JPS6270224A - ポ−リンジヤイト様構造(ecr−18)を有するゼオライトとその製造方法 - Google Patents

ポ−リンジヤイト様構造(ecr−18)を有するゼオライトとその製造方法

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JPS6270224A
JPS6270224A JP61178583A JP17858386A JPS6270224A JP S6270224 A JPS6270224 A JP S6270224A JP 61178583 A JP61178583 A JP 61178583A JP 17858386 A JP17858386 A JP 17858386A JP S6270224 A JPS6270224 A JP S6270224A
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デイビツド・イー・ダブリユー・ボーン
カール・ジー・ストローマイアー
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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】 (技術分野) 本発明はボーリンジャイト(paulingit* )
  鉱物に類似の構造を有する合成ゼオライ) (EC
R−18)  とその製造方法に関する。
(従来技術) 合成及び天然ゼオライトは触媒や吸着プロセスに広く用
いられている。はとんどのゼオライトは特定の結晶構造
を有する(ただしはつきシ決定できない場合もある)多
孔質の秩序立った構造のアルミノシリケートである。そ
の構造体中には多数の小空孔が形成され、それらの孔は
さらに小さい細孔により相互に結合されている。これら
の孔及び細孔は特定のゼオライト中では一定寸法になっ
ている。ゼオライトの型を適正に選択すればその中の細
孔の寸法が特定のものであるため成る分子は排除し、成
る分子は受容れる。
これらのゼオライトは典塵的にはシリカ及びアルミナの
固い3次元網状構造よ)成シ、シリカ及びアルミナの四
面体は共有する酸素原子を介して結合されている。ゼオ
ライトの電荷は陽子、金属イオン、アンモニウムイオン
を含むことによって中性化されうる。ゼオライトの欣媒
及び吸着特性はゼオライト中に存在するイオンによって
変わシうる。陽イオンを変える辷は公知のイオン交換技
術を用いることができる。
ゼオライトには多数の合成及び天然物が存在する。この
ことは、例えばW、 M、 M@i@r外の「At1a
sof Zeollte 5trueturea J 
’i見れば理解できよう0多くの天然ゼオライトは既存
の合成技術によって合成することは不可能であるか、或
いは極めて困難である。例えばRobson  外のr
ch@m1cal T@chno −xogyJ (1
978)、第180頁を参照嘔れたい0ゼオライト上合
成するには多数の方法がおる0これらの方法の多くはア
ルミナ、シリカ、塩基及び水の混合物を利用し、反応体
濃度、反応温度、及び反応時間を変えることにより生成
するゼオライトの型を制御している。ゼオライトの型を
制御する他の方法には、成核中心としてゼオライトの種
(シード)を用いたシ、反応混合物中に結晶形を与える
テンプレート剤(賦型剤)として有機アンモニウム塩を
含有させるなどの方法がある。
R、M、 Barr@rによって1961年に初めて発
見された合成結晶性アルミノシリケート(ゼオライト)
製造用テンプレートないし反応修正剤としての第4級ア
ンモニウム塩により、天然には存在しない多くのゼオラ
イトの製造が可能となった。
例えば米国特#1″第4Q86859号はヒドロキ7エ
チルートリメチル・アルミノケイ酸ソーダのゲルを用い
てフェリエライト様ゼオライト(ZSM−21)’ij
(製造すること全開示している。Barrer氏がl’
1Zeolit@sJ 第1巻(1981年)第136
頁において与えた概観には、各種アンモニウム有機塩基
全陽イオンとして用いて得たゼオライトが示されている
。さらに、Breek [Zeolite Mo1e−
cular 81eves J John Wiley
社刊(ニュー EF−り、1974)第348−378
頁には、ゼオライト合成におけるアンモニウム陽イオン
を用いるゼオライトの基本的なリストが与えられている
本発明のゼオライトは合成混合物中に有機アンモニウム
イオン(テトラエチルアンモニウム)全存在させて製造
される。その一般的な化学組成は次式で表わされる。
(TE人pN&)20: (AI 、Ga)203 :
