH〜基の存在およびSiO2/Al2O3モル比に関して
重要な意味を持っていると述べられている。後者は250
以上にはできず、前者は、OH〜/SiO2比により決め
られるので、主要な結晶性生成物としての別の非特定け
い酸塩の形成を防ぐため、0.1以下とすることはできな
い。この反応組成物の広義の組成範囲は以下の通りとし
て開示されている。
を示し、M+はそれだけを基準としてOH〜イオン濃度
が計算されるところのアルカリ金属イオンを示してい
る。ゼオライト・ベータの結晶を作り出すためには、そ
の反応組成物を24時間から120日間80℃から175℃の範囲
の温度下に保つことが必要であるといわれている。100
℃の温度で、温侵、例えば結晶化期間が115日間の場
合、55%のゼオライト・ベータを含む生成物がつくられ
ることが認められた。
考えられているものが米国特許No.4,923,690に報告され
ている。開示されている方法との関連で、利用可能な結
晶化指示剤としてハロゲン化テトラエチルアンモニウム
と水酸化テトラエチルアンモニウムの組成物が開示され
ている。その水酸化物あるいはハロゲン化物のいずれか
を単独でも、ゼオライト・ベータがそのほとんど全部
か、あるいはその小部分を構成していると考えられる30
%から90%結晶度を持つゼオライト・ベータを含む生成
物を製造する際に使用するに適していることが報告され
ている。
が、テンプレーティング剤がより高価な水酸化テトラエ
チルアンモニウムではなく対応するハロゲン化テトラエ
チルアンモニウムから誘導されるテトラエチルアンモニ
ウム・イオンである反応組成物から、比較的短い結晶化
期間で、高い収率でつくりだすことができることが見出
された。この反応組成物は、アルカリ金属水酸化物およ
び通常のアルミニウムおよびけい素供給源に加えて、外
部結晶性けい酸塩による汚染物質形成も引き起こすこと
なくゼオライト・ベータを形成するのに必要なアルカリ
性をつくりだすのに十分な量のジエタノールアミンを含
んでいる。
イト・ベータは以下のモル比を有している反応組成物を
形成することにより合成される。
ましくは臭素化物、R′はジエタノールアミン、そして
Mはアルカリ金属陽イオン、好ましくはナトリウムを示
す。この組成物は100℃から175℃、好ましくは100℃か
ら150℃の温度下で48時間から14日間、ゼオライト・ベ
ータの結晶が形成されるまで保持される。その後、その
固体生成物は、例えば、ろ過あるいは遠心分離などの方
法で分離され、水洗される。要すれば、そして好ましい
実施例によれば、結晶化期間を短縮し、ゼオライト・ベ
ータの収率を高めるために、この反応組成物にゼオライ
ト・ベータが核として加えられる。
行する際、その反応組成物は、アルミニウム、けい素、
そしてアルカリ金属の反応供給源を提供するために、ハ
ロゲン化テトラエチルアンモニウムとジエタノールアミ
ンおよびゼオライト合成の分野でよく知られている無機
試薬の組み合わせを用いて製造することができる。こう
した無機試薬としては、アルミン酸塩、けい酸塩、シリ
カ・ヒドロゾル、反応性アモルファス固体シリカ、シリ
カ・ゲル、けい酸、およびアルカリ金属水酸化物などが
ある。こうした試薬の2又はそれ以上の組み合わせは、
ゼオライト・ベータ生成物のどの基本的な無機成分も必
要量だけ供給することができる。例えば、水酸化ナトリ
ウムおよびアルミン酸ナトリウムが組み合わさると必要
量のアルカリ金属を提供することができる。
晶化指示剤がテトラエチルアンモニウム・イオンでなけ
ればならず、このイオンがハロゲン化テトラエチルアン
モニウム好ましくは塩化物か臭化物、そして最も好まし
くは臭化物によって提供されることは本発明による方法
の重要な点である。この試薬は反応組成物にテトラエチ
ルアンモニウムを付与する点において、その水酸化物、
例えばTEAOHと同様に有効であり、しかもずっと安
価な試薬である。一方、TEAハロゲン化物は多少中性
