JPS59227714A - ゼオライトの合成 - Google Patents

ゼオライトの合成

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JPS59227714A
JPS59227714A JP59104843A JP10484384A JPS59227714A JP S59227714 A JPS59227714 A JP S59227714A JP 59104843 A JP59104843 A JP 59104843A JP 10484384 A JP10484384 A JP 10484384A JP S59227714 A JPS59227714 A JP S59227714A
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alumina
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ジヨセフ・アンソニ−・ハ−スト
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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】 本発明は多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラー・シー
ブの新規な合成方法、この方法によ如合成したゼオライ
ト類、及びそれらを有機化合物、例えば炭化水素化合物
及びその含酸累誘導体、の転化反応に対する触媒成分と
しての使用に関する。よシ特には、本発明は、ゼオライ
ト形成反応混合物に限られた又は抑制された溶解度のア
ルミナ源を使用する多孔質結晶性ゼオライトの合成に関
する。本発明の方法に依り合成された多孔質結晶性ゼオ
ライトは、公知の方法に依り合成された同一の三次元網
状体配置のゼオシイトとは異なる化学的及び物理的特性
を示す。本発明によって合成されたゼオライトは、公知
の方法に依−シ合成された同一の三次元網状体配置のゼ
オライトと比較した場合、物理的にも化学1nにも数々
のすぐれた特性も示す。
天然のもの合成品を問わず、ゼオライト物質はこれ迄、
種々のタイプの炭化水素転化反応に関し触媒特性を示し
て来た。ある種類のゼオライト物質は、X線回折図で限
定される様な一定の結晶構造を持ち、その結晶構造には
多数の小さなキャビティーがあり、そのキャビティーが
より小さな多数の孔路又は細孔で相互連絡している規則
正しい多孔質結晶性アルミノシリケートである。特定の
ゼオライト物質に就いては、これらのキャビティー及び
細孔の大きさが均一である。これら細孔のディメンショ
ンがある特定のディメンションの分子の吸着を許す一方
、より大きなディメンションの分子をフlマけるので、
これらの物質は“モレキュラー・シーブ(分子篩)゛と
して仰られる様になり、これらの特性を応用して様々の
方法で利用されている。
か\るモレキュラー・シーブには天然産のものも合成品
も共に、多種多様な陽イオンを含んでいる結晶性アルミ
ノシリケートがある。これらアルミノシリケートは、酸
素原子を共有することによって三面体が槁かけ結合し、
従ってアルミニウム原子と珪素原子との合計対酸素原子
の比が1:2である5i04及びAlO4より成る強固
な三次元網状体構造として記述出来る。アルミニウムを
含有する四面体のイオン原子価は、例えばアルカリ金属
又はアルカリ土類金属のカチオンの様な、カチオンの結
晶内混在によってバランスされている。この事は、Ca
 / 2、S r /2、Na、K又はLiの様な様々
のカチオンの数に対するアルミニウムの比が1に等しい
ことで示すことが出来る。一つのタイプのカチオンを在
来方法のイオン交換技術を利用して、全くでも部分的に
でも他のタイプのカチオンと交換させることが可能であ
る。適切なカチオンを選択すれば、か\るカチオン交換
を利用して、所定のアルミノシリケートの性質を変化さ
せることが可能である。脱水前は、四面体間の空間は水
の分子によって占められている。
先行技術により非常に多くの種類の合成ゼオライトが形
成されている。数例を挙げると、ゼオライトA(米国特
許第2,882,243号)、ゼオライトX(米国特許
第2.882,244号)、ゼオライトY(米国特許第
3.130゜007号)、ゼオライトZK−5(米国特
許第247,195号)、ゼオライトZK−4(米国特
許第3.314,752号)、ゼオライトZSM−5(
米国特許第3,702,886号)、ゼオライトZSM
−11(米国特許第3.7.09,979号)、ゼオラ
イトZSM−12(米国特許第3,832,449号)
、ゼオライトZSM−20(米国特許第3,972,9
83号)、ゼオライトZSM−35(米国特許第4,0
16,245号)、ゼオライトZSM−38(米国特許
第4,046,859号)、及びゼオライトZSM−2
3(米国特許第4,076,842号)で例示される様
に、ゼオライトは文字又はその他の便利な記号によって
名付けられる様になっている。
はとんど如何なるゼオライトも様々のシリカ源から製造
可能である事を刊行物が教示している。が\るシリカ源
には、例えば高温製造の発煙シリカ、沈澱、乾燥しであ
るが又はコロイド溶液の形をしている無機又は有機反応
で合成   ゛されたシリカ、水溶性珪酸塩、珪酸、砂
、稲の籾殻の様な非合成系シリカ、又は“フライ・アッ
シュ゛、石炭燃焼残渣、の様なシリカに富む副生物があ
る。これらの刊行物は、明示的又は非明示的に、ゼオラ
イト形成溶液中でアルミニウム又はアルミン酸塩イオン
の均一溶液を使用することが望ましいこと及び場合によ
っては必要であることを教示している。より特には、ゼ
オライトになり始めた時、即ち5i02源及びA I 
203源とがいっしょになって、如何なるメカニズムに
よろうとも、所望のゼオライトを形成するだめの当初の
ゲル、ゾル、又は溶液を形成した時にアルミナ源はアル
ミニウム又はアルミン酸塩の均一な溶液であるべきであ
る事を教示している。例えば、好ましいアルミナ源は、
水に不溶のアルミナ−水和物及び/又は三水和物をアル
カリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物と一緒にする
か又は、これら水酸化物と熟成させることによシ予め反
応させた溶液である。好ましいアルミナ源の一つは水に
易溶のアルミニウム塩、例えばA12 (804)3・
4H20、NaAlO2等であり得る。
本発明は、水中では極めて限られた低い溶解度を示し、
そしてゼオライト合成条件下で速度論的にゆっくりと反
応母液中に溶解するアルミナ源を利用して、合成したも
のが従来得られたものよりシリカ/アルミナのモル比の
高い、既知のモレキュラー・シーブ物質並びに未知のモ
レキュラー・シーブ物質を製造するという多孔質結晶性
ゼオライト・モレキュラー・シーブ合成に於ける新規な
着想に関する峙には、本発明は特定の組成を有する水性
反応混合物を先づ調製し、且つその後、反応混合物を特
定の反応条件、既ち60℃乃至350℃の温度及び7乃
至14.0のpH1の下で多孔質結晶性ゼオライト・モ
レキュラー・シーブの結晶が形成される迄、保持するこ
とに依る、多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラー・シ
ーブの合成方法を提供する。
水性反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で表わし
て、次の通りの組成: 5i02/Al2O3=少くとも3.5H20/5iO
z=5 1,000 0H−/5i(h=o、o05−3.0M  /5iO
z =0 10 Ft  /5i02=0 10 〔但し、M+はアルカリ金属又はアルカリ土類金属のイ
オンを表わし、そしてR+は第VA族元累を含有する有
機カチオンを表わす〕を有する。か\る反応混合物のA
l2O3は、少くとも一部は、反応混合物中にゆっくり
と(溶解して)加わる限られた低い溶解度のアルミナ源
によって供給される。か\るアルミナ源は水中では20
重量%より低い、及び苛性溶液中では90重1より低い
C後に定義する)溶解度を示す。
このゼオライト合成プロセスの決定的要素は限られた低
14%度のAl2O3源の使用である。か\るAl2O
3源は反応混合物が保持されている時間、温度及びpH
条件の相互関係の結果として(ゾル、ゲル又は溶液の)
反応混合物中にアルミニウム又はアルミン酸(塩)イオ
ンを少しずつ放出させることのみを可能とする。
本発明の方法によって合成された既知及び新規なゼオラ
イト・モレキュラー・シーブは、既知の方法によって調
製された物質とは異っており、そしである特性ではすぐ
れている。本発明によって調製されたゼオライトの容易
に認められる特徴のいくつか、及びすぐれた特性には、
(1)ある時足の核形成及び/又は結晶化速度で、本発
明の方法の生成物ゼオライトはより大きなシリカ/アル
ミナのモル比を有する: (21生成したゼオライト構造全体にわたるアルミニウ
ムの分布がより均一となる: (3)本発明の方法により合成されたゼオライトを含む
触媒の初期及び長期間活性及び/又は選択性は、既知の
方法で調製された同一の三次元網状体構造配置のゼオラ
イトを含む同一触媒と比較した場合、改良されている;
(4)最終生成物ゼオライト・の粒子サイズ及び/又は
形態が異なる; (5)本発明で調製されたゼオライトの熱的及び/又は
水熱的安定性が改良される;及び (6)易溶性の源より、単位重量の含有アルミナ当シで
低い溶解度の多くのアルミナ源は安価であるので、多く
の場合、製造コストが低くなる ことが含まれている。指摘しておいた様に、本発明によ
って合成された多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラー
・シーブ物質は、有機化合物の接触転化を促進する触媒
として有用である。
本発明によれば、ゼオライト形成反応混合物のAl2O