3−10 SiO2しかし、従来知られている他の合成
ゼオライト(上記H,E、 Robion  氏の論文
参照)とはちがい、本発明のゼオライトは鉱物のポーリ
ンジャイト(Pautingfte )  に類似した
構造を有する。このものは7オージヤサイトの群に属す
る非常に希少な鉱物である。この鉱物はKamb外「A
mericanmlneral J第45巻、第79頁
(1960)によつて初めて報告された。この鉱物の構
造は複雑で、(KzNa鵞CaBa)76: (A11
528152501354): 700 H2Oである
( Gordon外、[Sci@nce J j 54
巻−,1004頁(1966)参照。
本発明の合成ゼオライ)(RCR−18)は上記の文献
には記載されておらず、合成方法についてもやはシ記載
されていない。
(発明の目的) 本発明は新規なボーリンジャイト型合成ゼオライトを提
供することを目的とする。
(発明の概要) 本発明のゼオライトは以下に便宜上ECR〜18と呼は
れ、酸化物のモル比で表わして、次式の組成を有する。
(Na p TEA )z O:(A I t Ga 
% 03 : 3〜20 S J Oxより好ましい組
成範囲は次式で表わされる。
(Na 、 TEA人)to=(人! 、 Ga )2
03: 4〜10 S i 02生成物としてのこれら
の組成は(人1 、 Ga )zOsの1モルにつき1
〜12モルまでの水を含有しうる。
このゼオライトは非常に大きい空孔体積を有するから、
大容量の吸着剤として用いるのに適している。実際フォ
ージャサイトの同形体のみがボーリンジャイトよりも大
きい空孔容積を有することが報告されている。
FICR−18のX線回折像は後で表Iに示す主要ピー
クを有する。
このアルミノシリケートは炭化水素転化用の触媒として
使用しうる。
本発明はまた上記の新規ゼオライトの製造方法に関する
ものであシ、この方法は、 (a)  ナトリウム醗化物、テトラエチルアンモニウ
ム(TEA)塩、水、シリカ源、アルミナ源、及びアル
ミノケイ酸ナトリウム成核種(シード)との混合物であ
って、反応混合物の組成が(N a p T BA )
z O: A 1203    t 2〜fh 0Si
O、 :A1.03      40〜22H,On人
lx’s           ao 〜360を有す
る反応混合物を、前記種が最終のアルミノンリケード中
に存在するアルミナ総量の11〜10mol%となるよ
うに調製し、(b)反応混合物を実質的に均一な混合物
が得られるに十分なように混合し、(c)該混合物を自
然発生圧力下、約80〜260″cofi度に、アルミ
ノシリケートの結晶が生成するに十分な時間保持し、(
d)次いで生成したアルミノシリケート結晶を回収する
ことから成る。
生成された組成中には若干量の水和水を含んでいても良
く、これはゼオライトが吸着剤や触媒として用いられる
際に少なくとも部分的に除去されつる。
(発明の好ましい実施例の説明) 本発明のアルミノシリケートは酸化物のモル比で表わし
て次式の組成を有し、 (TB人*Na)go: (AI 、Ga)zo3: 
!1−20 SiO2より好ましくは次式の組成を有す
る。
(TEA、 Na )zo: A1z03 : 4〜1
0S i 02本発明のゼオライトはボーリンジャイト
鉱物とほぼ同一または類似の構造を有する。
しかし、本発明のものはナトリウムとTEA’i陽イオ
ンとするものである。この物質はゼオライトのI CC
当シ約α40CCよりも大きい空孔率を有し、α47C
C/CC(ゼオライト)のように大きい場合もまれでは
ない。この大きい空孔率は、大きい容量の吸着剤や細孔
触媒として利用できることを示している0 RCR−18のX線回折像は表1のピークを有する。
1166      a29     マS。
12.83      (h90     vvs。
14.25     6.21m 17.82     4−97     m18.55
     4.78     tr2α23     
4.59     m2IlB S      4.2
6     m2175     4.08     
m24.83     158     マB争2&6
2      五35     マ飢27.55   
  126     ママS28.52     41
28 28.98     5−08     vvs。
29.91     2.99     マS・514
0     2.846    m32.85    
 2.724    m54.25     2.61
7    th。
この回折像は単位細胞の一辺が約35A±IAi有する
