JPS589813A - 金属交換された結晶性 - Google Patents

金属交換された結晶性

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JPS589813A
JPS589813A JP57108639A JP10863982A JPS589813A JP S589813 A JPS589813 A JP S589813A JP 57108639 A JP57108639 A JP 57108639A JP 10863982 A JP10863982 A JP 10863982A JP S589813 A JPS589813 A JP S589813A
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zeolite
zsm
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aqueous solution
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ルイズ・デ−ン・ロ−ルマン
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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】 本発明は金属で交換された高けい質多孔性結晶性物質、
特に遷移金属で交換されたゼオライト触媒の製法に関す
る0天然および合成ゼオライト両方には広く種々の陽イ
オン含有結晶性アルミノシリケイトがある。これらのア
ルミノシリケイトは5i04とAlO4の硬質立体骨組
みとして記載でき、その中の4面体はアルミニウムとけ
い素の合計原子のr11累原子に対する比が1:2であ
る酸素原子の配分電子によって交差統合している。アル
ミニウムを含む4面体の電気原子価は陽イオン、例えば
アルカリ金属又はアルカリ土金属陽イオンが結晶中に内
包されて均衡している。これはアルミニウムの糧々の陽
イオン、例えばCa/2、Sr/2、Na1に、又はL
i  の数に対する比が1に等しいということができる
。陽イオンのある型のものは普通の方法によりイオン交
換法を用いて他の型の陽イオンと全部又は一部いづれも
交換できる。この陽イオン交換によれば与、tられたア
ルミノシリケイトの性質を陽イオンを適当に選択するこ
とにより変更可能となっている。4面体間の空間は脱水
前線水分子によって占められている0ゼオライト中のS
IO,/A1jO,比はしばしば変るO例えばゼオライ
)Xは8 i 0H/ A 1 @ O@比2乃至3で
合成できるしまたゼオライ)Yは3乃至約6で合成でき
るo’hるゼオライトの5iOt/AhOsの上限は無
制限である028M−5Fiこの例の1つでそのS i
 Ox / A 1 s Os比は少なくも5乃至無限
である。米国特許第4941.871号、今や再発行特
許第29.948号は処方に別途加えたのでないアルミ
ナを含む反応混合物からつくられZSM−5型ゼオライ
トのX線回折パターンを示す結晶性けい酸塩を発表して
いる0米国特許第4,061,724号、4.q7へ8
65号および4,104,294号はアルミナと金属含
量を変えた結晶性けい酸塩又はオルガノシリケイトを発
表している。
シリカ対アルミナの高モル比をもつゼオライト製造の多
数方法が開発されている。例えば米国特許第4,112
,056号は高シリカ対アルミナ比をもつゼオライト製
法を発表しているt、、tた米国特許第へ957.79
1号は陽イオン型クロムのCLQIN以上の酸性水溶液
中PHA5以下に訃いてアルミナ除去に十分な時間ゼオ
ライIf加熱するゼオライトからのアルミナ除去法を発
表している。
高シリカ対アルミナ比なもつゼオライトはメタノールの
様な炭化水素化合物および酸素飽和物を転化する種々め
方法に価値ある触媒である。この方法には例えば芳香族
のオレフイ/によるアルキル化、通常ガス状のオレフィ
ンとパラフィンの芳香族化、通常液状の低分子量パラフ
ィンとオレフイ/の芳香族化、芳香族、パラフィンおよ