3の少くとも一部、好ましくは少くとも50重量%及び
最も好ましくは少くとも90重量%を、ゼオライト形成
反応混合物にごく僅か溶ける(難溶性の)アルミナ源に
よって供給される。本発明の合成方法で使用されるアル
ミナ源は従って、水及びカセイ溶液のいずれにも、限ら
れた溶解性及び溶解速度しか示さない。アルミナ源の溶
解性は、特定の温度及び時間条件で、対象とするアルミ
ナ源によって対象溶液にもたらされるアルミニウム・イ
オンの重量係として定義された″溶解度“として好まし
くは測定出来る。本発明の目的に関しては、アルミナ源
の水に対する溶解度を次の溶解性試験で決定した=52
のアルミナ源(100%固体基準)を1001の蒸留水
と混合してスラリーとする。スラリー状混合物を100
℃に加熱して、この温度に24時間保つ。混合物を次に
約100℃のま\戸遇する。アルミニウム・イオン含量
についてF液を分析し、そして濾過されず残った物質を
乾燥して秤量し、溶解度を求める。
カセイ溶液に対するアルミナ源の溶解度は次の溶解性試
験によって決定した=52のアルミナ源(100%固体
基準)を5重量%の水酸化ナトリウム溶液100り(5
tの無水の水酸化ナトリウムを952の蒸留水に溶解さ
せた)と混合してスラリーとした。スラリー状混合物を
100℃に加熱して、この温度に24時間保つ。次に混
合物を約100℃のま\p過した。アルミニウム・イオ
ン含量についてP液を分析し、そして濾過されず残った
物質を乾燥して秤量し、溶解度を求めた。
カセイ及び水溶液のいずれでも である。
本発明で有用なアルミナ源は、約20重量%より低い、
好ましくは約5重量係より低い水に対する溶解度及び、
約90重量%より低い、好ましくは約50重量%よシ低
いカセイI@液に対する溶解度を有するものである。
在来のゼオライト合成のために普通に使用されるアルミ
ナ源、例えばアルミン酸ナトリウム又は硫酸アルミニウ
ム、は上述の溶解性試験のいずれでも100重量%の溶
解度を示す。実際、アルミン酸ナトリウムも硫酸アルミ
ニウムも室温で蒸留水中にほとんど瞬間的に100重量
%溶解する。
他方、本発明で先に規定された溶解性限度に合格し、従
って本発明中で利用できることが見出されたアルミナ源
には、高温転移アルミナ、例えばカッパー(に)、シー
タ−ψ)、イオタ(1)及び二種のデルタ(δ)形態の
アルミナ:転移アルミナ、例えばガンマ−梢、イータ−
(η)及びカイ(χ)形態のアルミナ;及びアルカリ土
類又はアルカリ金属の水酸化物、強鉱酸例えば弗化水素
等と予備温浸(熟成)又は反応していない三水和又は−
水和アルミナが包含される。
本発明で有用なか\る水和アルミナには、ギブス石(水
パン土石)、バイヤライト及びノルドストランダイトと
して知られる三水和物、及びベーマイト及びダイアスポ
アとして知られる一水和物が包含される。
先述の特定の低溶解性アルミナ源を用いて多種多様のタ
イプのゼオライト構造が調製出来る。例を挙げると、こ
の発明によって合成される多孔質結晶性ゼオライト・モ
レキュラー・シーブの網状体溝端配置は、非限定的例示
として、ゼ:A−ライトZSM−5、ZSM−11、Z
SM−5/25M−11中間型、ZSM−12、ZSM
−22、ZSM−23、ZSM−34、ZSM−35、
ZSM−38、ZSM−45、ZSM−48、ZSM−
50、ベーター、合成オフレタイト又は合成エリオナイ
トがある。
米国特許第3,702,886号及び再発行米国特許第
29゜948号は、ZSM−5及びZ S M−5(7
)X線回折図を持った結晶性物質についてそれぞれ記載
し、特許請求しており、そして又、ZSM−5構造のタ
イプのゼオライトの通常の製造方法を記載している。Z
SM−57ZSM−11中間型は米国特許第4,229
,424号に記載されており、同特許にはこの構造のタ
イプのゼオライトの通常の製造方法も記載されている。
ZSM−11はより詳細に米国特許第3,709,97
9号に記載されており、同特許にはこの構造のタイプの
ゼオライトの通常の製造方法も記載されている。ZSM
−12はより詳細に米国特許第3,832.449号に
記載されており、同特許にはこの構造のタイプのゼオラ
イトの通常の製造方法も記載されている。ZSM−23
はより詳細に米国特許第4,076,842号に記載さ
れており、同特許にはこの構造のタイプのゼオライトの
通常の製造方法も記載されている。ZSM−34はより
詳細に米国特許第4,086,186号に記載されてお
り、同特許にはこの構造のタイプのゼオライトの通常の
製造方法も記載されている。ZSM−35はより詳細に
米国特許第4.016゜245号に記載されており、同
特許にはこの構造のタイプのゼオライトの通常の製造方
法も記載されている。ZSM−38はより詳細に米国特
許第4,046,859号に記載されており、同特許に
はこの構造のタイプのゼオライトの通常の製造方法も記
載されている。ZSM−48はより詳細に米国特許第4
,375,573号に記載されており、同特許にはこの
構造のタイプのゼオライトの通常の製造方法も記載され
ている。ゼオライト・ベーターは米国特許第3.308
,069号及び再発行米国特許第28,341号に記載
されており、同特許にはこの構造のタイプのゼオライト
の通常の製造方法も記載されている。
ゼオライトZSM−22は、無水物基準で100モルの
シリカ当りの酸化物のモル数で示して次の組成:(0,
012,0)Q20 : (0,0−2,0)R%/n
o :(0,0−5) Al2O3: 1005tO2
〔但し、Q20は、例えばN又はPの様な、元素の周期
律表の第VA族の元素を含有し、2個又はそれ以上の炭
素原子を持つアルキル又はアリール基を少くとも1個は
含有する有機化合物の酸化物の形であり、そしてMは原
子価nのアルカリ金属又はアルカリ土類金属である;〕
を有する。ゼオライトZSM−22は次の様な最も顕著
な線:10.9  ± 0.2        M−V
S8.7   ± 0.16        W6.9
4±0.10    W−M 5.40 ± o、os        w4.58±
0.07    W 4.36±0.07    VS 3.68±0.05    VS 3.62±0.05   8−VS 3.47 十 0.04       M−83,30
± 0.04        W2.74 +0.02
    W 2.52十0.02    W を待つ、他のゼオライトと識別出来る、明確なX線回折
図を有している。これらのX線回折の値は標準的技術に
よって決定された。照射線は銅のに−aダブレットで、
シンチレーション・カウンター及び付属コンピューター
を備えた分光光度計を使用した。ピークの高さ、11及
び2θ(θはブラッグの角)の関数としてのその位置を
、分光々度計付属のコンピューターのアルゴリズムを使
用して定めた。
これらから相対強度、100 I/Io (Ioは最強
の線又はピークの強度)及び記録された線に対応する、
オングストローム単位(A)で表わした格子面間隔d 
(obs、 =実測した)を定めた。相対強度はVS=
極めて強い、S=強い、M−中位、W−弱い等の記号で
示した。(ZSM−45及びZSM−50の場合も同様
な方法及び表記方法を用いる。)このX線回折図はZS
M−22ゼオラ・「ト組成物のすべての品種についての
特徴的なものであることを理解されたい。
アルカリ金属カチオンを他のイオンでイオン交換しても
、格子面間隔に若干の僅かな変化及び相対強度に変化が
あるが、実質上同一のX線回折図を示すゼオライトを生
じる。
その熱処理の度合いと共に、特定試料のシリカ対アルミ
ナ比によっても、その他の若干の変化が起り得る。
アルミノシリケート・ゼオライトZSM−22は通常の
方法では、水、シリカ、Q20、アルカリ金属(例えば
す) IJウム、カリウム又はセシウム)の酸化物、及
びアルミナの諸源を含有し、且つ酸化物のモル比で示し
て、次の比:反応剤    広義 好 適 SiO2/A120320−a:+3010100O/
r10/(QzO+Mz/rlO) 00.950.1
0.8〔但し、Q20は2個又は3個以上の炭素原子を
持つアルキル又はアリール基を少くとも1個は含有する
、N又はPの様な、元素の周期律表の第VA族の元素の
有機化合物の酸化物の形であり、そしてMは原子価nの
アルカリ又はアルカリ土類金属である〕にあてはまる反
応混合物よ択この混合物を、ZSM−22ゼオライトの
結晶が形成される迄、結晶化温度に保持して調製出来る
。その後、常法に依り液体から結晶を分離し、洗浄し、
回収する。
ゼオライ)ZSM−45は、合成したま\の形で、アル
ミナ1モル当りの無水の酸化物で示して;(0,81,
8)R20:(0,00,3)NazO:(0,00,
5)KzO:Al2O3:XSio2[:但L、Rは2
−(ヒドロキシアルキル)ドリア/L キxアンモニウ
ム化合物(式中、アルキルは1個又は2個の炭素原子よ
り成る)Xは8より犬である〕の組成を有し、そしてこ
のゼオライトはゼオライ)ZSM=22について先述し
たのと同一の方法で決定された、実質上次に示す固有の
xa回折図によって特徴付けられている。
格子面d−間隔(λ)   相対強度I/l010.1
6±0.18    W 8.02±0.14   5−VS 7.56±0.14    W 6.55±0.12    M−VS 5.66十0.10    W 5.50 ± 0.10        W5.07±
0.09M−8 4,95±009w 421 ± o、os       M−s4.01±
〇、07   5−VS 3.78±0.07    M−8 3,60± 0.06  、      W3.54±
0.06w−M 342±0.06    W 327±0.06    M 3.11±0.06    M−8 3,03± 0.05        W2.812±
0.05    W 2.751±0.05    M−8 2,583± 0.05        W2.535
  ± 0.05        W2.521±0.
