JPH10316417A - チタン含有ベータゼオライトの製造方法 - Google Patents

チタン含有ベータゼオライトの製造方法

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JPH10316417A
JPH10316417A JP11999197A JP11999197A JPH10316417A JP H10316417 A JPH10316417 A JP H10316417A JP 11999197 A JP11999197 A JP 11999197A JP 11999197 A JP11999197 A JP 11999197A JP H10316417 A JPH10316417 A JP H10316417A
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titanium
beta zeolite
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atomic ratio
catalyst
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Takashi Tatsumi
敬 辰巳
Nizamidein
ニザミディン
Seika Ka
清華 夏
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種反応用触媒として性能の良いチタン含有
ベータゼオライトを、安価で工業的に入手可能な型剤を
用いて、収率良く製造する方法を提供する。 【解決手段】 シリカ、チタンおよび型剤を含有するゲ
ルを、水蒸気雰囲気下で熱処理するチタン含有ベータゼ
オライトの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン含有ベータ
ゼオライトの製造方法に関する。チタン含有ベータゼオ
ライトは、例えば酸化反応やエステル交換反応の触媒と
して有効であり、化学工業の分野で有用な物質である。
【0002】
【従来の技術】従来TS−1,TS−2と呼ばれるチタ
ン含有ゼオライトが知られている。しかし、これらのゼ
オライトはそれぞれMFI(ZSM−5構造)、MFL
(ZSM−11構造)といわれる構造をとるため細孔径
が約5.5オングストロームと小さい。このため各種反
応の触媒として用いる場合、比較的小さな分子を原料と
する場合はよいが、より大きな分子は細孔内部を拡散し
にくいため反応しにくい問題がある。このため比較的大
きな分子の拡散を容易にするため大きな細孔を持つゼオ
ライトの中にチタンを導入する研究が広く試みられてい
る。
【0003】近年結晶の骨格にチタンを含んだ大きい細
孔を持つTi−ベータゼオライト、Ti−MCM−4
1、TAPSO−5などの合成が報告されている。これ
らのゼオライトは、シクロヘキセンなどTS−1の細孔
中には拡散しにくい反応分子を原料とする反応の触媒と
して有効であることも報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】チタン含有ベータゼオ
ライトを各種反応の触媒として用いる場合、ゼオライト
骨格にアルミニウムやホウ素が多くなると酸性と親水性
が増加し、酸化活性が低下したり、適用する反応によっ
ては望ましくない副反応が起こりやすくなる等の問題が
ある。これらの問題点を解決するため、アルミニウム、
ホウ素、ナトリウム、カリウムなどを含まないチタン含
有ベータゼオライトを合成する試みがなされている。
【0005】例えば、テトラエチルアンモニウムヒドロ
キシドを型剤に用いて水熱合成法で合成した例がApplie
d Catalysis A:General 133 (1995) L185 等に開示され
ている。しかしながら得られたベータゼオライトのSi
2 /Al2 3 比は最高で200程度であり、且つ、
水熱合成でのゼオライトの収率も30%以下と満足でき
るものではない。
【0006】また、水熱合成法において、型剤として
4,4’−トリメチレンビス(N−ベンジルN−メチ
ル)ピペリジウムヒドロキシドを用いてチタン−ベータ
ゼオライトを合成することを開示した例が特開平8−3
37415号公報に報告されているが、この特殊な型剤
は合成することが困難で工業的な利用には大きな問題が
残されている。
【0007】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、各種反応用触媒として性能の
良いチタン含有ベータゼオライトを、安価で工業的に入
手可能な型剤を用いて、収率良く製造する方法を提供す
ることを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、安価で工
業的に入手可能な型剤を用いて、各種反応用触媒として
性能の良いチタン含有ベータゼオライトを製造する方法
について鋭意検討の結果、シリカ、チタンおよび型剤を
含有するゲルを水蒸気雰囲気下で熱処理すること(気相
輸送法と呼ばれる)により、前記のごときチタン含有ベ