びオレフィンの異性化、芳香族のジスプロボネーション
、芳香族のトランスアルキル化、オレフィンのオリゴマ
ー化および分解や水添分解がある。上記接触反応は処理
される有機原料の高品位化となるのですべて有用なもの
である。
ある場合高シリカ対アルミナ比管もつゼオライトに水添
成分/脱水素成分を加えるとよい。普通の方法社ゼオラ
イトと交換性金属塩浴液を時には高温で長時間接触させ
てゼオライト構造中の金属とイオン交換させるのでめる
0水素添加/脱水素成分の使用量はあまり精密管要せず
全触媒を基準として約α01乃至約50重量−の範囲で
よい0種々の水添成分はゼオライトおよび(又はンマト
リックスのいづれかと塩基交換、含浸、共沈殿、共ゲル
化、諸成分機械は金属、遷移金属群の金属、即ち、鉄、
コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、
ロジウム、イリジウムおよびオスミウムの酸化物と硫化
物を包含できる。使用前の予処理は含まれる水添成分に
よって変る。例えばニッケルータングステン、コバルト
−モリブデン、白金と)(ラジウムの様な成分をもつ触
媒は硫化するとよいO白金又はパラジウムの様な金属に
ついて拡水添工程も使用できる。
これらの方法はこの技術分野では既知であり、普通の方
法で行なわれる。
しかし普通の遷移金属複合物の溶液(水性および有機)
を使う塩基交換および含浸法社高けい質ゼオライト上に
行なう場合シリカ対アルミナモル比2乃至約15の従来
の普通のゼオライトに行なう場合よりも効果が少ないこ
とが発見されている。これに反し本明細書に記載の様な
低イオン電荷の又社無電荷の異常な遷移金属複合物は極
めて効果がある。理論にしげられたくない力ζ疎水性増
加と骨格アルミニウム密度減少は普通の金属被合物使用
による塩基交換する金属の効果減少の原因であると信じ
られる。
今や高けい質多孔性結晶性ゼオライト金属のイオン交換
が低イオン電荷又はゼロイオン電荷をもつ遷移金属被合
物使用によって向上することが発見されたのである。し
たがって本発明は広範な意味でイオン電荷がゼロ又は異
常に低い金礪複金物溶液とゼオライト1接触させること
より成るシリカ対アルミナモル比20以上をもつ高けい
質多孔性結晶性ゼオライト物質の金属含浸法に関するも
ので1、特に骨格@化物基準で10 pptn乃至約8
9!のアルミナ管含むゼオライトを期待している。
本発明に用いる多数の結晶性物質社異常な性質を示すゼ
オライト物質の新種のものである。、これらのゼオライ
トは異常な低アルミナ含量、即ち高シリカ対アルミナモ
ル比をもつ力ζ これらはシリカ対アルミナモル比が3
0を超えても非常に活性でありかつ制限指数(1制限指
数”の意味と測定法は終国公開特許1.44へ522号
に記載されている)1乃至12をもつことを%徴として
いる。
シリカ対アルミナモル比少なくも20のゼオライトが有
用である妙ζ約30以上の比率のものが好ましい。ある
場合実に高いシリカ対アルミナ比、例えば1600およ
びそれ以上をもつゼオライトを使用できる。また実質的
にアルミナを含量ない、即ちシリカ対アルミナモル比が
無限大であることを特徴とするゼオライトが有用とわが
ってiり一1;1□ ためる場合好ましい。この1高シリカ”又は“高けい質
多孔性−晶性物r、u本−明の範囲丙である。ま九本発
明には本明細書記載め゛有用ゼオライトの実質的−シリ
カ同族体、即ちアルミニウム量の検出されない(シリカ
対アルミナモル比無限大)が上記特性をもつゼオライト
も包含される。
本発明による好ましいゼオライトはゼオライトベータ、
ZSM−4、ZSM−5、ZSM−11、ZSM−12
、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−38,28M
−48である。これら線それぞれ米国再発行特許213
,341号、米−特許第4924639号4702.8
86殊へ709,979号へ83λ449号4.074
842号、4.014245号、4.044859号お
よびヨーロッパ公開特許第15152号に記載のX#I
データにより定義されている。
