JPS5973422A - ゼオライトの製造方法 - Google Patents

ゼオライトの製造方法

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JPS5973422A
JPS5973422A JP18140982A JP18140982A JPS5973422A JP S5973422 A JPS5973422 A JP S5973422A JP 18140982 A JP18140982 A JP 18140982A JP 18140982 A JP18140982 A JP 18140982A JP S5973422 A JPS5973422 A JP S5973422A
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aqueous
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有家 潤二
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慶治 板橋
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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、ゼオライトの新規な合成法に関し、特に、オ
フレタイト型の結晶構造を基本とし、その微細構造にお
いてエリオナイト相が認められるゼオライトの新規な合
成法を提供するものである。
ゼオライトはギリシャ語の「沸騰する石」を語源とする
様に沸石水を含む結晶アルミノシリケートである。
その組成は一般的に、AI、03を基準に次式で表わさ
れる。
Z Xy、、 O” A% O,” (2〜G) )日
101・yH,0(ここで、又は原子価ガのカチオンを
、”+1は係数を示す) 又、その基本構造は、硅素を中心として4つの酸素がそ
の頂点に配置し九SiQ四面体と、この硅素の代りにア
ルミニウムを中心としたAlO4四面体とがO/(Al
+S1)の原子比が2となるように互いに酸素を共有し
て規則正しく三次元的に配列したものである。その結果
、この四面体の配列の違いにより、大きさ及び形の異な
る細孔を有する網目構造が形成される。又、AlO4四
面体の負電荷はアルカリ金属またはアルカリ土類金属な
どの陽イオンと結合することによシバランスしている。
このようにして形成される細孔は、3オングストローム
から10数オングストロームのいずれかの大きさである
が、AlO4四面体と結合している金属陽イオンを他の
金属陽イオンと交換することによ多細孔の大きさを変え
ることもできる。
ゼオライトは、その細孔に特定の分子が捕捉される性質
を利用し、気体、液体の脱水剤、又は着目成分を吸着分
離する分子篩として工業的に広く用いられている。又、
金属陽イオンを水素イオンと交換したものは固体酸とし
て作用するので多くの工業用触媒として用いられている
ゼオライトの一種であるオフレタイトは天然に存在し、
その結晶は六方晶系(格子定数a:I K2 qX、C
ニア、5.61)に属し、シクロヘキサンを吸着できる
12負項から成る直径6.4λの細孔を有する。
オフレタイトは、テトラメチルアンモニウムイオン(以
後TMAイオンと略称する)を反応系に存在させること
によって合成できることから、合成オフレタイトはTM
A−オフレタイトと呼ばれているっTMA−オフレタイ
トは、その結晶中にTMA−イオンが取り込1れ、化学
組成はx((TMA)7.鳥、Na2)0・Ab03・
(卜10)Siへ・νへ〇(ただし、”!1/は係数)
で表わされる。
このゼオライトを500〜600℃で空気中で焼成する
とTMAイオンは分解脱離してHイオンとなり、オフシ
タイト構造中に残存する。
オフレタイトとその構造が非常によく似たゼオライトに
エリオナイトがある。
オフレタイトの結晶においては、6ケージ(カンクリナ
イトケージ)がC軸に沿って二重六員環をはさんで同一