05    W 2.475  ± 0.04        W2.4
05  ± 0.04        W2.362±
0.04    W 2.251  ± 0.04        W2.1
81±0.04    W 2.133  ± 0.04        W2.0
97  ± 0.04        W2.029 
 ± 0.04        W2.006  ± 
0.03        Wl、889  ± 0.0
3        Wl、859  ± 0.03  
      Wl、、843±0.03    W l、815  ± 0.03        Wl、7
65±0.03    W 1.721±0.03    W l、710  ± 0.03        Wl、6
50±0.03    W l、637±0.03    W l、617±0.03    W 1.606  ± 0.03       Wl、55
9  ± 0.03        WこのX線回折図
がゼオライ)ZSM−45組成物のすべての品種につい
ての特徴的なものであることを理解されたい。ナトリウ
ム型並びにその他のカチオン型は、格子面間隔に若干の
僅かな変化及び相対強度に変化があるが、実質上同一の
固型を示す。その熱処理の度合いと共に5特定試料のシ
リカ対アルミナ比によっても、その他の若干の変化が起
り得る。
アルミノシリケート・ゼオライトZSM−45は通常の
方法では、水及び、Na及びKであるアルカリ金属(M
)、アルミニウムの酸化物、珪素の酸化物、2−(ヒド
ロキシアルキル)トリアルキルアミン〔但し、アルキル
は1個又は2個の炭素原子より成る〕化合物から誘導さ
れた有機カチオン(R)の緒源を含有する反応混合物よ
りa製出来る。
か\る反応混合物は酸化物のモル比で示して、次の範囲
:SiO2/AlzO31015015800H/S 
iOz    0.3−1.0   0.3−0.8H
zO10H−20−1002080 R/R+M     O,1,−0,8、0,2−0,
7に/に+Na     O,0−0,80,05−0
,3〔但しR及びMは上の定義の通りである〕にあては
まる組成を有する。
アルミノシリケート・ゼオライl−ZSM−45の結晶
化は、例えばポリプロピレン製ジャー又はテフロンライ
ニンクシた又はステンレス鋼製のオートクレーブの様な
適当な反応容器中の静置又は攪拌条件のいずれでも実施
出来る。
結晶化に対する有用な温度範囲は、約12時間から約1
45日の時間の間の約80℃乃至約350℃である。そ
の後、結晶を液体から分離して回収する。反応混合物の
成分酸化物は二種以上の源から供給可能であることを理
解されたい。反応混合物はバッチでも連続的にでも調製
出来る。
結晶性ゼオライl−ZSM−45の結晶サイズ及び結晶
化時間は、使用した反応混合物の性質及び結晶化条件に
よって変るであろう。
ゼオライトZsM−50は、無水物基準で、100モル
のシリカ当りの酸化物のモルで示して、次の様な:(0
4)R20:(010)M2/f10:(15)Alz
Oa:100Si02 〔但し、Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属であり
、nはMの原子価であり、そしてRは元素の周期律表(
Sargent−Welch S+jentific社
)の第VA族の元素の、荷に直鎖ジ第四級アンモニウム
、ホスホニウム、アルソニウム又はスチボニウム化合物
から誘導された、有機カチオンである〕構造を有する。
ZSM−50の結晶の族の触媒的に活性な種類のものは
、それを他の結晶性物質から識別する固有のXi回折図
を有する。ゼオライ)ZSM−22について先に記載し
たのと同一の方法で求めた次の顕著な線をゼオライ)Z
SM−50のX@回折図は持っている。
格子面d−間隔(λ)   相対強度I/I。
20.1±0.3w 11・1±0.17    S 10.1十0.16    M 9.7  ± 0.14        W5.77±
0.09    W 5.61 十 009       w4.64 ± 
0.07        M4.35 ± 0.07 
       M4.30±0.07    VS 4.00  +  0.06       83.85
±0.06    M 3.70 ± 0.06        M3.42 
± 0.05        W3.35±0.05 
   W 3.27十0.05    M 3.24±0.05    W “2.94 ± 0.04       W2.53±
0.04    W このX線回折図はゼオライ)ZSM−50組成物のすべ
ての品種について特徴的であることを理解されたい。ナ
トリウム型並びにその他のカチオン型は、格子面間隔に
若干の僅かな変化及び相対強度に変化があるが、実質上
同一の口型を示す。その熱処理の度合いと共に、特定試
料のシリカ対アルミナ比によっても、その他の若干の変
化が起り得る。
アルミノシリケート・ゼオライトZSM−50は、通常
の方法では、水及び、アルカリ金属又はアルカリ土類金
属(M)のイオン、アルミニウムの酸化物、珪素の酸化
物、及び周期律表の第VA族の有機カチオン(R)の諸
源を含有する反応混合物から調製出来る。か\る反応混
合物は、酸化物のモル比で示して次の範囲: 反応剤   有用 好 適 5iOz/AlzO3201003O−900H−/5
iO20,1−0,60,1−0,3R+/5iOz 
  O,050,60,1−0,3M+/5iOz  
 O,01−1,00,10,6(但し、M及びR+は
先の定義の通りである)にあてはまる組成を有する。
アルミノシリケート・ゼオライトZSM−50の結晶化
は、例えばポリプロピレン製ジャー又はテフロンライニ
ングした又はステンレス鋼製のオートクレーブの様な適
当な反応容器中の静置又は攪拌条件のいずれでも実施出
来る。
結晶化に対する有用な全温度範囲は約48時間から約1
5日間の時間での約100℃乃至約2oo℃である。そ
の後、結晶を液体から分離して回収する。組成物は適当
な酸化物を供給する物質を用いて調製出来る。か\る組
成物には、珪酸ナトリウム、シリカヒドロシル、シリカ
ゲル、珪酸、水酸化ナトリウム、アルミニウム源、及び
適当な有機化合物を含むことが出来る。有機化合物は、
窒素又は燐の様な、第VA族の元素を含有する、好まし
い有機化合物は次式:%式%) で示すジ第四級化合物である。
先述したゼオライト構造の種類のすべての中で、本発明
の合成力法は約1から12の間の拘束係数を持っだゼオ
ライトの製造に特に適している。拘束係数は、約5オン
グストロームより犬なる細孔の大きさ及び酸累の10員
項によって与えられる様なサイズにはソ等しい細孔窓の
ために、ゼオライトの結晶内の自由空間に拘束条件付き
の出入口を備えている種類のゼオライトの特徴である。
拘束係数の意味及び測定力法は先に参考として引用して
おいた米国特許第4,3 ’75.573号により詳細
に記載されている。約1乃至12の拘束係数を持つ種類
のゼオライトで重要なものとして、ZSM−5、ZSM
−11、ZSM−5/ZSM−11中間型、ZSM−1
2、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−35、ZS
M−38、ZSM−48、ZSM−50及びゼオライト
・ベーターが含まれる。
本発明によって製造されたゼオライトのすべてでは、合
成した1Xのゼオライトの当初のアルカリ金属、アルカ
リ土類金属又は有機のカチオンは、当業界周知の方法に
よって、少くとも一部分は、か焼及び/又はイオン交換
によって、他のイオンと置換出来る。好ましい置換イオ
ンには金属イオン、水素イオン、例えばアンモニウムの
様な水素前駆体イオン及びそれらの混合物が包含される
。特に好ましいカチオンはゼオライトを、特に炭化水素
転化反応に対して、触媒的に活性にするものである。こ
れらには水素、稀土類金属、及び元素の周期律表の第1
A族、第UA族、第11A族、第1VA族、第1B族、
第11B族、第111B族、第■B族及び第■族の金属
が包含される。典型的なイオン交換方法では合成ゼオラ
イトを所望の置換カチオン又は二種以上のカチオンの塩
と接触させることであろう。か\る塩の例にはハロゲン
化物(例えば塩化物)、硝酸塩及び硫酸塩がある。
上述の如くイオン交換を済ませた又はこれを組成物とし
た触媒まで含めゼオライト類の、ここで合成したゼオラ
イト類は熱処理、例えばか焼によって有効に処理出来る
。熱処理は合成したゼオライトの賦型の一つ又は触媒を
約200℃乃至約870℃の温度、好ましくは約200
℃から約600℃の温度に、約1分間乃至約20時間の
間、例えば空気又は窒素の様な不活性雰囲気中で、減圧
、常圧又は加圧下で加熱することによって実施可能であ
る。該熱処理に対して常圧は便利さの点で望ましいが、
上述の範囲内の低い方の温度を使用するためには減圧が
同様な結果を得るために好ましい。熱処理する如何なる
ゼオライト又は触媒についても、該゛ゼオライト又は触
媒が分解し始める最高温度を越えるべきではない。
一般に、所望の構造のタイプの多孔質結晶性ゼオライト
・モレキュラー・シーブの合成の本発明の方法は、アル
カリ金属又はアルカリ土類金度イオン源、場合によって
は有機カチオン源、アルミナ源、シリカ源及び水を含有
する反応混合物を調製する第一工程より成る。か\る反
応混合物は一般的には、酸化物及びイオンのモル比で表
わして、次の範囲 S ioz/Al20a    3,5以上   1O