上記ゼオライトは有機陽イオンの存在において装造され
た場合、多分結晶内空隙が生成溶液からの有機陽イオン
によって占められているためかしばしば実質的に接触的
不活性でありまたある場合塩基交換に抵抗性である◇必
要ならば不活性雰囲気中540℃で例えば1時間加熱し
てこれら有機物を除去1次いでゼオライトのアンモニウ
ム型を望むならばアンモニウム塩で塩基交換する。アル
カリ金輌型中で合成された場合ゼオライトはしけしは酸
処理又はアンモニウムイオン交換によってヒドロニウム
型又はアンモニウム型に便利に転化される力ζある場合
合成された有機陽イオン含有型さえ本発明の複合物で直
接交換するに適当であろう。
高シリカ対アルミナ比をもつゼオライト構造はまた脱ア
ルミニウム化によって見られまた本発明に包含される。
脱アルミニウム化法はゼオライトの分野においてはよく
知られており、合成フォージャサイトおよびモルデナイ
ト構造について例えばJ、シェルツアーのJousna
l of Catalysis。
54.285(1978)およびR,W、オルツンン 
とり、 D、 o−ルーqンのInorganic C
hem、、  16.651(1977)に記載されて
いる。両文献は参考として本明細書に加えておく。
天然ゼオライトベータには種々の活性化法および塩基交
換、水蒸気処理、アルミナ抽出および鍛焼の様な他の一
理の単独又は組合せによって本発明のいう種類のゼオラ
イト構造に変えることができる。この処理でできる天然
産鉱物にはフェリーライト、プレウステライト、スチル
バイト、ダチアルダイト、エビスチルバイト、ヒュラン
ダイトおよびクリノプチロライトがある◇ 特に好ましい化学変化法を実施するには上記結晶性ゼオ
ライトを操作の温度と使用条件に耐える他物質より成る
マトリックスと混合するのが便利である。このマトリッ
クス物質蝶結合剤として便利でありまた多くの分解操作
における高温、高圧および反応体供給流速条件に対し触
媒に大きな抵抗性を与える。交換は進行し又は凝集物生
成となる。
原理は広く応用されるtζ本発明の方法に特に適当する
遷移金属にはチタン、ヴアナジウム、クロム、マンガン
、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、1ジルコニウム
、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジ
ウム、オスミウム、イリジウム、白金、タンタル、タン
グステン、およびレニウムがある。遷移系ではないヵ体
発明に便利な他の金属にはウランとう/タニドがある。
事実上望む金属複合物のよい溶媒である液体担体はそれ
がゼオライト又蝶共にある結合剤を破壊しない、捩り何
でも使用できる。好ましい溶媒はゼオライト孔中に自由
に侵透できる◇けい質ゼオライトの疎水性のため有機溶
媒が特に好ましい。
触媒合成のためまた単に科学的原理探究のための両方に
広く種々の遷移金属複合物が従来技術に使われている。
しかし例外なしにイオン交換研究は普通約6以下の低8
10@/A1.O,比のゼオライトを使っていたし、ま
た有効な交換をえる点で下記の様な複合−使用に利点が
みられなかった〇R,にパーラ−とR,P、タウンゼン
トのJournal ofth@Chemical  
5oei@ty、 Faraday Transact
ion。
I(1976)2657ページに発表された1科学的研
究は°イオンふるい分は効果”に基づくキュプロアミン
(1ハジンクアミンCI)およびヘキサミンコバルト(
厘)イオンによるモルデナイト(5iOs/A1n01
 = 1 (L7 )中にみられる最大509Iの交換
を報告している。
市販の触媒は必ずパーラ−とタウンセンドが使用した様
な普通のイオン電荷をもつ容易に入手できる複合物を使
って製造される。これらの方法(普通の複合物を使う)
の本発明が予定する徨類のゼオライトへの単なる応用は
金属混合に有効でないとわがり、異常に低電荷をもつも
のがイオン交換に特に有利であることの発見となった。
多くの遷移金属において1異常に低電荷”とは電荷ゼロ
又鉱+1であるが+2又はそれ以上でない電荷をもつ複
合物(又は分子)に適用する。これらの群にはヴアナジ