ことを示す。
組成式中に与えた範囲で酸化物モル比がわずかに変動し
てもゼオライトの構造や特性は実質的に変わらない。し
かも、水和水の数は各組成に対して一定でなく、アルミ
ノンリケードの乾燥度、18人テンプレート剤の量に主
として依存する。第2図に示すように(以下で詳記)、
有機テンプレート剤は、約350〜500℃において空
気中仮焼すると分解してゼオライトから出て行く。サー
モグラムはTE人イオンが2つの等価でないサイトに捕
捉されること含水している。
本発明のゼオライ)k触媒に転化するには、構造中の任
意のナトリウムイオンを部分的に又は全面的に交換可能
な陽イオンによ)置換すれば良い。
交換可能な陽イオンは所望とする用途に応じて周期律表
の第■族から第1族の金属、好ましくは1価、2価及び
3価の金属イオン、特に第11■、I族の例えばBi 
Gas Co、L 1% MJrSKSS rs Zn
、 H%希土類金属、アンモニウムまたはアルキルアン
モニウムイオンなどから選択できる。これらの交換可能
な陽イオンが存在しても、アルミノシリケートの基本的
な結晶構造はほとんど変化しない。特に好ましいものは
1価及び2価の陽イオンであシ、これらはゼオライト結
晶の空孔中に一層容易に含有されうる。イオン交換技術
としては米国特許第3216789号などに記載されて
いるような任意の方法を用いることができる。
本発明におけるアルミノシリケートは、ナトリウムの酸
化物と、水と、シリカ源と、アルミナ源と、ナトリウム
ゼオライト性(アルミノシリケート)核形成種結晶との
反応混合物、通常ゲル又はスラリーを形成するプロセス
によって作ることができる。ナ) グラムの酸化物は、
例えは水酸化ナトリウムにすることができる。ナトリウ
ムは一部、小部分の他の一層カチオン、例えil’TE
Aに置き換えることができる。シリカは、例えばシリカ
ゲル、シリカ酸、例えば米国特許2.574.902号
に記載されているような水性コロイドシリカゾル、反応
性無定形固体シリカ、例えばヒユームシリカ、化学的に
沈降させたシリカゾル、ケイ酸カリウム又はケイ酸ナト
リウム、好ましくはケイ酸ナトリウム源から誘導するこ
とができる。アルミナは1例えば活性アルミナ、ガンマ
アルミナ、アルミナ三水和物、アルミン酸ナトリウム、
ミョウバン1カオリン、メタカオリン等の源から誘導す
ることができる。酸化ナトリウムは、例えば水酸化ナト
リウムを混合物に加えることによって直接与えることが
できるばかシでなく、例えばケイ酸ナトリウム及びアル
ミン酸カリウム(KOH及びAItos・3HgOt”
水に溶解して作る)ヲ、それぞれシリカ及びアルミナ源
の内の少なくとも1つとして用いる場合にはシリカ源及
び/又はアルミナ源から間接的に与え得ることも注記す
る。好ましいアルミナ源はアルミン酸ナトリウム及び塩
化物、硫酸塩、硝酸塩から選ぶアルミニウム塩である。
特別のアニオンが生成物に対し主要な影響を与えるとは
思われない。
ゼオライト性核形成中心としても知られるアルミノシリ
ケート核形成種結晶は、反応混合物において使用すると
すれば、次の成分: 5102、klzOs、NazO
及び)1.0’i有するゼオライ)[iSl形分のスラ
リーから成る。通常、種結晶の平均粒度は105ミクロ
ンよ)小さい。スラリー中の核形成種結晶の組成は、酸
化物のモル比により下記の通シの大よその範囲になシ得
る: Na、04〜30:人hos f〜9 : S IOz
 3〜30 :H2O250〜2000 このような核形成種結晶のスラリーは米国特許へ43へ
589号、同へ80El、!526号及び同417a、
352号に開示されているプロセスによって作ることが
できる。同米国特許の開示内容を援用する。通常、調製
手順はケイ酸ナトリウムと、アルミン市ナトリウムと、
水とを一緒にして混合し、生成したスラリーを約Oo〜
90℃において約1〜500時間熟成することを含み、
温度が低い程長い時間を必要とする。好ましくは、スラ
リーを約15°〜40℃において$J20〜400時間
熟成しかつゼオライト中心は下記の範囲の組成を有する
: NazO10〜16 :人12031〜? : S i
Oz 10〜15 :Hzo  250〜2000゜ 使用する場合、反応混合物中に存在する核形成種結晶の
量は、終局的に晶出により回収するアルミノシリケート
生成物中のアルミナ全モル量ffiのパーセンテージに
よって表わされる。すなわち、例えば、5モルパーセン
トの核形成種結晶を混合物に加えるならば、種結晶は回
収するゼオライト生成物中のアルミナの全モル量の5%
に寄与している。種結晶は、通常、生成物の全最終アル
