JPS6168321A - Zsm徴結晶の製法 - Google Patents

Zsm徴結晶の製法

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JPS6168321A
JPS6168321A JP60194005A JP19400585A JPS6168321A JP S6168321 A JPS6168321 A JP S6168321A JP 60194005 A JP60194005 A JP 60194005A JP 19400585 A JP19400585 A JP 19400585A JP S6168321 A JPS6168321 A JP S6168321A
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zeolite
less
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reaction
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チヤールズ・チングレン・チヤン
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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】 本発明は結晶化した生成物のか焼を必要とせずに直接イ
オン交換し得るゼオライトZSM−5の小さな做結晶(
crysta、1lite )のネ゛1造方法に関する
ものである。
合成ゼオライトZsM−5は1972年以来アーゴイヤ
ー(Argαwer )  らによる米国特許第6゜7
02.886号及び多くの他のものに記載されている。
ZSM−5はほぼ次の単位格子寸法(unit。
cell  dimension )を有する刺方結晶
系で納品化するゼオライトである: α。= 20.1オングストロ一ム単位6o=19.8
オングストロ一ム単位 co=13.4オングストロ一ム単位 この単位格子にはケイ素及びアルミニウムの原子96個
を含み、各々は四面体的に(tetrahed−、ra
lly)酸素と結合し、しはしばケイ素及びアルミニウ
ム四面体(またシリカ及びアルミナ四面体)と称される
。アーゴイヤーらによる基本特許に指摘されるように、
ケイ素をrルマニウトで置換でき、そしてアルミニウム
をガリウムで置換でき、これからも2.5 Af −5
が得られる。本明細書に使用されるシリカなる用語には
ケ゛ルマニア並びにrルマニア及びシリカの混合物が含
まね、そしてアルミナなる用語にはガリア並びにガリア
及びアルミナの混合物が含まれる。アルミニウムに対す
るケイ素の比は糸11成物に依存して変化し得る。例え
ば、Al2O,に対するSiO2のモル比が46:1を
有するZ S M〜5生成物は平均として単位格子当り
92個のケイ素及び4個のアルミニウム四面体を含む。
これらの四面体は固い共有網状構造体を生成する。ゼオ
ライトは網状構造体の部分ではない他の物質またはイオ
ンを含有し得る。例えばこのものには陽イオン、水、有
機分子、水酸イオンまたは気体が含有され得る。これら
の物質は結晶構造内の細孔内に存在する。ZSM−5結
晶は2組(sgt)のチャンネ/l/ (cんanne
l)’iたは細孔により横切られている。本質的に真直
な細孔の1組はrJ軸に平行に走り、そしてジグザグ(
zigzαg)であるかまたはうねっている1組の細孔
はraJtllに平行である。2組の細孔またはチャン
ネルは各々の単位柁子に4つのかかる交点(侃ters
ection )が含まれるような通常で且つ反復する
ように交叉する。
かくて、代表的な単位格子は次の記号 M工Si、6−エAl工O1e!口、   式(11式
中、Mは一価陽イオン例えばアルカリ金属、有機塩基ま
たけHを表わし、 口は細孔交点を表わし、そ(7て その他の記号はその通常の化学的意味を有する、 により簡単な用語で表わし、得る。
ケイ素及びアルミニウムの和は96個(単位格子1個当
9の四面体の数)に等しく、そして−価陽イオンの数は
アルミニウム原子の数に等しいことを注目されたい。
更K例えばその大きさ及び形状のために堅い網状構造体
内で移動することができず、従って他の分子種またはイ
オンの拡散または流れを妨げる、以後文牢Qで表わされ
ろノルマルプロピルアンモニウムイオンC(n”csg
r)au〕  の如き有機塩基の存在を示すことによる
代表的な学位格子の記号表現で表わし得る。
このものは次の形式で表わされる: Mx−ySi@6−1Alzorn口4− y ’iJ
a y    式(2)式中、口は空であるか、または
チャンネル及び交点を通って拡散するか、もしくは流れ
得る小分子又はイオンで充たされている「開いた」(a
peη、)交点を著わし1、そして 回はこれらの交点を通る拡散及び流れを妨げるテトラグ
ロぎルアンモニウムの如き大きい、固定されたイオンで
占められた交点を表わす。「開いた」交点と妨げる交点
との合計は4である。
式(2)はその可能な形状の各々及びすべてのZSM−
5ゼオライトのすべての成分を含むわけではない。式(
2)は次の重要な情報を与える:・単位格子当りのブロ
ッキング・テンプレート(blocking terp
plate )の数: y N・単位格子当りの交点の
数=4、 ・ゼオライトの特殊な陽イオン形(Na 、NH4+、
H+など)、 ・系の電気的中性度、及び ・ZSM−5生成物中の化学量論比を決めるための一般
的基礎。
この記号2は単位格子中のアルミニウム原子の数を示し
、かくてこれら2つの元素は全体で96個であるため、
ケイ素原子は96−1である。2つの箱形で表わされる
各々の単位格子に対して4個の交点がある。一番右のも
のはQイオンで充たされた交点、Vの数を表わし、そし
て他の箱形はQイオンを含まない残りの交点を表わし、
そしてその数は4−pである。この講造において一価の
陽イオンの数はアルミナ原子の数に等しいため、電荷は
中性に保持される。
ZSM−5中のAl、03に対するSiO2のモル比は
変えることができ、そしてZ S 、Sf −5ゼオラ
イトは極めて大きいAl、03に対するSiO2のモル
比で製造された。ドワイヤーのwyttr )らによる
米国特許第4,441,991号に米国再発行特許第2
9.948号に開示される高比率ゼオライト及びかかる
ゼオライトの等何物、例えば米国特許第4、061.7
24号に開示されたシリカライト(5iLicalit
e)が示されている。ドワイヤーらif 例、t ハフ
ァイフェ(Fttfe)らによるリシルピング・クリス
タログラフィヵリー・ディスティンクト・テトラヘドラ
ル・サイン・イン・シリカライト・アンド・ZSM−5
・パイ・ソリッド・ステー) INMR(Resolv
ing Cryatatlographi−cally
  Distinct  Tetraんedral  
5ites  ifLSilicalitg and 
ZSM−5by 5olid StateNMR)、2
96ネーfヤ(Naturg ) 530(1982年
4月8日)、リーx (Rags )  にょるホエン
・イズ・ア・ゼオライト・ノット・ア・ゼオライト(J
P’Ags is a Zeolittt Not a
Zeolite )、296ネーチヤー491(198
2年4月8日)、及びビピー(Hibby lらにょる
シリカライト−2、ア・シリカ・アナログ・オツ・ザ・
アルミノシリケート・ゼオライト・Z 5M−11(5
ilicalite−2,a 5ilica Anat
oglbttof the ALurninosili
cate Zeolite Z S M −11)、2
80ネーチヤー634(1979年8月23日)に議論
されているように、これら2つのゼオライトの等何件は
本分野で公知であることを示している。本明細@に使用
している通り、ZSM−5ゼオライトなる用語にはシリ
カライトも含まれる。
ブランク(plank )らによる特許(米国特許第3
、926.782号)の記載に従うZSM−5の古典的
合成において、テンプレートとしてテトラグロビルアン
モニウムイオン(Ql−用いる。シリカ及びアルミナ四
面体の結晶化はエンド・アップ(end up )が2
組の細孔の交点で吸蔵されるQイオンの周囲で起こる。
ブランクらの合成には生じるZSM−5構造体中の交点
の数に関連して大過剰のQイオンの使用が必要とされる
。結果として、大比率のQは合成に続いての母液の溶液
中のエンド・アップ及び結晶構造内の残りのエンド・ア
ップを使用した。
ブランクらの生成物はその重要な特徴において次の記号
