JP4830185B2 - 高純度低シリカｘ型ゼオライトバインダレス成形体およびそれを使用した気体分離方法 - Google Patents
高純度低シリカｘ型ゼオライトバインダレス成形体およびそれを使用した気体分離方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比の低いＸ型ゼオライトのバインダー含有量の少ない成形体である低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体に関するものである。更に詳しくは、高純度で著しく高い吸着容量を有し、機械的強度に優れた、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮するなどの目的で使用するのに適した高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体およびそれを使用した気体分離方法に関するものである。特に本発明の気体分離方法は、圧力振動吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ法、以下ＰＳＡ法と略す）による気体分離方法に関するものであり、分離回収されるガスとしては、例えば、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガスなどがある。
【０００２】
中でも酸素ガスは工業ガスの中でも特に重要なガスの１つであり、製鉄、パルプ漂白などを中心に広く用いられている。特に最近では空気中の燃焼では避けられないＮＯｘ発生の低減を目的に、ごみ燃焼、ガラス溶融などの分野で酸素富化燃焼が実用化されており、環境問題の点からも酸素ガスの重要性が増大している。
【０００３】
酸素ガスの工業的製法としては、ＰＳＡ法、深冷分離法、膜分離法が知られているが、酸素ガスの純度およびコストにおいて有利なＰＳＡ法の比率が増大している。
【０００４】
ＰＳＡ法による酸素ガス製造は、空気中の窒素ガスを吸着剤に選択的に吸着させ、残った濃縮酸素ガスを抜き出し、製品として取り出す方法である。そのため用いる吸着剤としては窒素の吸着量が大きい結晶性ゼオライトが使用され、特に結晶内の細孔容積が大きいＸ型ゼオライトがＰＳＡ法による気体分離用吸着剤として広く使用されている。
【０００５】
また、逆に選択的に吸着された窒素ガスを利用した、窒素ガスの製造も可能である。
【０００６】
【従来の技術】
Ｘ型ゼオライトはＹ型ゼオライトとともに結晶構造的にはフォージャサイト型構造を有する合成ゼオライトであり、その中でＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が３．０以下の比較的低いＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を有するものが、Ｘ型ゼオライトと呼ばれている。通常、合成されたＸ型ゼオライトのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．５であるが、合成時にＮａＯＨに加えてＫＯＨを共存させることによって、そのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を２．０まで下げることができる。ゼオライトのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を下げることは、結晶中のアルミニウム原子の数が増加することであり、従って、交換可能なカチオンの数が増加することとなる。一般にゼオライトへの窒素、酸素などの分子の吸着は物理吸着と呼ばれ、この交換可能なカチオンの数が多いほどその吸着容量は増加することとなる。
【０００７】
ここでは、以下ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．５より低いＸ型ゼオライト、例えばＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下のＸ型ゼオライトを低シリカＸ型ゼオライトと呼ぶこととする。低シリカＸ型ゼオライトの製造方法については特開昭５３−８４００号公報、特開昭６１−２２２９１９号公報、特開平１−５６１１２号公報、特開平１０−３１０４２２号公報、特開平１１−２１７２１２号公報などに記載されている。
【０００８】
通常、Ｘ型ゼオライトを、吸着剤などとして工業的に利用する場合には、合成したＸ型ゼオライト粉末にバインダーとして粘土等を添加し、ペレットあるいはビーズのような成形体にして使用される。添加される粘土の量は２０〜３０部程度であり、従って、ゼオライト成形体が有する吸着容量は、ゼオライト粉末が有する吸着容量に対し、バインダーの添加分だけ減少してしまうことになる。その解決の為に、バインダーをほとんど含有しない成形体、すなわちバインダレス成形体の製造方法がこれまで提案されている。その中で、低シリカＸ型ゼオライト成形体に関しては、特開昭６１−２２２９１９号公報、特開平５−１６３０１５号公報、特開平１１−７６８１０号公報などに記載されている。
【０００９】
特開昭６１−２２２９１９号公報では低シリカＸ型ゼオライト粉末を使用することなく、カオリンを原料とする成形体をメタカオリンに転化した後、結晶化することにより、自己結合型ゼイライトの巨視的凝結物体と呼ばれる低シリカＸ型ゼオライト成形体を製造する方法が記載されている。その方法によると、低シリカＸ型ゼオライト成形体を得る為には、多量の細孔形成物質（有機物）をカオリンの成形体製造時に添加し、加熱し、燃焼させて、多孔質のメタカオリン成形体とし、その後結晶化することが必要である。
【００１０】
しかしながらこの方法では、有機物の燃焼により極めて大きな発熱を伴う結果、温度制御が難しく、成形体の細孔をうまく制御することが極めて困難であり、また、細孔形成を積極的に行なう必要があることから、得られる低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度や耐摩耗強度が著しく損なわれることが問題となる。また成形体中の低シリカＸ型ゼオライトの純度においても不十分であり、例えば、成形体中に不純物のＡ型ゼオライトが混入し、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が低いことなどが問題であった。
【００１１】
又、その中で、従来の低シリカＸ型ゼオライトでは、指数１１１，２２０，３３１，５３３，６４２及び７５１＋５５５のピーク強度が以下の順であり、
この特許の自己結合型ゼオライトの巨視的凝結物体の同様のピーク強度が以下の順であることが記載されている。
【００１２】
特開平５−１６３０１５号公報では、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．５よりも低いＸ型ゼオライト粉末、メタカオリンに転化されたカオリン型粘土、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムを含む成形体を、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの水溶液中で４０〜１００℃の温度で数時間〜数日間保持して熟成、結晶化する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法が記載されている。
【００１３】
この方法では、混合、混練、成形時に危険な苛性薬品を混合する必要があり、作業性が悪いこと、更にこの方法で得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体もやはり強度が低いことが問題となる。
【００１４】
また、特開平１１−７６８１０にも少なくとも９５％のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２である低シリカＸ型ゼオライト成形体について記載されている。その製造方法は、低シリカＸ型ゼオライト粉末をゼオライトに変換可能なカオリナイト、ハロイサイト、ナクライト、またはジッカイトに属するクレイを少なくとも８０％含み、その他のクレイとして具体的にはモンモリロナイトを１５％含むバインダーで凝集させ、得られた混合物を成形し、乾燥後に５００〜７００℃の温度で焼成し、得られた固体生成物を水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの溶液で、水酸化ナトリウム＋水酸化カリウムの合計に対して水酸化カリウムの最大含有率が３０モル％である少なくとも０．５モル濃度の苛性水溶液、具体的には５．５モル／リットルの苛性溶液と９５℃で数時間接触させる方法である。この方法で得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体もやはり耐圧強度および耐摩耗強度が非常に低く、またＡ型ゼオライトの混入があり、化学分析による全体のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比やＳｉ−ＮＭＲによる結晶格子のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が低シリカＸ型ゼオライトの理論理想値である２．０よりも高く、特に化学分析による全体のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０８と高いことから、成形体中の低シリカＸ型ゼオライト純度も不十分であることも問題となる。
【００１５】
低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の耐圧強度や耐摩耗強度が低いと、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する場合、混合ガスと低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を繰返し接触させるなどの吸着剤としての利用を行なった場合などで、成形体の破砕、剥離、欠け等が発生し、吸着剤システムの配管や弁詰り、成形体充填層の圧損の増大、あるいは製造ガスへの異物混入などによる著しいトラブルの原因となる。
【００１６】
また、成形体中の低シリカＸ型ゼオライト純度が低いと吸着特性が悪く、特にＡ型ゼオライトは酸素の吸着量が高いため、窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する場合には、Ａ型ゼオライトの混入は特に吸着特性を悪化させてしまう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は以上のような困難を回避し、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が高く、耐圧強度および耐摩耗強度が非常に高い、吸着性能の優れた高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、簡単で迅速で効率よく提供することであり、さらには、その高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を吸着剤として利用することにより、窒素と酸素を含有する混合気体から、窒素を効率よく吸着分離させる気体分離方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の特性やその製造における各因子について鋭意検討を行ない本願発明に至った。
【００１９】
即ち、本発明の要旨は、Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強く、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りの一部または全部がカリウムであるフォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順であり、
交換可能なカチオン部位の一部または全部をリチウムにイオン交換したフォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，３３１，５３３，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順であり、
更に、本願発明が規定する、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．００±０．０５で、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が９５％以上好ましくは９８％以上であるり、Ｓｉ−ＮＭＲ測定によるＳｉ−３Ａｌに帰属されるピーク強度とＳｉ−４Ａｌに帰属されるピーク強度の比が
｛（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）｝＜０．１
であることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体であり、さらに、粒径として１．４〜１．７ｍｍに分級した粒子を代表として測定した耐圧強度の平均値が０．７ｋｇｆ以上好ましくは１．０ｋｇｆ以上であることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体である。
【００２０】
また、その製造方法として、原料としてＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下の低シリカＸ型ゼオライトとＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下のカオリン質粘土を混合、混練、成形、焼成することにより低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を苛性溶液と接触させることにより、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリン質粘土の一部または全部を低シリカＸ型ゼオライトに変質させることにより、原料の低シリカＸ型ゼオライトのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比よりも小さいＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を有する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体にすることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法であり、特に、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液あるいは、予めＡｌ分を添加した苛性溶液と該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を接触させることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法、並びに、その成形体を窒素吸着剤として利用した、窒素と酸素を含有する混合気体から窒素を吸着分離させる気体分離方法に関する発明である。
【００２１】
以下に、本願発明を詳細に説明する。
【００２２】
低シリカＸ型ゼオライト含有成形体が苛性溶液と接触すると、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体に含まれる反応性の高いメタカオリンが苛性溶液中のナトリウムやカリウムを取り込みながら低シリカＸ型ゼオライトに変質して低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体となる。このメタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質のメカニズムは定かではないが、バインダレス化の過程で苛性溶液にはかなりの量のＡｌ分やＳｉ分が一時的に溶出し、溶出したＡｌ分やＳｉ分は苛性溶液中でアルカリ金属を取り込みながら微細な低シリカＸ型ゼオライトのクラスターとなり、その後再び低シリカＸ型ゼオライト含有成形体上に付着、析出することによりバインダレス化が進行するものと推測する。
【００２３】
本発明者らは、このバインダレス化の過程で成長する低シリカＸ型ゼオライトの結晶成長面に着目し、フォージャサイト型ゼオライトのＸ線回折において、指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強くなるように、バインダレス化条件を最適化することにより、従来得ることができなかった低シリカＸ型ゼオライトの含有率や結晶性が著しく向上した高強度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得るに至った。低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の純度や強度は、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質過程で、低シリカＸ型ゼオライトが本来有するべきＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を理論理想値である２．０に如何に近づけるか、生成する低シリカＸ型ゼオライトの結晶性を如何に高めるか、および、不純物を如何に混入あるいは生成させないかが重要であり、これらの目標を実現した高強度で高純度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体として、Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強く、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りの一部または全部がカリウムであるフォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順であり、
交換可能なカチオン部位の一部または全部をリチウムにイオン交換したフォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，３３１，５３３，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順であり、