ウム、マンガン、秩、コバルト、ニッケル、綱、亜鉛、
−ハラジウム、白金、ウラン、ルテニウム、およびオス
ミウムがある)他の金輌において電荷ゼロ、1および2
は異常と思われる。
これらにはロジウム、イリジウム、クロム、チタン、ジ
ルコニウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングス
テン、レニウムおよびランタニドがある。
水、アノモニア、アミンとの多くの簡単な複合物の他に
、有機溶媒、例えばテトラヒドロフラン、アルコール、
アミド、ジメチルズルフォキシド、ケトンおよびアセト
ニトリルに可溶で安定な酸素−および窒素−キレート複
合物がこの点で便利である。有機溶媒に可溶の適当する
化合物中には有機金属類とのカルボニルおよびホスフィ
ン複合物、例えばビス−ベンゼンクロム、ビス−アリル
クロム、クロモセン、フェロセン、それらの1電子酸化
生成物(対応する+1陽イオン)等がある。ゼオライト
骨組み内に編入するに適した化合物選択にはもちろん化
合物大きさで制限される仁とを知っている必要がある。
与えられたゼオライトに対し孔大きさは化合物が結晶内
空間に入る丸めにもちうる最大限寸法となる。
本発明の操作社会−複合物の水性又は有機溶媒溶液をつ
くり、ゼオライトを溶媒の凝固点から約100℃の間の
温度で溶液と接触させてゼオ豪イト中の元の金属陽イオ
ンの重量基準で5乃至1001g、好ましくは10乃至
90嘩を金属複合物と交換させて行なうことができる。
その意図する使用によって高けい質結晶性ゼオライトは
接触溶液から除去され溶媒で洗浄される。再び意図する
使用によって触媒は空気中又は不活性雰囲気中100乃
至600℃の温度で■焼される。必要ならば触媒を金属
接合物溶液と再接触させて最終触媒生成物中の金属濃度
を増加できる。
本発明により製造された触媒は異性化、脱アルiル化、
アルキル化、ジスプロボーシヨネーション、オレフィン
の水和、オレフィンのアミノ化、炭化水素の酸化、脱水
素化、アルコールの脱水、悦硫、水素添加、ノーイドロ
フオーミン   。
グ、リフオーミング、水添分所、酸化、重合等を含む徨
々の炭化水素転化操作に広い用途が見られる。本触媒は
特に安定でありまた触媒が定期的に可燃性沈着物を燃焼
再生される操作を含んで、上記操作および25乃至80
0℃の温度で行なわれる関連操作に特に便利である。触
媒の高接触活性のため、例えば比較的低温で小量の触媒
によるのでいやな副反応と操作経費を最少とレアルーキ
ル化の様な種々の炭化水素転化操作を行なわせるに特に
有用である。
実施例 1 本実施例は非常に似た大きさをもつ2陽イオン性コノく
ルト複合物のうち異常な低電荷をもつ一方がずっと有効
に骨組み中に交換されることを示すものである。コバル
ト複合物はCo (MHI)g″+とCo(Nf(s)
4(CO3)+の水溶液でありまたゼオライトはSio
鵞/At鵞0.モル比67をもつアンモニウムで交換さ
れたZSM−5であった。ずっと大きな第3陽イオンC
o @ns”+を電荷効果から大きさ効果を分離するた
め使った。
各交換をさせるため適当コバルトアンモニア複合物の1
1モル水溶液200−とアンモニウム交換したゼオライ
ト5f’i25℃で攪拌しながら2時間接触させた。各
試料をf遇し水洗し25℃で風乾しコバルト含量を測定
した。
次いで更にコバルトアンモニア複合物溶液を用いて一夜
接触させて第2回交換を行なった。1回交換において1
荷電複合物はアンモニウムイオンの19優を置換(15
2%Co)l、たが3荷電複合物は僅か5%(0,05
1GCo)を置換した。白試験Co an@″+は僅か
2−置換した。第2回交換において+1陽イオンによっ
てアンモニウムイオンの40チが置換された(1.1チ
Co)が+3陽イオンでは僅か71s(107チCo 
)であった。
実施例 2 本実施例はちがったゼオライト構造: S i Ox/
 A1103モル比76のZSM−11i使って同じ効
暇ヲ示すものである。実施例1の方法を反復した場合+
1陽イオンはアンモニウムイオンの41チを置換り、+
3陽イオンは僅か29−を置換しまたより゛大きなCo