方向に積み重なって直径6.4Xの12員項から成る細
孔を形成している。
一方エリオナイトにおいては、二重六員環をはさんでε
ケージが互い違いに60°づつ回転してC軸方向に積み
重なっている為、直径&4Hの12員項の他に同軸方向
にX6X5.2Hの8員項が形成サレル。(格子定数a
 : 1 !L 26 X 、 c =15.12A) これらの結晶構造のわずかな違いに起因する差異は、X
線粉末回折図において”o+l 11ine”と呼ばれ
ている2θ=96°、16.6°、21.4°。
61.9°(OuKα二重線による測定)のピークがオ
フレタイトの場合には全く存在しないが、エリオナイト
の場合には、これらの鋭いピークが観測されることに現
れており、オフレタイトとエリオナイトはX線粉末回折
によシ明確に区別することが出来る1、 又、オフレタイトはシクロヘキサンを吸着するがエリオ
ナイトはシクロヘキサンを吸着しない事から、その吸着
特性には大きな差がある。
ところで、ある種のゼオライトにおいては1つの結晶粒
子内にこれら2つの結晶相が同時に含まれていることが
知られている。ゼオライ)Tと称されるゼオライトはそ
の1つであり、これら2つの結晶相が不規則に内部成長
°シたものであると報告されている。(J、M、 Be
nnett及びJ、 A、 Gard著Nature、
 214. P4O10,1967年参照)そのX線粉
末回折図で観測される”oad 111nθ”は、2θ
=96°及び21.4°の2本のみであり、吸着特性に
おいてはシクロヘキサンは全く吸着しない事が特徴であ
る。(D、W、 Breck M″ZeoliteMo
lecular 5ieves″1974年)又、Mo
bi1社出願の特開昭53−58499号公報に開示さ
れるZSM−54と称されるゼオライトは、そのX線粉
末回折図において”olidlline”である2θ=
96°、1に6°、21.4°及び31.9℃幅広いピ
ークが観測される事から、このゼオライトはオフシタイ
ト構造中に非常に小さなエリオナイト領域が内部成長し
たものであると言われている。又、n−ヘキサン及びシ
クロヘキサンの吸着能力を有し、種々の触媒反応にも有
効であるとされている。
しかしながら、その合成には有機窒素含有化合物である
コリン又はその誘導体を用いることが必須であり、この
有機窒素含有カチオンが生成するZSM−34の結晶構
造にカチオンの一部として組込まれてしまう。この為、
ZSM=34は500〜600℃で焼成処理し、有機砲
素含有カチオンを分解除去しなければ吸着活性や触媒活
性が発現しない。
本発明者らは、これらオフレタイト型ゼオライトを幅広
く検討した結果、TMAイオンやコリンなどの高価な有
機窒素含有化合物を何んら使用することなくオフレタイ
ト型の結晶構造を基本としながらも、その微細構造及び
その吸着特性が従来のオフレタイト型ゼオライトと異な
る新規なゼオライトを合成することに成功した。
この新規ゼオライト(以下ゼオライ)OEと略称する)
は下記の組成を有する。
zX1ヶ011A馬り(卜10)Slへ争υ履0(ただ
し、xtま原子価nのカチオンを表わし、X。
νは係数) Mは、合成されたままの状態では、K十とN−である。
K+又はNa+の一部又は全部は公知法によって又、ゼ
オライ)OEr、iX線粉末回折ノくターンに大きな特
徴を有する。銅のにαニル線を用いて測定した回折角2
θ(度)及びそれによる格子面間隔(a−;)iま実質
的に第−表のとおりである。
第   −表 2θ(度)   格子面間隔(A)     強 度7
.7±11211.5強 9.6±tt 9.20弱 11.7± 〃    159    9強1!L6±
〃&65強 14.0±〃&32弱 15.4±〃!11.75弱 1&4±tt 5.40弱 19.4±〃   457    9強20.4±u 
4.55強 21.3±tt’ 4.17弱 2五2±〃    五86    9強2五6±〃  
 五77     最強24.8±〃五59強 26.1±〃五41弱 2&9±tt    ′!L51    9強27.6
