DE2353921C2 - Crystalline berylloalumino-silicates and processes for their manufacture - Google Patents
Crystalline berylloalumino-silicates and processes for their manufactureInfo
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- C01B33/2884—Zeolitic silicoaluminates with a tridimensional crystalline structure possessing molecular sieve properties; Isomorphous compounds wherein a part of the aluminium ore of the silicon present may be replaced by other elements such as gallium, germanium, phosphorus; Preparation of zeolitic molecular sieves from molecular sieves of another type or from preformed reacting mixtures the aluminium or the silicon in the network being partly replaced
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Description
(Analclm. Natrolllh. ChabacH. PhIIIppsit. Heulandlt, Mordenil und Faujasil). Bereits 1937 und insbesondere ab 1946 1st es gelungen, aufgrund systematischer Untersuchungen des Systems Na2O/AI.Oi/SiO2/H2O auf hydrothermalem Wege synthetische Zeolithe herzustellen.(Analclm. Natrolllh. ChabacH. PhIIIppsit. Heulandlt, Mordenil and Faujasil). As early as 1937 and especially from 1946 onwards, based on systematic investigations of the Na 2 O / Al.Oi / SiO 2 / H 2 O system, synthetic zeolites were produced by hydrothermal means.
So ist z. B. in der deutschen Auslegeschrift 12 03 239 ein Verfahren beschrieben, um synthetische Molekularsiebe, sogenannte Y-Zeolithe. herzustellen, die in struktureller Beziehung zum Faujaslt stehen. Als allgemeine Bruttoformel wird für Na-Vertreter dieser kubisch kristallisierenden Y-Zeolithe 0.9 ± 0.2 Na2O : AIjO, : WSlO2: XH2O angegeben, wobei W Werte von mehr als 3 bis zu 6 annehmen kann und V eine Zahl bis zu etwa 9 bedeutet.So is z. B. in the German Auslegeschrift 12 03 239 describes a process to synthetic molecular sieves, so-called Y zeolites. that are structurally related to the faujaslt. The general formula given for Na representatives of these cubic crystallizing Y zeolites is 0.9 ± 0.2 Na 2 O: AljO,: WSlO 2 : XH 2 O, where W can assume values of more than 3 up to 6 and V can be a number up to means about 9.
Solche Y-Zeolithe und auch X-Zeolithe (dieser Strukturtyp kann sich bilden, wenn in der oben genannten Bruttoformel das Molverhaltnis Al2Oi zu SlO2 kleiner als 3 ist) wurden in vielfacher Abwandlung bei katalytlchen Prozessen eingesetzt.Such Y zeolites and also X zeolites (this type of structure can form if the molar ratio of Al 2 Oi to SlO 2 in the above-mentioned gross formula is less than 3) have been used in many different ways in catalytic processes.
Es Ist. wie bereits erwähnt, ein wichtiges Merkmal von zeolilhlschen Alumino-Sillkaten. daß ihre Eigenschaften durch Ionenaustausch verändert werden können. So gelingt es z. B.. die U-Form bzw. NH4-Form eines Zeollths aus der bei der Herstellung des Zeolithen bevorzugt t rzeugten Na-Forni zu bilden. Auch der Ersatz des Alkalimetalles durch Erdalkallmetalle wie Magnesium durch Schwermetalle oder durch seltene Erdmetalle, z. B. Lanthan oder Cer Ist möglich. Einer Veränderung der Eigenschaften der Zeolithe durch Ionenaustausch allein sind aber oft enge Grenzen gesetzt, weil durch Ionenaustausch das Zeolithgerüst und damit die Eigenschaf:en dieses Gerüstes nicht wesentlich geändert werden können. So Ist z. B. für das Cracken von Kohlenwasserstoffen eine innere Ober Suche mit Saurecharakler erforderlich. Die Säurezentren werden durch Austausch der Kationen gegen Protonen erzeugt. Die dadurch erreichbare Azidüä! hängt dabei im besonderer*. Maße von der Struktur des Zeolithen ab. Sie Ist bei den meisten Zeollth-Arten Im wesentlichen durch die Zusammensetzung gegeben und daher von vornherein praktisch nicht wesentlich zu verändern. Es sind daher bereits Wege beschriften worden, um das Zeollthgerüt zu verändern. Das kann dadurch erreicht werden, daß die für das Gerüst wesentlichen Elemente Silicium und Aluminium durch andere Elemente ersetzt werden. So Ist durch eine Arbeit von R. M. Barrer et al. J. Chem. Soc. London. 1959. Seite 195 bis 208. bekannt, in Alumino-Silikaten Aluminium bzw. Silicium teilweise oder vollständig durch Gallium bzw. Germanium zu ersetzen. Djbei werden Alumlno-Germanate. Gallosillkate bzw. bei vollständigem Ersatz beider Gerüstbildner GaUo-Germanate erhalten, die strukturell zu den Zeolithen zu rechnen sind und durch besondere Eigenschaften die Zeollth-Palette bereichern.It is. as already mentioned, an important feature of Zeolilhlian alumino-silcats. that their properties can be changed by ion exchange. So it succeeds z. B .. to form the U-shape or NH 4 -form of a zeolite from the Na form which is preferred in the manufacture of the zeolite. The replacement of the alkali metal by alkaline earth metals such as magnesium by heavy metals or by rare earth metals, e.g. B. Lanthanum or cerium is possible. A change in the properties of the zeolite through ion exchange alone, however, is often subject to narrow limits, because the zeolite framework and thus the properties of this framework cannot be significantly changed through ion exchange. So is z. B. for the cracking of hydrocarbons an internal search with acidic character is required. The acid centers are created by exchanging the cations for protons. The azidüä thus attainable! depends in particular on *. Dimensions depend on the structure of the zeolite. In most Zeollth species, it is essentially given by the composition and therefore practically cannot be changed significantly from the outset. Ways have therefore already been inscribed to modify the Zeollthgerüt. This can be achieved by replacing the elements silicon and aluminum, which are essential for the framework, with other elements. Thus, through a work by RM Barrer et al. J. Chem. Soc. London. 1959. Pages 195 to 208. known to partially or completely replace aluminum or silicon in aluminosilicates by gallium or germanium. They become Alumlno-Germanates. Gallosillcates or, if both framework formers are completely replaced, GaUo-Germanates are obtained, which structurally belong to the zeolites and enrich the Zeollth range with their special properties.