−3000HzO/5iOz      5 1000
  5 3000H/S 1O20,0053,00,
051,OM+/5tO201001,O R+/5iOz      O1001,0〔但し、M
 は該アルカリ金属又はアルカリ土類金属のイオンを表
わし、そしてRは該有機カチオンを表わす〕にあては捷
る組成を有するであろう。
本発明の方法では、アルミナ源は(アルミナ源が)水中
では約20重量係より低い及びカセイ溶液中では約90
重量%より低い溶解度を示す様な、反応混合物中では限
られた低いm解性である。S i02 /Al2O3の
反応混合物比は一般に3.5以上であり、所望に依り無
限大に近付けることが可能である。ここで規定するS 
102 /A l 203比は、反応混合物に溶解して
いるか又は未溶解のアルミナ源として存在しているかに
拘らず反応混合物中に存在するアルミナの総量を基準と
していることを理解されたい。
本発明の第二工程は、第一工程の反応混合物を約60℃
乃至約350℃の、好ましくは約100℃乃至約200
℃の、温度に、そして約7乃至約14の、好ましくは約
7.5乃至約13,5の、pHに、多孔質結晶性ゼオラ
イト・モレキュラー・シーブの結晶が形成される迄、通
常約0.5乃至約500時間、好ましくは約2乃至約1
50時間保持することを含む。
結晶性生成物は、全体を約室温に冷却して、反応媒体か
ら分14ft L、瀘過し洗浄する。
反応混合物組成は適当な酸化物を供給する物質を利用し
て調製出来る。か\る物質には、珪酸ナトリウム、シリ
カヒドロシル、シリカゲル7、珪酸又は水酸化ナトリウ
ムがシリカ源として、適当なアルミニウム源及び適当な
有機化合物が含まれるであろう。
反応混合物は一般には、窒素又は燐の様な第VA族の元
素を含有する一種又は二種以上の有機化合物を“テンプ
レート又は“指向剤“とじて含んでいるであろう。選ば
れた有機化合物は多くの場合、所望に応じて一種又は二
種以上のゼオライト構造に向ってゼオライト合成を指向
させるであろう。例えば、2乃至101[i!!の炭素
原子を含有する第一級有機アミン又は(アルキルが2乃
至5個の炭素原子を持った)テトラアルキルアンモニウ
ム化合物の様な有機化合物は適切な条件下では上述の反
応混合物からゼオライトZSM−5の構造を有するアル
ミノシリケートの形成へと合成を向ける。テトラブチル
アンモニウムクロライド又ハハイドロオキサイドの第四
級化合物は、適切な条件下でZSM−5/ZSM−11
中間型又はZSM−11(7)構造を有するアルミノシ
リケートへと合成を指向するだめに用いられる。テトラ
エチルアンモニウム・カチオン源はZSM−12の構造
を持ったアルミノシリケートへと適切な条件下で合成を
指向するために使用することが可能である。
ZSM−23の構造を有するアルミノシリケートは有機
化合物としてピロリジンを使用した反応混合物から合成
され得る。エチレンジアミン並びにピロリジンはZSM
−35構造の形成を促進するであろうし、そして2−(
ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムクロライド
の様な2−(ヒドロキシアルキル)トリアルキルアンモ
ニウム化合物けZSM−38構造の形成を促進するであ
ろう。反応混合物が約1/1乃至約1o/1の範囲にあ
るモル比のc2CI2アルキルアミン/テトラメチルア
ンモニウム化合物を含む場合は、適当な条件下ではZS
M−48の構造を持つアルミノシリケートが形成される
であろう。
有機テンプレート又は指向剤の選択のほかに、所定の所
望の構造のタイプのゼオライトの合成は選ばれた反応物
比及び/又は合成条件の使用によって促進されるであろ
う。
本発明の方法をゼオライ)ZSM−5の合成に用いる場
合、例えば、それからゼオライI−ZSM−5を結晶化
させようとする反応混合物は、酸化物及びイオンのモル
比で示して、次の範囲: 5iOz/AlzO32050,0004020,00
0HzO/5i02     5 1,000   8
 3000H−、勺i0z      O,0050,
030,010,2M+/5iOz      O10
0,11,0R+/5iOz      O,0110
0,1−1,0〔但し、R+及びM+はZSM−5合成
のために使用される有機及び金属カチオンである〕にあ
てはまる組成を持つであろう。ここでの反応条件には約
4時間乃至約720時間の、好ましくは約6時間乃至約
360時間の間の時間及び約7乃至約12.5のpuに
ついての、約80℃乃至約200℃の、好ましくは約1
00℃乃至約180℃の温度、が含まれる。
本発明の方法によってゼオライトZsM−11の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それよりそのアルミノシリケートを結晶化させようとす
る反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、
次の範囲: 5iOz/AlzOs  20−50.000  30
−3,000HzO/5i025  LOOO8−30
00H−/5iOz   O,0050,30,010
,2+ M /5iOz   0 10    0.1 1.0
十 R/5t020.01 10    0.1 1.0〔
但し、R+及びM+はZSM−111合成ために使用さ
れる有機及び金属カチオンである〕にあてはまる組成を
持つであろう。結晶化温度、pH及び時間はアルミノシ
リケ−)ZSM−5の製造について先述したものと同じ
である。
本発明の方法によってゼオライ)ZSM−12の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それよりそのアルミノシリケートを結晶化させようとす
る反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、
次の範囲: SiO2/Al2O320−50,00040−3,0
00H20/5iOz   2.5 1.000  5
2000H−/5i020.1−0.4    0.1
5−0.25+ M /5i(h    O,01100,11,0+ R/5jOz    O,01100,11−0〔但し
、R+及びM+はZSM−122合成ために使用される
有機及び金属カチオンである〕にあてはまる組成を有す
るであろう。結晶化温度、pH及び時間はアルミノシリ
ケー)ZSM−11の製造について先に示したのと同様
である。
本発明の方法によってゼオライトZSM−22の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それからそのアルミノシリケートを結晶化させようとす
る反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、
次の範囲: 5iOz /A120320     3O−1000
HzO/5i02     10−200  15 1
000H−/5iOz     O,120,10,8
M+/5iOz     0−50   0 2R+/
5iOz     0 50   0 2〔但し、R+
及びM+はZSM−22の合成のために使用される有機
及び金属カチオンである〕にあてはまる組成を有するで
あろう。ここでの反応条件には、約24時間乃至約6日
の、好ましくは約24時間乃至約96時間の時間及び約
11乃至約13のpHについての、約100℃乃至約2
50℃の、好ましくは約140℃乃至約200℃の温度
が含まれる。
本発明の方法によってゼオライトZSM−23の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それよりこのアルミノシリケートを結晶させようとする
反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、次
の範囲:5iOz/Al2O330−50,0004O
−200H20/SiO25−5015−30 0H−/5iOz    o、oos  O,50,0
2−0,2+ M /5t02  0.005 100  0.05 
10+ R/SiO+    0.01−10    0.1 
1.0〔但し、R及びM はZSM−23合成のために
使用される有機及び金属カチオンである〕にあてはまる
組成を有するであろう。ここでの反応条件には約10時
間乃至約150時間の、好ましくは約16時間乃至約7
2時間の時間及び約11.3乃至12.5のpHについ
ての約130℃乃至約205℃の、好ましくは約140
℃乃至約180℃の温度が含まれる。
本発明の方法によってゼオライトZSM−34の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それよりそのアルミノシリケートを結晶化させようとす
る反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、
次の範囲: 広義  好適 5t02/Al2O5101001070HzO/5t
026100  664 0H−/Si’Oz    O,3−1,00,30,
8M+/5i020.31.0  0.30.8R+/
5iO20,1−1,00,10,5〔但し、R+及び
M+はZSM−34合成のために使用される有機及び金
属カチオンである〕にあてはまる組成を有するであろう
。ここでの反応条件には、約12時間乃至約200日の