で表わし得る: Ha、−νS i、6−、Al xO,、、口4−.c
Fl、  式(3)式中、Vはほぼ4であり、そしてブ
ロッキングの程度は本質的に完全である。
例えば水和したナトリウムの如き適当な大きさの本質的
にすべての物質またはイオンはプロツキ/グQ+イオン
が除去されるまで構造体中を自由に拡散し得ないであろ
う。更に、Qイオンはその大きさが大きく、そして極め
て堅く適合しているためにQイオンは容易に除去するこ
とはできない。
すべての実際的な目的に対して、Qイオンは吸蔵され、
そして適合される。吸蔵されたQイオンを構造体から除
去するただ一つの実際的方法は高温での熱分解及び/ま
たは酸化を通してこれら巨大な陽イオンを分解すること
である。−月Qイオンが構造体から除去された場合、一
般的に約5A以下の大きさの分子またはイオンに対して
チャンネル及び交点が開くようになる。例えば水和した
ナトリウムイオンは水性媒質中を容易に拡散し、そして
例えばアンモニウムの如き他の陽イオンにより交換され
ることができる。触媒として最も普通に用いられるZS
M−5は水素型であるため、その調製には通常次の順番
の原理的工程が必要とされる: ・テングレートとしての有機物質を用いる合成、・Qの
如キ有機ブロッキング陽イオンを除去するための高温か
焼、 ・アルカリ金属イオンのアンモニウムイオンとの交換、
及び ・昇温下でのアンモニウムイオンのゼオライトの水素型
及び気体アンモニアへの分解。
小さい大きさの微結晶を有するZSM−5を製造する試
みがなされてきた。ブランクらによる米国特許第3.9
26.782号に開示される通り、触媒として炭化水素
転化に用いる場合、これら小さな大きさの微結晶は炭化
水素処理反応中における触媒の老化(ασinσ)を遅
延させる。ブランクらの特許におけるゼオライトは比較
的高0度の臭化テトラプロピルアンモニウム<QBr)
またはトリプロピルアミン及び臭化プロピルを用いた場
合K Q B rの如きハロケ゛ン化テトラ−アルキル
アンモニウムを生成させる第三級アミン及びハロダン化
(例えば臭化)アルキルのいずれかで製造された。これ
らの物質が廃棄用反応体混合物として捨てられた場合は
環境汚染問題を与える。更に、生成されるゼオライトは
イオン交換する前にか焼しなければならなかった。また
ハーグ(300g)らの米国特許第4.326.994
号でも小さい微結晶を製造するために高濃度のポリアル
キルアミン及び有機ハロダン化物(結合してQBrの如
きハロゲン化テトラ−アルキルアンモニウムを生成する
)が用いられた。再び、ゼオライトをイオン交換し得る
前にこのものをか焼する必要があった。
Qイオンを用いるこれら従来の系において、用いるQの
量は極めて大量であった。例えばアーゴイヤーらの基本
的な米国特許第3,702,886号において、最初の
実施例では式(2)の単位格子化学量論量を基憩として
すべての交点を占めさせるために必要とされるQの量の
1250%以上を用いている。
またZSM−5は鍾(5eed )を含む反応系から生
成された。ロールマン(Ro l 1mann )らK
よる米国特許第4.203.839号に種としてZSM
−5結晶を用い、そして滴定できる結晶化には更にQ1
テトラグロビルアンモニウム陽イオンが必要とされるこ
とが開示されている。ブランクらによる米国特許第4,
175,114号は種のみか、またはアルコールとの配
合を用いていた。開示されたアルコールは脂肪族アルコ
ール及び好ましくは炭素原子2〜5個を含むものでちっ
た。代表的なアルコールはエタノール、グロノノール、
ブタノール及びペンタノールであった。発明者はアルコ
ールは直鎖状または分枝鎖状であり得ることを述べてい
た。得られた卆結晶の大きさには何ら言及されていなか
った。
またZSM−5は低ナトリウム型で製造され、そのため
ゼオライトは使用前にイオン交換する必Ifない。ルー
ピン(Rsbin )らによる米国特許第4.151.
189号にプロピルアミンを用いて攪拌しながら0.1
4重量%より少ないアルカリ金属を有する合成した状態
のままのゼオライトを生成させることが開示されている
。微結晶の大きさの議論は無かった。ブランクらによる
米国特許第4゜341、748号には前もってか焼せず
にそのもとの金属陽イオンを実質的に完全にイオン交換
し得る未か焼の状態のZSM−5が請求されていた。
この開示はシーディング(seeding )に関して
上に議論されたブランクらによる米国特許第4,175
、114号の一部継続のものであり、そしてこのものは
同様な実施例を有していた。
またZSM−5は多量のQイオンテンプレートを使用し
ない反応系で製造された。タラマン(Taramass
o )  らによる米国特許第4.431.621号に
ヒドロキシル官能基例えばアルコール及びフェノール並
びに更に詳旭にはグリコール及びポリグリコールを含む
有機物質の使用が開示されている。この特許は微結晶の
大きさのものを与えなかった。
その最小の寸法が約0.3μ常以下であるZSM−5微
結晶を生成させることが本発明の目的である。
更にテンプレートまたは増核剤として少量のみからex
の第四級アンモニウムイオンを用いる小さなZSM−5
t1.結晶を生成させることが本発明の目的である。
頁にQイオン及びエチレングリコールを含む他の物質の
配合体を加えてサブミクロン(ssbmic−ron 
)の大きさの微結晶を生成させることによりテトラプロ
2ルアンモニウムイオンを使用しないZSM−5の公知
の製造方法を改質化することが目的である。
更にゼオライト構造体中に小部分の数の交点のみで存在
させるQの如き大きなブロッキング有機化合物を侑する
合成し、そして洗浄した状態のままのZSM−5を製造
することが本発明の目的である。
更にゼオライト構造体中に小部分の数の交点のみで存在
させるQの如き大きなブロッキング有機化合物を有する
合成し、そして洗浄した状態のままの新規なZSM−5
を得ることが本発明の目的である。
更に高い結晶化の程度を有するZSM−5を製造するこ
とが本発明の目的である。
更に低価格の原料物質からZSM−5を製造することが
本発明の目的である。
更に本明細書に定義される高い当価生成物濃度を有する
方法によりZSM−5を製造することが本発明の目的で
ある。
更に本明細書に定義される極めて大きい反応器生産性(
th、デoughpwt )を有するオートクレーブの
如き反応器を用いる方法によりZSM−5を製造するこ
とが本発明の目的である。
更に予備か焼工程を必要とせずにイオン交換し得るZS
M−5を製造することが本発明の目的でおる。
再循環方法を用いてZSM−5を製造することが本発明
の他の目的である。
更にZS J/ −5を製造するのと同様の目的のシリ
カライトを製造することが本発明の目的である。
更に全体的に低い経費の方法により意図したゼオライト
を製造することが本発明の目的である。
更に得られるZSM−5をマトリックス(mat−ri
r; )物質と配合して触媒粒子を生成させることが本
発明の口約である。
これらのもの及び更に他の目的は本発明の記述が進む中
で明らかになろう。
エチレングリコールの如きポリオールを含み、セして増
核剤として微量のテトラグロビルアンモニウム(Q)イ
オンを有する特定な濃度の反応混合物中のシリカ、ソー
ダ及びアルミナの原料(5ource )からの水性媒
質中でZSM−5を合成することにより、約0.3μ濯
以下の大きさを有し、合成された状態の一!まにおいて
低濃度のブロッキング陽イオンを有する新規な微結晶を
製造することができる。アルミナの原料を削除した場合
にシリカライトが製造される。不法で使用される微量の
QBrは構造体内のすべての細孔交点を占める式(2)
をベースとして計算される化学量論量のQイオンに対し
て小さい比率の量である。用いる量は一般に式(2)を
ペースとする化学量論量の20%より少ない量である。
例えば一般に、41,0,1モル当りα40モルより少
ないQBrを用いて46:1のsio、対Al、030
モル比を有する生成物を調製して式 Na3,25 $ 61 A 140111205.2
0゜1.。   式(4)で表わされるZSM−5を与
えることができる。
水性媒質から合成されたままの微結晶は小さい部分のみ
のブロッキング陽イオンを示すため、か焼または他の方
法によりブロッキング陽イオンを前もって除去する必要
なしに、交換するナトリウムイオンに対する拡散距離(
path、)が常に存在する。ゼオライトを水で単に洗
浄することにより、エチレングリコール及び迎剰のNa
OHを構造体から除去し得る。除去の程度は洗浄の度合
に依存する。生成物をHE4NO,の如きアンモニウム