本願発明のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．００±０．０５で、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が９５％以上好ましくは９８％以上である高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を上記の様に、Ｘ線回折のピーク強度順位で規定するだけでなく、Ｓｉ−ＮＭＲ測定によるＳｉ−３Ａｌに帰属されるピーク強度とＳｉ−４Ａｌに帰属されるピーク強度の比が以下の関係で表現されることによっても規定した。
【００２４】
｛（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）｝＜０．１
本願発明の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体が、低シリカＸ型ゼオライトの純度が非常に高く、かつ結晶性が非常に高いため、吸着容量が非常に高く、また非常に高強度であり、特に、交換可能なカチオン部位の一部または全部をリチウムにイオン交換した場合、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する等の吸着剤として使用すると、従来の方法による低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体と比較して飛躍的に性能が向上することを見出した。
【００２５】
本発明者らは、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへ変質させるバインダレス化の過程において、苛性溶液中に溶出したＡｌ分やＳｉ分の挙動が、得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の純度や結晶性および強度に大きく影響し、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法よって酸素を分離、濃縮するなどの目的で吸着剤として使用した際には、その性能に著しく影響を与えることに着目し、鋭意検討した結果、本願発明をするに至った。
【００２６】
本発明者らは、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のメタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質過程で、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を理論理想値である２．０に近づけること、および、メタカオリンが不純物に変換しないことは、接触させる苛性溶液のＡｌ分とＳｉ分の溶解挙動と著しく関係することを見出して、本発明をするに至った。
【００２７】
本発明者らが見出した、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のメタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質過程で、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を理論理想値である２．０に近づける、および、メタカオリンが不純物に変換しないような、Ａｌ分とＳｉ分の溶解挙動を有する苛性溶液とは、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液、あるいは、予めＡｌ分を添加した苛性溶液である。このような苛性溶液を使用して、バインダレス化をすることにより、メタカオリンが積極的にＡｌ分を取り込みながら、高効率で高純度の低シリカＸ型ゼオライトに変質することが可能となり、結果として従来技術では得られなかった高強度高純度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体が得られる。
【００２８】
本願発明を更に詳細に説明する。
【００２９】
本願発明で使用する低シリカＸ型ゼオライト粉末は、特開昭５３−８４００号公報、特開平１−５６１１２号公報、特開平１０−３１０４２２号公報、特開平１１−２１７２１２号公報などに記載されている方法で製造すればよい。
【００３０】
例えば、特開昭５３−８４００号公報にはナトリウム、カリウム、アルミネートおよびシリケートの各イオンを含有する溶液を混合し、下記の組成の混合物を得、約５０℃の温度で結晶化が完了するまでの十分な時間結晶化させることにより低シリカＸ型ゼオライト粉末を得る方法が開示されている。
【００３１】
さらに特開平１１−２１７２１２号公報には、アルミネートを含む溶液とシリケートを含む溶液を混合し、ゲル化し、その後、熟成、結晶化を行なうことにより低シリカＸ型ゼオライト粉末を製造するに際し、生成するゼオライトとは別に熟成終了までにゼオライトを加えることにより高純度な低シリカＸ型ゼオライト粉末を大規模で短時間に効率良く製造する方法が記載されている。
【００３２】
このような方法により得られたＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下の低シリカＸ型ゼオライト粉末１００重量部に対し、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下のカオリン質粘土を１０〜５０重量部、好ましくは１５〜２５重量部および水を十分に混合し、水分量を調節しながら均一に混練する。低シリカＸ型ゼオライト粉末とカオリン質粘土の混合は、水を添加する前の乾燥状態である程度行なった後、必要量の水を添加して混合、混練を行なうことが、均一な混練物を得るために効果的であり、好ましい。カオリン質粘土の添加部数が少な過ぎる場合は十分な成形体の強度が得られず、多過ぎる場合は結晶化が十分進行せず、低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカＸ型ゼオライト純度が低下する。混練物の調節すべき水分量は、カオリン質粘土の添加部数およびその後の造粒、成形方法により異なる。カオリンの添加部数が少ない場合は水分を多めに、多い場合は少なめに調節することが必要となる。これはゼオライトの吸湿量がカオリン質粘土の吸湿量よりも大きいため、造粒、成形に適する混練物の物性を得るための水分量がカオリン質粘土の添加部数により異なるためであり、また造粒、成形方法により造粒、成形に適する混練物の物性も異なるためである。混練物の造粒性、成形性を高めるために、その後の焼成、バインダレス化に著しい悪影響を及ぼさない範囲で有機系、無機系の各種造粒成形助剤を添加してもよい。
【００３３】
得られた混練品は種々の造粒、成形方法により造粒、成形する。たとえば、押出し造粒法によるペレット造粒、あるいは攪拌造粒法や転動造粒法によるビーズ造粒、更には膜状の成形物や、ハニカム構造を有するモノリス成形体などが挙げられる。
【００３４】
得られた造粒物、成形物を乾燥後、５００〜７００℃好ましくは６００〜６５０℃で焼成して、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得る。焼成は添加したカオリン質粘土のその後のバインダレス化による低シリカＸ型ゼオライトへの変質を容易にするために必須である。焼成によりカオリン質粘土は非晶質のメタカオリンに変化し、低シリカＸ型ゼオライトへの変質が容易になる。乾燥、焼成の方法としては造粒物、成形物の熱処理により発生した系内の水分が著しく滞らない構造であれば、通常の方法により実施することができ、例えば熱風乾燥機、マッフル炉、ロータリーキルン、管状炉等を用いて実施することができる。
【００３５】
本願発明では、以上のようにして得られた低シリカＸ型ゼオライト含有成形体と、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉの溶解量がＡｌの溶解量よりも多い苛性溶液と接触させる、あるいは、予めＡｌ分を添加した苛性溶液と接触させることを特徴とする。例えば使用する苛性溶液は水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合溶液が好ましい。水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合割合は、モル比で、Ｋ／（Ｎａ＋Ｋ）＝０．１〜０．４が好ましい。０．１以下でも０．４以上でもバインダレス化が不十分で、Ａ型ゼオライト、ソーダライト、Ｆ型ゼオライトおよびＥ型ゼオライト等の不純物が生成しやすく、低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカＸ型ゼオライトの含有率が低下するため好ましくない。
【００３６】
低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液とは、例えばＡｌ分の溶解度よりもＳｉ分の溶解度の方が高い状態の苛性溶液である。溶液の溶解度は、溶液の組成や濃度および温度によって異なるため、バインダレス化の温度により、使用すべき苛性溶液の組成と濃度が異なる。
【００３７】
バインダレス化の温度としては４０℃以上で実施でき、温度が高いほどバインダレス化の速度には有利であるが、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質は発熱反応であること、使用する装置材料の温度限界や不純物の生成の抑制等を考慮すると７０〜８０℃が好ましい。
【００３８】
したがって、この温度領域でかつ上記のような水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合割合の場合、Ａｌ分の溶解度よりもＳｉ分の溶解度の方が高い状態の苛性溶液とは、約６モル／リットル以上であり、苛性溶液の濃度が高ければ高いほどこの度合いは高まり、好ましくは約８モル／リットル以上がその効果が著しくなり、バインダレス化の速度には有利であるため好ましい。図２および図３に７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の１０モル／リットルの苛性溶液中のＳｉ分とＡｌ分の溶解度およびそれぞれの溶解度に基づく苛性溶液中のＳｉ／Ａｌモル比を示す。図２および図３から、苛性溶液の濃度が高ければ高いほど、Ｓｉ分の溶解度がＡｌ分の溶解度よりも大きくなることが理解できるが、濃度が６モル／リットル付近では、その効果が小さいため、バインダレス化の処理時間が短い場合には、バインダレス化の進行が不十分となり、フォージャサイト型ゼオライトのＸ線回折において、指数２２０に帰属されるピーク強度が、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも弱くなりやすく、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質の進行も遅い。一方で、苛性溶液の濃度が高くなるほど、その効果が大きく、短時間でバインダレス化が十分に進行、結晶性も高まるため好ましい。
【００３９】
したがって、バインダレス化に必要な時間としては、苛性溶液の濃度が６モル／リットル以上の場合には、少なくとも１０時間以上、８モル／リットル以上の場合には、少なくとも５時間以上の接触時間が必要とされる。
【００４０】
また予めＡｌ分を添加した苛性溶液とは、例えば、アルミン酸ナトリウムのような水溶性Ａｌ分を添加した苛性溶液や、低シリカＸ型ゼオライトやカオリン質粘土その他固体のＡｌ分を添加した苛性溶液であり、メタカオリンが低シリカＸ型ゼオライトに変質する際に、積極的にＡｌ分を取り込むような状態であれば、固体その他Ａｌ分の形態については限定しない。また、バインダレス化に一度以上使用した苛性溶液を再利用することも好ましい。したがってこの様な予めＡｌ分を添加する場合は、予めＡｌ分を添加しない場合に比較して、苛性溶液の濃度は低くても同様の効果が生じるため、バインダレス化の進行は十分となる。
【００４１】
苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量としては、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリン質粘土が全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の５倍以上が必要とされる。特に、低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカＸ型ゼオライトの含有率を高く、迅速にバンダレス化するためには１０倍以上が好ましく、１５〜２０倍が更に好ましい。カオリン質粘土の全てが低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量とは、カオリン質粘土中のＡｌ分と当量の水酸化アルカリ金属の量に相当する。
【００４２】
ただし３０倍以上にすると、苛性溶液へのＡｌ分、Ｓｉ分の溶解量が増して、強度が低下、苛性溶液の使用量が多いためにコストが高くなるなどのため好ましくない。ただし、バインダレス化に一度以上使用した苛性溶液のように、予め十分な量のＡｌ分、Ｓｉ分が溶解した苛性溶液の場合はその限りではない。
【００４３】
低シリカＸ型ゼオライト含有成形体と苛性溶液との接触方法は特に限定しないが、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を固定床カラムに充填して、苛性溶液を循環流通させることが簡便で効率がよい。
【００４４】
以上のようなバインダレス化により、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りがカリウムである低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体が得られる。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は洗浄し、そのままあるいは必要により交換可能なカチオン部位の一部または全部を、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属カチオン、カルシウム等のアルカリ土類金属カチオン、その他遷移金属カチオンおよび／またはこれらの混合物にイオン交換する。特に窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮するなどの目的で使用する場合には、交換可能なカチオン部位の一部または全部をリチウムにイオン交換する。すなわち、リチウムのイオン交換率は所望のイオン交換率まで、例えば５０％以上、好ましくは８０％以上、更に好ましく９５％以上にリチウムにイオン交換する。その後、ある程度乾燥して、５００〜５５０℃で除湿空気または窒素流通下で焼成活性化を施すことにより各種吸着剤として使用することができる。以上のような方法により、焼成活性化後の吸着容量や耐圧強度および対摩耗強度として、従来技術で得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体より著しく向上した、従来は得る事ができなかった高純度、高結晶性で且つ高強度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を迅速に、効率良く得ることができる。
【００４５】
以上の工程により得られた高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は、混合気体中の易吸着成分を吸着させて分離濃縮を行なう吸着分離のための吸着剤用途、例えば空気中の窒素を選択的に吸着させ濃縮酸素ガスを回収する用途に用いることができる。ＰＳＡ法により空気中の酸素を濃縮回収する場合には、空気を吸着剤として使用する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の充填層と接触させて窒素を選択的に吸着させ、濃縮酸素を充填層出口から回収する吸着工程と、空気と充填層の接触を中断し充填層内を減圧にして吸着した窒素を脱着させ排気する再生工程と、吸着工程で得られた濃縮酸素により充填層内を加圧する復圧工程からなる一連の工程により運転される。空気分離用のＰＳＡ装置を構成する吸着塔の数は複数であり、通常２塔あるいは３塔である。原料空気はブロワーあるいはコンプレッサーから供給されるが、空気中の水分は窒素の吸着を阻害するため充填層に導入する前に水分を除去する必要がある。原料空気の脱湿は通常、露点−５０℃以下まで行われる。原料空気の温度は吸着剤の性能と密接な関係があり、吸着剤の性能が十分引き出せるように加温あるいは冷却されることもあるが、通常は１５〜３５℃程度の温度である。
【００４６】
吸着工程の吸着圧力は高いほうが窒素の吸着量は増加する。原料空気を供給するブロワーあるいはコンプレッサーにかかる負荷を考慮すると、吸着圧力としては６００Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４７】
再生工程の再生圧力は吸着圧力より低ければ可能であるが、より低いほうが、より多くの窒素を脱着させることができ好ましい。より低い再生圧力を得るために、真空ポンプを使用することもできる。その場合、真空ポンプにかかる負荷を考慮すると、再生圧力としては１００Ｔｏｒｒ以上４００Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４８】
復圧工程は吸着工程で得られた濃縮酸素ガスを使用するため、復帰圧力が高い場合は製品ガスとして取り出す濃縮酸素ガスの量が減少する。また復帰圧力が低い状態で吸着工程に移ると、原料空気は加圧されているため窒素が吸着剤に吸着しないで充填層の出口へ破過する恐れがある。また原料空気中の窒素が充填層出口へ破過するのを防ぐために、吸着工程が始まってから最初の１〜５秒程度は濃縮酸素を原料空気と向流となるように充填層に戻して圧力を復帰させることもできる。復帰圧力は、吸着圧力よりも低く、再生圧力よりも高い圧力が選ばれるが、上記の好ましい吸着圧力と再生圧力を設定した場合には、復帰圧力としては４００Ｔｏｒｒ以上８００Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４９】
特に本発明の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は、ＰＳＡ法による空気分離においてより効果的である。このためＰＳＡ法による空気分離を行った場合において、濃縮酸素ガスの取り出し量および回収率が高く、ＰＳＡ装置を運転する時の動力原単位を低減させることが可能である。
【００５０】
【実施例】
次に本願発明を具体的な実施例により説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５１】
なお実施例における各種物性の測定方法は以下の通りである。
【００５２】
（１）化学組成の測定方法
試料を硝酸とフッ酸を用いて完全に溶解した後、ＩＣＰ発光分析装置（パーキンエルマー社製、型式ｏｐｔｉｍａ３０００）を用い、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｌｉの含有量を測定した。