In den deutschen Offenlegungsschrlflen 19 59 241. 20 34 266, 20 34 267 und 20 34 268 sind synthetische kristalline Zeolite beschrieben, die neben Aluminium und Silicium auch Phosphor enthalten. Phosphor ersetzt In den sogenannten Alumlno-Sillcophosphaien das Silicium isomorph, d. h. die dreidimensionale Netzstruktur resultiert durch AlO4-. SlO4- und vOt-Tetraeder. die jeweils über Sauerstoffatome verknüft sind. Als Folge der Substitution von Silicium durch Phosphor Im Kristallgitter (d. h. in den Tetraedern) Ist kristallographlsch eine Verringerung der Gltterkonstantc festzustellen. Neben dem kristallographlschen Befund liefen jedoch auch noch die lR-Spektroskople den Beweis, daß Silicium durch Phosphor ersetzt worden lsi. Die genannten substituierten Zeolithe sind, wie die Grundkörper, des lonenaustauschs befähigt und können durch Erhitzen entsprechend aktiviert werden. Sie zeigen jedoch gegenüber den Grundkörpern der Reihe In mancher Hinsicht Vorteile. So soll z. B. die thermische Beständigkeit der Alumino-Slllcophosphaie größer sein als diejenige von Alumino-Sillkaten. Die Präparation von substituierten Alumino-Silikaten ist ganz allgemein gegenüber der von reinen Alumino-Sillkaten erschwert, da oft unkontrollierte Nebenreaktionen ablaufen.In the German Offenlegungsschrlflen 19 59 241. 20 34 266, 20 34 267 and 20 34 268 synthetic crystalline zeolites are described which contain phosphorus in addition to aluminum and silicon. Phosphorus replaces silicon in the so-called Alumlno-Silcophosphaien isomorphic, ie the three-dimensional network structure results from AlO 4 -. SlO 4 and vOt tetrahedra. which are each linked via oxygen atoms. As a result of the substitution of silicon by phosphorus in the crystal lattice (ie in the tetrahedra), a decrease in the smoothing constant can be determined crystallographically. In addition to the crystallographic findings, however, the IR spectroscopy also provided evidence that silicon had been replaced by phosphorus. The named substituted zeolites, like the base bodies, are capable of ion exchange and can be activated accordingly by heating. However, they show advantages over the basic bodies of the series in some respects. So z. B. the thermal resistance of Alumino-Slllcophosphaie be greater than that of Alumino-Sillkaten. The preparation of substituted aluminosilicates is generally more difficult than that of pure aluminosilicates, since uncontrolled side reactions often take place.
Wenn man die bisherigen Versuche zur Substitution von Aluminium bzw. Silicium In Alumino-Silikaten betrachtet, so fallt auf, daß bisher lediglich Elemente der 3., 4. und 5. Hauptgruppe des periodischen Systems angewendet wurden. Bei der Substitution von Aluminium durch Gallium bzw. von Silicium durch Germanium ändert sich in bezug auf die Elektrovalenz Gitter/Hohlraum nichts. Beim Ersatz von Silicium durch Phosphor wird die negative Aufladung des Netzwerkes verringert; es können daher Insgesamt weniger Kationen In die Hohlräume des dteldlmenslonalen Netzwerkes eingebaut werden.If one considers the previous attempts to substitute aluminum or silicon in alumino-silicates considered, it is noticeable that so far only elements of the 3rd, 4th and 5th main group of the periodic system were applied. When replacing aluminum with gallium or silicon with germanium nothing changes with respect to the electrovalence grid / cavity. When replacing silicon with phosphorus the negative charging of the network is reduced; there can therefore be fewer cations in the total Cavities of the dteldlmenslonal network are incorporated.