±II &25弱 2a1± 〃    五17    9強2B、5± 
〃    515    9強3α5±tt 2.92
8弱 31.2±tt 2.864強 31.4±/l 2.847強 514±//    2.680    9強36.1
± tt     2.486    9強3a2±t
t 2.354弱 オフレタイト、TMA−オフレタイトは96°。
1&4°にピークが全くなく、エリオナイトはその角度
に強いピークがある・のに対し、ゼオライ)OKには弱
く、幅広いピークが認められる。ゼオライトTには14
.0°にピークがないのに対し、ゼオライトOKにはそ
の角度にピークが認められる。オフレタイト、TMA−
オフレタイト、エリオナイ)、ZBM−54,ゼオライ
トTの最強ピークが77°であるのに対し、ゼオライ)
OEは2五6゜に最強ピークがある。
ゼオライトOEを電子線回折により構造解析したところ
、既知のゼオライトの単なる混合物ではなく、オフレタ
イト構造を基本としながら微量のエリオナイト相が規則
正しく内部成長していることがわかった。
本発明のゼオライ)ORは、ゼオライ)Tなどの公知の
ゼオライトには見られない吸着特性を有する。エリオナ
イト、ゼオライトTは500〜600℃で加熱焼成する
活性化処理を行っても、シクロハキサンを#1とんど吸
着しない。一方、ZBM−34,TMA−オフしI’イ
トは合成後、100〜350℃の加熱処理ではシクロヘ
キサンを全く吸着せず、500〜600℃の活性化処理
をして始めてシクロヘキサンを吸着できるようになる。
これに対して、ゼオライ)ORは合成後、水洗し、常温
〜650℃という比較的低温で脱水処理するだけでシク
ロヘキサンを吸着できるようになる。
ゼオライトO]riは、合成無定形硅酸いわゆるホワイ
トカーボンをシリカ源として純度よく合成できる。しか
し、ホワイトカーボンは高価であるばかシか、合成条件
によっては、合成中及び結晶化終了後の水性スラリーの
粘度が異常に高く、移送。
固液分離、水洗等で工業的に難点がある。
本発明者らは、安価な原料を使用してゼオライ)OKを
純度よく製造する方法について鋭意検討したところ、ア
ルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミニウム水溶液を反応
させることによって得た、アルミニウムを灯^とじて4
〜22wt%(無水換算)含む粒状無定形アルミノ硅酸
塩を、特定の組成となるように水酸化アルカリ金属水溶
液及び/又はアルカリ金属硅酸塩水溶液に加え、攪拌下
で結晶化することによって、ゼオライトOEを効率よく
製造できる方法を見い出し本発明を完成した。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明は、アルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミニウム
水溶液とを反応させることによって生成した粒状の無定
形アルミノ硅酸塩を、その母液から一旦分離し、新たに
水酸化アルカリ金属水溶液及び/又はアルカリ金属硅酸
塩水溶液(以下、アルカリ水溶液と略称する)に加え、
該懸濁水性スラリー(以下懸濁混合物と略称する)を攪
拌下、加熱結晶化することを骨子とするものである。し
かるに、アルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミニウム水
溶液とを反応させて得た反応混合物を、そのまま単に加
熱結晶化しても目的とするゼオライトを全く得ることが
出来ないし、又、アルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミ
ニウム水溶液とを反応させて得た反応混合物にアルカリ
水溶液を加え攪拌下、加熱結晶化した場合は、ゼオライ
)P等の不純物が多量共生し、ゼオライ)CIEを純度
よく得ることができない。
本発明法を実施するに際し、アルカリ金属硅酸塩水溶液
としては、硅酸ナトリウム、硅酸カリウム、硅酸リチウ