ミナ含1の[L1〜20モルパーセント、好ましくはI
IL1〜5モルパーセン)t−生じる量で存在する。
本明細書中に開示する方法の循環生成物を構成するスラ
リーもまた核形成種結晶として働くことができる。
反応混合物中の成分の相対量は、混合物が酸化物のモル
比により、下記の範囲内の組成を有するようにする: NazO:AlzOs      (L4〜5.4  
    13〜14(TRA)zO: A 1zos 
   (L8〜45      1 〜15Slot:
人lx’s      4〜22      3〜16
HzO:A1*Os       anへ360   
 100 〜260成分を混合する順序は必須のもので
はなく、全成分を同時に加えることができる。好ましい
一調製法においては、ケイ酸ナトリウム溶液と、核形成
種結晶のスラリーと、有機TEA塩溶液とをプレンダー
に加えた後に、アルミンひナトリウム溶液及びミョウバ
ン溶液を攪拌しなからゆつくシ加える。生成したスラリ
ーに追加の水を加える。反応混合物は、通常、ガラス、
テフロン或は金属等親の、閉止して水の損失を防止すべ
き容器中で作る。種結晶を用いないで方法管実施する場
合、種結晶を除く他は同じ順序を用いる。
反応混合物を形成した後に、実質的に均質な組織になる
ように十分にブレンドして均質にするのがよい。この工
程は、終局的に得られるアルミノシリケート生成物が生
成物の混合物でなく、これよりネ鈍物でないことを確実
にする。
均質化した混合物を、次いで、反応装置、通常高い圧力
に耐え得るもの、例えばテトラフルオロエチレン−ライ
ンドジャー或はオートクレーブ中に入れ、そこで約80
’〜約260℃、好ましくは80°〜200℃1商業上
の目的からは、好ましくは180℃を越えない温度に保
つ。均質化した混合物を加熱する場合、使用する温度に
よる自生圧に保つ。低い先回の温度について1気圧の一
層低い圧力が適当であるが、260℃までの高い温度で
は、約80気圧まで又はそれ以上の圧力を達成すること
ができる。加熱するのに必要な時間量は、主に使用する
温度に依存し、それ故、100℃における加熱は、例え
ば15日まで又はそれ以上の間行うのがよく、他方、1
50℃又はそれ以上では、期間は例えは5日がよい。い
ずれにしても、加熱は、アルミノシリケートゼオライト
生成物、すなわちECR−18の結晶を生成するまで行
う。
結晶化時間は、プレンディング工程の前或は後にスラリ
ーに本発明のゼオライ)ECR−18結晶を少量散布す
ることによって短縮することができる。該結晶は、好ま
しくは、散布する前に低い温度及び約cL05μmより
小さい寸法範囲で細断する。
アルミノシリケート結晶を十分な量で得た後に、反応混
合物から遠心分離又はろ過によって回収し、次いで、好
ましくは脱イオン水で洗浄して該結晶を母液から分離す
る。洗浄は、最良の純度の結果のために、生成物な平衡
させた洗浄水が約9〜12のp Hを有するまで続ける
べきである。洗浄工程の後に、ゼオライト結晶を乾燥し
、次いで酸素含有雰囲気中で焼成して有機イオンを除く
のがよい。−担、大きな有機イオンを除けは、構造は一
層大きな分子を容易に受は入れることができ、かつ触媒
或は収着剤として有用である。
実施例 下記の例は発明を例示する。全ての例において、特記し
ない場合には、部及びパーセンテージは重量で与え、温
度は℃で与える。
例  1 初めにアルミン酸ナトリウム(フィッシャーサイエンテ
ィフィックカンパニー) 17gm f )i!040
1mに溶解しかつ硫酸アルミニウム(llL82gmを
H205gmに溶解して下記の醇化物比:t15(T1
iA\O:’L25N酊0:Al2O3:9SiO2 
i1+5 HzOを有する反応混合物を作った。これら
を、続いて、ルドックス(Ludox) )(S −4
0シリカ(デュポンカンパニー)95.2gmと、水m
化テトラエチルアンモニウム(、T E A )の40
%水溶液609 gmと、「種結晶」溶液(米国特許へ
574.538号及び同4.54cl、575号)7錘
 との混合物に加え、十分に均質化し、次いでlI20
を加えて全重量250 ArmにWIi整した。混合物
を100℃において19日間反応させ、次いでろ過し、
洗浄し、乾燥した0生成物txi回折で分析して少量の
7オ一ジヤス石及びリョウフツ石で汚染され九ECR−
18から成ることがわかった。
例  2 「種結晶」溶液を用いなかった他は例1の反応混合物f
:繰シ返した。反応混合物を室温において2日間常温熟
成し、次いで100℃において5日間反応させた。生成
物は少量のゼオライトGで汚染されたECR−18であ
った。