的な塩であるから、反応組成物の必要なアルカリ性は何
か他の供給源から提供されなければならない。しかしな
がら、モルデナイトなどの他のゼオライト種ではなくゼ
オライト・ベータの結晶化が必要な場合、反応組成物を
生成する反応において存在し得るアルカリ金属水酸化物
の量には一定の限界がある。したがって、ゼオライト・
ベータをつくるための高いコストを避けるためにアルカ
リ金属水酸化物の最大比率とTEAOHの最小比率の組
み合わせを用いることが提案されている。しかしなが
ら、こうした組成物は望ましくない量のモルデナイトを
ゼオライト・ベータ生成物中につくってしまう傾向があ
る。この具体的な問題はTEABrおよびTEAOHの
組成物をNaOHとの組み合わせで用いることにより回
避することができるが、合成のコストがより高くなって
しまう。ジエタノールアミンが、NaOHなどのアルカ
リ金属水酸化物との組み合わせで用いられた場合に、必
要なアルカリ性を提供するのに貢献することが見出され
た。ジエタノールアミンはテトラエチルアンモニウム化
合物よりずっと安価で、アルカリ金属水酸化物と組み合
わせて用いられた場合、無関係な相、特にモルデナイト
の形成の方向への結晶化を指示しない。ジエタノールア
ミンは本来は他の結晶性分子ふるい種の形成における有
効なテンプレーティング剤として知られており、事実、
ヨーロッパ特許No.0,130,013に報告されているようなモ
ルデナイトの結晶構造を有するゼオライト性ガロシリケ
ートおよびアルミノシリケートの両方において用いられ
るテンプレーティング剤であるから、これは非常に驚く
べき発見である。また、りん含有アルミノシリケート
類、例えば、いわゆるSAPO分子ふるいにおいて、有
機基質として単独で用いられた場合、ジエタノールアミ
ンはSAPO−5種、トポロジー的にゼオライト・ベー
タと関連していない独特の結晶構造を有する微孔性分子
ふるいの形成を確実に指示する。特定の理論に拘束され
るつもりはないが、このジエタノールアミンはAlO2
〜テトラヒドラに対する電荷均衡陽イオンとして生成さ
れるゼオライト・ベータ結晶中には発生せず、本方法に
おけるゼオライト・ベータの形成に関するテンプレーテ
ィング・メカニズムには関与しないと思われる。もしそ
れが合成時のゼオライト・ベータ生成物の孔システム内
に存在しているのであれば、それが合成後の水洗で取り
除かれることは明らかである。
試薬が組み合わされる順序は重要なファクターではな
い。アルミナ源としてはアルミナ三水和物を、アルカリ
金属源としてはNaOHを、そしてけい素源としては、
水性シリカ・ゾルはまったく満足するべきものである
が、反応性アモルファス固体シリカを用いるのが好まし
い。反応組成物の形成においては、水性NaOH溶液に
アルミナ三水和物を溶解し、水溶液の形態での有機試薬
をシリカ源に加え、そして、アルミン酸ナトリウムをシ
リカ含有組成物を加えるのが好ましい。ゼオライト・ベ
ータの種子結晶を用いる場合は、それらは最終的成分と
してその反応組成物に付与される。用いられる種子結晶
の量はそれ程重要な要素ではなく、種子結晶自体を除い
た反応組成物全体の0.05〜5重量%の範囲の量で効果的
に用いることができる。種子結晶物は(無水ベースで)
その反応組成物のSiO2成分の最大15重量%、より具
体的には2〜10重量%存在していることが好ましい。種
子結晶の供給源として用いられるゼオライト・ベータは
本手順によっても、あるいは従来知られているどの手順
によっても製造することができる。種子結晶は合成され
たままのゼオライト・ベータでもよいし、有機物を含ま
ないか焼された形態でも差し支えないが、その合
オン以外である場合、後者の方が好ましい合成の結晶段
階は適切な撹拌あるいは振動手段を備えた密封された反
応器で有効に実行できる。結晶化期間の最終段階で、生
成物結晶は通常の手段により回収され、水で洗い、空気
中で乾燥される。