【００５３】
（２）結晶構造の測定方法
６０℃以上で熱処理した試料を温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置して水和した試料を、Ｘ線回折装置（フィリップス社製、型式ＰＷ−１７００またはマックサイエンス社製、型式ＭＸＰ−３）により、Ｘ線源として４０ｋＶ、５０ｍＡで発生させたＣｕＫα線（λ＝１．５４１８オングストローム）を用いて、ステップサイズ０．０２０゜、サンプルタイム１．００秒、モノクロメーターを使用して測定した。
【００５４】
フォージャサイト型ゼオライトの指数と、それに帰属されるピーク位置との関係は以下の通りである。
【００５５】
ピーク強度の比較は、ピーク高さまたはピーク面積等でできるが、本発明ではピーク高さとする。
【００５６】
（３）水分平衡吸着量の測定方法
６０℃以上で乾燥した試料を温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置し、９００℃１時間強熱し測定した。すなわち、水分吸着後の重量をＸ1，これを９００℃１時間強熱した後の重量をＸ2とし、水分平衡吸着量（％）は、以下式から求めた。
【００５７】
水分平衡吸着量（％）＝｛（Ｘ1−Ｘ2）／Ｘ2｝×１００
（４）耐圧強度の測定方法
ＪＩＳ−Ｒ−１６０８に記載の試験方法を参考とし、木屋式デジタル硬度計（藤原製作所社製、型式ＫＨＴ−２０Ｎ）を用い、常温、常圧の雰囲気にて、検体である焼成活性化した成形体の直径方向に一定速度（１ｍｍ／秒）で加圧板（ステレンス製、直径５ｍｍ）を押しつけて圧縮負荷を加えた時、成形体が耐えることができる最大荷重（単位：ｋｇｆ）を測定した。結果は測定値２５個の単純平均値で示す。耐圧強度は粒径による依存性があるため、測定試料は篩い分けにより粒径を１．４〜１．７ｍｍ（１０♯〜１２♯）に揃えたものを測定した。
【００５８】
（５）摩耗率の測定方法
摩耗率はＪＩＳ−Ｋ−１４６４に記載の粒子強度の測定法に準じて算出した。
【００５９】
すなわち、試料である焼成活性化した成形体を予め温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置し、ついで、試料約７０ｇを８５０μｍ、３５５μｍおよび受皿をセットした篩い（東京スクリーン社製、型式ＪＩＳ−Ｚ−８８０１）を用いて３分間篩い分けし、ついで付着物を取り除いた前記篩いに３分間篩い分けして残った試料５０ｇを正確に秤り取り、同時に５個の１０円銅貨をセットし、１５分間振動する。受皿に落ちた試料をＸｇとして次式で摩耗率を算出した。
【００６０】
摩耗率（重量％）＝（Ｘ／５０）×１００
（６）Ｓｉ−ＮＭＲの測定方法
Ｓｉ−ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定はＮＭＲ装置（バリアン社製、ＶＸＲ−３００Ｓ）により２９Ｓｉ−ＭＡＳ（ｍａｇｉｃ ａｎｇｌｅ ｓｐｉｎｎｉｇ）ＮＭＲを測定した。測定は予め温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置した試料を用い、観測周波数５９．６ＭＨｚ、パルス幅（９０°パルス）４．４μｓ、測定繰返し時間３ｓ、繰返し回数２０００回、回数周波数９．０ｋＨｚ、外部標準としてテトラメチルシランを０ｐｐｍとして、Ｓｉ−３Ａｌピークは−８９ｐｐｍに、Ｓｉ−４Ａｌピークは−８４ｐｐｍに観測された。これらのピークの高さまたは面積を比較した。
【００６１】
（７）窒素吸着容量の測定方法
約５００ｍｇの資料を秤量し、カーン式電子天秤を用いて測定した。前処理条件としは、０．００１ｍｍＨｇ以下の圧力下、３５０℃で２時間、活性化を行なった。冷却後、窒素ガスを導入し、吸着温度を２５℃、吸着圧力を７００ｍｍＨｇに保ち、十分平衡に達した後の重量を測定し、窒素吸着容量（Ｎｃｃ／ｇ）を算出した。窒素吸着容量が大きいことは、窒素と酸素を含有する混合気体から窒素を吸着分離させる性能が高いことを示す。
【００６２】
（８）ＰＳＡ法による空気分離試験
図１に示す空気分離性能試験装置を用いて、以下の手順に従い空気分離試験を行った。
【００６３】
吸着塔［１３］および［１４］に空気分離用吸着剤として使用する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を約２Ｌ充填する。吸着塔［１２］が吸着工程時には、コンプレッサー［１］で圧縮された空気を脱水塔［２］で脱湿した後、減圧弁［３］で０．５〜０．６ｋｇ／ｃｍ2Ｇまで減圧し、電磁弁［５］および［７］を開にして吸着塔内を流通させる（空気温度は２５℃）。得られた濃縮酸素ガスは製品タンク［１７］へ貯め、濃縮酸素ガスの取り出し量はマスフローメーター［１８］により調整した。吸着工程終了時点での圧力は１．４ａｔｍで一定にした。吸着塔［１３］が再生工程時には電磁弁［５］および［７］は閉じ、電磁弁［６］を開にして真空ポンプ［２０］で吸着塔内を減圧にした。再生工程終了時点での到達圧力は２５０Ｔｏｒｒで一定にした。吸着塔［１３］が復圧工程時には電磁弁［６］を閉じ、電磁弁［８］を開にして製品タンク［１７］内の濃縮酸素ガスで吸着塔内を復圧する。復圧工程終了時の圧力は５００Ｔｏｒｒで一定にした。圧力は圧力計［１５］で測定した（吸着塔［１４］については圧力計［１６］を使用）。復圧された吸着塔［１３］は続いて吸着工程が行われ、順次これらの工程が繰り返される。それぞれの工程の時間は、吸着工程が１分、再生工程および復圧工程が３０秒とした。なお電磁弁の作動はシーケンサーにより制御した。
【００６４】
吸着塔［１４］についても同様の工程で行われるが、濃縮酸素ガスを連続的に取り出すために、吸着塔［１３］が吸着工程である間は吸着塔［１４］は再生工程および復圧工程が行われ、吸着塔［１３］が再生工程および復圧工程の間は吸着塔［１４］は吸着工程が行われる。
【００６５】
濃縮酸素ガスの濃度は、その値が定常となった後、酸素濃度計［１９］で測定し、積算流量計［２１］の値から正確な濃縮酸素ガスの流量を測定した（以下、酸素量と呼ぶ）。また再生工程時に真空ポンプ［２０］により排気される排気ガスの流量については積算流量計［２２］の値から測定した（以下、排ガス量と呼ぶ）。なおそれぞれのガス量の測定は２５℃で行った。
【００６６】
吸着剤の空気分離性能は、９３％濃度の酸素量と９３％濃度の濃縮酸素ガスを原料空気から回収できた割合（以下、回収率と呼ぶ）で表した。なお空気分離試験は吸着塔の温度を０℃および２５℃で行った。
【００６７】
酸素量は積算流量計で測定した値を標準状態へ換算し、吸着剤１ｋｇ（無水状態）、１時間あたりの流量で表し、その単位はＮリットル／（ｋｇ・ｈｒ）である。回収率は以下の式により算出した。
【００６８】
回収率＝（酸素量×０．９３）÷（供給空気量×０．２０９）×１００（％）
供給空気量＝（酸素量）＋（排ガス量）
実施例１
まず、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比１．９〜２．１の低シリカＸ型ゼオライト粉末を以下の手順により合成した。
【００６９】
内容積２０リットルのステンレス製反応容器にケイ酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝３．８重量％、ＳｉＯ2＝１２．６重量％）１０７７０ｇ、水１３３０ｇ、水酸化ナトリウム（純度９９％）１３１０ｇ、工業用水酸化カリウム水溶液（純度４８％）３６３０ｇを入れ１００ｒｐｍで攪拌しながらウォーターバスを用い４５℃に保った。この溶液に４０℃に保ったアルミン酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝２０．０重量％、Ａｌ2Ｏ3＝２２．５重量％）５３９０ｇを１分かけて投入した。投入直後より白濁しゲル化が始まった。
【００７０】
投入終了直前、ゲル全体の粘度は上昇し、反応容器上部でスラリーの部分的停滞が生じたものの約３分後には全体が均一に流動化した。スラリー全体が流動化した時点で低シリカＸ型ゼオライト粉末（強熱減少量２２．５％）４．２２ｇを少量の水に分散し添加した。このとき加えた低シリカＸ型ゼオライトの量は、生成する低シリカＸ型ゼオライトに対し０．１重量％である。添加終了後のスラリーの組成は、３．３９Ｎａ2Ｏ・１．３１Ｋ2Ｏ・１．９０ＳｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3・７４．１Ｈ2Ｏであり、理論的に生成するＬＳＸ濃度としては１４．７重量％である。このまま１００ｒｐｍで攪拌を継続し、４５℃で４時間熟成を行なった。
熟成後、攪拌を継続しながら１時間かけて７０℃に昇温した。昇温後、攪拌を停止し、７０℃で８時間結晶化を行なった。得られた結晶を濾化し、純水で十分に洗浄した後、７０℃で１晩乾燥した。
【００７１】
得られた低シリカＸ型ゼオライト粉末のＸ線回折の結果を図４に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、フォージャサイト型ゼオライトのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００７２】
上記の通り指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも強かった。また組成分析の結果、このものの化学組成は０．７２Ｎａ2Ｏ・０．２８Ｋ2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０、水分平衡吸着量は３３．５％であった。
【００７３】
この低シリカＸ型ゼオライト粉末１００重量部に対し，ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．０のカオリン（ドライブランチカオリン社製、製品名ハイドライトＰＸＮ）２０重量部をミックスマラー混合機（新東工業社製、型式ＭＳＧ−１５Ｓ）で１５分間混合後、必要量の水を１５分間で投入し、その後１．５時間混練した。得られた混練物の水分量は約３８重量％であった。
【００７４】
この混練物を羽根攪拌式造粒機ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製、型式ＦＭ／Ｉ−７５０）で粒径１．２〜２．０ｍｍのビーズ状に攪拌造粒成形し、マルメライザー成形機（不二パウダル社製、型式Ｑ−１０００）を用いて整粒した後、６０℃で１晩乾燥した。ついで管状炉（アドバンテック社製）を用いて空気流通下において、６００℃で３時間焼成して造粒物中のカオリンをメタカオリン化して低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライト含有成形体のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０、水分平衡吸着量は２７．９％であり、原料低シリカＸ型ゼオライト粉末の水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライト含有成形体は低シリカＸ型ゼオライト１００部に対して水分平衡吸着量が０％のバインダー分が２０部存在している計算になる。またＸ線回折の結果を図５に示す。このＸ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００７５】
上記の通り、指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも強かった。
【００７６】
この低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を内容積１３リットルのＳＵＳ３０４製カラムに９．０ｋｇ充填し、４０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、４０℃の苛性濃度１０．０モル／リットル苛性溶液２５．２リットル（ＮａＯＨ：７．２モル／リットル、ＫＯＨ：２．８モル／リットル）をカラムの下方から５６０ｃｃ／分で３時間循環通液により熟成した。
【００７７】
その後、苛性液を循環通液しながら温度を４０℃から７０℃に昇温し、そのまま６時間循環通液により結晶化させた。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１８倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．４％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のは低シリカＸ型ゼオライト含有率は９９．７％であった。またＸ線回折の結果を図６に示す。 Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００７８】
上記の通り、指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも強かった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来する非常に弱いピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０６であった。
【００７９】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折の結果を図７に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，３３１，５３３，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順となった。
【００８０】
上記の通り、指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも強かった。またこのものを化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９８．３％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．２％と０．４％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９６であった。
【００８１】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、管状炉（アドバンテック社製）を用いて除湿空気流通下において、５００℃で３時間焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２８．６８Ｎｃｃ／ｇであった。
【００８２】
実施例２
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、内容積５．７リットルのポリプロピレン製カラムに４．０ｋｇ充填し、４０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、４０℃の苛性濃度６．１モル／リットル苛性溶液１５．９リットル（ＮａＯＨ：４．４モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル）をカラムの下方から通液し、カラム内が苛性液で置換された後、通液を停止し、３時間静置により熟成した。その後、再び苛性液を３００ｃｃ／分循環流通しながら温度を４０℃から７０℃に昇温し、そのまま２２時間循環流通により結晶化させた。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１４．５倍であった。
【００８３】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライト含有率は９８．８％であった。またＸ線回折の結果を図８に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００８４】
上記の通り、指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも強かった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来する非常に弱いピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０５であった。
【００８５】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をＸ線回折した結果を図９に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，５３３，３３１，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順となった。
【００８６】
上記の通り、指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも強かった。またこのものを化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９８．７％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．１％と０．１％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９８であった。
【００８７】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２８．９７Ｎｃｃ／ｇであった。
【００８８】
比較例１
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、内容積３．１リットルのポリプロピレン製カラムに２．２ｋｇ充填し、４０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、４０℃の苛性濃度３．１モル／リットル苛性溶液１６．２リットル（ＮａＯＨ：２．２モル／リットル、ＫＯＨ：０．９モル／リットル）をカラムの下方から２２０ｃｃ／分で３時間循環通液により熟成した。その後、苛性液を循環通液しながら温度を４０℃から７０℃に昇温し、そのまま６時間循環流通により結晶化させた。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【００８９】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３１．５％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライト含有率は９４．０％であった。またＸ線回折の結果を図１０に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００９０】