ータゼオライトを製造できることを見出し、本発明を完
成した。
【0009】すなわち、本発明は、シリカ、チタンおよ
び型剤を含有するゲルを、水蒸気雰囲気下で熱処理する
チタン含有ベータゼオライトの製造方法に関する。前記
製造方法で得られるチタン含有ベータゼオライトは、ア
ルミニウム等の元素の含有量が少ないものであり、例え
ばアルミニウムの含有量については、アルミニウムに対
するケイ素の原子比が300以上である。
【0010】前記製造方法において、型剤がテトラアル
キルアンモニウムヒドロキシドであること、熱処理温度
の最高温度が150℃以上であること、チタン源がチタ
ン過酸化物であること、ゲルがシリカ、チタンおよび型
剤を含有するゾルを加熱して得られたゲルであることが
好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明に用いるチタンの原料とし
ては、各種チタン源が使用できるが、オルトチタン酸エ
ステル、特にオルトチタン酸ブチルが取扱上好ましい。
また、チタン源は過酸化物として用いるのが好ましく、
過酸化物は前述のオルトチタン酸エステルを過酸化水素
などの過酸化物で処理することによって得ることができ
る。
【0012】本発明に用いるシリカの原料としては各種
ケイ素原料が使用可能であるが、アルカリの含有量が多
すぎることは好ましくないので、オルトケイ酸エステ
ル、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、アエロジル
シリカ(登録商標)などが好適に用いられる。本発明に
用いられる型剤としては、テトラアルキルアンモニウム
ヒドロキシドが好ましい。テトラアルキルアンモニウム
ヒドロキシドのアルキル基としては、各種のアルキル基
の4級アミンが使用可能であるが、工業的な入手の容易
さからエチル基、プロピル基などのアミンが好適に用い
られる。
【0013】水蒸気雰囲気下での熱処理温度はある程度
高い必要があり、二段階に分けて加熱を行うことが好ま
しい。熱処理温度の最高温度、すなわち二段目の最高温
度としては、好ましくは130℃以上、より好ましくは
150℃以上、さらに好ましくは160℃以上である。
一段目の加熱時間は2時間以上が好ましい。また二段目
の加熱時間は1時間以上が好ましい。
【0014】仕込み乾燥ゲル中のケイ素/チタン原子比
は10以上が好ましく、さらに好ましくは20以上であ
る。また同じく仕込み乾燥ゲル中のケイ素/アルミニウ
ム原子比は100以上が好ましく、さらに好ましくは2
00以上である。ゲルの調製方法としては、水に溶解さ
せたチタン原料溶液に過酸化物を加えてチタン過酸化物
溶液を得る。そこへ、型剤および必要に応じてアルミニ
ウム、アルカリ原料を加え、さらにシリカを加えて均一
なゾルを得る。これを加熱乾燥してゲルを得る。
【0015】得られたチタン含有ベータゼオライト中の
ケイ素/チタン原子比は10以上が好ましく、さらに好
ましくは20以上である。また同じく得られたチタン含
有ベータゼオライト中のケイ素/アルミニウム原子比は
100以上が好ましく、より好ましくは200以上、さ
らに好ましくは300以上である。同じく得られたチタ
ン含有ベータゼオライト中のケイ素/ナトリウム原子比
は20以上が好ましく、さらに好ましくは50以上であ
る。水熱合成後のチタン含有ベータゼオライトは硫酸な
どで洗浄することにより、含有するアルカリ金属イオン
を取り除くことができる。アルカリの量がチタンより多
い場合この処理によって酸化活性が増大する。
【0016】得られたチタン含有ベータゼオライトは、
過酸化水素などの過酸化物を酸化剤とする酸化反応に有
効な触媒となる。またエステル交換反応などにも好適に
使用できる。
【0017】
【実施例】以下に実施例によりさらに詳細に本発明を説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例1 オルトチタン酸ブチル0.58gを純水1.0gと31
重量%過酸化水素水2.0gに加えて室温で2時間攪拌
して、チタン過酸化物水溶液を得た。無水アルミン酸ナ
トリウム(NaAlO2 )0.0124gと水酸化ナト
リウム0.015gを40重量%テトラエチルアンモニ
ウムヒドロキシド(TEOH)水溶液8.0gで溶かし
て、室温で1時間攪拌した後、黄色のチタン過酸化物水
溶液に加えて1.5時間攪拌した。この混合溶液にアエ
ロジルシリカ3.0gを入れて、1.5時間攪拌した。
均一なゾルになった後、温度を80℃まで上げて、攪拌
しながら乾燥させた。
【0018】このとき得られた乾燥ゲルの組成はSiO
2 :TiO2 :Al2 3 :Na2O:TEOH=30
4:10:0.46:1.55:132.5であった。
この乾燥ゲルを砕いて粉末とした。この粉末ゲルをテフ
ロンビーカーの中に入れ、下に水を張ったオートクレー
ブ中、130℃で96時間、続いて175℃で18時間
合成を行った。
【0019】得られた粉末を空気流通下520℃で10
時間焼成して触媒Aとした。得られた触媒AのSi/T
i、Si/Al、Si/Na原子比はそれぞれ31.