塩の溶液と接触させることにより、ナトリウムイオンを
容易に交換し、そしてゼオライトを本質的にアンモニウ
ム形に転化させる。またZ S J(−5合成を完了す
るために本発明の水熱工程は約8時間またはそれ以下の
みで行われることを強調する。
更にまた、本発明のオートクレープ工程における等価生
成物濃度は一般に12%より犬、そしてしばしば14奮
より犬であることを強調する。代表的には400 kg
/ atl1日より犬、そして更に好ましくはs o 
o kg/m’/日より大の優れた生成物生産性を与え
るために高濃度及び短かい反応時間を併用する。このす
べてのものは従来の技術よりかなり改善されている。
エチレングリコールのみを用いては所望の小粒径の微結
晶が生成されない。その代り、少量のテトラプロピルア
ンモニウムイオンを存在させることが必要である。
小粒径のq5結晶を交換し、マトリックス物質と配合し
、そして触媒粒子を生成させ得る。シリカ対アルミナ比
は変えることができ、そしてアルミニウムを加えない場
合、シリカライトが生成され得る。
本発明の新規なゼオライトZsM−5の合成方法は特に
小粒径の微結晶を製造する際に適している。ブランクら
による米国特許第3.926.782号に記載されるよ
うに、触媒を含む、極めて小さい径の微結晶ZSM−5
により精製油の改質化、芳香族炭化水素のアルキル転位
、芳香族のアルキル化、燃料油の流動点の低減化及び炭
化水素の接触分解の如き種々の炭化水素の転化中におけ
るかかる触媒の老化が遅延される。ナフサまたは精製油
を改質化する場合、小粒径の微結晶の使用はブランクら
により触媒の老化を遅延させるばかりでなく、低下され
た水素対炭化水素比の使用を通して改善されたオクタン
収率を与える一方、ナフサまたは精製油処理中に満足で
きる老化を保持することが見い出された。
小粒径の粒子がある状況において有利である一つの簡単
な説明は短縮された拡散距離及びしばしば高い反応の速
度に関係する。更に、分子が微結晶及びひび割れ(cr
αck)中に拡散する触媒的応用において、分解生成物
が出るまでに極めて長い拡散距離が残されている場合、
これらの生成物が微結晶を離れる前に更に分解してより
小さい、望ましくない生成物が生じ得る。
不法により5より大きいAl、0.に対するSin。
2(96−x) のモル比Rを有し、ここにR=□ であり、その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶
を有し、そして式 Mニー1/Si、6−エAl工01゜20゜−y回、 
式(2)式中、Mは一価の陽イオン例えばアルカリ金属
、有機塩基またはRを表わし、 口はテトラプロピルアンモニウムイオンを含まぬZSM
−5多孔性網状構造体内のチャンネルの交点を表わし、
そして 回は吸蔵されたテトラプロピルアンモニウムイオンを有
するZSM−5多孔性網状構造体内のチャンネルの交点
を表わす、 により表わされる平均単位格子を有するZ S M −
5ゼオライトが生成される。不法はシリカの原料、アル
ミナの原料、アルカリ金属水酸化物例えば水酸化ナトリ
ウムの原料、水、ぼりオール例えばエチレングリコール
、及び少量のテトラプロピルアンモニウムイオンを含む
混合物を用いる。反応混合物中のテトラプロピルアンモ
ニウムイオンの量は少なくとも効果的な量であり、そし
て反応スラリー中のSiのモル数の0.8倍及び反応ス
ラリー中のAlのモル数の和の1/120より少ないモ
ル数で表わされる量である。この混合物をオートクレー
ブの如き加熱した反応器中で反応させた後、ZSM−5
ゼオライト生成物を回収する。アルミナの原料を省略し
た場合、シリカライトが生成する。
合成されたままのZ S M −5ゼオライトは交点中
に少量のQイオンを有する。上の式(2)においてyの
最大値は0.8でちバこれは理論的な化学量論量の20
%に対応する。より好適な値は0.6より小さいyを有
し、そして更1(好ま1−<けyは0.4より小さい。
これらの濃度で、反応混合物中の本質的にすべてのQは
生成するゼオライト中に沈着する。不法で使用される少
量〜のQと対照して、アーゴイヤーらの基本特許のすべ
ての実施例では化学量論量のQの8709により多い量
を用い、これは不法の上限の約44倍である。不法の好
適な上限である7 = 0.4に関しては、アーゴイヤ
ーらはその6つの合成実施例(NQ、1〜6)の各々に
おいて88倍より多い量を用いている。
本発明による方法は高度の結晶性、調製され、そして水
洗されたままの状態でZ S ilf −5中に含有さ
れる全ケイ素及びアルミニウム1モル当り0.1モルよ
り少ない吸蔵された炭素含有量、調製され、そして水洗
されたままの状態で含有されたアルミニウム1モル当り
1モ5ルより少ないゼオライト性アルカリ金属含有量、
単一の結晶相物質を宍わす高度の結晶性純度、ケイ酸ア
ルミニウムまたはシリカライト構造、前もってQイオン
を除去せずに容易に交換し得る容量を有し、且つ調製し
7、そして水洗した一!まの状態でZSM−5中に含ま
れる全ケイ素及びアルミニウムの1モル当り1/120
モルより少ない9. Fを含有するZS、1f−5そ生
成させる。
水洗した後に得られるZS、M−5ゼオライトは通常式
(2)中にpfとしてN (Lを有するであろう。この
生成物は1WがNll、  i/Cな0ように更にアン
モニウムでイ・オン交換し待る。また水洗した生成物の
ままで等測量のランタニドイオンを用いて少なくとも部
分的に交換することができる。ランクニドイオンとは原
子番号57〜71を有するすべての元素に加えてイツト
リウム元素の陽イオンを意味する。
一つの具体例において、完全な結晶の溶解を確認するた
めに少址のQBr固体結晶を水に加え、次に溶解したQ
Brを他の物質と混合して所望の小粒径のZSM−5ゼ
オライトまたはシリカライトを生成させる。他の具体例
において増核を開始するために特殊なシーディング(5
eedi、ng )物質を用いる。
シーディング物質の22体例に対するシーディング物質
はシリカ、アルミナ、ソーダ、水及びす量のQBrを含
む希釈系から調製される。例えば1000si02 :
  1Al、0.:45Na20:30.000H,O
: 30 QEr  cDモル比f代表的に使用し得る
。このシーディング物質においてシリカ対アルミナのモ
ル比は極めて高くすることができる。この物質は使用前
に80〜100℃の如き高温で数時間加熱し得るが、こ
の加熱工程は臨界的ではない。シーディング物質の正確
な特性は未知である。例えばシーディング物質を粉末に
乾燥した場合、X線回折ではいずれの結晶も検出し得な
い。しかしながら、基礎的なZSM−5網状構造単位は
シーディング物質中で生成し始めるか、または多分極め
て小さい結晶領域が生成するが、その大きさのために検
出され得ないと考えられている。要約として、反応混合
物は粉末xH回折により識別しうるZSM−5結晶の原
料を含まない。
シーディング物質中に存在する比較的少ないQイオンの
量は反応系中にてシーディングの増核を開始すると考え
られる。
ZSM−5生成物中のシリカ対アルミナの望ましいモル
比は反応混合物に加えられるシリカ及びアルミナの量に
より制御される。シリカ対アルミナ比が6より大きい場
合、シリカ対アルミナ比が5より大きい生成物が得られ
る。アルミナが存在しない場合は生成物としてシリカラ
イトが得られる。反応混合物中の好適なシリカ対アルミ
ナ比は20〜120であり、更に好ましい範囲は40〜
80である。
反応混合物は測定された量のシーディング物質を他の反
応体例えばシリカ、アルミナ、ソーダ、エチレングリコ
ールの如きポリオール及び水に加えることにより調製し
得る。次にこの反応体混合物をそこで大部分の反応が起
こる攪拌されたオートクレーブに移動し得る。攪拌され
た反応器(オートクレーブ)中での制御された水熱灸件
下で結晶化反応が起こり、ここでエチレングリコールは
テンプレートとして槻能するように見える。ZSM−5
生成物の大きさは一般に用いるシーディング物質の4に
より制御する。
ZSM−5核を与えるために測定された量のシーディン
グ物質を用い、そして実*量のエチレングリコールを用
いることにより、約1Q1tm以下、好ましくは1μm
以下、そして最も好ましくは0.3μm以下のZSM〜
5のいずれの大きさの微結晶を合成することができる。
当価生成物W)度は12%より犬、好ましくは14%よ
り犬であり、そして生成物生産性は代表的には400 
k!j/m’/日より犬、更に好ましくは500 kg
/m”7日より大である。
エチレングリコールはZSM−5生成物がら容易に洗浄