ライト・ベータがSiO2成分の(無水ベースで)10重
量%程度の量で加えることによりゼオライト・ベータが
結晶化された。
2O3:25 SiO2:300 H2Oこの反応組成物は38.99グラムの
アルミナ三水和物を沸点の温度にある50%NaOH水溶
液60グラムに溶かしてアルミン酸ナトリウムを形成する
ことにより製造し、得られる組成物を100℃以下に冷却
し、約50グラムの水で希釈した。第二の水溶液は315.24
グラムのTEABrを297.78グラムの水に溶かし、それ
に185.54グラムの85%ジエタノールアミン水溶液が加
え、そしてこの結合有機試薬溶液を、激しくかき混ぜな
がら、重量ベースで30%のSiO2を含んでいる市販さ
れている水性シリカ・ゾル(Ludox)に加え、その後、
室温で、アルミン酸ナトリウム溶液をシリカ-有機物組
成体に加えた。組成物を均一になるまで撹拌し、それか
らゼオライト・ベータ種子結晶を加えて、5分間激しく
組成して、全体として均一な状態にした。最終的な組成
物を撹拌手段を備えた2リットル反応器に密封して、15
0℃に加熱した。150℃で68時間経過した後、室温に冷却
され、50mlのサンプルが取り出され、固体生成物(以下
生成物1A)が回収された。この反応器は再び密封さ
れ、さらに72時間、175℃に加熱された。この175℃の結
晶から回収されたこの固体組成物は後に生成物1Bとし
て確認された。生成物1Aと1Bの両方とも、水洗さ
れ、100℃で空気中で乾燥された。
粉回析パターンが得られた。より重要なd-スペーシン
グに関するデータを以下に示す。これらのデータは標準
的な技術で求められた。放射線は銅のK−アルファ・ダ
ブレットで、シンチレーション・カウンターおよびスト
リップ・チャート・ペン・レコーダーを備えた回析装置
が用いられた。分光計チャートから、ピーク高Iおよび
テータがブラッグ角である二重テータの関数としての位
置が読み取られた。これらの値から、I0を最も強い線
あるいはピークの強度としての相対強度100I/I0と、
d(obs)、記録された線に対応するオングストローム単
位での平面間距離が計算された。以下の表では相対強度
はW=弱、M=中、S=強、そしてVS=非常に強の符
号で示されている。
600℃の温度下で空気中で1時間か焼され、−183℃およ
び100torr(13.3Kpa)O2−圧力の条件下で酸素、そし
て、室温(23℃)で400torr(53.3Kpa)SF6−圧力の条
件下でSF6に対する吸着能力を調べるための分析が行
われた。表面積も1ポイントB−E−T法を用いて窒素
吸着により求められた。結果は下に示す通りである。
いない状態での)化学組成に関して分析された。炭素お
よび窒素に関する二重分析が行われた。結果は以下の通
りである。
− 74.4重量% C − 11.41および11.44重
量% N − 1.60および1.61重量
% Na2O − <0.27重量% LOI (灼熱減量)(1000℃) − 20.7重量% (TEA)2O(Cにより) − 16.44重量% (TEA)2O(Nにより) − 15.84重量%
し得ると仮定すれば、この化学組成は(無水ベースで)
以下の通りである。
1のC/N比を有しており、そしてジエタノールアミン
が4:1のC/N比を有していることを考えると、ジエ
タノールアミンはゼオライト・カチオンとしては存在し
ておらず、すべての吸蔵ジエタノールアミンは水洗で取
り除かれた可能性が非常に高い。
粒子サイズはセディグラフにより、それぞれ1.49マイク
ロメーターおよび1.35マイクロメーターと判断された。
これらの粒子を形成している結晶は、例えば、0.1マイ
クロメーター以下と非常に小さい。
を用いて、2倍にスケール・アップした反応混合物が、
ゼオライト・ベータ種子結晶が組み込まれるところまで
製造された。結晶化期間に対する種子結晶の影響を実証
するために、実施例1の場合と同じゼオライト・ベータ