Es war nun aufgrund der bisherigen Kenntnisse über Zeolithe nicht zu erwarten gewesen, daß bei einem Ersatz des dreiwertigen Aluminium bzw. des vlerwertlgen Silicium durch das zweiwertige Beryllium die damit verbundene weitere negative Aufladung des dreldlmenslonafen Netzwerkes durch weiteres Einlegern von Kationen in die Hohlräume noch hätte kompensiert werden können. In der DE-PS 22 56 450 wird die Herstellung von Zeolithen des Faujaslttyps (Y-Zeolith) beschrieben, an deren Gerüstaufbau außer den für Aluminoslllkate üblichen SlO4 und AIO4-Tetraedern zusätzlich BeO4-Tetraeder beteiligt sind.On the basis of previous knowledge of zeolites, it was not to be expected that if the trivalent aluminum or high-value silicon had been replaced by the bivalent beryllium, the further negative charging of the three-dimensional network associated with it would have been compensated for by the introduction of cations into the cavities can be. DE-PS 22 56 450 describes the production of zeolites of the Faujaslttype (Y zeolite), in the structure of which BeO 4 tetrahedra are also involved in addition to the SIO 4 and AlO 4 tetrahedra customary for aluminosilicate.
Es wird vorgeschlagen, die Beryllo-Alumino-Slllkate aus einer Mischung von Natriumhydroxid. Natrlumalumlnat. Natrlumberyllat und SIO1-SoI bei Zimmertemperatur herzustellen, indem man die Mischung 18 bis 24 Stunden stehen laßt und anschließend auf 50 bis 105"C erhitzt bis zur Bildung von festen kristallinen Produkten. It is suggested that the Beryllo-Alumino-Slllkate from a mixture of sodium hydroxide. Sodium aluminate. Produce sodium lumberylate and SIO 1 sol at room temperature by letting the mixture stand for 18 to 24 hours and then heating it to 50 to 105 ° C. until solid crystalline products are formed.
Dem genannten Patent Ist zu entnehmen, daß sich lediglich etwa 50l\. Beryllium, bezogen auf Aluminium, in das Alumlr.osillkat einbauen lassen. Dabei können Beryllo-Alumino-Slllkate erhalten werden, die einem MoI-verhältnls SiOj/AljO, von etwa bis 7 aufweisen.The patent mentioned shows that there is only about 50 l \. Have beryllium, based on aluminum, built into the aluminum osillkat. Berylloalumino-Slllkate can be obtained, which have a mol ratio SiO1 / AljO, from about up to 7.
Gegenstand der Erfindung sind kristalline Beryllo-Alumino-Slllkate der molaren Zusammensetzung 1.4-2.6 Na2O · Al2O, ■ 7-10 SlO2 ■ 0.5-1.5 BeO · 0-9 H2O. die ein Röntgenbeugungsblld mit den folgenden d-Werten zeigen:The invention relates to crystalline berylloalumino-sulfates of the molar composition 1.4-2.6 Na 2 O · Al 2 O, 7-10 SlO 2 · 0.5-1.5 BeO · 0-9 H 2 O. which are an X-ray diffraction image with the following d -Values show:
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Hestellung kristalliner Beryllo-Aiumino-Silikate der oben genannten Art durch Herstellen einer Mischung aus Natriumhydroxid, Natriumaluminat, Natrlumberyllat und SiO2-SoI bei Zimmertemperatur, Stehenlassen der Mischung für 18 bis 24 Stunden, anschließendes Erhitzen auf Temperaturen im Bereich zwischen 50 und 105° C, bis sich ein festes, kristallines Produkt gebildet hat. Trennen dieses Produktes von der Flüssigkeit, Waschen und Trocknen, bei dem man eine Mischung der molaren Zusammensetzung:The invention also relates to a process for the production of crystalline berylloalino-silicates of the type mentioned above by producing a mixture of sodium hydroxide, sodium aluminate, sodium lumberylate and SiO 2 sol at room temperature, allowing the mixture to stand for 18 to 24 hours, then heating to temperatures in Range between 50 and 105 ° C until a solid, crystalline product has formed. Separating this product from the liquid, washing and drying, in which a mixture of the molar composition:
BeO/Al2O, = 0,5 bis 1,5BeO / Al 2 O, = 0.5 to 1.5
SlO2/Al2O3 =12 bis 30SlO 2 / Al 2 O 3 = 12 to 30
Na2O/SlO2 = 0,2 bis 0,6Na 2 O / SlO 2 = 0.2-0.6
H20/Na20 = 30 bis 70H 2 0 / Na 2 0 = 30 to 70
herstellt.manufactures.