し得るため、各々の微結晶内のチャンネル及び交点の大
部分は洗浄後にいずれのブロッキング有機物質を含んで
いない。各々の彷(・結晶または分散された小さいクラ
スター(crlLster )の中心部分はあるブロッ
キングQイオンを含有し得るが、その比は続いてのイオ
ン交換工程を損なわない交点の全数に比較して小さい。
結果として、水洗は多くの従来のZSAf−5合成法に
記載されるイオン交換に先行するか焼の必要性を除去す
る。
ZSM−5の大きさは更にソーダ及び水濃度の適当な川
合せを選択することにより制御される。
いずれかの時点での反応性ソーダの濃度はpHにより間
接的に測定される。多過ぎるソーダを加えることにより
大粒子が生成される。例えばAl、0゜1モル当り10
モルより多いNa20を有する60SiO2対1Al、
0.系では大粒径の微結晶が生じる。水の量を減少させ
て固体含有量が増加する場合、大きいり結晶も生成され
よう。例えば、水の量を各々、4120.1モルに対し
て800モルから600モルに減少するぢ:、合、6G
SiO,対1Al203系において4結晶系は増大する
また合成温度はZ S iI(−5微結晶の大きさに効
釆を有する。合成時間は約100℃〜200℃の範囲の
温度に従って逆に変化し、その際に小さい微結晶を製造
する最適の温度は約170〜1800Cである。反応温
度が例えば200℃よりかなり増大した場合、微結晶の
大きさは増大する。2000C以上の高温での更に問題
にはある有機成分が分解し始めてチャー(char )
に彦ることである。
かくて結晶化を行う好適な温度は200℃より低い。
水沫に用いる反応スラリーは次のモル比の成分を有する
; 上でモル、数で表わされるOH−の量は遊離のアルカリ
金属水酸化物のモル数及び遊離の水酸化テトラプロピル
アンモニウムのモル数の合計である。
Uなる用語は反応混合物中のSiのモル数を0.8倍し
た数に、生じる混合物中のAlのモル数を加えた数の1
/96である。合成において反応スラリーに加えられる
木質的にすべてのQは反応生成物中に吸蔵されるように
なる。上で与えられるポリオールの上限量は臨界的では
ない。例えば60SiO,対1Al、03系においてポ
リオールの上限量は61モルであろう。これは明らかに
十分である。この量を越えることはできるが、小粒径の
微結晶を製造する場合はそうすることによる経済的また
は工程的な利点は存在しない。
ZSM−5ゼオライトは反応体スラリーから生成させる
ことができ、その際に5in2対Al、0゜のモル比は
約5からいずれかのより高い値までに変え得る。20乃
至120間の範囲である比の良好な結果が得られ、更に
好ましい比は約40〜80の範囲である。一般に、反応
混合物中に使用される本質的にすべてのアルミナは生成
ゼオライト中に残留する。このことはシリカの場合では
ない。反応系の高いアルカリ度のため、シリカのあるも
のは母液中にて溶液で残留する。特定の比は特定の混合
物及び用いる条件に依存して変わる。
SiO□対Al、0.比において約20〜約120の範
囲であり、はぼ80±15%のシリカが生成ゼオライト
に入る。
反応スラリーを調製する好適な本法は必要とされる脱イ
オン化水の約%でシリカ原料(例えばLudoz)を最
初に希釈することである。シーディング物質またはQB
r及びエチレングリコールを他の%の脱イオン化水と混
合し、そしてこの混合物を希釈シリカ生成物中に注ぐ。
最後に、水酸化ナトリウム及びアルミン酸ナトリウムを
残りの脱イオン化水と混合し、そしてこの混合物を次に
攪拌しながら前の2つの成分に加える。生じるスラリー
を混合し、そして合成のために攪拌されたオートクレー
ブに移す。
また価値あるSiO,、Na、0及びエチレングリコー
ルの排出を避けるために母液を層循摂させてZSM−5
を生成させ得る。上に述べたように、反応混合物に加え
られる* JJ9的にすべてのQイオン及びすべてのア
ルミナは生成物中に残留するが、シリカのみは部分的に
反応し、そしてソーダ及びエチレングリコールはj%剰
に残留する。シリカ、ソーダ及びエチレングリコールを
含むこの母液の良好な部分を生成物から容易に分離し、
そしてろ過により回収し得る。新たな合成スラリーを調
製するために母液を用いる場合、アルミナ及びQBrは
十分に補給するが、シリカ、水酸化ナトリウム及びエチ
レングリコールのもとの量の一部のみを加える必要があ
る。調製された再循環スラリーのtまの組成物は最初の
スラリーの組成物と同じである。異なった出発スラリー
組成物が望ましい場合、このことは再循環された母液を
用いても達成される。再循環工程は生じる生成物の特性
及び品質(微結晶径を含む)を害さずに、何回もくり返
して行い得る。実施例9に示されるように、副生母液を
用いて多数の再循環実験を行い、エチレングリコール及
′びt間:のみのQBγを用いて高品質で、且つ極めて
小さい粒径の微結晶のZ S M −5を生成させ得る
結晶純度及び結晶化の程度に対するZSM−5の特性化
はフィリップス・エレクトロニツクス社(philip
s Electronics、 Inc、  )製のノ
L//I/コX線回折計(Noretco X−Ray
 Diffracto−meter) (12045B
/3型)を用いる標準的x1回折法を用いて行った。
ゼオライト生成物の充てん及び装置制御の設定を含む標
準化された条件下で粉末X線回折・ぞターンを得た。こ
の・ぐターンを定性的及び定量的に検討した。定性的検
討にはアーゴイヤーらによる米国特許第3,702,8
86号に定義されるZ S M−5のすべての特徴的な
回折線の存在を確立することが含まれる。すべての重要
な回折線が本生成物中に見い出され、そ1−て無関停の
線が観察されない場合、ZSM−5が製造されたものと
考えられる。他のX線回折線が存在しないことは結晶純
度を示すものと考えらねた。
本生成物の定量的特性化は3.85±0.07λ単位の
d−空間(spacing )で生じる最強の回折線の
ピーク高さをアーゴイヤーらの特許により調製された対
照用ZSM−5物質の対応するピーク高さと比較するこ
とにより行った。対照物質のピーク高さに対する本物質
のピーク高さの比の100倍は本物質の%結晶性として
定義された。本法の実験誤差内で、対照物質はここ数年
の研死で検討されたいずれのZSM−5物質より大きい
ピーク高さを有していた。従って、この物質を100%
結晶性と定義した。用いた方法は便利であり、そして迅
速で、目、つ実際的な結晶性の程度の測定を与えるが、
このものは正確ではなく、そしていくつかの因子に依存
して測定されるイ(すの±20%までの誤差を有し得る
。例えば、極めて小さいg!結晶はある程度巾広い回す
(ピークを与える傾向にあり、これによりしばしばピー
ク高さが小さくなる。
本発明によるエチレングリコールを用いる場合、多量の
テトラプロピルアンモニウムイオンテンプレートを必要
としない。事実、Qの多大な相対量は望ましくなく、そ
の理由はこれらの多量の陽イオンが構造体内に残留し、
そして細孔を通しての拡散を阻止するからである。次に
生じたゼオライト生成物はぜオライドのナトリウム型が
触媒用としてアンモニウム及び実際には水素型にイオン
交挨し得る前にかI焼を必要とした。しかしながら、水
系においては少量のQイオンの添加が必要であり、その
理由はいずれかのQイオンなしでは得られる微結晶が極
めて犬きくなり得るからである。
反応スラリーまたは混合物中のQイオンの量に対する上
限は反応スラリー中の5fflのモル数及びAlのモル
数に関して明記し得る。Uは反応混合物中のSjのモル
数を0,8倍した数に、反応混合物中のAlのモル数を
加えた数の合計の1/96として定義される。これを基
に、Qイオンを与える反応スラリー中で使用されるハロ
ゲン化または水酸化テトラプロぎルアンモニウムのモル
数は一般的な範囲に対しては0.8Uより小、好適な範
囲に対しては0,6Uより小、そして最も好適な範囲に
対しては0.4Uより小である。
更に本発明の111点けその朽めて高い反応生産性によ
転、このことは比較的短かい反応時1’+、ilで結合
される反応スラリー中の高い当価生rJi物濃度のため
に可能である。ZSM−5ゼオライトハオートクレープ
中にて約175°にの温度で8時間より少ない時間で容
易に生成される。
反応スラリー中の当価生成物妙匣は反応が完了した後に
計算でき、そして反応スラリーから得られる乾燥ベース
のす) IJウム型中のZSM−5の重量%として表わ
される。このものはゼオライト生成物中のSiO,、A
 t t Os 及ヒJ’V (h O等価物の重量の
和を最初の反応スラリーの重量で割って、100倍した
ものに等しい。