これは、本発明の順序と大きく異なり、指数２２０に帰属されるピーク強度は、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも弱く、更に、指数５３３に帰属されるピークが指数６４２に帰属されるピークよりも強く、指数３３１に帰属されるピーク強度も、指数２２０に帰属されるピーク強度よりも強かった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１２であった。
【００９１】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折した結果を図１１に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，５３３，３３１，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順となった。
【００９２】
これは、本発明の順序と大きく異なり、指数２２０に帰属されるピーク強度が、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも弱く、更に、指数７５１＋５５５に帰属されるピーク強度が、指数３３１に帰属されるピーク強度よりも強かった。またこのものを化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９７．９％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．９％と０．２％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４であった。
【００９３】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２６．４１Ｎｃｃ／ｇであり、実施例１の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体および実施例２の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体と比較した場合、ＬＳＸ含有率はそれぞれ６％および５％の低下であるのに対し、窒素吸着容量は８％および９％も低下した。
【００９４】
実施例３
実施例1と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を内容積３．１リットルのポリプロピレン製カラムに２．２ｋｇ充填し、７０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、７０℃の苛性濃度１０．０モル／リットル苛性溶液５．９４リットル（ＮａＯＨ：７．２モル／リットル、ＫＯＨ：２．８モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）をカラムの下方から２２０ｃｃ／分で６時間循環流通した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１８倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．４％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９９．７％であった。Ｘ線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されなかった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは確認されず、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．００であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：６．６モル／リットル、ＫＯＨ：２．５モル／リットル、Ａｌ：０．０７モル／リットル、Ｓｉ：０．０９モル／リットルであった。
【００９５】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９６．８％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ２．６％と０．６％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９６であった。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２６．８Ｎｃｃ／ｇ、耐圧強度は１．７ｋｇｆ、摩耗率は０．０１％であった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１２０．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５９．６％の非常に高いＰＳＡ性能を示した。
【００９６】
実施例４
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、苛性濃度１２．０モル／リットル苛性溶液４．０５リットル（ＮａＯＨ：８．６モル／リットル、ＫＯＨ：３．４モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例３と同じ要領によりバインダレス化処理した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【００９７】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．７％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率はほぼ１００％であることが確認された。Ｘ線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されなかった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは確認されず、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．００であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：６．７モル／リットル、ＫＯＨ：２．５モル／リットル、Ａｌ：０．０７モル／リットル、Ｓｉ：０．０８モル／リットルであった。
【００９８】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９８．０％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．５％と０．３％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９７であった。
【００９９】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２７．８Ｎｃｃ／ｇ、耐圧強度は１．０ｋｇｆ、摩耗率は０．０３％であった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１２２．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５９．０％の非常に高いＰＳＡ性能を示した。
【０１００】
実施例５
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、予めアルミン酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝２０．０重量％、Ａｌ2Ｏ3＝２２．５重量％）１１０ｇを添加した苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０６モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例３と同じ要領によりバインダレス化処理した。
【０１０１】
この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．５％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率はほぼ１００％であることが確認された。Ｘ線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されなかった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：３．６モル／リットル、ＫＯＨ：１．４モル／リットル、Ａｌ：０．０５モル／リットル、Ｓｉ：０．０４モル／リットルであった。
【０１０２】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９８．３％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．２％と０．４％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９８であった。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。
【０１０３】
以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２８．５Ｎｃｃ／ｇ、耐圧強度は１．１ｋｇｆ、摩耗率は０．０５％であった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１２３．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５９．２％の非常に高いＰＳＡ性能を示した。
【０１０４】
比較例２
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、苛性濃度３．０モル／リットル苛性溶液１６．２リットル（ＮａＯＨ：２．２モル／リットル、ＫＯＨ：０．８モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例１と同じ要領によりバインダレス化処理した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【０１０５】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３１．７％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９４．６％であることが確認された。Ｘ線回折の結果では、フォージャサイト型ゼオライトに由来する回折線以外に、Ａ型ゼオライトに由来する回折線が確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１３であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：２．０モル／リットル、ＫＯＨ：０．８モル／リットル、Ａｌ：０．０４モル／リットル、Ｓｉ：０．０３モル／リットルであった。
【０１０６】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９７．９％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．９％と０．２％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４であった。
【０１０７】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２６．３Ｎｃｃ／ｇで、Ｌｉイオン交換率が１．１％低い実施例３の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量よりさらに２．１％も低い。耐圧強度は０．６ｋｇｆ、摩耗率も０．３７％で、実施例３，４と比較して強度は非常に低かった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１１８．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５８．５％とＰＳＡ性能も低下した。
【０１０８】
比較例３
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例３と同じ要領によりバインダレス化処理した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【０１０９】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９８．８％であることが確認された。Ｘ線回折の結果では、フォージャサイト型ゼオライトに由来する回折線以外に、Ａ型ゼオライトに由来する回折線が微弱ながら確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１１であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：３．６モル／リットル、ＫＯＨ：１．４モル／リットル、Ａｌ：０．０５モル／リットル、Ｓｉ：０．０５モル／リットルであった。
【０１１０】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９７．４％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ２．４％と０．３％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４であった。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。
【０１１１】
以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２５．７Ｎｃｃ／ｇで、Ｌｉイオン交換率が０．６％低い実施例３の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量よりもさらに４．２％も低かった。、耐圧強度は０．８ｋｇｆ、摩耗率も０．２１％で、実施例５と比較して強度は低下した。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１１６．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５８．２％のＰＳＡ性能も低下した。
【０１１２】
実施例６
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を内容積３．１リットルのポリプロピレン製カラムに２．２ｋｇ充填し、７０℃の純水で洗浄した。洗浄に引続き、低シリカＸ型ゼオライト粉末３５ｇを添加して十分撹拌溶解した７０℃の苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０３モル／リットル、Ｓｉ：０．０４モル／リットル）をカラムの下方から２２０ｃｃ／分で６時間循環流通した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄しバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３２．９％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９８．２％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。
【０１１３】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９８、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を、管状炉（アドバンテック社製）を用いて除湿空気流通下において、５００℃で３時間焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．０ｋｇｆ、摩耗率は０．０８％であった。
【０１１４】
実施例７
苛性溶液として、実施例１で使用した後に回収した苛性溶液に水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを添加して十分撹拌溶解した７０℃の苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０３モル／リットル、Ｓｉ：０．０３モル／リットル）を使用した以外は全て実施例６と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．４％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９９．７％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０５であった。
【０１１５】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９９、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．１ｋｇｆ、摩耗率は０．１０％であった。
【０１１６】
実施例８
苛性溶液として、空気流通下で６００℃３時間焼成してメタカオリン化したカオリン粉末２１０ｇを添加して十分撹拌溶解したのち、デカンテーションにより不溶固形分を分離した７０℃の苛性濃度６．２モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．６モル／リットル、ＫＯＨ：１．８モル／リットル、Ａｌ：０．１２モル／リットル、Ｓｉ：０．１２モル／リットル）を使用した以外は全て実施例６と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９９．８％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。
【０１１７】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９９、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。
【０１１８】
得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．４ｋｇｆ、摩耗率は０．０５％であった。
【０１１９】
実施例９