Es wurde gefunden, daß Aluminium in erheblich größerem Umfang durch Beryllium In diesen Alumlnoslllkaten substituiert werden kann, dabei resultieren Beryllo-Alumlno-Sillkate, die ein Molverhältnis SlO2/Al2O3 von 7 bis 10 aufweisen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Beryllo-Alumlno-Sillkate vom Faujasittyp mit mehr als 50% Beryllium und bis zu 150 Mol-v, Beryllium, bezogen auf das Aluminium, hergestellt werden können. Die Herstellung dieser Beryllo-Aiumino-Silikate erfolgt Im allgemeinen durch Zugabe von Natrlumberyllat zu einem Reaktionsgemisch aus Aluminium- und Sllldumkomponente. Wesentlich für die Herstellung der erfindungsgemäßen berylliumreichen Zeolithe vom Faujasittyp Ist, daß das SlO2/Al2O3-Molverhältnls Im Reaktionsgemisch dem jeweiligen BeO.'Al2O3-Molverhältnls In einer Weise angepaßt wird, daß zu einem großen BeO/Al2O3-MoI-verhältnis auch ein großes SiO2/AI2O3-Molverhältnls gewählt wird (vgl. dazu Beispiel 3 b). Wird diese Vorschrift nicht beachtet, so werden berylliumhaltlge Zeolithe anderer Struktur erhalten (vgl. dazu Beispiel 3 a).It has been found that aluminum can be substituted to a significantly greater extent by beryllium In these Alumlnoslllkaten, thereby resulting Beryllo-Alumlno-Sillkate having a molar ratio of SIO 2 / Al 2 O 3 7 to 10 It has been shown that beryllo-aluminum silcates of the faujasite type with more than 50% beryllium and up to 150 mol% beryllium, based on the aluminum, can be produced. These beryllo-alumino-silicates are generally produced by adding sodium lumberylate to a reaction mixture of aluminum and silicate components. It is essential for the production of the beryllium-rich zeolites of the faujasite type according to the invention that the SlO 2 / Al 2 O 3 molar ratio in the reaction mixture is adapted to the respective BeO.'Al 2 O 3 molar ratio in such a way that a large BeO / Al 2 O 3 molar ratio, a large SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is also selected (cf. example 3 b). If this rule is not observed, zeolites containing beryllium with a different structure are obtained (cf. example 3 a).
Berylllum-Zeollthe weisen eine Struktur auf, die der Struktur des Minerals Faujaslt ähnlich Ist. Die d-Werte des ROntgenbeugungsdiagramms können einer kubischen Elementarzelle zugeordnet weiden. Es treten Gitterkonstanten von 24,4 bis 24,6 A auf. Die Abmessungen der Elementarzelle slid von den Beryllium-Gehalten des Zeolithen abhängig und können In dem oben genannten Bereich liegen, wobei höhere Beryllium-Gehalte eine geringere Gitterkonstante des Berylllum-Zeollths bedingen. Die nachstehende Tabelle enthält die Auswertung eines Röntgendlagramms eines typischen Berylllum-Zeollth-Vertreters. In der Tabelle sind wesentliche und kennzeichnende d-Werte eines Berylllum-Zeollths angeführt. Es Ist darauf liinzuwelsen, daß die d-Werte ebenso wie die dazugehörigen Intensitäten vom Beryllium- und Aluminium-Gehalt des Zeolithen abhängig sind und die Werte des In der Tabelle genannten Vertreters der Berylllum-Zeollthe daher In dieser Form nicht für alle Vertreter gelten. Es wird angenommen, daß die Beryllium-Substitution nach einem der folgenden Mechanismen abläuft:Berylllum-Zeollthe have a structure that is similar to the structure of the mineral Faujaslt. The d-values of the X-ray diffraction diagram can be assigned to a cubic unit cell. Lattice constants of 24.4 to 24.6 A occur. The dimensions of the unit cell are dependent on the beryllium content of the Depending on zeolites and can be in the above range, with higher beryllium contents being one lower lattice constant of the Berylllum-Zeollth. The table below contains the evaluation of an X-ray diagram of a typical Berylllum-Zeollth representative. In the table are essential and characteristic d-values of a Berylllum-Zeollth are given. It is important to note that the d-values likewise how the associated intensities depend on the beryllium and aluminum content of the zeolite and the Values of the representative of Berylllum-Zeollthe named in the table, therefore, in this form not for all Representatives apply. It is believed that beryllium substitution occurs by one of the following mechanisms expires:
1. 2(AIO2)- = (BeSlO4)2-1. 2 (AIO 2 ) - = (BeSlO 4 ) 2 -
2. (AlO2)- = (BeO(OH))-2. (AlO 2 ) - = (BeO (OH)) -
Denkbar sind jedoch auch andere Reaktionsmechanismen, die gleichzeitig Im Kristall ablaufen können.However, other reaction mechanisms that can take place in the crystal at the same time are also conceivable.
Es 1st bekannt, daß die Gitterkonstante von Faujaslt und von künstlichen Zeolithen vom Faujaslt-Typ InIt is known that the lattice constant of Faujaslt and of artificial zeolites of the Faujaslt type In
Abhängigkeit von der Zahl der Aluminiumatome In der Elementarzelle In relativ weiten Grenzen variiert. Die Abhängigkeit der Gitterkonstante von der Zusammensetzung der Elementarzelle kann durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:Dependence on the number of aluminum atoms in the unit cell Varies within relatively wide limits. the The dependence of the lattice constant on the composition of the unit cell can be given by the following equation be reproduced:
a„-192b a "- 192b
b und C sind Konstanten und stehen für Werte von 0,00868 für b und 24,191 für C (vergleiche Breck and Flanlgen. Molecular Sieves, herausgegeben von Soc. of Chemical Industry, London, 1968, Selten 54 ff).b and C are constants and stand for values of 0.00868 for b and 24.191 for C (compare Breck and Flanlgen. Molecular Sieves, edited by Soc. of Chemical Industry, London, 1968, Selten 54 ff).