反応器(オートクレーブ)生産性は単位時間当シに反応
器(オートクレーブ)の単位容積当りに調製される生成
物の重!である。このものは極めて重要なパラメータで
あり、その理由はこのものがいわゆるオートクレーピン
グ(αwtoclαvinσ)工程中の最も主要な強い
単位操作を通しての生産率の尺度であるからである。反
応器(オートクレーブ)生産性または単に生産性は種々
の単位で表わし得る。本性を記述するために次の単位及
び特定の定悸を用いる: 生産性は1日当シ、反応器(オートクレーブ)容量1r
r?当りの、乾燥ベースで表わされ、そして純粋なナト
リウム型に規格化されて得られるZSAi−5生成物の
ゆで表わされる重量である。
例えば、36Ofの当価量の乾燥ベースのナトリウムZ
SM−5が2400cmのオートクレーブ容量中にて6
時間続くオートクレーピング工程で得られるオートクレ
−ピング工程中の「生産性」−゛は次のようである: 2400cmX6時間 = 600 kg/lイ/日 ZSM−5ゼオライト生成物の走査電子顕#!:情写真
(SFIJ)を得るために約1.000〜約100、 
OQ Oの範囲の倍率で走査電子順f#鏡を用いる。Z
 S、lf −5生成物のサブミクロンのF/ 結晶は
明瞭に撮影され、そして10,000倍及びそれ以上の
倍率でSEWにより測定される。
ZSM−5ゼオライトの本合成に用いる大部分の反応体
に対する原料は下で与えられる。   ′合成に使用さ
れるシリカの原料はDavisonChemical 
Co、、F、 R,Grace & Co、の一部門に
より製造されたシリカケ゛ルまたはシリカヒドロゲルで
ちることができ;他のタイプのシリカグルにはpitt
s’bsrgh plate Glassにより製造さ
れたH i −Sil ; Dht、pontにより製
造されたコロイド状シリカゾルでちるLlbd oπ;
CabotCorp、により製造されたCαbosil
の如き煙霧状の(f′u、med )シリカがあり、他
のタイプの煙霧シリカには工業的に広く入手されるフェ
ロ−シリコンの同生物があり;水ガラスとして公知であ
ムそして商朶的に容易に入手されるケイ鄭?ナトリウム
(このものはソーダの原料でもあり得る);及びいずれ
かの他の状態の反応性シリカがある。
水酸化ナトリウムはソーダの原料であhlそしてまたこ
のものは商済−的に入手できる商品イヒ学薬品である。
ケイ酸ナトリウムま* P−、!:水ガラスはソーダ及
びシリカの原料としてしはしは使用もれる。
アルミナの原料はアルミン酸ナトリウム、硫酸アルミニ
ウムまたはいずれかの’IQの状態の反応性アルミナで
あり得る。
単独でか、または配合して使用し得るポリオールにはエ
チレングリコール、グコノぐンソオール、ブタンノオー
ル、ヘキサンヅオール、ジエチレンクリコール、トリエ
チレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセロ
ール及び多糖類が含まれる。
エチレングリコールは多くの原料から入手し得る閤品化
学薬品であり、セしてBαker及び他の会社により製
造される。
テトラプロピルアンモニウム陽イオンの原料は臭化物の
如きテトラプロビルアンモニウムノ・ログン化物またけ
EαstmαnKodαk Co、及び他の会社から得
られる水酸化テトラプロピルアンモニウムであるか、ま
たはノ・ロケ゛ン化プロピル及びトリプロピルアミンの
生じる生成物であり得るノ・ロケ。
ン化物の場合であり得る。
本発明の方法により調製されるZ S /1/ −5は
触媒を製造するために直接使用し得る。本発明により調
製される反応スラIJ−ViZSM−5ゼオライト及び
母液を製造するために約150〜200℃の温度で24
時間より少ない時間加熱される。反応物質は冷却し、そ
してろ九してゼオライト反応生成物を得る。ろ鯖したゼ
オライトを洗浄12、そして陽イオン交換する。この交
換ttNBi+、H+、ランタニドまたは他の所望の陽
イオン並びにこれらの混合物を用いて行い得る。交換さ
れたゼオライトをマトリックス物質と配合し、ぞして粒
子に生成する。生じる粒子を乾へし、そしてか焼して触
媒を含むZSM−5ゼオライトを生じさせる。
本発明の基本的%位を記述したが、次の実施例はその特
定の具体例を説明するために示す。
実施例1 この実施例は本発明によるシーディング物質を用い、エ
チレングリコール及び少量のテトラ7”。
ピルアンモニウムイオン(Q)を用いるゼオライトZs
M−5の合成を説明する。
シーディング物質プール(pool )をアルミン酸ナ
トリウム(20%AL10.,17*#cL、0)3.
201?、39.8%SiO2を含むLudoz(H5
−40)94B、31,50%NcLOH溶液43.6
11臭化テトラプロピルアンモニウム(QBr)50、
21!及び脱イオン化水2791.6.9を含んで調製
した。この混合物を80℃で6時間加熱し、その後この
ものを冷却し、そして将来用いるために貯蔵した。この
系を「種物質」と表わし、そして約1000SiO,:
AL、03:45Na、0: 30,0OOE、0:3
0QBrのモルで表わされる組成物を示した。
次に次の成分を秤量することにより反応混合物を調製し
た:「種物質1501!、アルミン酸ナトリウム24.
0 J、LudOZIfS−40388、IJF。
50%NaOH溶液318.F、−1−チレングリコー
ル(J?G)29.119及び脱イオン化水299.7
g、約イの脱イオン化水をLud o zに加えた。次
にエチレングリコール及び「種物質」150gを他のイ
の脱イオン化水と一緒に混合した。次にこの混合物を希
釈したLudozに加えた。最後に、水酸化ナトリウム
及びアルミン酸ナトリウムを残すノ脱イオン化水と混合
し、次にLad o z混合物中に加えた。生じた系は
次の重量の成分を含んでいた:成分      重量(
1) Sゼ0.      139.2 A 1,0,4.825 Naρ       17.47 QBr         1゜962 E、G・           29.10H!070
1.01 全体:    923.6 混合物の密度は約1.161 / cWL”であり、そ
してその容積は約796α3であった。AI、0□に対
するモルで表わされる組成物は59.6sio。
:Al2O,二 5.96.#  α2O:  8 2
 3H,O:  9.92EG:0.136QBrでア
ラた。生じたスラリーを手で攪拌して混合し、次にこの
ものが0.5時間で約170℃に達するまで攪拌された
オートクレーブ中で直ちに加熱した。次に温度を約17
5℃で7.5時間保持した。生じた生成物を室温に冷却
し、除去し、ろ過し、加温した脱イオン化水11を用い
て洗浄し、そして120℃で一夜乾燥した。生成物は1
47yの重量であった。当価生成物濃度は15.9重量
%と計算された。
この生成物の一部を粉末X線回折で分析し、そして10
0チの結晶化度を有する純粋なZSM−5として同定し
た。調製されたこの試料は微量のQイオンを含むが、ナ
トリウム型の本質的に純粋なZSM−5であると考えら
れた。
これらのデータから、オートクレーブ生産性は約554
 klF / ?FL” 7日と計算された。生成物の
化学分析により91.50チSiO2、3.30チAl
2O,: 2−40%Na、0及び0.93.%Cが得
られた。
モル数で表わした、調製され、そして水洗されたままの
(as−prgpared−and−water−wa
sんed)生成物の組成は約:47.LSiO,:Al
10B:1.2 ONa、0: Z40(Tfあツタ。
調製された試料の重量と一緒にしたAltO,の濃度(
&30チ)を用い、通常の実験的分析誤差内で製造に使
用されるアルミ/酸ナトリウム中のAl、0.の重量(
4825,F)に対応するゼオライト中のアルミナの重
量(4,5sxfりを計算した。換言すれば、Al、0
.は定量的に反応した。
しかしながらSiO2の場合、約134.51のみがゼ
オライト中に残留した。この量は用いたSiO2の出発
重量(139,2,9)の約80チを表わす。約34.
7 、Fは用いた多くのNa2Oと共に母液中に溶液と
して残った。母液は反応器に充てんしたNa、017.
4’lの約1194.Fを含んでいた。
また母液はQBrからの殆んどの臭素イオン並びにエチ
レングリコール及び勿論水を含んでいたが、Qイオンは
含んでいなかった。
次にこの生成物を2%NH4No、水溶液でイオン交換
し、続いて温水で洗浄し、そして120℃で乾燥した。
分析により、生じた化学組成は次の通りであった: 成分      乾燥ペースの重 チ SiO2           94.14Al、0.