苛性溶液として、ケイ酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝３．８重量％、ＳｉＯ2＝１２．６重量％）１５５ｇ、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝２０．０重量％、Ａｌ2Ｏ3＝２２．５重量％）１４７ｇを添加して十分撹拌溶解した７０℃の苛性濃度６．１モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．４モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０４モル／リットル、Ｓｉ：０．０４モル／リットル）を使用した以外は全て実施例１と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．５％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率はほぼ１００％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。
【０１２０】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９９、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．５ｋｇｆ、摩耗率は０．０５％であった。
【０１２１】
比較例４
苛性溶液として、予め特にＡｌ分および／またはＳｉ分を添加しない７０℃の苛性濃度６．２モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．４モル／リットル、ＫＯＨ：１．８モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）を使用した以外は全て実施例６と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９８．８％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１１であった。
【０１２２】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であった。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度を測定したと
ころ、測定不能の０．８ｋｇｆ、摩耗率も０．２１％で、実施例６〜９と比較して強度として低下した。
【０１２３】
実施例１０
内容積１００ミリリットルのポリエチレン製広口瓶に種々の濃度の苛性溶液約５０ミリリットル（Ｋ／（Ｎａ＋Ｋ）＝０．２８モル比）と実施例１で調製したＬＳＸ粉末数グラムを投入し、７０℃の恒温振とう機にセットし、２４時間以上処理して、苛性溶液に十分にＳｉ分、Ａｌ分を溶解させた。得られた溶液の上澄みを硝酸とフッ酸または硝酸を用いて完全に溶解した後、ＩＣＰ発光分析装置（パーキンエルマー社製、型式ｏｐｔｉｍａ３０００）を用い、Ｓｉ分、Ａｌ分の溶解度を測定した。得られた、７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の１０モル／リットルの苛性溶液中のＳｉ分とＡｌ分の溶解度を図２に示す。また、同条件の溶解度に基づく苛性溶液中のＳｉ／Ａｌモル比を図３に示す。図２および図３から、苛性溶液の濃度が約６モル／リットル以上で、Ｓｉ分の溶解度がＡｌ分の溶解度よりも大きくなり、苛性溶液の濃度が高ければ高いほどその傾向が著しくなることがわかる。特に、苛性溶液の濃度が約８モル／リットル以上で、Ｓｉ分の溶解度とＡｌ分の溶解度が明確な差をもつ傾向が理解できる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は低シリカＸ型ゼオライトの含有率が高く、吸着性能が非常に優れ、耐圧強度および耐摩耗強度が非常に高いため、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する場合など、混合ガスと低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を繰返し接触させるなどの吸着剤システムとしての工業的利用において、非常に優れた酸素取出し性能を示すとともに、吸着剤システムの配管や弁詰り、成形体充填層の圧損の増大、あるいは製造ガスへの異物混入など著しいトラブルを回避することができる。また、本発明によれば、吸着剤として非常に性能の高い高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を簡単で迅速に製造することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気分離性能試験装置の系統図
【符号の説明】
１：コンプレッサー
２：脱水塔
３：減圧弁
４：露点計
５〜１２：電磁弁
１３、１４：吸着塔
１５、１６：圧力計
１７：製品タンク
１８：マスフローメーター
１９：酸素濃度計
２０：真空ポンプ
２１、２２：積算流量計
【図２】実施例８で行った、７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の苛性溶液中のＳｉ分とＡｌ分の溶解度のグラフ。
【図３】実施例８で行った、７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の苛性溶液中のＳｉ／Ａｌモル比のグラフ。
【図４】 実施例１で得られた低シリカＸ型ゼオライト粉末のＸ線回折図である。
【図５】実施例１で得られた低シリカＸ型ゼオライト含有成形体のＸ線回折図である。
【図６】実施例１で得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図７】実施例１で得られたＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図８】実施例２で得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図９】実施例２で得られたＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図１０】比較例１で得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図１１】比較例１で得られたＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比の低いＸ型ゼオライトのバインダー含有量の少ない成形体である低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体に関するものである。更に詳しくは、高純度で著しく高い吸着容量を有し、機械的強度に優れた、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮するなどの目的で使用するのに適した高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体およびそれを使用した気体分離方法に関するものである。特に本発明の気体分離方法は、圧力振動吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ法、以下ＰＳＡ法と略す）による気体分離方法に関するものであり、分離回収されるガスとしては、例えば、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガスなどがある。
【０００２】
中でも酸素ガスは工業ガスの中でも特に重要なガスの１つであり、製鉄、パルプ漂白などを中心に広く用いられている。特に最近では空気中の燃焼では避けられないＮＯｘ発生の低減を目的に、ごみ燃焼、ガラス溶融などの分野で酸素富化燃焼が実用化されており、環境問題の点からも酸素ガスの重要性が増大している。
【０００３】
酸素ガスの工業的製法としては、ＰＳＡ法、深冷分離法、膜分離法が知られているが、酸素ガスの純度およびコストにおいて有利なＰＳＡ法の比率が増大している。
【０００４】
ＰＳＡ法による酸素ガス製造は、空気中の窒素ガスを吸着剤に選択的に吸着させ、残った濃縮酸素ガスを抜き出し、製品として取り出す方法である。そのため用いる吸着剤としては窒素の吸着量が大きい結晶性ゼオライトが使用され、特に結晶内の細孔容積が大きいＸ型ゼオライトがＰＳＡ法による気体分離用吸着剤として広く使用されている。
【０００５】
また、逆に選択的に吸着された窒素ガスを利用した、窒素ガスの製造も可能である。
【０００６】
【従来の技術】
Ｘ型ゼオライトはＹ型ゼオライトとともに結晶構造的にはフォージャサイト型構造を有する合成ゼオライトであり、その中でＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が３．０以下の比較的低いＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を有するものが、Ｘ型ゼオライトと呼ばれている。通常、合成されたＸ型ゼオライトのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．５であるが、合成時にＮａＯＨに加えてＫＯＨを共存させることによって、そのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を２．０まで下げることができる。ゼオライトのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を下げることは、結晶中のアルミニウム原子の数が増加することであり、従って、交換可能なカチオンの数が増加することとなる。一般にゼオライトへの窒素、酸素などの分子の吸着は物理吸着と呼ばれ、この交換可能なカチオンの数が多いほどその吸着容量は増加することとなる。
【０００７】
ここでは、以下ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．５より低いＸ型ゼオライト、例えばＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下のＸ型ゼオライトを低シリカＸ型ゼオライトと呼ぶこととする。低シリカＸ型ゼオライトの製造方法については特開昭５３−８４００号公報、特開昭６１−２２２９１９号公報、特開平１−５６１１２号公報、特開平１０−３１０４２２号公報、特開平１１−２１７２１２号公報などに記載されている。
【０００８】
通常、Ｘ型ゼオライトを、吸着剤などとして工業的に利用する場合には、合成したＸ型ゼオライト粉末にバインダーとして粘土等を添加し、ペレットあるいはビーズのような成形体にして使用される。添加される粘土の量は２０〜３０部程度であり、従って、ゼオライト成形体が有する吸着容量は、ゼオライト粉末が有する吸着容量に対し、バインダーの添加分だけ減少してしまうことになる。その解決の為に、バインダーをほとんど含有しない成形体、すなわちバインダレス成形体の製造方法がこれまで提案されている。その中で、低シリカＸ型ゼオライト成形体に関しては、特開昭６１−２２２９１９号公報、特開平５−１６３０１５号公報、特開平１１−７６８１０号公報などに記載されている。
【０００９】
特開昭６１−２２２９１９号公報では低シリカＸ型ゼオライト粉末を使用することなく、カオリンを原料とする成形体をメタカオリンに転化した後、結晶化することにより、自己結合型ゼイライトの巨視的凝結物体と呼ばれる低シリカＸ型ゼオライト成形体を製造する方法が記載されている。その方法によると、低シリカＸ型ゼオライト成形体を得る為には、多量の細孔形成物質（有機物）をカオリンの成形体製造時に添加し、加熱し、燃焼させて、多孔質のメタカオリン成形体とし、その後結晶化することが必要である。
【００１０】
しかしながらこの方法では、有機物の燃焼により極めて大きな発熱を伴う結果、温度制御が難しく、成形体の細孔をうまく制御することが極めて困難であり、また、細孔形成を積極的に行なう必要があることから、得られる低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度や耐摩耗強度が著しく損なわれることが問題となる。また成形体中の低シリカＸ型ゼオライトの純度においても不十分であり、例えば、成形体中に不純物のＡ型ゼオライトが混入し、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が低いことなどが問題であった。
【００１１】
又、その中で、従来の低シリカＸ型ゼオライトでは、指数１１１，２２０，３３１，５３３，６４２及び７５１＋５５５のピーク強度が以下の順であり、
【００１２】
【００１３】
この方法では、混合、混練、成形時に危険な苛性薬品を混合する必要があり、作業性が悪いこと、更にこの方法で得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体もやはり強度が低いことが問題となる。
【００１４】
また、特開平１１−７６８１０にも少なくとも９５％のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２である低シリカＸ型ゼオライト成形体について記載されている。その製造方法は、低シリカＸ型ゼオライト粉末をゼオライトに変換可能なカオリナイト、ハロイサイト、ナクライト、またはジッカイトに属するクレイを少なくとも８０％含み、その他のクレイとして具体的にはモンモリロナイトを１５％含むバインダーで凝集させ、得られた混合物を成形し、乾燥後に５００〜７００℃の温度で焼成し、得られた固体生成物を水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの溶液で、水酸化ナトリウム＋水酸化カリウムの合計に対して水酸化カリウムの最大含有率が３０モル％である少なくとも０．５モル濃度の苛性水溶液、具体的には５．５モル／リットルの苛性溶液と９５℃で数時間接触させる方法である。この方法で得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体もやはり耐圧強度および耐摩耗強度が非常に低く、またＡ型ゼオライトの混入があり、化学分析による全体のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比やＳｉ−ＮＭＲによる結晶格子のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が低シリカＸ型ゼオライトの理論理想値である２．０よりも高く、特に化学分析による全体のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０８と高いことから、成形体中の低シリカＸ型ゼオライト純度も不十分であることも問題となる。
【００１５】
低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の耐圧強度や耐摩耗強度が低いと、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する場合、混合ガスと低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を繰返し接触させるなどの吸着剤としての利用を行なった場合などで、成形体の破砕、剥離、欠け等が発生し、吸着剤システムの配管や弁詰り、成形体充填層の圧損の増大、あるいは製造ガスへの異物混入などによる著しいトラブルの原因となる。
【００１６】
また、成形体中の低シリカＸ型ゼオライト純度が低いと吸着特性が悪く、特にＡ型ゼオライトは酸素の吸着量が高いため、窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する場合には、Ａ型ゼオライトの混入は特に吸着特性を悪化させてしまう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は以上のような困難を回避し、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が高く、耐圧強度および耐摩耗強度が非常に高い、吸着性能の優れた高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、簡単で迅速で効率よく提供することであり、さらには、その高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を吸着剤として利用することにより、窒素と酸素を含有する混合気体から、窒素を効率よく吸着分離させる気体分離方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の特性やその製造における各因子について鋭意検討を行ない本願発明に至った。
【００１９】
即ち、本発明の要旨は、Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強く、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りの一部または全部がカリウムであるフォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順であり、
｛（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）｝＜０．１
であることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体であり、さらに、粒径として１．４〜１．７ｍｍに分級した粒子を代表として測定した耐圧強度の平均値が０．７ｋｇｆ以上好ましくは１．０ｋｇｆ以上であることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体である。
【００２０】