ム等の水溶液や硅酸溶解アルカリ水溶液が好適に使用で
きる。又、含アルミニウム水溶液としては、アルミン酸
ナトリウム、アルミン酸カリウム、塩化アルミニウム、
硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムなどの水溶液、水
酸化アルミニウム、酸化アルミニウムのアルカリ溶解水
溶液又は鉱酸溶解水溶液が好適に使用できる。
これらアルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミニウム水溶
液とを反応させる好ましい実施態様は、人 容器にアル
カリ金属硅酸塩水溶液を張シ込み攪拌しながら含アルミ
ニウム水溶液を徐々に加える方法。
B 容器に含アルミニウム水溶液を張υ込み、攪拌しな
がらアルカリ金属硅酸塩水溶液を徐々に加える方法。
C容器に水を張ジ込み、攪拌しながらアルカリ金属硅酸
塩水溶液と含アルミニウム水溶液を同時に加える方法。
D オーバーフロー管など、連続的にあるいは間欠的に
スラリーを抜き出す装置を備えた攪拌機付反応容器に、
アルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミニウム水溶液とを
連続的にかつ両水溶液の比率を一定に維持しながら加え
る方法。
などの方法がある。勿論、A−Dの反応方法を適宜、組
み合せて行うことも何んら妨げるものではないっ 本発明は、これら反応の実施態様に限定されるものでは
なく、本発明の主旨を変えない限り、全ての反応方法が
適用できる。最も好ましい反応の実施態様は、C又はD
の方法である。C又はDの方法によって不純物を全く含
まないゼオライトOEを、より効率よく製造することが
できる。
これは、両水溶液を連続的に反応系に供給し、かつ一定
比率を維持しながら反応させることによって得た粒状無
定形アルミノ硅酸塩は、常に同一の組成下で反応析出す
る為に微視的部分まで均一となっており、結晶化時に必
要な原子の規則的な配列を容易にしているものと思われ
る。
又、Dの反応方法において、反応スラリーが反応槽に滞
在する見掛は滞在時間(反応槽の実容積(l〕/反応槽
から排出される単位時間自シの反応スラリー量Ce1分
〕)を3分以上に設定することによって、10〜100
μのハは球状の無定形アルミノ硅酸塩を得ることができ
、このため固液分離、結晶化、水洗等の後工程が極めて
容易となる。
本発明において、両水溶液の反応時のpH値の調整は、
よシネ細物の少ないゼオライトOEを得る上で、又、固
液分離等の後工程を容易にする上で、重要な因子となる
。A、B、Oの方法にあっては、雨水溶液混合後の反応
スラリーのpHを5〜9にすることが望ましく、Dの方
法にあっては、排出される反応スラリーのpHを5〜9
とすることが望ましい。倒れの方法においても更に望ま
しくは6〜8である。
pH調整用の鉱酸又はアルカリを、いずれかの水溶液に
、又は両方の水溶液に添加することにより、あるいは両
水溶液とは別に反応帯に加えることによってpHを調整
できる。
これらの方法によって得られる粒状無定形アルミノ硅酸
塩の組成は、両水溶液の810.濃度、 AThOn濃
度あるいは両水溶液の混合比(Dの方法にあっては流量
比)によシ相違してくるが、アルカリ金属硅酸塩水溶液
の5iQI濃度を高くするか、あるいはその混合比(流
量比)を高くすることによってA 1.O,含有率の低
い粒状無定形アルミノ硅酸塩が得られる。本発明法を実
施する上で粒状無定形アルミノ硅酸塩中のアルミニウム
の含有率は、A4osとして4〜22wt%(無水ベー
ス)であることが必要で、この範囲をはずれると、いか
に条件を設定しても目的とするゼオライトoEを純度よ
く得ることができない。−場合成しえたとしてもゼオラ
イ)P等の不純物を共生したシ、場合によっては結晶化
すら不可能となる。両水溶液を反応させて得た反応スラ
リーを固液分離し、望ましくけ、次いで水洗し粒状無定
形アルミノ硅酸塩を得る。
固液分離することなく結晶化に供した場合、ゼオライ)