Aus der bekannten chemischen Analyse läßt sich nun mit Hilfe dieser Gleichung der Erwartungswert der i" Gitterkonstante a<, berechnen. Es hat sich gezeigt, daß die Gitterkonstante berylllumhaltlger Zeolithe stets kleiner Ist als der Erwartungswert, den man aus der Gleichung 1 mit Hilfe des bekannten Sl/Al-Molverhältnlsses errechnen kann, während bei berylllumfrelen Zeolithen eine gute Übereinstimmung der experimentell gefundenen Gitterkonstanten mit den nach der obigen Formel berechneten Werten festgestellt werden kann. Dieser Befund Ist deshalb auch sehr plausibel, da das Beryllium etwa die gleiche Ionengröße wie Silicium aufweist.From the known chemical analysis, with the help of this equation, the expected value of the i " Lattice constant a <, calculate. It has been shown that the lattice constant of all-encircling zeolites is always smaller Is than the expected value that can be obtained from equation 1 with the aid of the known Si / Al molar ratio can calculate, while with berylllumfrelen zeolites a good agreement of the experimentally found Lattice constants can be determined with the values calculated according to the above formula. This Finding is therefore also very plausible, since beryllium has about the same ion size as silicon.
Es gibt noch einen weiteren Beweis dafür, daß das Beryllium In den Reaktionsablauf bei der Herstellung des Beryllo-Alumlno-Slllkates eingreift und In den Zeolithen eingebaut wird. Das Molverhältnis SlCVAI]O) Ist in herylllumhaltlgen Zeolithen stets nrrtßer als |n den herylHurnfrelen Zeolithen., die unter gleichen Reaktlonsherilngungen hergestellt worden sind. Bei Berylllum-Zeollthen vom Faujaslt-Typ können daher Molverhältnisse SIO2MI2Oj bis zu 10 erreicht werden. -'"There is still further evidence that the beryllium intervenes in the course of the reaction in the production of the beryllo-aluminum chloride and is incorporated into the zeolite. The molar ratio SlCVAI] O) is always smaller in herylum-containing zeolites than in the heryl-Hurnfrel zeolites, which have been produced with the same reaction methods. In the case of Berylllum-Zeollthen of the Faujaslt type, molar ratios SIO 2 MI 2 Oj of up to 10 can therefore be achieved. - '"
Dies 1st überraschend. Es Ist zwar in der Patentliteratur für unsubstltuierte Alumlno-Sllikate, Zeolithe Y, angegeben, daß das Molverhältnis SIO2ZAI1Oj Werte von 3 bis 6 betragen kann (vergleiche deutsche Auslegeschrift 12 03 239). Tatsächlich werden aber In den Ausführungsbelsplelen dieser Auslegeschrift lediglich Zeolithe beschrieben, die Werte für das Molverhältnis SlO2/AI2Oj von maximal 4,44 aufweisen. Die Schwierigkeit, Alumlno-Sllikate mit Molverhältnissen SlO2/AI2Oj von größer als S herzustellen, geht auch aus der ^ DE-OS 16 67 477 hervor, wodurch besondere Maßnahmen bei der Herstellung des Zeolithen Molverhältnisse von maximal 5,8 erreicht werden. Vergleiche Beispiele 5 und 6. Anf.^ben, die die vorgenannten Ausführungen stützen, finden sich auf Seite 3, Absatz 1 und 2, der genannten Druckschrift.This is surprising. It is indeed stated in the patent literature for unsubstituted aluminum silicates, zeolites Y, that the molar ratio SIO 2 ZAI 1 Oj can be values from 3 to 6 (see German Auslegeschrift 12 03 239). In fact, however, only zeolites are described in the explanatory notes of this publication which have values for the molar ratio SIO 2 / Al 2 Oj of a maximum of 4.44. The difficulty of producing aluminum silicates with molar ratios SlO 2 / Al 2 Oj of greater than S is also evident from DE-OS 16 67 477, whereby special measures in the production of the zeolite molar ratios of a maximum of 5.8 are achieved. Compare Examples 5 and 6. Requests that support the above statements can be found on page 3, paragraphs 1 and 2, of the cited publication.
Die Berylllum-Zeollthe werden hergestellt aus wäßrigen Mischungen, die Aluminium, Kieselsäure, Beryllium und austauschfähige Kationen enthalten. Die molare Zusammensetzung der vorgenannten Mischung muß dabei ·'" In ganz bestimmten Grenzen liegen, damit die erwünschten berylllumhaltlgen Zeolithe vom Y-Typ auf hydrothermalem Wege entstehen.The Berylllum-Zeollthe are made from aqueous mixtures containing aluminum, silica, beryllium and contain exchangeable cations. The molar composition of the aforementioned mixture must be · '" There are very specific limits so that the desired beryllium-containing zeolites of the Y-type on hydrothermal Paths emerge.