また、その製造方法として、原料としてＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下の低シリカＸ型ゼオライトとＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下のカオリン質粘土を混合、混練、成形、焼成することにより低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を苛性溶液と接触させることにより、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリン質粘土の一部または全部を低シリカＸ型ゼオライトに変質させることにより、原料の低シリカＸ型ゼオライトのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比よりも小さいＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を有する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体にすることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法であり、特に、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液あるいは、予めＡｌ分を添加した苛性溶液と該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を接触させることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法、並びに、その成形体を窒素吸着剤として利用した、窒素と酸素を含有する混合気体から窒素を吸着分離させる気体分離方法に関する発明である。
【００２１】
以下に、本願発明を詳細に説明する。
【００２２】
低シリカＸ型ゼオライト含有成形体が苛性溶液と接触すると、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体に含まれる反応性の高いメタカオリンが苛性溶液中のナトリウムやカリウムを取り込みながら低シリカＸ型ゼオライトに変質して低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体となる。このメタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質のメカニズムは定かではないが、バインダレス化の過程で苛性溶液にはかなりの量のＡｌ分やＳｉ分が一時的に溶出し、溶出したＡｌ分やＳｉ分は苛性溶液中でアルカリ金属を取り込みながら微細な低シリカＸ型ゼオライトのクラスターとなり、その後再び低シリカＸ型ゼオライト含有成形体上に付着、析出することによりバインダレス化が進行するものと推測する。
【００２３】
本発明者らは、このバインダレス化の過程で成長する低シリカＸ型ゼオライトの結晶成長面に着目し、フォージャサイト型ゼオライトのＸ線回折において、指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強くなるように、バインダレス化条件を最適化することにより、従来得ることができなかった低シリカＸ型ゼオライトの含有率や結晶性が著しく向上した高強度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得るに至った。低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の純度や強度は、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質過程で、低シリカＸ型ゼオライトが本来有するべきＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を理論理想値である２．０に如何に近づけるか、生成する低シリカＸ型ゼオライトの結晶性を如何に高めるか、および、不純物を如何に混入あるいは生成させないかが重要であり、これらの目標を実現した高強度で高純度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体として、Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強く、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りの一部または全部がカリウムであるフォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順であり、
【００２４】
｛（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）｝＜０．１
本願発明の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体が、低シリカＸ型ゼオライトの純度が非常に高く、かつ結晶性が非常に高いため、吸着容量が非常に高く、また非常に高強度であり、特に、交換可能なカチオン部位の一部または全部をリチウムにイオン交換した場合、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する等の吸着剤として使用すると、従来の方法による低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体と比較して飛躍的に性能が向上することを見出した。
【００２５】
本発明者らは、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへ変質させるバインダレス化の過程において、苛性溶液中に溶出したＡｌ分やＳｉ分の挙動が、得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の純度や結晶性および強度に大きく影響し、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法よって酸素を分離、濃縮するなどの目的で吸着剤として使用した際には、その性能に著しく影響を与えることに着目し、鋭意検討した結果、本願発明をするに至った。
【００２６】
本発明者らは、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のメタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質過程で、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を理論理想値である２．０に近づけること、および、メタカオリンが不純物に変換しないことは、接触させる苛性溶液のＡｌ分とＳｉ分の溶解挙動と著しく関係することを見出して、本発明をするに至った。
【００２７】
本発明者らが見出した、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のメタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質過程で、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比を理論理想値である２．０に近づける、および、メタカオリンが不純物に変換しないような、Ａｌ分とＳｉ分の溶解挙動を有する苛性溶液とは、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液、あるいは、予めＡｌ分を添加した苛性溶液である。このような苛性溶液を使用して、バインダレス化をすることにより、メタカオリンが積極的にＡｌ分を取り込みながら、高効率で高純度の低シリカＸ型ゼオライトに変質することが可能となり、結果として従来技術では得られなかった高強度高純度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体が得られる。
【００２８】
本願発明を更に詳細に説明する。
【００２９】
本願発明で使用する低シリカＸ型ゼオライト粉末は、特開昭５３−８４００号公報、特開平１−５６１１２号公報、特開平１０−３１０４２２号公報、特開平１１−２１７２１２号公報などに記載されている方法で製造すればよい。
【００３０】
例えば、特開昭５３−８４００号公報にはナトリウム、カリウム、アルミネートおよびシリケートの各イオンを含有する溶液を混合し、下記の組成の混合物を得、約５０℃の温度で結晶化が完了するまでの十分な時間結晶化させることにより低シリカＸ型ゼオライト粉末を得る方法が開示されている。
【００３１】
【００３２】
このような方法により得られたＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下の低シリカＸ型ゼオライト粉末１００重量部に対し、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が１．９以上２．１以下のカオリン質粘土を１０〜５０重量部、好ましくは１５〜２５重量部および水を十分に混合し、水分量を調節しながら均一に混練する。低シリカＸ型ゼオライト粉末とカオリン質粘土の混合は、水を添加する前の乾燥状態である程度行なった後、必要量の水を添加して混合、混練を行なうことが、均一な混練物を得るために効果的であり、好ましい。カオリン質粘土の添加部数が少な過ぎる場合は十分な成形体の強度が得られず、多過ぎる場合は結晶化が十分進行せず、低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカＸ型ゼオライト純度が低下する。混練物の調節すべき水分量は、カオリン質粘土の添加部数およびその後の造粒、成形方法により異なる。カオリンの添加部数が少ない場合は水分を多めに、多い場合は少なめに調節することが必要となる。これはゼオライトの吸湿量がカオリン質粘土の吸湿量よりも大きいため、造粒、成形に適する混練物の物性を得るための水分量がカオリン質粘土の添加部数により異なるためであり、また造粒、成形方法により造粒、成形に適する混練物の物性も異なるためである。混練物の造粒性、成形性を高めるために、その後の焼成、バインダレス化に著しい悪影響を及ぼさない範囲で有機系、無機系の各種造粒成形助剤を添加してもよい。
【００３３】
得られた混練品は種々の造粒、成形方法により造粒、成形する。たとえば、押出し造粒法によるペレット造粒、あるいは攪拌造粒法や転動造粒法によるビーズ造粒、更には膜状の成形物や、ハニカム構造を有するモノリス成形体などが挙げられる。
【００３４】
得られた造粒物、成形物を乾燥後、５００〜７００℃好ましくは６００〜６５０℃で焼成して、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得る。焼成は添加したカオリン質粘土のその後のバインダレス化による低シリカＸ型ゼオライトへの変質を容易にするために必須である。焼成によりカオリン質粘土は非晶質のメタカオリンに変化し、低シリカＸ型ゼオライトへの変質が容易になる。乾燥、焼成の方法としては造粒物、成形物の熱処理により発生した系内の水分が著しく滞らない構造であれば、通常の方法により実施することができ、例えば熱風乾燥機、マッフル炉、ロータリーキルン、管状炉等を用いて実施することができる。
【００３５】
本願発明では、以上のようにして得られた低シリカＸ型ゼオライト含有成形体と、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉの溶解量がＡｌの溶解量よりも多い苛性溶液と接触させる、あるいは、予めＡｌ分を添加した苛性溶液と接触させることを特徴とする。例えば使用する苛性溶液は水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合溶液が好ましい。水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合割合は、モル比で、Ｋ／（Ｎａ＋Ｋ）＝０．１〜０．４が好ましい。０．１以下でも０．４以上でもバインダレス化が不十分で、Ａ型ゼオライト、ソーダライト、Ｆ型ゼオライトおよびＥ型ゼオライト等の不純物が生成しやすく、低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカＸ型ゼオライトの含有率が低下するため好ましくない。
【００３６】
低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液とは、例えばＡｌ分の溶解度よりもＳｉ分の溶解度の方が高い状態の苛性溶液である。溶液の溶解度は、溶液の組成や濃度および温度によって異なるため、バインダレス化の温度により、使用すべき苛性溶液の組成と濃度が異なる。
【００３７】
バインダレス化の温度としては４０℃以上で実施でき、温度が高いほどバインダレス化の速度には有利であるが、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質は発熱反応であること、使用する装置材料の温度限界や不純物の生成の抑制等を考慮すると７０〜８０℃が好ましい。
【００３８】
したがって、この温度領域でかつ上記のような水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合割合の場合、Ａｌ分の溶解度よりもＳｉ分の溶解度の方が高い状態の苛性溶液とは、約６モル／リットル以上であり、苛性溶液の濃度が高ければ高いほどこの度合いは高まり、好ましくは約８モル／リットル以上がその効果が著しくなり、バインダレス化の速度には有利であるため好ましい。図２および図３に７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の１０モル／リットルの苛性溶液中のＳｉ分とＡｌ分の溶解度およびそれぞれの溶解度に基づく苛性溶液中のＳｉ／Ａｌモル比を示す。図２および図３から、苛性溶液の濃度が高ければ高いほど、Ｓｉ分の溶解度がＡｌ分の溶解度よりも大きくなることが理解できるが、濃度が６モル／リットル付近では、その効果が小さいため、バインダレス化の処理時間が短い場合には、バインダレス化の進行が不十分となり、フォージャサイト型ゼオライトのＸ線回折において、指数２２０に帰属されるピーク強度が、指数３１１に帰属されるピーク強度よりも弱くなりやすく、メタカオリンの低シリカＸ型ゼオライトへの変質の進行も遅い。一方で、苛性溶液の濃度が高くなるほど、その効果が大きく、短時間でバインダレス化が十分に進行、結晶性も高まるため好ましい。
【００３９】
したがって、バインダレス化に必要な時間としては、苛性溶液の濃度が６モル／リットル以上の場合には、少なくとも１０時間以上、８モル／リットル以上の場合には、少なくとも５時間以上の接触時間が必要とされる。
【００４０】
また予めＡｌ分を添加した苛性溶液とは、例えば、アルミン酸ナトリウムのような水溶性Ａｌ分を添加した苛性溶液や、低シリカＸ型ゼオライトやカオリン質粘土その他固体のＡｌ分を添加した苛性溶液であり、メタカオリンが低シリカＸ型ゼオライトに変質する際に、積極的にＡｌ分を取り込むような状態であれば、固体その他Ａｌ分の形態については限定しない。また、バインダレス化に一度以上使用した苛性溶液を再利用することも好ましい。したがってこの様な予めＡｌ分を添加する場合は、予めＡｌ分を添加しない場合に比較して、苛性溶液の濃度は低くても同様の効果が生じるため、バインダレス化の進行は十分となる。
【００４１】
苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量としては、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリン質粘土が全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の５倍以上が必要とされる。特に、低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカＸ型ゼオライトの含有率を高く、迅速にバンダレス化するためには１０倍以上が好ましく、１５〜２０倍が更に好ましい。カオリン質粘土の全てが低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量とは、カオリン質粘土中のＡｌ分と当量の水酸化アルカリ金属の量に相当する。
【００４２】
ただし３０倍以上にすると、苛性溶液へのＡｌ分、Ｓｉ分の溶解量が増して、強度が低下、苛性溶液の使用量が多いためにコストが高くなるなどのため好ましくない。ただし、バインダレス化に一度以上使用した苛性溶液のように、予め十分な量のＡｌ分、Ｓｉ分が溶解した苛性溶液の場合はその限りではない。
【００４３】
低シリカＸ型ゼオライト含有成形体と苛性溶液との接触方法は特に限定しないが、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を固定床カラムに充填して、苛性溶液を循環流通させることが簡便で効率がよい。
【００４４】
以上のようなバインダレス化により、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りがカリウムである低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体が得られる。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は洗浄し、そのままあるいは必要により交換可能なカチオン部位の一部または全部を、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属カチオン、カルシウム等のアルカリ土類金属カチオン、その他遷移金属カチオンおよび／またはこれらの混合物にイオン交換する。特に窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮するなどの目的で使用する場合には、交換可能なカチオン部位の一部または全部をリチウムにイオン交換する。すなわち、リチウムのイオン交換率は所望のイオン交換率まで、例えば５０％以上、好ましくは８０％以上、更に好ましく９５％以上にリチウムにイオン交換する。その後、ある程度乾燥して、５００〜５５０℃で除湿空気または窒素流通下で焼成活性化を施すことにより各種吸着剤として使用することができる。以上のような方法により、焼成活性化後の吸着容量や耐圧強度および対摩耗強度として、従来技術で得られる低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体より著しく向上した、従来は得る事ができなかった高純度、高結晶性で且つ高強度の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を迅速に、効率良く得ることができる。
【００４５】
以上の工程により得られた高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は、混合気体中の易吸着成分を吸着させて分離濃縮を行なう吸着分離のための吸着剤用途、例えば空気中の窒素を選択的に吸着させ濃縮酸素ガスを回収する用途に用いることができる。ＰＳＡ法により空気中の酸素を濃縮回収する場合には、空気を吸着剤として使用する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の充填層と接触させて窒素を選択的に吸着させ、濃縮酸素を充填層出口から回収する吸着工程と、空気と充填層の接触を中断し充填層内を減圧にして吸着した窒素を脱着させ排気する再生工程と、吸着工程で得られた濃縮酸素により充填層内を加圧する復圧工程からなる一連の工程により運転される。空気分離用のＰＳＡ装置を構成する吸着塔の数は複数であり、通常２塔あるいは３塔である。原料空気はブロワーあるいはコンプレッサーから供給されるが、空気中の水分は窒素の吸着を阻害するため充填層に導入する前に水分を除去する必要がある。原料空気の脱湿は通常、露点−５０℃以下まで行われる。原料空気の温度は吸着剤の性能と密接な関係があり、吸着剤の性能が十分引き出せるように加温あるいは冷却されることもあるが、通常は１５〜３５℃程度の温度である。