 @J”+は第1交換でアンモニウムイオンの僅か20
%置換であった。第2[gl処理において+1複合物で
は98チ交換がなされたが+3複合物では僅か50チで
あった。
実施例 3 本実施例は低S i 02 / A I H03比′を
もつゼオライトを同     ゛様′に処理してもこれ
らの効果は実際に見られないことを示すものである。S
 i 01 / A l @ OHモル比15,4をも
つアンモニウムモルデナイトを使って実施例1の方法を
反復した。
+1陽イオンを使った第1回交換でNHaイオンの僅か
1554がコバルトで置換されため−Co(NHI)@
”で同じ処理をして65嗟置換がえられた。非常に大き
なCoend”は僅か14%を置換した。+1陽イオン
を使った第2回処理も同様に+3陽イオン使用(交換7
19k)に比べて効果はL〈なかった(交換24%)。
実施例 4 本実施例は脱アルミニウム化して8 t OH/ A 
l z OH比を増加したモルデナイトを使用しても(
本実施例)低電荷の優位性は変りないことを示すもので
ある。第1回交換後+1陽イオンを用いてつくった試料
はCoCL4Tok含んでいたtζ+3陽イオンでは僅
かにα15%であった。第2回交換後生成物量はそれぞ
れ1.0−とα19饅であった。
実施例 5 本実施例は更に他のゼオライト、5iO1/Al!03
比95をもつZSM−12を用いそ原理を示すものであ
る。コバルト+1陽イオン電荷による第1回交換でCo
1.511を含むゼオライトがえられた力ζ+3電荷を
もつコバルト陽イオンではCo含量o、 s 6mであ
った。第2回交換後生成物はそれぞれCo’2.1%と
(L55%を含んでいた。
実施例1−5に示された結果は大きさ、電荷およびアル
ミニウム含量の間の明確な関係を示している。zsM’
−5(SiO*/AltOs比67)は3価陽イオンC
o (NHs)+を効果的に排除した力ζ同じ大きさの
1価Co (N′1(S)4COンを容易に受入れた。
高5iOz/AhOsモル比をもつ4試料はすべて+1
荷電陽イオンについて同様に優位性を示した。これに反
し低5iOz/All01モル比のモルデナイトは5価
複合物を選んだ。これは疑いもなくモルデナイト孔にそ
ったより高アルミナ密度(即ち+3陽イオンと電荷−均
衡するに充分なアルミニウム密度)の反映テある。
NH4−−E:ルデナイト中ヘノco(NH3)s+ノ
交換(60−yos)Fiモtbデtイト骨組み中のア
ルミニウAJi子全部が12−@孔を区切っている4面
体中にあるのでなくまた大陽イオンによる交換に使われ
るのでないという事実を反映している0キルデナイトの
脱アルミニウムは溝内面上にあるアルミニウム4面体を
選択的に除去するであろうしアルミニウム除去における
Co (NHs)″+交換のすぐれ九傾斜とCo(NH
I)4c01+交換の変化の小さいことは容易に税引さ
れるであろう。
これらの結果は10−環孔中の仮定のM(NHs)−“
又tliM(NHs)4n+物質の交換が考えられる特
定ゼオライトの大きさに制限されるのでなく電荷とss
O意/ム1.0.によって制限されることを示している
実施例 6 本実施例は触媒製造にちがった遷移元素、クロムの低い
異常原子価状態使用を例示するものである。クロム金輌
約1lL1fを窒素雰囲気のもとでlNNH4ClNN
H4Cl液層4cc (Hz )発生と共に2価クロム
溶液をえた。この液’kH18M −5(Si O!/
 Ah O@ = 78 ) l 4 hf含含窒窒素
空気を追出し真空としたフラスコ中に注入した。時々混
合し50分後生じた淡色固体をC別した。等モル譬の3
価Cr(Hs O)@ C13を用いて同様の実験をし
た時固体は本質的に白色であり、ゼオライト中に少量の
クロム混入を示した。
実施例 7 本実施例は非水性溶媒中の非荷電金属使用を示すもので
アル。’ft’Hm媒中に7エロセン(ジシクロペンタ
ジエニリロン)a、Stの溶液を窒素ガスのもとでHz
SM−5(S i 02/ A1203 モル比==7
8)!L5tと30分間攪拌し一夜放置しておいた。生
じた淡黄色固体t濾過しλ2−ジメチルブタンで洗い風