Pなどの不純物が多量共生し、目的とするゼオライトO
Eを純度よく得ることができない。
次に、粒状無定形アルミノ硅酸塩をアルカリ水溶液中で
結晶化するに際し、懸濁混合物の組成は次の組成となる
ようKw4整しなければならない。
SiQ、/A]、os==   6〜400H/siら
 = α3〜1 賜0/s1へ = 10〜7゜ KeO/M、O==:  α1〜0.9(ただし、iは
アルカリ金属を示す) アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム。
水酸化カリウム、水酸化リチウム、硅酸ナトリウム、硅
酸カリウム、硅酸リチウムなどの水溶液が好適である1
、又、2種以上の混合水溶液であってもよい。最も好適
には、水酸化ナトリウム、硅酸ナトリウムの水溶液ある
いはこれらの混合水溶液である。又、結晶化完了後に固
液分離して回収して得た母液を用いることも可能であっ
て、むしろ経済上好ましい。
懸濁混合物の組成は、望ましくけ下記の組成である。
51ol!/h6os ==  10〜300H/ E
l、C4:  α4〜0.85%O/ 5io1=  
12〜60 に、07M20 = LL2〜0.8 そして、上記望ましい懸濁混合物組成の範囲内、即ち、
その領域において、その5IQI/A4o、モル比が高
い場合(及び高い傾向にある場合)はOR/5io2の
モル比を可能な限り高い領域で、又、逆に5102/A
1.osモル比が低い場合(及び低い傾向にある場合)
はOH/810.のモル比をでき゛る限勺低い領域に維
持することがより望ましい組成である。
なお、OHの計算に当って、粒状無定形アルミノ硅酸塩
が持ち込むアルカリは 鳩0+八〇 = 2MOHとして、 アルカリ水溶液としてのアルカリ金属硅酸塩は14s1
03 + 1(20: 2MOH+ 5in1として考
慮する。
上記組成に調整された懸濁混合物を、攪拌下、120〜
200℃で加熱し結晶化する。結晶化に際し、攪拌を実
施することによって結晶化時間が短縮されるばかりか、
不純物を共生することなく結晶度の高いゼオライトを得
ることができる。望ましい結晶化温度は、150〜18
0℃であり、この時の結晶化時間は5〜40時間である
。結晶化温度が120℃に満、たない場合は、結晶化に
長時間を要し、又、200℃以上ではゼオライ)P系の
不純物が共生する。
結晶化完了後、常法により固液分離、水洗し、100〜
2.00℃で乾燥すればゼオライ)ORを得る。
ゼオライ)OFは、100〜200℃の乾燥で充分活性
を呈し、ベンゼン、n−ヘキfン、1−ペンタン、シク
ロヘキサン等を吸着するので、それらの吸着剤等に利用
することができる。又、脱水能力も極めて高いのでガス
や液体の乾燥剤としても有効に使用できる。なお、50
0〜600℃での加熱処理を施してから使用しても何ん
ら支障を来たさない。
更には、常法によりfを始めとした他のカチオンに交換
することによって強い固体酸性を示すことから、種々の
反応の触媒として利用することができる。
本発明のゼオライ)OFtは、粉のままのみならず球状
あるいは柱状に成形し、各種用途に供することができる
以上詳細に述べた如く、本発明法によって、安価でかつ
入手しやすい原料から、工業的に極めて有用なゼオライ
トOEを純度よく、かつ効率よく製造することができる
以下実施例で更に詳細に説明する・。
くシクロヘキサン吸着量の測定〉 マ啼りベイン・ペーカー型吸着装置で測定する。
試料約1gを真空下、650℃で2時間活性化した後、
試料温度を25℃に保持し、48ssHρ圧力のシクロ
ヘキサン蒸気を導入して3時間後の吸着量を求める。
くX線粉末回折〉 試料を乾燥後、相対温度80%で水和し、銅のにα二重
線を線源とし、Niフィルター、管電圧55KV、管電
流25mAで測定する。
実施例1 攪拌機付きのオーバーフロー型反応槽(実容積2z)に
、硫酸添加した硫酸アルミニウム水溶液(AlzOs 
: 44.49/l、 5so、 : 2bts 9/
l ) (!:硅酸ソーダ水溶液(Na、O: 65.