3、351.9、94.4であった。1gの触媒Aを1
mol/Lの濃度の硫酸100ml中に懸濁させ、室温
で12時間攪拌しナトリウムを取り除いた。ろ過、乾燥
後、空気流通下520℃で10時間焼成して触媒Bとし
た。
【0020】得られた触媒BのSi/Ti、Si/A
l、Si/Na原子比はそれぞれ36.6、652.
6、532.8であった。触媒A,Bについて、図1に
粉末X線回折スペクトル、図2にFT−IRスペクト
ル、図3にUVスペクトルを示す。あわせて触媒Aの焼
成前の各スペクトルも参考のために示す。
【0021】図1から触媒A,Bとも結晶構造はベータ
型ゼオライト(BEA)であることがわかる。図2から
触媒A,Bともに960cm-1付近に特徴的なピークが
みられ、この吸収はシロキサン配位子で安定化された孤
立したチタニルに起因するピークであると考えられ、結
晶骨格内にチタンが取り込まれていることを示す。
【0022】図3のUVスペクトルでは触媒A,Bとも
220nmに大きな吸収が見られる。これは骨格内の四
面体配位のチタンに起因する。285nmには小さなシ
ョルダーピークが見られ、これは骨格外の八面体配位の
チタンによるピークである。これからも大部分のチタン
は骨格内に取り込まれていることがわかる。 実施例2 使用するオルトチタン酸ブチルの量を0.29gに、水
酸化ナトリウムの量を0.03gにした以外は実施例1
と同様の操作を行って触媒Cを得た。
【0023】得られた触媒CのSi/Ti、Si/A
l、Si/Na原子比はそれぞれ61.0、369.
0、53.9であった。実施例1と同様の硫酸洗浄処理
を行ってナトリウムを取り除き触媒Dとした。得られた
触媒DのSi/Ti、Si/Al、Si/Na原子比は
それぞれ71.1、525.6、439.1であった。 参考例 触媒A,B,C,Dおよび無定形のチタニアシリカ(S
i/Ti原子比30.1:触媒Eとする)、MFI構造
のチタノシリケートTS−1(Si/Ti原子比79:
触媒Fとする)を用いて過酸化水素を酸化剤とするシク
ロヘキセンの酸化反応を行った。
【0024】三ツ口フラスコに窒素雰囲気下でメタノー
ル溶媒10ml、触媒0.1g、16.5mmolのシ
クロヘキセン、5mmolの過酸化水素(31wt%水
溶液で使用)を加え、マグネチックスターラーを用いて
攪拌しながら温度を60℃まで昇温し、3時間反応させ
た。反応終了後反応液を冷却して、触媒をろ過分離し、
内部標準法によりGC−FID法を用いて定量した。そ
のシクロヘキセン酸化反応結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】表1から明らかなように、本発明の製造方
法で得られた触媒A〜Dのチタン含有ベータゼオライト
は、従来の触媒EおよびFと比較して、著しく反応活性
が高いことがわかる。無定形のチタニアシリカ(触媒
E)は親水性が強すぎるため過酸化水素が酸化剤として
機能していないと考えられ、またTS−1(触媒F)は
細孔径が小さすぎてシクロヘキセンが十分拡散できてい
ないと推測される。
【0027】触媒Aではアルカリの量がチタンより多い
ため、硫酸で洗浄してアルカリ金属イオンを取り除いた
触媒Bの酸化活性は触媒Aよりも優れる。
【0028】
【発明の効果】このように本発明を用いれば、各種反応
の触媒としての性能の高いチタン含有ベータゼオライト
を、安価で工業的に入手可能な型剤を用いて、収率良く
製造することができ、工業的利用が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた触媒A,Bの粉末X線回折
スペクトルである。
【図2】実施例1で得られた触媒A,BのFT−IRス
ペクトルである。
【図3】実施例1で得られた触媒A,BのUVスペクト
ルである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカ、チタンおよび型剤を含有するゲ
    ルを、水蒸気雰囲気下で熱処理するチタン含有ベータゼ
    オライトの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ベータゼオライト中のアルミニウム
    に対するケイ素原子比が300以上である請求項1記載
    のチタン含有ベータゼオライトの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記型剤が、テトラアルキルアンモニウ
    ムヒドロキシドである請求項1または2記載のチタン含
    有ベータゼオライトの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記熱処理温度の最高温度が、150℃
    以上である請求項1〜3のいずれかに記載のチタン含有
    ベータゼオライトの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記チタン源が、チタン過酸化物である
    請求項1〜4のいずれかに記載のチタン含有ベータゼオ
    ライトの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ゲルが、シリカ、チタンおよび型剤
    を含有するゾルを加熱して得られたゲルである請求項1
    〜5のいずれかに記載のチタン含有ベータゼオライトの
    製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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