【００４６】
吸着工程の吸着圧力は高いほうが窒素の吸着量は増加する。原料空気を供給するブロワーあるいはコンプレッサーにかかる負荷を考慮すると、吸着圧力としては６００Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４７】
再生工程の再生圧力は吸着圧力より低ければ可能であるが、より低いほうが、より多くの窒素を脱着させることができ好ましい。より低い再生圧力を得るために、真空ポンプを使用することもできる。その場合、真空ポンプにかかる負荷を考慮すると、再生圧力としては１００Ｔｏｒｒ以上４００Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４８】
復圧工程は吸着工程で得られた濃縮酸素ガスを使用するため、復帰圧力が高い場合は製品ガスとして取り出す濃縮酸素ガスの量が減少する。また復帰圧力が低い状態で吸着工程に移ると、原料空気は加圧されているため窒素が吸着剤に吸着しないで充填層の出口へ破過する恐れがある。また原料空気中の窒素が充填層出口へ破過するのを防ぐために、吸着工程が始まってから最初の１〜５秒程度は濃縮酸素を原料空気と向流となるように充填層に戻して圧力を復帰させることもできる。復帰圧力は、吸着圧力よりも低く、再生圧力よりも高い圧力が選ばれるが、上記の好ましい吸着圧力と再生圧力を設定した場合には、復帰圧力としては４００Ｔｏｒｒ以上８００Ｔｏｒｒ以下が好ましい。
【００４９】
特に本発明の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は、ＰＳＡ法による空気分離においてより効果的である。このためＰＳＡ法による空気分離を行った場合において、濃縮酸素ガスの取り出し量および回収率が高く、ＰＳＡ装置を運転する時の動力原単位を低減させることが可能である。
【００５０】
【実施例】
次に本願発明を具体的な実施例により説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５１】
なお実施例における各種物性の測定方法は以下の通りである。
【００５２】
（１）化学組成の測定方法
試料を硝酸とフッ酸を用いて完全に溶解した後、ＩＣＰ発光分析装置（パーキンエルマー社製、型式ｏｐｔｉｍａ３０００）を用い、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｌｉの含有量を測定した。
【００５３】
（２）結晶構造の測定方法
６０℃以上で熱処理した試料を温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置して水和した試料を、Ｘ線回折装置（フィリップス社製、型式ＰＷ−１７００またはマックサイエンス社製、型式ＭＸＰ−３）により、Ｘ線源として４０ｋＶ、５０ｍＡで発生させたＣｕＫα線（λ＝１．５４１８オングストローム）を用いて、ステップサイズ０．０２０゜、サンプルタイム１．００秒、モノクロメーターを使用して測定した。
【００５４】
フォージャサイト型ゼオライトの指数と、それに帰属されるピーク位置との関係は以下の通りである。
【００５５】
【００５６】
（３）水分平衡吸着量の測定方法
６０℃以上で乾燥した試料を温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置し、９００℃１時間強熱し測定した。すなわち、水分吸着後の重量をＸ1，これを９００℃１時間強熱した後の重量をＸ2とし、水分平衡吸着量（％）は、以下式から求めた。
【００５７】
水分平衡吸着量（％）＝｛（Ｘ1−Ｘ2）／Ｘ2｝×１００
（４）耐圧強度の測定方法
ＪＩＳ−Ｒ−１６０８に記載の試験方法を参考とし、木屋式デジタル硬度計（藤原製作所社製、型式ＫＨＴ−２０Ｎ）を用い、常温、常圧の雰囲気にて、検体である焼成活性化した成形体の直径方向に一定速度（１ｍｍ／秒）で加圧板（ステレンス製、直径５ｍｍ）を押しつけて圧縮負荷を加えた時、成形体が耐えることができる最大荷重（単位：ｋｇｆ）を測定した。結果は測定値２５個の単純平均値で示す。耐圧強度は粒径による依存性があるため、測定試料は篩い分けにより粒径を１．４〜１．７ｍｍ（１０♯〜１２♯）に揃えたものを測定した。
【００５８】
（５）摩耗率の測定方法
摩耗率はＪＩＳ−Ｋ−１４６４に記載の粒子強度の測定法に準じて算出した。
【００５９】
すなわち、試料である焼成活性化した成形体を予め温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置し、ついで、試料約７０ｇを８５０μｍ、３５５μｍおよび受皿をセットした篩い（東京スクリーン社製、型式ＪＩＳ−Ｚ−８８０１）を用いて３分間篩い分けし、ついで付着物を取り除いた前記篩いに３分間篩い分けして残った試料５０ｇを正確に秤り取り、同時に５個の１０円銅貨をセットし、１５分間振動する。受皿に落ちた試料をＸｇとして次式で摩耗率を算出した。
【００６０】
摩耗率（重量％）＝（Ｘ／５０）×１００
（６）Ｓｉ−ＮＭＲの測定方法
Ｓｉ−ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定はＮＭＲ装置（バリアン社製、ＶＸＲ−３００Ｓ）により２９Ｓｉ−ＭＡＳ（ｍａｇｉｃ ａｎｇｌｅ ｓｐｉｎｎｉｇ）ＮＭＲを測定した。測定は予め温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置した試料を用い、観測周波数５９．６ＭＨｚ、パルス幅（９０°パルス）４．４μｓ、測定繰返し時間３ｓ、繰返し回数２０００回、回数周波数９．０ｋＨｚ、外部標準としてテトラメチルシランを０ｐｐｍとして、Ｓｉ−３Ａｌピークは−８９ｐｐｍに、Ｓｉ−４Ａｌピークは−８４ｐｐｍに観測された。これらのピークの高さまたは面積を比較した。
【００６１】
（７）窒素吸着容量の測定方法
約５００ｍｇの資料を秤量し、カーン式電子天秤を用いて測定した。前処理条件としは、０．００１ｍｍＨｇ以下の圧力下、３５０℃で２時間、活性化を行なった。冷却後、窒素ガスを導入し、吸着温度を２５℃、吸着圧力を７００ｍｍＨｇに保ち、十分平衡に達した後の重量を測定し、窒素吸着容量（Ｎｃｃ／ｇ）を算出した。窒素吸着容量が大きいことは、窒素と酸素を含有する混合気体から窒素を吸着分離させる性能が高いことを示す。
【００６２】
（８）ＰＳＡ法による空気分離試験
図１に示す空気分離性能試験装置を用いて、以下の手順に従い空気分離試験を行った。
【００６３】
吸着塔［１３］および［１４］に空気分離用吸着剤として使用する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を約２Ｌ充填する。吸着塔［１２］が吸着工程時には、コンプレッサー［１］で圧縮された空気を脱水塔［２］で脱湿した後、減圧弁［３］で０．５〜０．６ｋｇ／ｃｍ2Ｇまで減圧し、電磁弁［５］および［７］を開にして吸着塔内を流通させる（空気温度は２５℃）。得られた濃縮酸素ガスは製品タンク［１７］へ貯め、濃縮酸素ガスの取り出し量はマスフローメーター［１８］により調整した。吸着工程終了時点での圧力は１．４ａｔｍで一定にした。吸着塔［１３］が再生工程時には電磁弁［５］および［７］は閉じ、電磁弁［６］を開にして真空ポンプ［２０］で吸着塔内を減圧にした。再生工程終了時点での到達圧力は２５０Ｔｏｒｒで一定にした。吸着塔［１３］が復圧工程時には電磁弁［６］を閉じ、電磁弁［８］を開にして製品タンク［１７］内の濃縮酸素ガスで吸着塔内を復圧する。復圧工程終了時の圧力は５００Ｔｏｒｒで一定にした。圧力は圧力計［１５］で測定した（吸着塔［１４］については圧力計［１６］を使用）。復圧された吸着塔［１３］は続いて吸着工程が行われ、順次これらの工程が繰り返される。それぞれの工程の時間は、吸着工程が１分、再生工程および復圧工程が３０秒とした。なお電磁弁の作動はシーケンサーにより制御した。
【００６４】
吸着塔［１４］についても同様の工程で行われるが、濃縮酸素ガスを連続的に取り出すために、吸着塔［１３］が吸着工程である間は吸着塔［１４］は再生工程および復圧工程が行われ、吸着塔［１３］が再生工程および復圧工程の間は吸着塔［１４］は吸着工程が行われる。
【００６５】
濃縮酸素ガスの濃度は、その値が定常となった後、酸素濃度計［１９］で測定し、積算流量計［２１］の値から正確な濃縮酸素ガスの流量を測定した（以下、酸素量と呼ぶ）。また再生工程時に真空ポンプ［２０］により排気される排気ガスの流量については積算流量計［２２］の値から測定した（以下、排ガス量と呼ぶ）。なおそれぞれのガス量の測定は２５℃で行った。
【００６６】
吸着剤の空気分離性能は、９３％濃度の酸素量と９３％濃度の濃縮酸素ガスを原料空気から回収できた割合（以下、回収率と呼ぶ）で表した。なお空気分離試験は吸着塔の温度を０℃および２５℃で行った。
【００６７】
酸素量は積算流量計で測定した値を標準状態へ換算し、吸着剤１ｋｇ（無水状態）、１時間あたりの流量で表し、その単位はＮリットル／（ｋｇ・ｈｒ）である。回収率は以下の式により算出した。
【００６８】
回収率＝（酸素量×０．９３）÷（供給空気量×０．２０９）×１００（％）
供給空気量＝（酸素量）＋（排ガス量）
実施例１
まず、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比１．９〜２．１の低シリカＸ型ゼオライト粉末を以下の手順により合成した。
【００６９】
内容積２０リットルのステンレス製反応容器にケイ酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝３．８重量％、ＳｉＯ2＝１２．６重量％）１０７７０ｇ、水１３３０ｇ、水酸化ナトリウム（純度９９％）１３１０ｇ、工業用水酸化カリウム水溶液（純度４８％）３６３０ｇを入れ１００ｒｐｍで攪拌しながらウォーターバスを用い４５℃に保った。この溶液に４０℃に保ったアルミン酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝２０．０重量％、Ａｌ2Ｏ3＝２２．５重量％）５３９０ｇを１分かけて投入した。投入直後より白濁しゲル化が始まった。
【００７０】
投入終了直前、ゲル全体の粘度は上昇し、反応容器上部でスラリーの部分的停滞が生じたものの約３分後には全体が均一に流動化した。スラリー全体が流動化した時点で低シリカＸ型ゼオライト粉末（強熱減少量２２．５％）４．２２ｇを少量の水に分散し添加した。このとき加えた低シリカＸ型ゼオライトの量は、生成する低シリカＸ型ゼオライトに対し０．１重量％である。添加終了後のスラリーの組成は、３．３９Ｎａ2Ｏ・１．３１Ｋ2Ｏ・１．９０ＳｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3・７４．１Ｈ2Ｏであり、理論的に生成するＬＳＸ濃度としては１４．７重量％である。このまま１００ｒｐｍで攪拌を継続し、４５℃で４時間熟成を行なった。
熟成後、攪拌を継続しながら１時間かけて７０℃に昇温した。昇温後、攪拌を停止し、７０℃で８時間結晶化を行なった。得られた結晶を濾化し、純水で十分に洗浄した後、７０℃で１晩乾燥した。
【００７１】
得られた低シリカＸ型ゼオライト粉末のＸ線回折の結果を図４に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、フォージャサイト型ゼオライトのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００７２】
【００７３】
この低シリカＸ型ゼオライト粉末１００重量部に対し，ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．０のカオリン（ドライブランチカオリン社製、製品名ハイドライトＰＸＮ）２０重量部をミックスマラー混合機（新東工業社製、型式ＭＳＧ−１５Ｓ）で１５分間混合後、必要量の水を１５分間で投入し、その後１．５時間混練した。得られた混練物の水分量は約３８重量％であった。
【００７４】
この混練物を羽根攪拌式造粒機ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製、型式ＦＭ／Ｉ−７５０）で粒径１．２〜２．０ｍｍのビーズ状に攪拌造粒成形し、マルメライザー成形機（不二パウダル社製、型式Ｑ−１０００）を用いて整粒した後、６０℃で１晩乾燥した。ついで管状炉（アドバンテック社製）を用いて空気流通下において、６００℃で３時間焼成して造粒物中のカオリンをメタカオリン化して低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライト含有成形体のＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０、水分平衡吸着量は２７．９％であり、原料低シリカＸ型ゼオライト粉末の水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライト含有成形体は低シリカＸ型ゼオライト１００部に対して水分平衡吸着量が０％のバインダー分が２０部存在している計算になる。またＸ線回折の結果を図５に示す。このＸ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００７５】
【００７６】
この低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を内容積１３リットルのＳＵＳ３０４製カラムに９．０ｋｇ充填し、４０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、４０℃の苛性濃度１０．０モル／リットル苛性溶液２５．２リットル（ＮａＯＨ：７．２モル／リットル、ＫＯＨ：２．８モル／リットル）をカラムの下方から５６０ｃｃ／分で３時間循環通液により熟成した。
【００７７】
その後、苛性液を循環通液しながら温度を４０℃から７０℃に昇温し、そのまま６時間循環通液により結晶化させた。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１８倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．４％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のは低シリカＸ型ゼオライト含有率は９９．７％であった。またＸ線回折の結果を図６に示す。 Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００７８】
【００７９】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折の結果を図７に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，３３１，５３３，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順となった。
【００８０】
【００８１】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、管状炉（アドバンテック社製）を用いて除湿空気流通下において、５００℃で３時間焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２８．６８Ｎｃｃ／ｇであった。
【００８２】
実施例２
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、内容積５．７リットルのポリプロピレン製カラムに４．０ｋｇ充填し、４０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、４０℃の苛性濃度６．１モル／リットル苛性溶液１５．９リットル（ＮａＯＨ：４．４モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル）をカラムの下方から通液し、カラム内が苛性液で置換された後、通液を停止し、３時間静置により熟成した。その後、再び苛性液を３００ｃｃ／分循環流通しながら温度を４０℃から７０℃に昇温し、そのまま２２時間循環流通により結晶化させた。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１４．５倍であった。
【００８３】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライト含有率は９８．８％であった。またＸ線回折の結果を図８に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００８４】
【００８５】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をＸ線回折した結果を図９に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，５３３，３３１，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順となった。
【００８６】
【００８７】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２８．９７Ｎｃｃ／ｇであった。
【００８８】
比較例１
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、内容積３．１リットルのポリプロピレン製カラムに２．２ｋｇ充填し、４０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、４０℃の苛性濃度３．１モル／リットル苛性溶液１６．２リットル（ＮａＯＨ：２．２モル／リットル、ＫＯＨ：０．９モル／リットル）をカラムの下方から２２０ｃｃ／分で３時間循環通液により熟成した。その後、苛性液を循環通液しながら温度を４０℃から７０℃に昇温し、そのまま６時間循環流通により結晶化させた。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【００８９】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３１．５％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライト含有率は９４．０％であった。またＸ線回折の結果を図１０に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライト単相であり、そのＸ線回折において、指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順となった。