Als austauschfähige Kationen werden bevorzugt die Alkalimetalle, insbesondere Natrium, angewendet. Als Berylllumquelle ist eine wäßrige Natrlum-Beryllatlösung besonders geeignet. Zur Herstellung der Natrium-Beryllatlösung können außer den Im Handel erhältlichen Berylliumsalzen, wie z. B. Be(NO1)], berylllumhaltige κ Minerallen, wie Beryll, aufgeschlossen werden. Die alkalische Aufschlußlösung von Beryll, einem Mineral, das neben Beryllium auch noch Aluminium und Kieselsäure enthält, kann direkt für die Synthese eingesetzt werden. Die weiteren Reaktlonsteilnehmer sind: Kieselsäurepräparate wie z. B. Kieselsäuregel. Kieselsäuresol. Kieselsäure und Natriumsilikat. Als Aluminiumquelle dienen besonders reaktionsfähige Aluminiumoxide wie γ-Al]Oj, oder Natrlumalumlnat bzw. Aluminiumhydroxide. Um den nötigen pH-Wert einzustellen, werden bevor- ·»« zugt Alkalihydroxide verwendet, die die austauschfähigen Kationen liefern.The alkali metals, in particular sodium, are preferably used as exchangeable cations. An aqueous sodium berylate solution is particularly suitable as the beryllium source. To prepare the sodium berylate solution, in addition to the commercially available beryllium salts, such as. B. Be (NO 1 )], κ minerals containing beryl, such as beryl, are digested. The alkaline digestion solution of beryl, a mineral which, in addition to beryllium, also contains aluminum and silica, can be used directly for the synthesis. The other participants in the reaction are: Silicic acid preparations such. B. silica gel. Silica sol. Silica and sodium silicate. Particularly reactive aluminum oxides such as γ- Al] O, or sodium aluminum oxide or aluminum hydroxides serve as the aluminum source. In order to set the necessary pH value, alkali hydroxides are preferably used, which provide the exchangeable cations.
Die Reaktionsteilnehmer werden In Wasser In der Kälte vermischt und dann hydrothermal behandelt bis Kristallisation eintritt. Um feste kristalline Berylllum-Zeollthe zu erhalten, die krlstallographisch dem Faujaslt-Typ (Y-Typ) entsprechen, muß das Gemisch der Reaktlonsteilnehmer folgende Zusammensetzung (alle Angaben in Molverhältnissen der Oxide) aufweisen:The reactants are mixed in water in the cold and then hydrothermally treated until Crystallization occurs. To obtain solid, crystalline Berylllum Zeollthe which are crystallographically of the Faujaslt type (Y type), the mixture of the reaction participants must have the following composition (all information in molar ratios of the oxides):
BeO/AI2O3 = 0,5 bis 1,5BeO / Al 2 O 3 = 0.5 to 1.5
SiO2/Al2O, =12 bis 30SiO 2 / Al 2 O, = 12 to 30
HjO/Na2O = 30 bis 70 *>HjO / Na 2 O = 30 to 70 *>
Besonders bevorzugt zur Herstellung von Berylllum-Zeollthen haben sich Reaktionsgemische folgender Zusammensetzung, bezogen auf Molverhältnisse der Oxide, erwiesen:Reaction mixtures of the following have proven particularly preferred for the production of Berylllum-Zeollthen Composition, based on molar ratios of the oxides, proven:
BeO/Al2O3 = 0,5 bis 1,0BeO / Al 2 O 3 = 0.5 to 1.0
SlO2/Al2O3 = 12 bis 15SlO 2 / Al 2 O 3 = 12 to 15
Na2O/SlO2 = 0,3 bis 0,5Na 2 O / SlO 2 = 0.3-0.5
H20/Na20 = 30 bis 60H 2 0 / Na 2 0 = 30 to 60
Die genannten Reaktionspartner werden bei Zimmertemperatur zunächst gemischt und etwa 18 bis 24 Stun- ω den bei dieser Temperatur sich selbst überlassen. Im Anschluß daran wird die Temperatur unter Rühren langsam auf 70 bis 80° gesteigert. Die Mischung wird solange bei dieser Temperatur gehalten, bis sie eine leichter flüssige Konsistenz annimmt. Anschließend wird die Temperatur etwas erhöht, bevorzugt werden Werte zwischen 95 und 105° C eingehalten, bis Kristallisation eintritt. Dies Ist im allgemeinen nach 2 bis 150 h, bevorzugt nach 10 bis 40 h der Fall. Die Kristalle werden von der wäßrigen Phase durch Filtration getrennt und getrocknet.The reactants mentioned are first mixed at room temperature and about 18 to 24 STUN ω to the left at this temperature itself. The temperature is then slowly increased to 70 ° to 80 ° with stirring. The mixture is kept at this temperature until it takes on a slightly liquid consistency. The temperature is then increased somewhat, values between 95 and 105 ° C. are preferably maintained until crystallization occurs. This is generally the case after 2 to 150 hours, preferably after 10 to 40 hours. The crystals are separated from the aqueous phase by filtration and dried.
Die erflndungsgemäßen Berylllum-Zeollthe werden vorzugsweise In der Alkall- bzw. Insbesondere in der Natriumform, hergestellt; sie können durch Behandlung mit wäßrigen Lösungen ein-, zwei-, drei- oder vlerwer-The Berylllum Zeollthe according to the invention are preferably used in the alkali or, in particular, in the Sodium form, manufactured; by treatment with aqueous solutions, they can be one-, two-, three- or vlerwer-
tiger Metalic dem Ionenaustausch unterworfen werden. Besonders bevorzugt werden die Alkall-, Insbesondere Natriumionen, gegen Ammonium- oder Wasscrstoffloncn ausgetauscht, wobei die sogenannten Ammoniumbzw. H-Formen der Bcrylllum-Zcollthc gebildet werden. Diese können dann durch Kalzinieren In besonders reaktionsfähige Sorptionsmassen bzw. Katalysatoren übergeführt werden.tiger Metalic are subjected to ion exchange. Particularly preferred are the alkali, in particular Sodium ions exchanged for ammonium or hydrogen ions, the so-called ammonium or H-forms of the Bcrylllum-Zcollthc are formed. These can then be calcined in in particular reactive sorbent masses or catalysts are transferred.