、好ましくは約12時間乃至約600時間の時間及び約
11.5乃至約13.5のpHについての、約80℃乃
至約175℃の、好ましくは約90℃乃至約160℃の
温度が含まれる。
本発明の方法によってゼオライ)ZSM−35の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それからこのアルミノシリケートを結晶化させようとす
る反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、
次の範囲: 5iOz/AIzOa   8.8200  1260
H20/5iOz     5 100  7700H
−/5iOz     O,050,50,070,4
9+ M /5iOz     O,050,50,070,
49a+/5iOz     O,33,00,61−
5〔但し、R+及びM+はZSM−35合成のために使
用される有機及び金属カチオンである〕にあてはまる組
成を有するであろう。ここでの反応条件には、約24時
間乃至約2160時間の、好ましくは約24時間乃至約
500時間の時間及び約11乃至約13のpHについて
の約85℃乃至約200℃の、好ましくは約130℃乃
至約175℃の温度が含まれる。
本発明の方法によってゼオライトZSM−38を合成す
る場合は、例えば、それよりこのゼオライトを結晶化さ
せようとする反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比
で示して、次の範囲: 5iOz/AlzOs    8.8 200  12
 60H20/5i02    5 100   6 
500H−/5iOz     O,050,50,0
70,49M+/5iOz     O,050,50
,070,49R+/5iOz     O,05−1
,00,060,5〔但し、R+及びM+はZSM−3
8の合成のために使用される有機及び金属カチオンであ
る〕にあてはまる組成を有するであろう。ここでの反応
条件には、ゼオライ)ZSM−35の製造について先述
されたものが含まれる。
本発明の方法によってゼオライトZSM−45が所望さ
れる場合には、例えば、それよ如ゼオライ)ZSM−4
5を結晶化させ・ようとする反応混合物は、酸化物及び
イオンのモル比で示して、次の範囲: 5iOz/AlzO3101501580H20/5i
Oz      6 100   6 640H−/5
t02o、a  i、o    o、a  o、sM+
/5i02     0.05−1.OO,10,5R
+/S 1O20,051,00,10,5〔但し、R
+及びM+はZSM−45の合成のために使用される有
機及び金属カチオンである〕にあてはまる組成を有する
であろう。ここでの反応条件には、約12時間乃至約1
50日の、好ましくは約48時間乃至約360時間の時
間及び約9乃至約13のpHについての約80℃乃至約
350℃の、好ましくは約100℃乃至約200℃の温
度が含まれる。
本発明の方法によってゼオライ)ZSM−48の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それよ、りこのアルミノシリケートを結晶化させようと
する反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して
、次の範囲: 広   義    好  適 5iOz/AlzO32050,000403,000
HzO/5iOz 51000 83000H−/5i
Oz  O,005−0,30,010,2+ M /5iOz  010 0.11.0+ R/5iOz  O,01100,11,0〔但し、R
+及びM+はZSM−48の合成のために使用される有
機及び金属カチオンである〕にあてはまる組成を有する
であろう。ここでの反応条件には、約12時間乃至約7
20時間の、好ましくは約48時間乃至約360時間の
時間及び約7.5乃至約13のpHについての約80℃
乃至約350℃の、好ましくは約100℃乃至約200
℃の温度が含まれる。
本発明の方法によってゼオライ)ZSM−50の構造を
持つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、
それよりこのゼオライトを結晶化させようとする反応混
合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、次の範囲
:5iOz/AhOs   20 3.000  3O
−90HzO/5iOz     5 1.000  
 6 500H−/5iOz     O,1−2,0
0,1−0,6M+/5iOz     O,0110
0,1−1,0R+/5iOz     O,0110
0,11,0〔但し、R+及びM+はZSM−50の合
成のために使用される有機及び金属カチオンである〕に
あてはまる組成を有するであろう。ここでの反応条件に
は、約2時間乃至720時間の、好ましくは約48時間
乃至約360時間の時間及び約8乃至約13のpI(に
ついての約80℃乃至約300℃の、好ましくは約10
0℃乃至約200℃の温度が含まれる。
本発明の方法によってゼオライト・ベーターの構造を持
つアルミノシリケートが所望された場合は、例えば、そ
れよりこのアルミノシリケートを結晶化させようとする
反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、次
の範囲:5iOz/AIzO310−3,000102
00H20/5iOz     1 1000   2
 750H−/♂ioz     0.1−2.0  
  0.1 0.6M+/5iOz     0 10
     0.01 1.OR+/S 1020.01
 10   0.1 1.0〔但し、R及びM はゼオ
ライト・ベーターの合成のために使用される有機及び金
属カチオンである〕にあてはまる組成を有するであろう
。ここでの反応条件には、約24時間乃至約1200時
間の、好ましくは約24時間乃至約500時間の時間及
び約8乃至約13.5のpHについての約85℃乃至約
200℃の、好ましくは約130℃乃至約175℃の温
度が含まれる。
本発明がゼオライトYの合成に用いられる場合は、例え
ば、それよりこのゼオライトを結晶化させようとする反
応混合物は、酸化物(及びイオン)のモルで示して、次
の範囲: 5fOz/Al2033.5 40  420HzO/
5i02    5−100  6−500H−/5i
Oz     O,0520゜1−0.9M+/5iO
z     O,0520,10,9〔但し、M+は金
属カチオンである〕にあてはまる組成を有するであろう
。ここでの反応条件には、約24時間乃至約48日の、
好ましくは約48時間乃至約14日の時間及び約10.
5乃至約13.5のpHについての、約20℃乃至約1
50℃の、好ましくは約70℃乃至約100℃の温度が
含まれる。
本発明の方法によって、合成オフレタイトの構造を持つ
アルミノシリケートが所望された場合には、例えば、そ
れよりこのアルミノシリケートを結晶化させようとする
反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、次
の範囲:5iOz/AlzO321001050&O/
5iOz      5 100   6 500H−
/5iO20,1−20,3−1,4M+/5iOz 
     O,120,3−1,4R+/5iOz  
    O200,9〔但し、M+は金属カチオンであ
り、そしてR+はテトラメチルアンモニウムである〕に
あてはまる組成を有するであろう。ここでの反応条件に
は、約24時間乃至約20日の、好ましくは約48時間
乃至約18日の時間及び約12乃至約14のpHについ
ての約20℃乃至約200℃の、好ましくは約40℃乃
至約120℃の温度が含まれる。
本発明の方法によって、合成エリオナイトの構造を持つ
アルミノシリケートが所望された場合には、例えば、そ
れよりこのアルミノシリケートを結晶化させようとする
反応混合物は、酸化物及びイオンのモル比で示して、次
の範囲:広義  好適 5iOz/AIzOa   1550  2030H2
0/5iOz   5100  6500H−//5i
Oz    O,0520,10,9M+/S 102
0.052  0.10.9R”/5iOz    0
.01−1  0.010.5〔但し、′R+及びM+
は有機及び金属カチオンである。
R+は例えば塩化物の様なベンジルトリメチルアンモニ
ウム化合物から誘導されるであろう。〕にあてはまる組
成を有するであろう。ここでの反応条件には約24時間
乃至約120日の、好ましくは約24時間乃至約48日
の時間及び約11乃至約13のpHについての約20℃
乃至約200℃の、好ましくは約30℃乃至約130℃
の温度が含まれる。
特定の結晶構造を持つ所望のアルミノシリケート・モレ
キュラー・シーブの直接合成の別の方法は、例えばZS
M−5構造のアルミノシリケート・ゼオライトの様な、
所望の構造の種(たね)結晶を、当初、反応混合物に加
えることである。これは(反応混合物の総重量を基準と
して)少くとも約0.01%の、好ましくは少くとも約
0.1%の及びより好ましくは少くとも約1%の所望の
アルミノシリケ−トの種結晶を加えることによって促進
される。
本発明に依り製造されたゼオライト結晶は種々の特定の