乾した。試料を鍛焼し炭素物質を分解した。水数滴を加
えて試料を湿し3O−Hz(% I Geeを加えた。
赤味がかった固体から激しくガス発生しかなりのF・の
存在が認められた。初めのH2SM−5試料を使い同じ
実験管行なった場合ガス発生は非常に少なく固体は白色
であった。
実施例 8 本実施例社エチレン重合反応用触媒の製造と使用を示す
ものである0ヘキサン中にH2SM−5ゼオライト(S
iOs/AI雪03モル比=1400)2fの懸濁液に
ヘリウム雰囲気のもとてトルエン2sg中にクロモセ/
(ジシクロペンタジェニルクロム)α12fの液を加え
たo紫−褐色が固体中に吸収された0同じ方法をオート
フレイブ中で行ないエチレンと共に圧力200 psi
gで70℃に加熱した。1時間後オートクレイプを開き
ヘキサンを蒸発した外型合体と触媒のゼラチン状固体混
合物が残った。
特許出願人  モビルオイルコーポレーション代理人 
弁理士 用瀬良治′、゛ ・J 〆

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、約20以上の7リ力対アルミナモル比をもつ結晶性
    ゼオライトを遷移金輌がヴアナジウム、マンガン、鉄、
    コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、パラジウム、白金、ウ
    ラン、ルテニウム又はオスミウムでありかつ複合物が0
    乃至1の電荷をもつ様な又は上記金属がクロム、ロジウ
    ム、イリジウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、モリ
    ブデン、タンタル、タングステン、レニウム又はランク
    ニドでありかつ複合物が0乃至2の電荷をもつ様な上記
    遷移金楓複合物彪液とイオン交換に十分の時間接触させ
    ることな特徴とする金属交換された結晶性ゼオライトの
    製法。 2 上記金属複合物が1#化炭素、ベンゼン、シクロベ
    ンタジエ/、ホスフィンおよびアンモニアより成る群か
    ら選dれた配位子を含む特許請求の範囲$1項に記載の
    方法。 五 上記時間が少なくも105重量%の金wI4を上記
    ゼオライト構成分と交換するに十分な時間である特許請
    求の範囲第1項又F12項に記載の方法。 4、上記溶液が水溶液である特許請求の範囲第131か
    ら3項迄のいづれかに記載の方法。 S 上記溶液がMl!溶液である特許請求の範囲第1項
    から3項までのいづれかに記載の方法。 & ゼオライトがベータ、ZSM−4、ZSM−5、Z
    SM−11、ZSM−12、ZBM−25,28M−5
    5、ZSM−38、ZSM−48、モリプデナイト、又
    は合成フォージャサイトである特許請求の範囲第1項か
    ら5墳までのφづれかに記載の方法O l 上記溶液がCo(NH3)a(CO)s+イオンを
    含む水靜液である特許請求の範囲@1頃から4項までお
    よび6項のいづれかに記載の方法。 a 上記溶液が2価クロムイオンを含む水溶液である特
    許請求の範囲@1項から4項までと6項のいづれかに記
    載の方法。 9 上記溶液が7エロセン又はクロモセン又はそのイオ
    ンを含む非水性溶液である特許請求の範囲第1項から3
    項までおよび5項から7項までのいづれかに記載の方法
    01(L上記溶液がビス(ベンゼン)りpムの非水性溶
    液である特許請求の範囲第9項に記載の方法。 11、上記溶液が7エロセンの琳−酸化誘導体およびビ
    ス(ベンゼン)クロムの溶液である特許請求の範囲第9
    項に記載の方法。 12、上記ゼオライトが約1600以上のシリカ対アル
    ミナ比率をもつ特許請求の範囲第1項から11項までの
    いづれかに記載の方法。 1&上記ゼブライトのアルミニウムが検出できない量で
    ある特許請求の範囲第1項から12項までのいづれかに
    記載の方法。
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