           3.49Na2OO,036 CO,72 Bτ            0.0194炭素の分析
により交換されたゼオライト中に含まれる炭素の量は試
料を調製するために使用されるQErの量中の炭素に対
する通常の実験的分析誤差内で対応することが示された
。換言すればオートクレーブに充てんされたすべてのQ
イオンはZSM−5ゼオライト構造内に吸蔵された。
出発重量及び得られたゼオライトの重量と一緒にした、
調製したtまのゼオライト及びアンモニウム交換された
試料の分析データは式(2)嶺りとしての2つのゼオラ
イトの平均単位格子の組成を計算するために用いた。
調製し、そして水洗したままの試料に対して次のものを
得た: Na5z   A J   o20.、p。
λ60  92.1  3.91L9   6  31
式(5)すlラム及び炭素分析によυこの試料は示され
た組成以外にその構造体内にある遊離のNaOH及びエ
チレングリコールを含んでいることが示された(多分不
十分な水洗による)。
吸蔵されたQイオンは構造体内°の4つの交点の中の0
.31のみ、またはすべての交点の約7.8チをプロツ
キフグした。交点の残りまたは約92チは拡散及び流れ
に開かれたままであった。多孔性網状構造体の「開放」
特性は過剰量のブロッキングクイオンを除去するために
前もってか焼せずに試料をイオン交換し得る基礎的理由
であった。
アンモニウム交換された試料に対し、平均単位格子の記
号表現は式 口。、29   式(6) であり、このものはゼオライトが本質的に純粋なNHt
型で存在することを示していた。1%より少ない酸性部
位(5ite )はNa型であった。ケイ素対アルミニ
ウム比は通常の実験誤差内でもとのゼオライトと同様で
あった。まだ吸蔵されたQイオンの数(0,29)は本
質的にもとの試料に対して得られた値(0,31)であ
った。
約51のitのアンモニウム型の生成物の一部をるつほ
に置き、そして空気中でか焼してこのものを触媒的に活
性なH型に転化した。か焼は10000Fで3時間行っ
た。約4%の重量損失が測定され、これは# H4+ 
4オンのNH,ガス及びH+への分解に帰因し、Qイオ
ンのCO,、H,0及びN、への酸化及び分解並びに水
の蒸発が未だ試料中に存在していた。最終生成物は本質
的に式H4S i、、A 1401H口。      
式(7)で表わされる。走査電子顕微鏡(SEN)は約
0.1〜0.3μmの範囲の大きさの微結晶の集合体を
示した。
本実施例は本発明による方法が極めて高度の結晶性及び
優れた結晶純度を有するZSM−5ゼオライトを生成さ
せることを示す。極めて小さい微結晶はいずれかの予備
か焼を必要とせずに、ナトリウムを容易に交換し得る微
量のみのQHrを用いて生成された。用いた反応体の経
費は低く、水洗における物質の生産性は極めて高く、水
洗は有害な廃棄物を発生せず、従ってZSM−5を製造
するために優れた、実際的な、そして経済的な工業方法
であった。
実施例2 本実施例はエチレングリコール及び少量の本発明による
Qを用いるゼオライトZSM−sの合成を説明する。
次の成分を秤量することにより反応混合物を調製した:
臭化テトラプロピルアンモニウム<QBt)結晶1.9
5,9.アルミン酸ナトリウム溶液(20%Al、0.
及び17 %Na2O) 24.0 &、Lxdoz#
5−40(39,8%S io、 ) 425.8!?
、50%NaOH溶液34.61 %エチレングリコー
ル(EG)23.311及び脱イオン化水385.2N
0約イの脱イオン化水をLudozに加えた。QB−1
,95Eを他のイの脱イオン化水に溶解させ、次にエチ
レングリコールと混合した。次にこの混合物を希釈した
Lud o zに加えた。最後に、水酸化す) IJウ
ム及びアルミ/酸ナトリウムを残りの脱イオン化水と混
合し、次に上の混合物中に加えた。生じた約895Iの
重量のスラリーは約1. t s 11 / cWL”
の密度及び約7’128、h”の容量を示した。このも
のは約: 60S iO,:A 1,0.: 6#α2
O:800E2O”、8EG:0.155QBr(1)
%に数で表わされる組成物を有していた。生じたスラリ
ーを手で攪拌して混合し、次にこのものが0.5時間か
けて約175℃に逢するまで攪拌されたオートクレーブ
中で直ちに加熱した。次に温度を約175℃で7.5時
間保持した。生じた生成物を室温に冷却し、除去し、ろ
過し、温脱イオン化水111を用いて洗浄し、そして1
20℃で一夜乾燥した。
この生成物は1261IのM景であった。画側生成物濃
度は141%、そしてオートクレーブ生産性は約490
kg/m”/日と計算された。
この生成物の一部を粉末X線回折分析し、そして約10
0チの結晶化度を有する純粋なZSM−5結晶であるこ
とが見い出された。この試料をSEHにより試験し、そ
して約0.1−0.3μ?7Lの大きさの微結晶の小さ
な集合体からなることが見い出された。化学分析により
91.0%sio、、181%Al2O2、2,90%
Na2O及びo、88%Cが示された。1つの単位格子
に関して表わされる生成物の組成は次のものとして計算
された:”4.15””91.5”4.5019203
.35回0.35式(8)実施例2で得られた生成物を
2%NH,No。
溶液で直接イオン交換し、続いて温水で洗浄し、そして
120℃で乾燥した。分析に際し、1つの単位格子に関
して表わされる生じた化学的組成物は本質的に式 %式% 式(9) として計算され、このものは本質的にアンモニウム型の
開放多孔性構造体に対応した。この生成物を空気中にて
1000’Fで3時間が焼し、このものはアンモニアを
損失し、そしてQイオンは燃焼して式 H4,5”91.5 ”4.5019204   式醤
で表わされる触媒用の最終生成物を生成させた。
次の実施例4〜6は種々のシリカ対アルミナ比を用いて
製造された他のZSJザー5生成物を示した。
実施例4 約: 30SiO,:Al、0.:3t’Ja20:4
00if2O”、4’EG;0.07TQBrの相対モ
ルで表わされる反応スラリー組成物を用いる以外は実施
例2の一般的方法を用いて反応スラリーを調製した。ア
ルミナの量は本質的に2倍であった。最終生成物の粉末
Xm@折分析により純粋なZ S M −5ゼオライト
が示された。
実施例5 約: 2 O5io、:A 1,0.: 2Na2O:
 2 sTH,0: 2.6 ’IEG:0.052Q
Brの相対モルで表わされる反応スラリー組成物を用い
る以外は実施例2の一般的方法を用いて反応スラリーを
調製した。アルミナの量は本質的に2倍であった。
再び、最終生成物の粉末X線回折により純粋々ZSM−
5ゼオライトが示された。
実施例6 約: 12 O5io、: t71tO@: 16Na
20:1800ff宜0”、16EG:0.3LQBデ
の相対モルで表わされる反応スラリー組成物を用いる以
外は実施例1の一般的方法を用いて反応スラリーを調製
した。最終生成物の粉末X線回折により純粋なZSM−
sゼオライトが示された。
実施例7 本実施例は小粒径のZSM−sゼオライトを製造する際
の少量のQBrの重要性を説明するものである。
約:66SiO1:Al、0.:4.5Na、0:s 
00H,0: t OFG: o、i s 5QBrの
相対モル比で表わされる反応スラリー組成物を用いる以
外は実施例2に記載する一般的方法に従って反応スラリ
ーを調製した。最終生成物の粉末X線回折により優れた
結晶化度の純粋なZSM−5ゼオライトが示された。走
査電子顕微鏡での生成物の試験によりこのものは約0.
3μmの大きさの/トさな微結晶の集合体からなること
が示された。
対照的に、QBrを故意に反応スラリーから除去した以
外は同様に製造した試料はSEN試験により大粒径、即
ち約3.0μmのZSM−5微結晶であることが分った
。他のすべての重要な事項に関しては2つの試料は本質
的に同様であった。
実施例8 本実施例はエチレングリコールを用いるZSM−5ゼオ
ライトの製造におけるZSM−5種の添加の効果を説明
する。
QBr溶液の代υに約’、60SiO,:AllOH二
8Naxo : 800H,O: 8 E Gの相対モ
ルで表わされる反応スラリー組成物を生成させるために
ZSM−5種を用いる以外は実施例2に記載される一般
的方法を用いて反応スラリーを調製した。
ZSII(−5種1.5 F O代りにQBrを含マヌ
スラリーを用いたことを注目されたい。ZSM−5種は
本標準法を用いる上の実験から得られ、そして約0.2
μjnの大きさの微結晶を示した。種が確実にスラリー
中に適当に分散されることに注意した。
このスラリーを封鎖され、そして%時間にわたって攪拌
下で175℃に加熱したオートクレーブに充てんし、こ
の温度を約7−V6時間保持した。8時間加熱サイクル
の最後に充てん物を室温に冷却し、オートクレーブから
取出し、ろ過し、温水で洗浄し、そして最後に乾燥した
。粉末X線回折分析によルこの物質が優れた結晶化度を
有する純粋なZSM−sであることが示された。走査電
子顕微鏡による生成物の試験により約1〜3μmの大き
さを有する良好に定められた多面体微結晶が示された。
本実施例FiQ E rの代りにZSAf−5結晶種の
使用により大きな微結晶が生じたことを示す。
実施例9 本実施例は価値あるSiO,、Na2O及びエチレング
リコールの廃棄を避けるためにZSM−5の合成におい
て母液を循環させることが水沫で可能であることを説明
する。
実施例1に示されるように、反応混合物に充てんされた
すべてのQイオン及びすべてのアルミナは生成物中に残
留した。このことはシリカに対しては生じず、反応混合
物中に使用された量の約80%のみが反応し、ソーダま
たはエチレングリコールも同様であった。これらの物質
は水と一緒に母液を構成し、ZSM−5生成物と混合し