粒子サイズに形成出来る。一般的に言って、粒子は粉末
、頼粒状、2メツシユ(タイラー)の篩は通るが400
メツシユ(タイラー)の面上に留るのに充分な粒子の大
きさを有する押出成型品の様な成型品にすることが出来
る。押出成型に依る様な、触媒を成型する場合、結晶を
乾燥前に押出し成型するか又は部分的に乾燥して押出成
型することが出来る。
ゼオライト結晶に有機転化プロセスで使用される温度及
び他の諸条件に対して抵抗性を有する他物質を組合わせ
ることが望ましいであろう。か\る物質には活性又は不
活性な物質及び合成又は天然産のゼオライト並びに粘土
、シ1ツカ及び/又は金属酸化物(例えばアルミナ)の
様な無機物質が包含される。粘土、シリカ及び/又は金
属酸化物は天然産又はゼラチン状沈澱又はシリカ及び金
属酸化物の混合物を含むゲルの形であっても良い。合成
した結晶と共に、即ち組合わせて、活性な物質を使用す
ると、ある種の有機転化プロセスに於ける触媒全体とし
ての転化率及び/又は選択率を改善する傾向がある。不
活性物質は所定のプロセスの転化率を制御するだめの稀
釈剤として適切にはたらき、その結果反応速度を制御す
る他の手段を用いること無く生成物を経済的に且つ規則
的に得ることが出来る。工業的な運転条件の下での触媒
の破砕強度を改善するために、これらの物質を、例えば
ベントナイト及びカオリンの様な天然産粘土中に組み入
れることが出来る。これらの物質、即ち粘土酸化物等は
、触媒に対するバインダーの役割を果す。
工業的生産用途では触媒が粉末状物質にくだけちるのを
防止するのが好ましいので良好な破砕強度を有する触媒
を提供するのが望ましいであろう。これらの粒土バイン
ダーは触媒全体の破砕強度改善の目的にだけ通常は使用
されている。
ゼオライトと組成物に出来る天然産粘土にはモンモリオ
ナイト及びカオリン族が包含され、その族にはサブベン
トナイトが包含され、そしてカオリンは通常、デキシー
、マクナミー・ジョーシア及びフロリダ白土として、主
要鉱物成分がハロザイト、カオリナイト、ジツカイト、
ナクライト、又はアナウキサイトであるその他の鉱物と
して知られている。か\る粘土はこれを採掘したま\の
粗製状態でも、又は焼成、酸処理又は化学的変性処理を
行ったものでも使用出来る。本発明の結晶と組成物にす
るのに有用なノイイングーには又、無機酸化物、特にア
ルミナが包含される。
既述の物質のほかに、結晶性アルミノシリケート・ゼオ
ライトは多孔性マトリックス、例えばシリカーアノペナ
、シリカ−マグネシャ、シリカ−ジルコニア、シリカ−
トリア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタニア並びに三
元組成物、例えばシリカ−アルミナ−トリア、シリカ−
アルミナ−ジルコニア、シリカ−アルミナ−マグネシア
及びシリカ−マグネシア−ジルコニア、と組成物とする
ことが出来る。
微細に粉砕した結晶性物質及び無機酸化物ゲル・マトリ
ックスの相対的割合は、結晶含量を約1乃至約90重量
%の範囲で、及びより普通には、特にビードの形で組成
物を調製する時は、組成物の約2乃至約80重量−の範
囲で広い範囲にわたって変化させることが出来る。
本発明の方法により製造された特定の多孔質結晶性ゼオ
ライト・モレキュラー・シーブ、例えばZSM−5、の
触媒的に活性な型を触媒成分として利用する場合、(該
触媒は場合によっては付加的水素化成分を含有する、)
改質原料を、約370℃乃至約540℃の温度、約11
00psi乃至約1000pSig(791kPa−1
000pSi )の、好ましくは約zoopsig乃至
約700psig(1480kPa −4928kPa
 )の圧力、約0.1乃至約10の、好ましくは約0.
5乃至約4の液空間速度、及び約1乃至約20の、好ま
しくは約4乃至約12の水素−炭化水素モル比を用いて
改質出来る。
ここで合成された特定のゼオライト、例えばZSM−5
、ZSM−11及びベーター、よシ成る触媒は、水素化
成分、例えば白金、を有している場合、n−パラフィン
のノ・イドロアイソメリゼーションにも使用出来る。か
\るノ・イドロアイソメリゼーションは約90℃乃至約
375℃の、好ましくは約145℃乃至約290℃の温
度に於て、約0.01乃至約2の、好ましくは約0.2
5乃至約0.50の液空間速度で、及び約1=1乃至5
:1の水素−炭化水素比で実施される。その外に、か\
る触媒は、約200℃乃至約480℃の温度を使用する
、オレフィン又は芳香族の異性化に使用出来る。
か\る触媒、例えばZSM−5、ZSM−11及びベー
ター、は軽油の流動点降下にも使用出来る。この反応は
、約10乃至約30の液空間速度及び約425℃乃至約
595℃の温度で実施される。
本発明の方法で製造された、(金属、例えば白金、を含
有する)ゼオライト・モレキュラー・シーブより成る触
媒を利用して実施出来るその他の有機化合物転化反応に
は、水素化−脱水素反応及び脱硫反応、オレフィンの重
合(オリゴメリゼーション)及び、アルコール(例えば
メタノール)又はエーテル(例えばジメチルエーテル)
の炭化水素への転化、及びアルキル化剤(例えばエチレ
ン)の共存下での芳香族(例えばベンゼン)のアルキレ
ーションの様すその他の有機化合物転化反応が含まれる
本発明の特性及びその実施の態様をよシ完全に例示する
ために以下の実施例を示す。実施例中で、アルファー(
Q)値を測定する時は何時でも、アルファー値は標準触
媒と比較したその触媒の接触分解活性の大略の指標でs
b、そしてアルファー値は相対的速度定数(単位時間白
シ、単位容積の触媒当夛のn−ヘキサンの転化速度)を
与えることを注意されたい。アルファー値は高活性シリ
カ−アルミナ分解触媒の活性を1(速度定数””0.0
165ec−” )のアルファと定めている。ゼオライ
)HzSM−5の場合は、例えば、1のアルファー値を
生じるのに僅か174ppmの四面体的に配位したアル
ミニウムしか必要としない。アルファー試験は米国特許
第3,354.078号及びThe Journalo
f Catalysis、Vol−IVy  pp−5
22−529(August  1965 )に記載さ
れている。
実施例1 いくつかのそれぞれのアルミナ源を、本明細書中で先に
水及びカセイ溶液への溶解性について記載した方法及び
式に従って溶解度を試験した。試験したアルミナ源は次
の8種であった。
A0g跡のアルファー−水和アルミナのある、主成分は
噴霧乾燥し、ミリングしである転移アルミナ。
B、噴霧乾燥したアルファー−水和アルミナ。
C0乾燥したアルファー−水利アルミナ。
D、ロータリー・キルンで乾燥したアルファー−水利ア
ルミナ。
E、湿ったフィルター・ケーキの形のベーター三水和及
びアルファー−水和アルミナ。
F、糠跡のベーター三水和及びアルファー−水和アルミ
ナのある、主成分は転移アルミナ。
G、乾燥したアルファー−水利アルミナ。
H1痕跡のデルタ−アルミナのある主成分はガンマ−・
アルミナ。
52の各源をそれぞれ1002の蒸留水と混合してスラ
リーとし、100℃に加熱し、そして100℃で24時
間、スラリー条件を維持させた。一方、51の各源をそ
れぞれ(52の無水の水酸化ナトリウムを952の蒸留
水に溶解して調製した)5重量%の水酸化す) IJウ
ム溶液の1002と混合してスラリーとし、100℃に
加熱し、そして100℃で24時間、スラリー条件を維
持させた。次に混合物を100℃で沖過し、涙液のアル
ミニウム・イオン含量を分析した。生成したフィルター
・ケーキは乾燥して秤量した。この試験の結果は次のと
おりであった:溶解度、 wt% A                  40.4B 
    O,2より小   31.4CO,2より小 
  39.8 D     O,2より小   28.4E     
O,2より小   31.2F    O12より小 
  45.8G     O,2より小   47.2
R4,24,9,2 実施例2(従来法) 1.0部のアルミン酸ナトリウム(水及びカセイit中
、100%の溶解度)、2.5部の水酸化す) IJウ
ム(98wt係)、 1.4部の水酸化カリウム(86
wt%)、16.9部の蒸留水及び24.9部のコロイ
ダルシリカ(30wt % 5iOz )より成る反応
混合物を調製する公知の方法によって合成オフレタイト
i製造した。この混合物を15分間攪拌してからポリプ
ロピレン容器に入れ、ポリプロピレン容器を水浴(90
,5℃)に14日日間−た。
得られたゼオライトはX線回折分析により70%の結晶
化度の合成オフレタイトと同定された。生成物ゼオライ
トの化学分析から、その組成11−1′:Na、 wt
、 %       2.3に、  wt、%    
  9.O N、  wt、%      0.15S i02 /
A l 203モル比70であった。生成物の合成オフ
レタイトの走査電子顕微鏡解析は、これがオフレタイト
で予測される典型的形態、即ち長さ約5ミクロンの不ぞ
ろいの台形桿状体、を持っていることを示した。
実施例3 実施例2で製造したオフレタイト生成物との比較のため
に、本発明の方法によって合成オフレタイトを製造した
今回は、1.0部のアルミナ源A(実施例1参照)、3
.2部の水酸化ナトリウム(97wt%)、1.6部の
水酸化カリウム(86wt% )、19.3部の蒸留水
及び28.3部のコロイダルシリカ(3部wt%5iO
z)の混合によって反応混合物溶液を調製した。約13
.5のpHを持つこの混合物を、15分間攪拌してポリ
