JP2016528154A - 階層構造を持つベータ型分子篩及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記ベータ型分子篩を焼成し、構造単位
工程a):珪素源、アルミニウム源、水酸化ナトリウム及び/又は水酸化カリウム、ポリクオタニウム(P)及び水を混合させ、
A12O3:SiO2モル比=0.005〜0.5、
Na2O及び/又はK2O:SiO2モル比=0.10〜0.5、
H2O:SiO2モル比=7〜100、
P:SiO2質量比=0.1〜3
というような配合比を有する初期ゲル混合物を形成する;
工程b):前記工程a)で得られた初期ゲルを混合してステンレス反応釜中に仕込み、密閉した後、120〜179℃まで加熱し、12時間以上結晶化させる;
工程c):結晶化を完了した後、固体生成物を分離、乾燥させて、前記ベータ型分子篩を得る。
(1)本発明は、高価なTEAOHを必要とすることなく、原料が安価で入手しやすい高分子ポリマーをテンプレート剤として用い、ベータ型分子篩の生産コストを少なくとも90%低下し、大規模な工業応用のために基礎を定めた。
(2)本発明により製造されたベータ型分子篩は、マイクロ孔及びメソ孔を同時に有し、単一なチャンネルによる不備を避け、大分子への吸着及び触媒の用途に広く応用できる。
まず、アルミニウム源を脱イオン水中に添加し、均一に撹拌した。さらに、その中に水酸化ナトリウム及び/又は水酸化カリウムを添加し、均一に混合した後、珪素源を添加し、室温で、均一な珪素/アルミニウムゲルが形成するまで撹拌し続け、最後に、ポリクオタニウム(P)を添加し、均一に撹拌し、初期ゲルを得た。初期ゲルをポリテトラフルオロライナー付きステンレス反応釜中に移送し、オーブン中に直接に放置して静的結晶化を行い、又は回転オーブンに放置して動的結晶化を行い、得られた固体生成物を遠心分離させ、脱イオン水を用いて中性となるまで洗浄し、110℃で空気中で乾燥させ、最後に、マッフル炉において550℃で8h焼成し、階層構造を持つベータ型分子篩を得た。製造された試料1〜40の初期ゲルにおける原料の種類及び配合比、結晶化方式、結晶化温度、結晶化時間並びに得られた生成物の収率はそれぞれ表1に示される。
実施例1において製造された試料1−40に対してXRD解析を行い、ベータ型ゼオライト分子篩であることが確認された。使用する機器はPhilips X’Pert PROX型X線回折装置、銅ターゲット、Kα照射源(λ=1.5418Å)であり、装置の動作電圧は40kvであり、動作電流は40mAである。得られた試料1−40のXRDスペクトル図は、基準とするベータ型ゼオライト分子篩の特徴スペクトル図と一致している。典型的なXRDスペクトル図は、試料1のものを代表として、5°〜50°(2θ)における主な回折ピーク位置及びピーク強度は表2に示されている。他の試料のデータ結果は、表1と比較すると、回折ピーク位置及び形状が同じであり、合成条件の変化により相対的ピーク強度が±5%の範囲内に変動し、合成生成物がベータ型構造の特徴を有することがわかった。
実施例1で調製された試料1〜40に対して、元素分析装置で化学的組成を測定し、用いる機器はMagix(PHILIPS)型X蛍光分析装置であり、標準試料無しでのIQ+定量分析プログラムにより、標準試料の蛍光強度とその標準組成とを対応付けて、干渉スペクトル線による影響を排除した。
実施例1で調製された試料1−40に対して、窒素ガス物理吸着分析を行った。用いる機器はMicromeritics Tristar3000型窒素ガス物理吸着装置である。窒素ガス物理吸着分析を行う前に、得られた試料1−40を前処理し、前処理の手順は次の通りである。常温下で、分子篩試料を真空引き処理し、真空条件となった後、130℃で2h処理し、その後、350℃で2h処理する。窒素ガス物理吸着の結果から分かるように、試料1−40のマイクロ孔の細孔径は0.6〜0.7nmであり、いずれもメソ孔構造を有し、メソ孔の細孔径分布、平均細孔径及びメソ孔の細孔容量は表4に示されている。
実施例1で調製された試料1−40に対してマクロ孔構造の同定を行った。使用する機器は、Micromeritics AutoPore IV 9500 水銀ポロシメータである。マクロ孔構造の同定を行う前に、得られた試料1−40を前処理し、前処理の手順は次の通りである。常温下で分子篩試料を真空引き処理し、真空条件となった後、130℃で2h処理した。実験の結果から、表5に示すように、試料1−33のマクロ孔領域である50〜2000nm内においてピークが見られず、試料34−40は細孔径分布が50〜200nmのマクロ孔を有することがわかった。