てオートクレープ工程から生じた。この母液の良好な部
分はろ過により生成物から容易に分離することができた
母液の全部または一部を再循環させるに用いる一般的方
法は少量のソーダ、エチレングリコール及びシリカを用
いてもとの実験組成物の合成スラリーを生成させるため
であり、その理由はこれらの物質は母液並びにアルミナ
及びQBrの十分な補体であるが、シリカ、水酸化ナト
リウム及びエチレングリコールのフラクションのみから
補給することができた。
再循環工種は生じた生成物の特性及び品質(微結晶径を
含む)に害を与えずに数回くり返すことができた。続い
ての特定の詳細は実施例1の方法の通りに調製されたも
との実験及び母液が再循環される5つの続いた実験に適
用された。5つの連続し、た再循環実験後、pH11,
4及びシリカ含有量4.06 %を有する5番目の再循
環実験から生じる母液51611が得られた。母液20
(lをIf S−40Lsdo:t 3031と混合す
ることにより6番目の再循環実験スラリーを調製した。
実施例1に記載された種物質150g、エチレングリコ
ール6I及び母液too、pを含む溶液をLwd oπ
混合物に加えた。Na0H7I!(50%)及びアルミ
/酸ナトリウム(20チAl、0.及び17チNa10
)24、Fを混合し、そして他の母液100II中で希
釈した。第二の溶液を激しく攪拌しながらLud o 
re混合物に徐々に加えてpH17−9を示す最終反応
スラリーを得た。スラリーのシリカ対アルミナのモル比
は約54=1であった。実施例1の方法の通りに反応ス
ラリーを処理した。得られたZ 5 、M−5生成物の
重量は124I!であり、粉末X線回折分析により優れ
た結晶化度の純粋なZSM−5が示され、そして走査電
子顕微鏡により約0.20μ濯の大きさの微結晶が示さ
れた。最終生成物の化学的分析によりλ25%Na2O
1α79%炭素、3.72%Al、0.及び93.9チ
SiO2であった。
最終ゼオライトのシリカ対アルミナ比は4z9:1であ
った。
本実施例は副生物である母液を用い、エチレングリコー
ル及び微量のみのQBrを用いて高品質で、且つ極めて
小粒径の微結晶を生成させる数多くの再循環実験の可能
性を説明する。
ZSM−5を製造するための他の従来の方法は上に述べ
た。ポリオールは用いるが、Qイオンは用いないタラマ
ンらによる方法はZSM−5合成を完了するために8日
間のオートクレーピングを開示している。その当価生成
物濃度は拳法により得られる12チより犬の値と比較し
て3チより少ないものとして計算された。反応器生産性
は本実施例1及び2で得られた4soky/m/日より
犬の値と比較して約4ki?/m”/日より少ないもの
として計算された。
次の比較参考例1及び2はQイオンの代りにエタノール
のみを、そしてQイオンの代りにπ−プロピルアミンを
用いる従来の方法をくり返して行った。両方の場合にお
いてより大きい微結晶が得られた。
比較参考例1 モービル(Mobil)に所属するブランクらの米国特
許第4.175.114号の実施例1に実質的に有機ア
ンモニウム陽イオンが不足したZSM−5生成物を製造
するためにエタノールを用いることが開示されている。
この生成物は全熱か焼せずに直接交換することができた
。同様の試薬を用い、そしてオートクレーピングの時間
に関する以外はブランクらにより記述された方法に従っ
て本発明者の実験室において注意して実施例1をくり返
して行った。この実施例で示された24時間のオートク
レーピング時間を用いる代りに、反応の進行はX線回折
分析で追跡し、そして結晶化の程度が完了した場合に反
応を停止した。この追試では十分な結晶性に達するため
に17時間のみが必要であり、そしてこのものは報告す
る値及び他のパラメータを計算するために用いる値とし
た。その結果、本追試で示された値はブランクらにより
報告されたものに等しいか、またはこのものより実際に
改善されたものでおった。第1表はブランクらにより与
えられたデータ及び本追試で得られた対応するデータ、
並びに得られたデータから計算された重要な・ぞラメー
タである。ブランクらの実施例1の方法で製造されたZ
SM−5結晶の極めて大きい粒径を注目されたい。
ブランクらの方法により、水沫によるものより極めて大
きい微結晶が製造された。このものは低い当価生成物濃
度(約5.1%対本法の約14〜16チ)を用い、そし
て水沫の48 o#/m” 7日より大きい生産性に対
して約54〜75kg/m”7日の低いオートクレーブ
生産性を有していた。
このものはある程度経費のかかる原料を°用いていた。
そのすべては経費のかかる、実際的でない方法により乏
しい生成物を製造するために一緒にした。
比較参考例2 モービルに所属するルピン(Rubin )らによる米
国特許第4151.189号に本質的にナトリウムを含
まず、かくて予備か焼及び陽イオン交換工程を除去した
ゼオライトの製造方法としてプロピルアミン例えばノル
マル及びイソプロピルアミンの使用が開示されている。
同様の試薬を用い、そしてオートクレーピング時間以外
はルピンらにより記述された方法に従って本発明者の実
験室において注意して実施例3をくり返して行った。こ
の実施例で示された45時間のオートクレーピング時間
を用いる代りに、反応の進行は)1回折分析で追跡し、
そして結晶化の程度が完了した場合に反応を停止した。
この追試では十分な結晶性に達するために8時間のみが
必要であり、そしてこのものは報告する値及び他の/ぐ
ラメータを計算するだめに用いる値とした。
その結果、本追試で示された値はルピンらにより報告さ
れたものに等しいか、まだはこのものより実際に改善さ
れたものであった。
ルピンらの方法は極めて大きい微結晶を生成させ、経費
のかかる原料を用い、そして低いオートクレーブ生産性
で操作され、従って高価である。
上の詳細な記述は単に説明のために示し、そして本発明
の精神から離れずに種々の方法を行い得ることは理解さ
れよう。
特許出願人 ダブリュー・アール・ブレイス・アンド・
刀ンノぐニー l′:〜−−′−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリカの原料、アルミナの原料、アルカリ金属水酸
    化物の原料、水、ポリオール及び少量のテトラプロピル
    アンモニウムイオンを含む混合物を反応させ、その際に
    該テトラプロピルアンモニウムイオンが反応混合物中に
    て有効量で且つ式においてy=0.8に対応する量より
    少ない量で存在する、そしてZSM−5ゼオライト生成
    物を回収することからなる、 a)5より大きいAl_2O_3に対するSiO_2の
    モル比Rを有し、ここにR=[2(96−x)]/xで
    あり、 b)その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶を有
    し、そして c)式 M_x_−_ySi_9_6−_xAl_xO_1_9
    _2□_4_−_y■_y式中、Mは一価の陽イオンを
    表わし、 □はテトラプロピルアンモニウムイオンを 含まぬ、ZSM−5多孔性構造体内のチャ ンネルの交点を表わし、そして ■は吸蔵したテトラプロピルアンモニウム イオンを有するZSM−5多孔性構造体内 のチャンネルの交点を表わす、 により表わされる平均単位格子を有する、ZSM−5ゼ
    オライトの製造方法。 2、反応混合物中に存在するテトラプロピルアンモニウ
    ムイオンの量が式においてy=0.6に対応する量より
    少ない量である、特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、反応混合物中に存在するテトラプロピルアンモニウ
    ムイオンの量が式においてy=0.4に対応する量より
    少ない量である、特許請求の範囲第1項記載の方法。 4、前の合成からの母液を再循環させて反応混合物の部
    分に供給する、特許請求の範囲第1項記載の方法。 5、ポリオールがエチレングリコールである、特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 6、本質的にアルミナは存在させず、そして生じる生成
    物がシリカライトである、特許請求の範囲第1項記載の
    方法。 7、その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶を有
    する、特許請求の範囲第1項記載の方法で製造されるZ
    SM−5の小さな微結晶。 8、その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶を有
    する、特許請求の範囲第1項記載の方法で製造されるシ
    リカライトの小さな微結晶。 9、シリカの原料、アルミナの原料、アルカリ金属水酸
    化物の原料、水、ポリオール、及び少量のテトラプロピ
    ルアンモニウムイオンを含み混合物を反応させ、その際
    に該テトラプロピルアンモニウムイオンが反応混合物中
    にて有効量で且つ0.8Uより少ない量で存在し、ここ
    にUは反応混合物中のSiのモル数を0.8倍した数に
    、生じる混合物中のAlのモル数を加えた数の1/96
    であり、そしてZSM−5ゼオライト生成物を回収する
    ことからなる、 a)5より大きいAl_2O_3に対するSiO_2の
    比Rを有し、そして b)その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶を有
    する、ZSM−5ゼオライトの製造方法。 10、反応混合物中に存在するテトラプロピルアンモニ
    ウムイオンの量が0.6Uより少ない量である、特許請