6V/、 sto、 : 2009/l 、 AlxO
s :2.2g/7)とをそれぞれ11/Hr 、 3
1/Hr (7J)速度で連続供給した。反応スラリー
の見掛は滞在時間は30分、温度は30〜32℃、 p
Hは6.6テあった。
排出した反応スラリーを遠心p過機で固液分離し、充分
水洗後、Al2O3: &76wt%、 Na、0 :
 4.9wt%。
5iC1!: 8五3wt% (以上無水ペーy、 )
 、 H,O: 61.6wt% (ウエットヘース)
の粒状無定形アルミノ硅酸塩の湿ケーキを得た。
次いで、上記湿ケーキ2.311pを固型Na0H(N
aOH: 98wt%) 1769 、固型xo+i 
(KOH: 85wt%)1759を溶解した純水A2
7に9に加え、下記の組成の懸濁混合物を調整した。
sto、/A120m =219 0H/Si鳴 =166 八o /s1a、  =: 21 に/に十Na == [L52 このスラリー混合物を101!のオートクレーブに仕込
み12 Orpmで撹拌しながら、150℃で20時間
加熱して結晶化を行った。終了後、生成物を懸吊したス
ラリーをとシ出し、固液分離後充分水洗し、120℃で
乾燥した。生成物は、次の酸化物表示の組成で示される
ゼオライトOBであった。そのX線粉末回折図を第1図
に示す。因みに不純物はほとんど認められなかった。−
又、シクロヘキサンの吸着量は1.2 wt%(25℃
、48m!llHgであった。
実施例2 10I!の容器に、硫酸添加した硫酸アルミニウム水溶
液(Azo3: 4&59//、 3scl : 20
7り/2)を1.61仕込み、次いで、硅酸ソーダ水溶
液(NζO:bs、69/l、 si嶋:200g//
、訂^:2.2g//)4/をよ〈攪拌しながら20分
で添加した。添加終了後のpi(は&2であった。添加
終了後頁に1時間攪拌のみを続けた後、固液分離し、充
分水洗した。
得られた湿ケーキ470g(無水ベースで、120. 
: a6wt%)を、固型Na0H(NaOH: 98
wtチ)17、8 g、固型KOH(KQH: 85w
tチ)349gを溶解した純水480gに加え、下記の
組成の懸濁混合物を調整した。
S1鳴/Al、03== 16 0H/ato2= 0.6 馬0/Siへ =20 x/に+na=α42 この懸濁混合物を21のオートクレーブに仕込み、25
 Orpmで攪拌しながら、150℃で20時間加熱し
て結晶化を行った。終了後、生成物を比較例1 結晶化に際し、21のオートクレーブを用い攪拌を全く
行わない点を除き、実施例1と全く同様に行ったところ
、生成物は氷長石を主体とするもので、ゼオライトOK
は得られなかった。
【図面の簡単な説明】
第一図は実施例1によって得られた生成物のX線粉末回
折図である。 特許出願人 東洋曹達工業株式会社 手続補正書 昭和57年12月8日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1事f’l゛の表示 昭和57年特、1′[願第 181409  号2発明
の名称 ゼオライトの製造方法 6補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 〒746 山]」県新南陽市大字富田4560番
地名称      (330)  東洋曹達工業株式会
社代表者  森  嶋  東  三 電話番号(585)3311 6補正の対象 明細書 7補正の内容 明細書のタイプ印書 8添付書類 タイプ印書した明細書 手続補正書 昭和57年12月28日 7F晃′[庁長信若杉和夫殿 1事r1の表示 昭和57年特許願第 181409 号2発明の名称 ゼオライトの製造方法 6補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 〒746 山ロ県新南陽市大字富田4560番地
電話番号、(585)331j 4補正命令の日付 図面 7補正の内容 別紙のとおり 別紙の添付図面と差しかえる8添付書類
。 図面  1通

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  アルカリ金属硅酸塩水溶液と含アルミニウム
    水溶液とを反応させることに、よって得た、アルミニウ
    ムをAltonどしズ4〜22 wt%(無水ベース)
    含む粒状無定形アルミノ硅酸塩を、モル比で表わして下
    記の組成: 5102/hlos= 、 6〜40 0H/sio、= 0.5〜1 八〇/S1へ=10〜70 40/鳩0 =Q、1〜α9 (ただし、Mはアルカリ金属を示す) となるように水酸化アルカリ金属水溶液及び/又はアル
    カリ金属硅酸塩水溶液に加え、該混合物を攪拌下で結晶
    化することを特徴とする実質的に第−表に示すX線粉末
    回折図による格子面間隔を有するゼオライトの製造方法
  2. (2)  粒状無定形アルミノ硅酸塩を、アルカリ金属
    硅酸塩水溶液と、含アルミニウム水溶液とを同時に且つ
    連続的に反応させて得る特許請求の範囲ホー項記載の方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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