プロピレン容器に入れ、これを水浴(90,5℃)中に
14日日間−た。得られたゼオライトはX線回折分析に
よって70%の結晶化度の合成オフレタイトであると同
定された。生成物ゼオライトの化学分析から、その組成
は: Na、 wt、%      2.3 に、  wt、チ     9.O N、  wt、ヂ     0.04 SiOz/AlzOaモル比 6.8 であった。生成物の合成オフレタイトの走査電子顕微鏡
解析は、これがオフレタイトの典型的形態では無い、長
さ約10ミクロンの一様な六角形桿状体を有することを
示した。
実施例4 20ポンド責9. I Kg)の水に、4701のNa
OH(錠剤)及び25ooycr;−tめ反応させた有
機物゛を溶解してカセイ溶液を調製した。“予め反応さ
せた有機物゛は123部の水の中で、36.04mのメ
チルエチルケトン、22.04部のトリーロープロピル
アミン、18.95部のn−プロピルブロマイドを10
4℃で約6時間反応させて調製した。
過剰の有機物は反応器の温度を160℃に上げてフラッ
シュして除いた。残っだ水相を冷却して、“予め反応さ
せた有機物゛として使用した。この方セイ溶液をオート
クレーブに入れ、次に1197の低溶解度のアルミナ源
F(実施例1参照)を入れた。このアルミナ源は主とし
て転移アルミナを、そして痕跡のベーター三水和物及び
アルファー−水和物を含んでいるものであった。混合物
を室温に保ち、200 rpmで攪拌した。約5wt%
の遊離水及び4.5 wtチの水和の結合水を含み、約
0.02ミクロンの粒子サイズを持った10″−ポンド
の沈澱、水和5i02を徐々に加えた。
この混合物、約10,5のpHを有している、を2時間
攪拌して均一な混合物を得た。結晶化条件は、100℃
の温度、自圧及び9Qrpmの攪拌を含んでいた。70
時間後、生成物ゼオライトはX線回折によって100%
の結晶化ZSM−5であると同定された。走査電子顕微
鏡で測った結晶サイズは0.05乃至0゜1ミクロンの
範囲であり、易溶性アルミナ源を用いる公知のZSM−
5合成法で得られたものより大きかった。
実施例5−11 アルファー−水和物、ベーター三水和物、転移アルミナ
及びそれらの混合C吻にわたる範囲の異なるアルミナ源
を含む反応混合物から七つの異なったゼオライ)ZSM
−5の合成実験を行った。アルミナ源は生成物に55乃
至70のシリカ/アルミナモル比を与えると考えられる
量を加えた。
各実験では、実施例4で記載した′予め反応させた有機
物゛を反応混合物が含んでいた。反応混合物ば:4.7
gの水酸化ナトリウム、 507の予め反応させた有機物、 63.5Fの水、 0.839のアルミナ源、 47.79の実施例4で使用さしたのと同じ沈澱、水和
5iOz、 より成るものであった。反応混合物は100℃、ポリプ
ロピレン製ジャー中、静置条件で結晶化させた。6及び
11日後納晶化度を測定した。生成物ゼオライトはX線
回折により、ZSM−5であると同定された。生成物ゼ
オライトについてアルファー値及び結晶サイズも測定し
た。アルミナ源及びゼオライト生成物の特徴を表1に示
す。
表1 実施例番号               56アルミ
ナ源              1+2+3  1+
2生成物組成 5i02.  wt、%          81.7
   80.9A1203.  wt−%      
     2.15   1.6Na、  wt、% 
            1.12   1.0灰分(
1000℃)、 wt、 %       84.8 
   85.08in2/Al2O3j モル比   
   64.6   86.0結晶化度%ZSM−5 6日後                65    
6011日後                95 
   95アルフアー値(538℃)        
50    62残留ナトリウム wt、チ、    
      0.03   0.03結晶サイズ、ミク
ロン         1−3   1−3(注記) 
使用アルミナ源: 1−アルファー−水和物 2=ベーター三水和物 3=転移アルミナ 7     8     9     10   11
1     1+3     1      1   
  179.9   79,4   78,7    
78.0   79.32.16   1.94   
2.1    2.19   2.111.19   
 1.2     1.1     1.06   1
.0584.9    85,7    85,0  
  85.0   84.862.9    69.6
    63,7    60.5   63.960
     55     60     60    
65100    90     95     95
    9533     65     45   
  27    450.06    0.04   
 0.05    0.04   0.031−3  
  1−3    1−3    1−3   1−3
表1のデーターより、実施例5−11の生成物ゼオライ
トが60.5乃至86の範囲のシリカ/アルミナモル比
であることを注目されたい。また得られたアルファー値
は、27/乃至65であり、これよりもずっと高いシリ
カ/アルミナ比、即ち約200を持ったゼオライトzS
M−5から予測されるものであることを注目されたい。
実施例12−17 実施例12−15は、在来の反応物を使用するが、アノ
シミン酸ナトリウム(100%の溶解度持つアルミナ源
)の量を減らして高いシリカ/アルミナモル比のゼオラ
イトZSM−34の合成を企図した。更に、ZSM−3
4の合成を強制するために反応媒体にZSM−34の種
を加えた。
実施例12は、11.3のシリカ/アルミナモル比を持
った100チ結晶化度のZSM−34が得られた基準の
ケースを示す。より少い量のアルミナ源を含んだその他
の三つの製造方法はZSM−34は得られたが、結晶化
度が著しく低下した。シリカ/アルミナモル比は17.
7より大きくならなかった。
実施例16及び17は実施例12−15に対応する合成
でのアルミナ源F(実施例1参照)の有効性を評価した
ものである。実施例16はアルミナ源を変えた以外は、
実施例15に等しいものであった。ZSM−34又はエ
リオナイトに類似するX線回折図を持った(いずれも1
2よシ犬な拘束係数を持つといずれも規定可能な同様な
小細孔ゼオライト)結晶性物質が形成されたが、異なる
ゼオライトであることを示す可能性のある顕著なピーク
強度の変化も持っていた。この新規種のシリカ/アルミ
ナモル比は34.7で、先述のZSM−34合成で得ら
れたものの約2倍であった。
実施例17はアルミナ源F(実施例1参照)を使用する
更なる例である。この製造方法ではZSM=34の種を
入れなかった。結晶性物質が得られた。実施例17の生
成物のX線回折図は実施例16の生成物のものに似てい
るが、(多分、結晶化度が増したために)主要強度のピ
ークに明確さが増していた。実施例12−17の合成及
び生成物分析の特徴点を表2に示す。
表2 実施例 番号  反応混合物組成(ダラム) 有機物  ルシリカ  NaOHKOHHzOo アル
ミナ12    200.0  684.2  25.
7  23.4  952.7  60.413   
200.0  684.2  37.4  23.4 
 952.7  30.214   200.0  6
84.2  43.3  23.4  952.7  
15.115    200.0  684.2  2
5,7  56.8  952.7   7.616 
   200.0  684.2  25.7  56
.8  952.7   3.717    200.
0  684.2  25.7  56.8  952
.7   3.7来 これらのすべての実施例中の有機
物は塩化コリンである未来シリカ源の水モ含めて 生成物組成 モル比   X線結晶化度及び特記 11.3    100%ZSM−3414,050%
ZSM−34 17,755% ZSM−34 6,480%ZSM−34 34,7線の相対強度に変化のあるZSM−34型物質
68.2 実施例118−2 21J例18は、アルミン酸ナトリウムを(溶解度=匍
の)アルミナ源として用いる在来の方法に依るゼオライ
トYの合成を示す。実施例19及び20はアルミナ源F
(実施例1参照)をアルミナ源とする本発明の方法に依
るゼオライトYの合成を示している。実施例19は結晶
性生成物が得られなかったが、反応混合物のア/L、カ
リ含量を相殺するのを忘れたのが一因と考えられる。実
施例20は相殺したアルカリ含量を用いてFのアノシミ
ナ源を使用してゼオライトYの生成物を得る結果となっ
た。然し、結晶化時間は、実施例18で見られるより3
倍以上長かった。実施例21及び22はアノベナ源Aを
ア7L、ミナ源とする本発明の方法によりゼオライトY
の合成を企図した結果を示している。
いずれの場合も、3週間後でもゼオライトYは生成しな
かった。実施例1で示した如く、ア/L ミナ源Aはア
ルミナ源Fよす溶解性が低く、それが所望のゼ第2イl
−Yを生成するのに失敗した一因であろう。これらの実
施例では静的な系で、約140のpHの反応混合物につ
いて100℃で1週間の正常結晶化を企てた。実施例1
8−22の合成及び生成物分析の特徴点を表3に示す。
表3 18   なし  1910 137.7 2027.
6 230.919   なし  1910 137.