    求の範囲第9項記載の方法。 11、反応混合物中に存在するテトラプロピルアンモニ
    ウムイオンの量が0.4Uより少ない量である、特許請
    求の範囲第9項記載の方法。 12、前の合成からの母液を再循環させて反応混合物の
    部分に供給する、特許請求の範囲第9項記載の方法。 13、ポリオールがエチレングリコールである、特許請
    求の範囲第9項記載の方法。 14、本質的にアルミナを存在させず、そして生じる生
    成物がシリカライトである、特許請求の範囲第9項記載
    の方法。 15、反応混合物が粉末X線回折により識別できるZS
    M−5ゼオライトの原料を含有しない、特許請求の範囲
    第9項記載の方法。 16、反応スラリー混合物が6より大きい Al_2O_3に対するSiO_2、20〜120のO
    H^−に対するH_2O、1.0より小さい(SiO_
    2+Al_2O_3)に対するポリオール、0.03〜
    0.15のH_2Oに対する(Si+Al)、0.8よ
    り小さいUに対するQの成分のモル比を有し、その際に
    反応スラリーに充てんされる本質的にすべてのQが反応
    生成物中に吸蔵され;反応スラリーに充てんされる本質
    的にすべてのAl_2O_3が反応生成物の共有網状構
    造の一部となり;反応温度が150〜200℃であり、
    そして反応時間が24時間より少ない、特許請求の範囲
    第9項記載の方法。 17、Al_2O_3に対するSiO_2の比が20〜
    120であり、OH^−に対するH_2Oの比が30〜
    100であり、(SiO_2+Al_2O_3)に対す
    るポリオールの比が0.50より少なく、H_2Oに対
    する(Si+Al)比が0.05〜0.12であり、U
    に対するQの比が0.6より少なく、そして反応温度が
    160〜190℃であり、且つ反応時間が8時間より少
    ない、特許請求の範囲第17項記載の方法。 18、対SiO_2対Al_2O_3に対するSiO_
    2の比が40〜80であり、OH^−に対するH2_O
    の比が50〜70であり、(SiO_2+Al_2O_
    3)に対するポリオールの比が0.20より少なく、H
    _2Oに対する(Si+Al)の比が0.06〜0.0
    9であり、Uに対するQの比が0.4より少ない成分の
    モル比であり、そして反応温度が170〜180℃であ
    り、且つ反応時間が8時間より少ない、特許請求の範囲
    第17項記載の方法。 19、生成される該ZSM−5が、高度の結晶性;調製
    され、そして水洗された際に該ZSM−5中に含まれる
    全ケイ素及びアルミニウム1モル当り0.1モルより少
    ない炭素の吸蔵された炭素含有量;調製され、そして水
    洗された際に含有されたアルミニウム1モル当り1モル
    より少ないゼオライト性アルカリ金属含有量;単一相結
    晶性物質を表わす高度の結晶純度;ケイ酸アルミニウム
    またはシリカライト構造;前もってQイオンを除去せず
    に容易に交換し得る容量;並びに調製され、そして水洗
    された際に含まれる、該ZSM−5中に含有される全ケ
    イ素及びアルミニウム1モル当り1/120モルより少
    ない窒素を有する、特許請求の範囲第9項記載の方法。 20、その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶を
    有する、特許請求の範囲第9項記載の方法で製造される
    ZSM−5の小さな微結晶。 21、その最小寸法が約0.3μm以下である微結晶を
    有する、特許請求の範囲第9項記載の方法で製造される
    シリカライトの小さな微結晶。 22、(i)シリカの原料、アルミナの原料、アルカリ
    金属水酸化物の原料、水、ポリオール及び少量のテトラ
    プロピルアンモニウムイオンを含む混合物を反応させ、
    その際に該テトラプロピルアンモニウムイオンが反応混
    合物中にて有効量で且つ式においてy=0.8に対応す
    る量より少ない量で存在し、そして12%より大きい当
    価生成物濃度を有し、該反応は混合物を400kg/m
    ^3/日より多い生産性に対応する割合で反応させ、そ
    して(ii)ZSM−5ゼオライト生成物を回収するこ
    とからなる、 a)5より大きいAl_2O_3に対するSiO_2モ
    ル比Rを有し、ここにR=[2(96−x)]/xであ
    り、そして、 b)式 M_x_−_ySi_9_6_−_xAl_xO_1_
    9_2□_4_−_y■_y式中、Mは一価の陽イオン
    を表わし、 □はテトラプロピルアンモニウムイオンを 含まぬ、ZSM−5多孔性構造体内のチャ ンネルの交点を表わし、そして ■は吸蔵されたテトラプロピルアンモニウ ムイオンを有するZSM−5多孔性構造体 内のチャンネルの交点を表わす、 により表わされる平均単位格子を有する、ZSM−5ゼ
    オライトの非汚染性の製造方法。 23、当価生成物濃度が14%より大きく、そして生産
    性が500kg/m^3/日より大きい、特許請求の範
    囲第22項記載の方法。 24、a)5より大きいAl_2O_3に対するSiO
    _2モル比Rを有し、ここにR=[2(96−x)/x
    ]であり、 b)その最小寸法が約03μm以下である微結晶を有し
    、そして c)合成され、そして水洗された際に式 M_x_−_ySi_9_6_−_xAl_xO_1_
    9_2□_4_−_y■_y式中、Mはアルカリ金属陽
    イオンを表わし、yは0.8より少なく、 □はテトラプロピルアンモニウムイオンを 含まぬ、ZSM−5多孔性構造体内のチャ ンネルの交点を表わし、そして ■は吸蔵されたテトラプロピルアンモニウ ムイオンを有するZSM−5多孔性構造体 内のチャンネルの交点を表わす、 により表わされる、合成及び水洗時の平均単位格子を有
    するZSM−5の小さな微結晶において、該微結晶が予
    備的なか焼工程を必要とせずにイオン交換が可能である
    ZSM−5の小さな微結晶。 25、式におけるMがNaである、特許請求の範囲第2
    4項記載の組成物。 26、更にアンモニウムイオン交換され、そして式にお
    けるMがNH_4である、特許請求の範囲第24項記載
    の組成物。 27、式におけるMがHである、特許請求の範囲第24
    項記載の組成物。 28、陽イオンMが少なくとも部分的に当価量のランタ
    ニドイオンで置換された、特許請求の範囲第27項記載
    の組成物。 29、順次Qを除去した後の、特許請求の範囲第26項
    記載の組成物。 30、順次Qを除去した後の、特許請求の範囲第27項
    記載の組成物。 31、順次Qを除去した後の、特許請求の範囲第28項
    記載の組成物。 32、a)特許請求の範囲第1項で定義した反応スラリ
    ーを一緒に混合し; b)反応スラリーを約150〜200℃の温度で24時
    間より短時間加熱してZSM−5ゼオライト及び母液を
    生成させ; c)工程(b)からの反応物質を冷却し; d)冷却した反応物質をろ過してゼオライト反応生成物
    を得て; e)ろ過したゼオライトを洗浄し; f)洗浄したゼオライトを陽イオン交換し;g)交換し
    たゼオライトをマトリックス物質と配合し; h)生じた粒子中に配合した物質を生成させ;i)生じ
    た粒子を乾燥し;そして j)乾燥した粒子をか焼して触媒を含むZSM−5ゼオ
    ライトを生成させることからなる、触媒の製造方法。 33、陽イオン交換をNH_4^+イオンを用いて行う
    、特許請求の範囲第32項記載の方法。 34、陽イオン交換をNH_4^+及びランタニドイオ
    ンを用いて行う、特許請求の範囲第32項記載の方法。 35、陽イオン交換をH^+イオンを用いて行う、特許
    請求の範囲第32項記載の方法。 36、陽イオン交換をH^+イオン及びランタニドイオ
    ンを用いて行う、特許請求の範囲第32項記載の方法。 37、特許請求の範囲第32項記載の方法で製造される
    触媒を含むZSM−5ゼオライト。 38、a)特許請求の範囲第9項で定義した反応スラリ
    ーを一緒に混合し; b)反応スラリーを約150〜200℃の温度で24時
    間より短時間加熱してZSM−5ゼオライト及び母液を
    生成させ; c)工程(b)からの反応物質を冷却し; d)冷却した反応物質をろ過してゼオライト反応生成物
    を得て; e)ろ過したゼオライトを洗浄し; f)洗浄したゼオライトを陽イオン交換し;g)交換し
    たゼオライトをマトリックス物質と配合し; h)生じた粒子中に配合した物質を生成させ;i)生じ
    た粒子を乾燥し;そして j)乾燥した粒子をか焼して触媒を含むZSM−5ゼオ
    ライトを生成させることからなる、触媒の製造方法。 39、陽イオン交換をNH_4^+イオンを用いて行う
    、特許請求の範囲第38項記載の方法。 40、陽イオン交換をNH_4^+及びランタニドイオ
    ンを用いて行う、特許請求の範囲第38項記載の方法。 41、陽イオン交換をH^+イオンを用いて行う、特許
    請求の範囲第38項記載の方法。 42、陽イオン交換をH^+イオン及びランタニドイオ
    ンを用いて行う、特許請求の範囲第38項記載の方法。 43、特許請求の範囲第38項記載の方法で製造される
    触媒を含むZSM−5ゼオライト。
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