例  3 初めにアルミン酸ナトリウム(フィッシャーサイエンテ
ィフィックカンパニー)18.8gmtH204Q g
mに溶解し、かつ硫酸アルミニウム1α8 tTn t
IhOj 5 rm に溶解して、下記の酸化物の組成
: I8(TEA)10:IIL6NazO:AlzOs 
:  95loz :155H20を有する反応混合物
管作った。ルドックスMS−40125,8gmと、T
EAOH(40重量%) 126gmと、種結晶925
 gm と1125リツトルのプレンダーに加え、十分
に混合した。次いで、アルミン酸塩及び硫r!!塩溶液
を連続攪拌しなからゆっくシ加えた。次いで、水を加え
て、スラリーの全型11 ’k 350 gmに増大し
た。この混合物の一79df150℃において5日間反
応させた後に、少量のすlつ7ツ石で汚染されたECR
−18から成るものであった@SEMはECR−113
が(マイクロプローブで分析して)81(h/人1zO
s比&4を有するα2〜(LSIの結晶の50〜10μ
の凝結体から成ることを示した◇ 例  4 例3の残シめ反応混合物を100℃において15日間加
熱した0生成した生成物は純BCR−18であった。こ
の生成物についてのXIIA回折図管第1図に示しかつ
表2にまとめ、上述したカンプ等がポーリンジャイトに
ついて報告した図と比較する。生成物の熱重量分析(T
G人)を第2図に示す。TEAカチオンは約590℃で
分解する。
合成されたままの生成物の全化学組成は次の通シである
: (TRA、Na\O:AhOs :42SiO2 :5
.4 H20TEAカチオンを分解した後の組成は次の
通シであつ九: α72NaxO: AlzOa : 1b2s 102
表  2 hk12θ dIdI + 3       o      3     5X
//       :L254    b手続補正書(
方式) 昭和61年10月20日 特許庁長官 黒 1)明 雄 殿 事件の表示 昭和61年 特願第178583号発明の
名(イド  ボーリンジャイト様構造(ECR−18)
を有するゼオライトとその製造方法 補正をする者

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、テトラエチルアンモニウムイオンを含有するポーリ
    ンジヤイト様構造を有する合成ゼオライト。 2、化学組成が (TEA,NA)_2O:(Al,Ga)_2O_3:
    3〜20SiO_2で表わされ、且つ表1に示したX線
    回折像をほぼ有する前記第1項記載の合成ゼオライト。 3、化学組成が (TEA,Na)_2O:Al_2O_3:4〜10S
    iO_2で表わされる前記第2項記載の合成ゼオライト
    。 4、ゼオライトの初空孔体積が0.4cc/cc(ゼオ
    ライト)である前記第2項記載の合成ゼオライト。 5、(a)酸化物モル比で表わして、 Na_2O/Al_2O_3 0.4〜3.4(TEA
    )_2O/Al_2O_3 0.8〜4.5SiO_2
    /Al_2O_3 4〜22 H_2O/Al_2O_3 80〜360 を有するナトリウム酸化物、シリカ源、アルミナ源、テ
    トラエチルアンモニウムイオン源、及び必要ならばアル
    ミノケイ酸ナトリウム成核用種より成る反応混合物を調
    製し、この際核形成種はゼオライト中の最終のアルミナ
    総量の0.1〜10モル%となるように定め、(b)前
    記混合物を十分に均一混合物を形成するように混合し、
    (c)反応混合物を約80〜260℃の温度及び自発的
    に生成する圧力下、ゼオライト結晶が生成するに十分な
    時間保持し、(d)ゼオライトを分離する、(TEA,
    Na)_2O:(Al,Ga)_2O_3:3〜20S
    iO_2の化学組成を有する合成ゼオライトの製造方法
    。 6、ゼオライトは酸化物モル比で表わして (TEA,Na):Al_2O_3:3〜10SiO_
    2の範囲の組成を有する前記第5項記載の合成ゼオライ
    トの製造方法。 7、シリカ源がケイ酸ナトリウムであり、アルミナ源が
    アルミン酸ナトリウム、アルミニウムの塩化物、硫酸塩
    及び硫酸塩より成る群から選ばれる前記第5項記載の合
    成ゼオライトの製造方法。 8、反応混合物は90〜180℃の間に維持される前記
    第5項記載の合成ゼオライトの製造方法。 9、種が最終のアルミナ総量の1〜20mol%の量で
    存在する前記第5項記載の合成ゼオライトの製造方法。
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