Die Berylllum-Zeollthe eignen sich Insbesondere zum Ersatz der reinen Alumlno-Slllkatc bei den bekannten technischen Verfahren In der Absorption bzw. In der Katalyse. Sie zeichnen sich hierbei durch eine vcrglelchs-WT'.-ί höhere Temperaturbeständigkeit aus. Dies spielt Insbesondere bei der Regeneration von In der Katalyse bcnuvzten Berylllum-Zcollthen eine bedeutende Rolle.The Berylllum-Zeollthe are particularly suitable for replacing the pure Alumlno-Slllkatc in the known ones technical processes in absorption or in catalysis. They are characterized by a comparable WT '.- ί higher temperature resistance. This is particularly important in the regeneration of In catalysis Berylllum-Zcollthen played an important role.
Für die In den nachstehenden Beispielen beschriebenen Versuche wurden folgende Ausgangsmaterlallen in verwendet:The following starting materials were used for the experiments described in the examples below used in:
1. SlO2-SoI mit 29; 28.3 und 26.5 Gew.-·\. SlO2 1. SlO 2 -SoI with 29; 28.3 and 26.5 wt. SlO 2
2. Technisches Natrlumalumlnat2. Technical sodium aluminumate
33 Gew-% Na2O. 48.9 Gew.-% AI2O1. 18 Gew.-'\. HjO33% by weight Na 2 O. 48.9% by weight Al 2 O 1 . 18 wt .- '\. HjO
l% 3. Technisches Natriumhydroxid mit 77.5 Gcw.-'\. Na2O und 22,5 Gew.-% HjO
4. Natrlumbcryllatlösung l% 3. Technical sodium hydroxide with 77.5% by weight. Na 2 O and 22.5 wt% HjO
4. Sodium Cryllate Solution
wurde aus Beryllluninilral. durch Fallen von Bcrylllumhydroxld mit der berechneten Menge Natriumhydroxid und Auflösen ilp« vpw:i«-hpnon Berylllunihydmxlds In Natriumhydroxid, hergestellt.became from Beryllluninilral. by falling Bcrylllumhydroxld with the calculated amount of sodium hydroxide and dissolving ilp «vpw: i« -hpnon Berylllunihydmxlds In sodium hydroxide, prepared.
's In 100 ml Lösung enthielt. Diese wurde bei Zimmertemperatur unter Rühren zu 400 g von SlOj-SoI(I) (28,3'\.' s Contained in 100 ml of solution. This was added to 400 g of SIOJ-SoI (I) (28.3 '\.
BeO/AljO, = 0,666BeO / AljO, = 0.666
·'·" HjO/Na2O = 43.6· '· "HjO / Na 2 O = 43.6
SlO1ZAl1O, = 14,3SlO 1 ZAl 1 O, = 14.3
Na2O/SIOj = 0.35Na 2 O / SIOj = 0.35
Das Gemisch wurde 16 Stunden bei Zimmertemperatur stehengelassen, dann unter Rühren auf 800C erhitzt u und 5 Stunden bei dieser Temperatur digeriert, bis die Mischung eine leichte flüssige Konsistenz angenommen hatte. Anschließend wurde die Temperatur auf 95" C erhöht und die Mischung für weitere 80 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, bis ein kristallines Produkt gebildet war. Das kristalline Produkt wurde nitriert, gewaschen und getrocknet. Nach dem röntgenographlschen Befund bestand es aus kristallinem Berylllum-Zeollth mit der Gitterkonstante B0 = 24,500 Ä (kubisch Y-Typ). Das SlO2/AI2O,-Molverhaitnis ergibt sich zu etwa 8.0The mixture was allowed to stand for 16 hours at room temperature, then with stirring to 80 0 C and heated and digested for 5 hours at this temperature until the mixture has a light liquid consistency had assumed. The temperature was then increased to 95 ° C. and the mixture was kept at this temperature for a further 80 hours until a crystalline product was formed. The crystalline product was nitrated, washed and dried. According to the X-ray findings, it consisted of crystalline Berylllum-Zeollth with the lattice constant B 0 = 24.500 Å (cubic Y-type). The SlO 2 / Al 2 O, molar ratio results in about 8.0
In 80 g Wasser wurden 13 g Natriumhydroxid und 12 g Natrlumaluminat (2.) gelöst. Zu dieser Lösung 4> wurden 40 ml Natrlumberyllatlösung hinzugegeben, die 3 Mol BeO und 6 Mol Na2O In 1900 ml Lösung, entsprechend 2415 g, enthielt. Diese wurde bei Zimmertemperatur unter Rühren zu 200 g von Sol (t.) (29% SlO2) gegeben und 3 bis 5 Minuten gut durchgerührt. Das dabei erhaltene Reaktionsgemisch hatte folgende Zusammensetzung, ausgedrückt In Molverhaltnissen der Oxide:13 g of sodium hydroxide and 12 g of sodium aluminate (2.) were dissolved in 80 g of water. 40 ml of sodium lumberylate solution containing 3 mol of BeO and 6 mol of Na 2 O in 1900 ml of solution, corresponding to 2415 g, were added to this solution. This was added to 200 g of sol (t.) (29% SlO 2 ) at room temperature with stirring and stirred well for 3 to 5 minutes. The resulting reaction mixture had the following composition, expressed in molar ratios of the oxides:
N> BeO/AI1O, = 1,09N> BeO / AI 1 O, = 1.09
H,O/Na2O = 42H, O / Na 2 O = 42
SlO2/Al2O1 = 16,SSlO 2 / Al 2 O 1 = 16, S.