7 2027.6 13乏3.320   なし  1
910 227.2 2027.6 139.521 
  なし  1910 227.2 2027.6 2
02.822   なし  1910 227.2 2
027.6 202.8未 シリカ源からの水を含めて 生成物組成 モル比    結晶化度及び特記 5.7     95%Y型物質 非晶質 5.8     100チY型物質 ゼオライ)P及びゼオライトSの濃厚相混合物ゼオライ
トP及びゼオライトSの濃厚相混合物実施例23及び2
4 二つの実験をオフレタイトの合成について実施した。実
施例23は水及びカセイitのいずれでも10001b
の溶解度を持つアルミン酸ナトリウムのアルミナ源を用
いた。実施例24u水溶液中では0.2%より少い及び
カセイ溶液中で458%の溶解度を持つアルミナ源F(
実施例1参照)を用いた。実施例23の生成物は70%
結晶性の合成オフレタイトであった。実施例24の生成
物は、X線回折で実施例23の生成物とピーク強度が異
なる100%結晶性の合成オフレタイト型物質であった
。両実験とも100℃の結晶化温度及びpH13,5の
反応混合物の静置条件で実施した。実施例23及び24
の反応混合物の特徴は次の表4に示す。
実施例25 アルミナ源F(実施例1参照)を用いて表4に示した成
分よシ成る反応混合物を調製した。これを約12のpH
で149℃の温度に72時間保持した。X線回折分析に
より、生成した結晶性゛物質は105%の結晶化度のZ
SM−5であると定められた。生成物ゼオライトの化学
分析は45.3のS 102 /A I z O3モル
比を示していた。
表4 23   なし 2314 228.7109.731
.94.593.124   なし 2314 228
.7109.73194.555.8来 シリカ源から
の水を含めて 実施例26 3tのビーカー中で、110.4Fの50%NaOHを
238:lの脱イオン水と一緒にした。352.2f量
のテトラエチルアンモニウムブロマイド(TEAブロマ
イド)を次に加えて清澄均一溶液とした。157のアル
ミナ源F(実施例1参照)を次に加えた。約5wt%の
遊離H20及び約4.5 w t%の水和の結合H20
を含み約o、o2ミクロンの粒子サイズを持つ沈澱、水
和SiO2の415.5r量を加えて、均一なスラリー
が得られる迄、全体を混合した。約1.500CC(1
636F)のこの混合物を2tのParrオートクレー
ブに移した。この混合物のpHは23℃で12.7であ
った。耐圧試験後、オートクレーブの温度を121℃に
上げた。121℃で381.25時間攪拌後、そのpH
が30℃で116で、その密度が1.12f/Cmであ
る生成物が得られた。この点で得られた洗浄、乾燥した
粉末は、ゼオライト・ベーター標準品と比較して80%
のゼオライト・ベーターであることがX線回折で判明し
た。468.25時間後、90%のゼオライト・ベータ
ーであった。出発ゲルのモル組成は次のとおりであった
: S 102 /A l z 03−51.2 ; Na
20/S 102 =O−178; H20/5iOz
 =22.9 ;OH−/5iOz =0.23 ; 
(TEA )zO/5iOz=0.14;及び(TEA
+)/ (TEA++ Na+)= 0.55゜実施例
27及び28 メタノールのオレフィンへの転化に対する触媒成分とし
てゼオライトZSM−34が活性を示し、そして従来の
方法、即ち完全可溶性アルミナ源を使用する方法、によ
って合成したZSM−34はこの転化反応に対して実際
極めて活性であるので、その結果としてすぐにコークが
集積する、そのため、本発明の方法によって合成された
ZSM−34より成るか\る触媒のアルファー値を試験
してみることに興味があった。約50より低い、好まし
くは40より低いか\る触媒のアルファー値は、よシ長
いサイクル期間(連続運転期間)を与えながら転化活性
を保持していると考えられる。
実施例16で調製した新種ゼオライ)ZSM−34のシ
リカ/アルミナモル比は34.7で、従来法で合成した
ZSM−34の約2倍の高さであることを先に特記した
。このより高いシリカ/アルミナモル比が新ZSM−3
4のメタノールのオレフィンへの転化反応の触媒活性を
和らげるであろうと推論した。この推論を検証し、本発
明の方法の好みに合わせて触媒活性についての有用性を
示すために2種のZSM−34触媒試料を調製した。第
一の、実施例27は、実施例12のゼオライトZsM−
34の65重量部をアルミナ・バインダー35重量部と
混合して調製した。混合物に充分な水を加え、zインチ
の成型品に押出成型した。これは従来の方法で調製した
ZSM−34触媒物質であった。
第二のZSM−34試料、実施例28は、実施例16か
らのゼオライトZSM−34の65重量部をアルミナ・
バインダー35重量部と混合して調製した。これも、充
分な水を加えて尾インチの押出成型品とした。
調製した両触媒を窒素中、538℃で3時間か焼し、室
温で硝酸アンモニウム溶液で洗浄し、次に空気中、53
8℃で3時間か焼した。それぞれの触媒をアルファー試
験に供した。その結果、従来法で調製したZSM−34
触媒、実施例27は107のアルファー値、そして実施
例28のZSM−34触媒は8のアルファー値を示した
。従って特定の利用目的に対して触媒活性を適応させる
本発明の方法の有用性が示された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラー・シーブの
    合成方法に於て、 A)酸化物及びイオンのモル比で表わして、次の範囲:
    5tO2/Al2O3=少くとも3.5H20/S 1
    o2= 5 1.0000H−/5in2=Q、Q O
    53,0M /5iOz =0 10 R/5i02=0 10 〔但し、M+はアルカリ金属又はアルカリ土類金属のイ
    オンを表わし、そしてR+は第VA族元素を含有する有
    機カチオンを表わす〕を有する水性反応混合物を、該A
    l2O3の少くとも一部が水に対しては20重量%よシ
    低く且つ苛性溶液に対しては90重量%よシ低い溶解度
    を示すアノペナ源を該反応混合物に徐々に添加すること
    によってもたらされるという条件にて、調製し、且つB
    )該反応混合物を多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラ
    ー・シーブの結晶が形成される迄、60℃乃至35oc
    の温度及び7乃至14.0のpHに保持することを特徴
    とする多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラー・シーブ
    の合成方法。 2、該反応混合物が、酸化物及びイオンのモル比で表わ
    して、次の範囲: 5iOz/AlzO3=5 3,000H20/5iO
    z = 5 300 0H−/5i02 =Q、Q 5 1.OM /S 1
    02= O−1,0 R/s ioz = 0−1.0 の組成を有する特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、  Al2O3源が高温転移アルミナ、転移アルミ
    ナ、三水和アルミナ、−水和アルミナ及びその混合物か
    ら選ばれたものであり、而して該三水和及び−水和アル
    ミナ源はアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物
    又は鉱酸を用いる可溶化前処理を受けていないものであ
    る、特許請求の範囲第1項又は第2項記載の方法。 4、  AlzO3源が水に対しては5重量%より低く
    且つ苛性溶液に対しては50重量%より低い溶解度を示
    す特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 製造されたゼオライト・モレキュラ・シーブが少く
    とも12のシリカ/アルミナのモル比及び1乃至12の
    拘束係数を有する特許請求の範囲第1項記載の方法。 6、製造されたゼオライト・モレキュラー◆シーブdf
    ZsM−5、ZSM−11、ZSM−5/ZSM−11
    中間型、ZSM−12、ZSM−22、ZSM−23、
    ZSM−34、ZSM−35、ZSM−38、ZSM−
    45、ZSM−48、ZSM−50、(セ;4−yイト
    )ヘ−1’−1合成オフレタイト、合成エリオナイト、
    又はゼオライトYである特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 7、更に、該ゼオライト・モレギュラ一番シーブの当初
    のイオンの少くとも一部分を、水素及び水素前駆体、稀
    土類金属、又は元素の周期律表の第1A族、第nA族、
    第nlA族、第Wp、族、第TB族、第nB族、第11
    1B族、第1VB族、第VIB族又は第■族の金属から
    選ばれたイオン又はイオンの混合物で置換する工程をも
    含む特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載
    の方法。 8、製造したゼオライト・モレキュラー・シーブを20
    0℃乃至870℃の温度で加熱する付加工程を含む特許
    請求の範囲第1項乃至第7項のいずれかに記載の方法。 9、A)酸化物及びイオンのモル比で表わして、次の範
    囲:5iOz/AIzO3−少くとも3.5HzO/5
    iO2=5 1,000 0H−/5iOz =Q、Q O53,OM+/5iO
    2=0−10 R/5iOz =0 10 〔但し、M+はアルカリ金属又はアルカリ土類金属のイ
    オンを表わし、そしてR+は第VA族元累を含有する有
    機カチオンを表わす〕を有する水性反応混合物を、該A
    、1203の少くとも一部が、水に対しては20重量%
    より低く且つ苛性溶液中に対しては90重量%より低い
    溶解度を示すアルミナ源を該反応混合物に徐り、・に添
    加するという条件にて、調製し、且つ B)該反応混合物を多孔質結晶性ゼオライト・モレキュ
    ラー・シーブの結晶が形成される迄、60℃乃至350
    ℃の温度及び7乃至14.0のpHに保持することに依
    り合成した多孔質結晶性ゼオライト・モレキュラー・シ
    ーブ物質を有機化合物の接触的転化反応を促進する触媒
    として使用することを特徴とする有機化合物の接触的転
    化方法。
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