種子が反応混合物全体の2.054重量%(無水ゼオライト
を基準として計算して)だけ、その反応混合物の半分に
加えられた。この種子結晶の20%LOIを想定すると、
この種子は反応混合物のSiO2の10重量%を示した。
反応混合物の種子結晶を加えた部分と加えない部分の両
方が2リットル反応器に密封された。種子結晶を加えた
ゲルが150℃の温度下で66時間蒸解され、一方、種子結
晶を加えていないゲルは150℃の温度下で72時間蒸解さ
れ、この消化期間全体を通じて、両方のゲルとも撹拌さ
れた。X−線分析で、種子結晶を加えた方のゲルの固体
生成物は良好に結晶化されたゼオライト・ベータである
ことが認められた。種子結晶を加えていない方の場合、
少量のゼオライト・ベータだけが形成されただけであ
る。結晶化期間を2倍にすれば、より高い結晶度のゼオ
ライト・ベータが得られるであろう。ゼオライト・ベー
タ結晶形成の速度は結晶化温度を上昇させることによっ
てもかなり増大させることができる。
ら得られたベータの組成は(無水ベースで)以下の通り
であることが分かった。
いて求められた。重量%で、その組成は以下の通りであ
った。
れた。酸素吸着能力は27.64重量%(−183℃,100torr
(13.3Kpa))であった。22.3℃および400torr(55.3Kp
a)でのSF6吸着能力は29.97重量%であった。
て、反応組成物を製造した。
めに、それを266.59グラムの水に溶かし、ジエタノール
アミンと結合させ、シリカ・ゾルに加えた。かくして得
られた反応組成物を密封した2リットル反応機内で撹拌
しながら150℃の温度下で72時間温めた。X−線分積に
より、この生成物か良好に結晶したゼオライト・ベータ
であることが確かめられた。
の量の試薬を用いて、反応生物を製造した。
しながら、150℃の温度下で72時間温められた。X−線
分析により、この生成物がMFIタイプのよく結晶した
ゼオライトであり、ZSM−5であると認められた。
ルアンモニウム及びジエタノールアミンをテンプレーテ
ィング剤として用い、比較的短時間の結晶化で高収率に
ゼオライト・ベータを製造する工業的に有用な方法であ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 モル比が以下の組成の反応組成物を生成
し、該組成物をゼオライト・ベータの結晶が形成される
まで100℃から175℃の範囲の温度で保持することを特徴
とするゼオライト・ベータを合成する方法: 【化1】 SiO2/Al2O3 = 10 〜200 M2O/SiO2 = 0.01〜 0.1 (M2O+R)/SiO2 = 0.2 〜 1.0 H2O/(M2O+R) = 20 〜 60 R/(R+R′) = 0.2 〜 0.8 ここで、Rはハロゲン化テトラエチルアンモニウムを表
わし、R′はジエタノールアミンを表わし、そしてMは
アルカリ金属陽イオンを表わす。 - 【請求項2】 反応組成物の組成が以下である、請求項
1の方法: 【化2】 SiO2/Al2O3 = 20 〜40 M2O/SiO2 = 0.04〜 0.08 (M2O+R)/SiO2 = 0.3 〜 0.6 H2O/(M2O+R) = 30 〜50 R/(R+R′) = 0.4 〜 0.6 - 【請求項3】 Mがナトリウム陽イオンを示し、Rが臭
化テトラエチルアンモニウムを示す請求項1または2の
方法。 - 【請求項4】 反応組成物がゼオライト・ベータの追加
結晶の形成を促進するのに有効な量のゼオライト・ベー
タの種結晶を含んでいる請求項1,2または3の方法。 - 【請求項5】 反応組成物のSiO2の重量を基準とし
て、無水ベースで2〜10重量パーセントの量のゼオライ
ト・ベータの種結晶を含んでいる請求項1から4までの
いずれかによる方法。
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