実施例1で調製された試料1〜40に対して走査型電子顕微鏡解析を行う。使用する機器はHitachi SU8020電界放出型走査電子顕微鏡であり、加速電圧が25kVである。走査型電子顕微鏡画像に示されるように、試料1〜40の形態はいずれもナノ粒子の球状の凝集を呈する。典型的な走査型電子顕微鏡画像は、試料1を代表として、図1に示されている。
実施例1中の試料1、2、4、7、11、12、14、15、17及び19の、マッフル炉で550℃で8h焼成しなかった分子篩原粉1.0gをそれぞれ、ポリテトラフルオロ容器中に仕込み、フッ化水素酸水溶液(20%)を5ml添加し、振とうさせて均一に振り混ぜて1h放置する。固体が十分に溶解した後、液体を収集して13C液体NMR解析を行う。13C液体NMR解析が、Bruker DRX−400核磁気共鳴スペクトロメーターで行われる。その結果、下記の構造単位を含有していることがわかった。
Claims (10)
- ベータ型分子篩であって、分子篩のチャンネル内に下記の構造単位を含有する物質が存在しており、
前記ベータ型分子篩を焼成し、構造単位
好ましい細孔径の範囲は、前記第I級のメソ孔の細孔径が2〜4nmであり、前記第II級のメソ孔の細孔径が5〜10nmであり、
さらに好ましい細孔径の範囲は、前記第I級のメソ孔の細孔径が3〜4nmであり、前記第II級のメソ孔の細孔径が7〜10nmである
ことを特徴とするベータ型分子篩。 - 前記第I級のメソ孔と第II級のメソ孔との細孔容積比が1:1〜20であり、
好ましい範囲は、前記第I級のメソ孔と第II級のメソ孔との細孔容積比が1:1〜10であり、
さらに好ましい範囲は、前記第I級のメソ孔と第II級のメソ孔との細孔容積比が1:2〜7である
ことを特徴とする請求項1に記載のベータ型分子篩。 - 前記第I級のメソ孔と第II級のメソ孔との細孔容積比が1:11〜20であることを特徴とする請求項1に記載のベータ型分子篩。
- 前記第I級のメソ孔と第II級のメソ孔との総細孔容量が0.5cm3/g以上であることを特徴とする請求項1に記載のベータ型分子篩。
- 珪素源、アルミニウム源、ポリクオタニウム(P)、水、及びアルカリ源から調製された初期ゲル混合物を、120〜179℃の水熱条件下において結晶化させてベータ型分子篩を製造する方法であって、
ポリクオタニウム(P)は構造規定剤とされており、前記ポリクオタニウム(P)が、ポリクオタニウム−6、ポリクオタニウム−7、ポリクオタニウム−22、ポリクオタニウム−39からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のベータ型分子篩の製造方法。 - 前記アルミニウム源が、有機アルミニウム源及び/又は無機アルミニウム源から選択され、前記珪素源が、有機珪素源及び/又は無機珪素源から選択され、前記アルカリ源が、有機アルカリ及び/無機アルカリから選択されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 下記の合成工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
a)珪素源、アルミニウム源、水酸化ナトリウム及び/又は水酸化カリウム、ポリクオタニウム(P)、及び水を混合させ、以下の配合比を有する初期ゲル混合物を形成する工程;
A12O3:SiO2モル比=0.005〜0.5
Na2O及び/又はK2O:SiO2モル比=0.10〜0.5
H2O:SiO2モル比=7〜100
P:SiO2質量比=0.1〜3
b)前記工程a)で得られた初期ゲル混合物をステンレス反応釜中に仕込み、密閉した後、120〜179℃まで加熱し、12時間以上結晶化させる工程;
c)結晶化を完了した後、固体生成物を分離、乾燥させて、前記ベータ型分子篩を得る工程。 - 前記工程a)におけるポリクオタニウム(P)とSiO2との質量比は、P:SiO2=0.1〜1.5であり、
好ましい範囲は、前記工程a)におけるポリクオタニウム(P)とSiO2との質量比P:SiO2=0.1〜0.8である
ことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記工程b)において、結晶化温度は130〜179℃であり、結晶化時間は12〜216時間であることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記工程b)において、結晶化方式は、静的結晶化であってもよいし、動的結晶化であってもよいことを特徴とする請求項7に記載の方法。
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