Na2O/SlO2 = 0,365Na 2 O / SlO 2 = 0.365
>> Das Gemisch wurde 16 Stunden bei Zimmertemperatur stehengelassen, dann unter Rühren auf 500C erhitzt und 17 Stunden bei dieser Temperatur digeriert. Anschließend wurde die Temperatur auf 1000C erhöht und die Mischung für weitere 80 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Das nach dieser Zelt entstandene kristalline Produkt wurde gefiltert, gewaschen und getrocknet. Laut Röntgenanalyse bestand es aus kristallinem Berylllum-Zeollth (kubisch, Y-Typ). Die Analyse ergab ein SKVA12O,-Molverhältnls von 9,2.>> The mixture for 16 hours at room temperature, was allowed to stand, then heated with stirring to 50 0 C and digested for 17 hours at this temperature. The temperature was then increased to 100 ° C. and the mixture was kept at this temperature for a further 80 hours. The crystalline product formed after this period was filtered, washed and dried. According to X-ray analysis, it consisted of crystalline Berylllum-Zeollth (cubic, Y-type). The analysis showed an SKVA1 2 O, molar ratio of 9.2.
a) In 80 g Wasser wurden 21,9 g Natrlumalumlnat (2.) und 9,55 g Natriumhydroxid gelost und zu dieser Lösung noch 38,7 ml Natrlumberyllatlösung hinzugegeben, die 3 Mol BeO und 6 Mol Na1O in 1300 mla) 21.9 g of sodium aluminate (2.) and 9.55 g of sodium hydroxide were dissolved in 80 g of water and 38.7 ml of sodium lumberylate solution were added to this solution, the 3 mol of BeO and 6 mol of Na 1 O in 1300 ml
(·> Lösung, entsprechend 1760 g, enthielt. Diese wurde bei Zimmertemperatur unter Rühren zu 250 g Silicium-(·> Solution, corresponding to 1760 g, contained. This was at room temperature with stirring to 250 g of silicon
dloxldsol (1.) (26,5%) gegeben und die Mischung gut durchgerührt.dloxldsol (1st) (26.5%) and the mixture stirred well.
b) In einem Parallelversuch wurde aus denselben Mengen Wasser. Alumina! und Beryllat ein Reaktionsgemisch mit einem höheren SiOj/AIjOt-MoIverhältnis hergestellt. b) In a parallel experiment, the same amounts of water were used. Alumina! and berylate produced a reaction mixture with a higher SiOj / AljOt-MoI ratio.
Die aus den Ansätzen a) und b) erhaltenen Reaktionsgemische hatten folgende Zusammensetzung, ausgedrückt In Molvcrhilltnlsscn der Oxide:The reaction mixtures obtained from batches a) and b) had the following composition, expressed In molecular compounds of oxides:
Die Gemische wurden 24 Stunden bei Zimmertemperatur stehengelassen, dann unter Rühren auf 95° C erhitzt und so lange bei dieser Temperatur belassen bis Kristallisation eintrat. Nach Ausweis des Röntgendlagramms wurde aus dem Reaktionsgemisch a kein Beryllo-Alumlno-Slllkat vom Faujaslllyp (Y), sondern ein berylllumhaltlger Zeollth A erhalten. Aus dem Reaktlonsgcmlsch b) wurde dagegen ein Bcrylllum-Zeollth mit Faujaslt-Struktur erhalten, der ein SJO./A1>O.-Verhältnis von ca. 8,5 aufwies um) dessen RyvmgcmJ!;u>™.rnrn «!eh. mit der Gitterkonstante a,, = 24,50 Ä kubisch Indizleren ließ.The mixtures were allowed to stand at room temperature for 24 hours, then heated to 95 ° C. with stirring and left at this temperature until crystallization occurred. According to the X-ray diagram the reaction mixture a did not turn into a beryllo-aluminum silicate from the faujaslllyp (Y), but a beryllumhaltlger Zeollth A received. Reaction gcmlsch b), on the other hand, became a Bcrylllum-Zeollth with a faujaslt structure obtained, which had a SJO./A1>O.- ratio of approx. 8.5 um) whose RyvmgcmJ!; u> ™ .rnrn «! eh. with the Lattice constant a ,, = 24.50 cubic indicative.
hklhkl
i- + k- + Γi- + k- + Γ
rcl. Intensitätrcl. intensity
Claims (2)
hkl von his Intensitätί / (λ)
hkl from his intensity
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