【００９０】
【００９１】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折した結果を図１１に示す。Ｘ線回折の結果、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，５３３，３３１，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順となった。
【００９２】
【００９３】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２６．４１Ｎｃｃ／ｇであり、実施例１の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体および実施例２の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体と比較した場合、ＬＳＸ含有率はそれぞれ６％および５％の低下であるのに対し、窒素吸着容量は８％および９％も低下した。
【００９４】
実施例３
実施例1と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を内容積３．１リットルのポリプロピレン製カラムに２．２ｋｇ充填し、７０℃の純水で洗浄した。洗浄の後、７０℃の苛性濃度１０．０モル／リットル苛性溶液５．９４リットル（ＮａＯＨ：７．２モル／リットル、ＫＯＨ：２．８モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）をカラムの下方から２２０ｃｃ／分で６時間循環流通した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１８倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．４％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９９．７％であった。Ｘ線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されなかった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは確認されず、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．００であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：６．６モル／リットル、ＫＯＨ：２．５モル／リットル、Ａｌ：０．０７モル／リットル、Ｓｉ：０．０９モル／リットルであった。
【００９５】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９６．８％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ２．６％と０．６％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９６であった。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２６．８Ｎｃｃ／ｇ、耐圧強度は１．７ｋｇｆ、摩耗率は０．０１％であった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１２０．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５９．６％の非常に高いＰＳＡ性能を示した。
【００９６】
実施例４
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、苛性濃度１２．０モル／リットル苛性溶液４．０５リットル（ＮａＯＨ：８．６モル／リットル、ＫＯＨ：３．４モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例３と同じ要領によりバインダレス化処理した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【００９７】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．７％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率はほぼ１００％であることが確認された。Ｘ線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されなかった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは確認されず、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．００であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：６．７モル／リットル、ＫＯＨ：２．５モル／リットル、Ａｌ：０．０７モル／リットル、Ｓｉ：０．０８モル／リットルであった。
【００９８】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９８．０％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．５％と０．３％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９７であった。
【００９９】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２７．８Ｎｃｃ／ｇ、耐圧強度は１．０ｋｇｆ、摩耗率は０．０３％であった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１２２．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５９．０％の非常に高いＰＳＡ性能を示した。
【０１００】
実施例５
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、予めアルミン酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝２０．０重量％、Ａｌ2Ｏ3＝２２．５重量％）１１０ｇを添加した苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０６モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例３と同じ要領によりバインダレス化処理した。
【０１０１】
この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．５％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率はほぼ１００％であることが確認された。Ｘ線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されなかった。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：３．６モル／リットル、ＫＯＨ：１．４モル／リットル、Ａｌ：０．０５モル／リットル、Ｓｉ：０．０４モル／リットルであった。
【０１０２】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９８．３％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．２％と０．４％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９８であった。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。
【０１０３】
以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２８．５Ｎｃｃ／ｇ、耐圧強度は１．１ｋｇｆ、摩耗率は０．０５％であった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１２３．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５９．２％の非常に高いＰＳＡ性能を示した。
【０１０４】
比較例２
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、苛性濃度３．０モル／リットル苛性溶液１６．２リットル（ＮａＯＨ：２．２モル／リットル、ＫＯＨ：０．８モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例１と同じ要領によりバインダレス化処理した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【０１０５】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３１．７％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９４．６％であることが確認された。Ｘ線回折の結果では、フォージャサイト型ゼオライトに由来する回折線以外に、Ａ型ゼオライトに由来する回折線が確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１３であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：２．０モル／リットル、ＫＯＨ：０．８モル／リットル、Ａｌ：０．０４モル／リットル、Ｓｉ：０．０３モル／リットルであった。
【０１０６】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９７．９％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ１．９％と０．２％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４であった。
【０１０７】
得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２６．３Ｎｃｃ／ｇで、Ｌｉイオン交換率が１．１％低い実施例３の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量よりさらに２．１％も低い。耐圧強度は０．６ｋｇｆ、摩耗率も０．３７％で、実施例３，４と比較して強度は非常に低かった。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１１８．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５８．５％とＰＳＡ性能も低下した。
【０１０８】
比較例３
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を、苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）で実施例３と同じ要領によりバインダレス化処理した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。
【０１０９】
苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄し低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９８．８％であることが確認された。Ｘ線回折の結果では、フォージャサイト型ゼオライトに由来する回折線以外に、Ａ型ゼオライトに由来する回折線が微弱ながら確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１１であった。回収した苛性溶液の化学分析をした結果、ＮａＯＨ：３．６モル／リットル、ＫＯＨ：１．４モル／リットル、Ａｌ：０．０５モル／リットル、Ｓｉ：０．０５モル／リットルであった。
【０１１０】
この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、水酸化リチウムでｐＨを調整した塩化リチウム水溶液と接触させ、十分に洗浄することによりＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を得た。このＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Ｌｉイオン交換率は９７．４％、ＮａとＫのイオン交換率はそれぞれ２．４％と０．３％、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４であった。得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例１と同様に焼成活性化した。
【０１１１】
以上の方法により得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量は２５．７Ｎｃｃ／ｇで、Ｌｉイオン交換率が０．６％低い実施例３の低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の窒素吸着容量よりもさらに４．２％も低かった。、耐圧強度は０．８ｋｇｆ、摩耗率も０．２１％で、実施例５と比較して強度は低下した。また、得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＰＳＡ法による空気分離試験を実施したところ、酸素量は１１６．０Ｎリットル／（ｋｇ・ｈｒ）、回収率は５８．２％のＰＳＡ性能も低下した。
【０１１２】
実施例６
実施例１と同じ低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を内容積３．１リットルのポリプロピレン製カラムに２．２ｋｇ充填し、７０℃の純水で洗浄した。洗浄に引続き、低シリカＸ型ゼオライト粉末３５ｇを添加して十分撹拌溶解した７０℃の苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０３モル／リットル、Ｓｉ：０．０４モル／リットル）をカラムの下方から２２０ｃｃ／分で６時間循環流通した。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て低シリカＸ型ゼオライトに変質するに足る量の１５倍であった。苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で十分に洗浄しバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３２．９％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９８．２％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。
【０１１３】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９８、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を、管状炉（アドバンテック社製）を用いて除湿空気流通下において、５００℃で３時間焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．０ｋｇｆ、摩耗率は０．０８％であった。
【０１１４】
実施例７
苛性溶液として、実施例１で使用した後に回収した苛性溶液に水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを添加して十分撹拌溶解した７０℃の苛性濃度６．０モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．３モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０３モル／リットル、Ｓｉ：０．０３モル／リットル）を使用した以外は全て実施例６と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．４％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９９．７％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０５であった。
【０１１５】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９９、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．１ｋｇｆ、摩耗率は０．１０％であった。
【０１１６】
実施例８
苛性溶液として、空気流通下で６００℃３時間焼成してメタカオリン化したカオリン粉末２１０ｇを添加して十分撹拌溶解したのち、デカンテーションにより不溶固形分を分離した７０℃の苛性濃度６．２モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．６モル／リットル、ＫＯＨ：１．８モル／リットル、Ａｌ：０．１２モル／リットル、Ｓｉ：０．１２モル／リットル）を使用した以外は全て実施例６と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９９．８％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。
【０１１７】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９９、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。
【０１１８】
得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．４ｋｇｆ、摩耗率は０．０５％であった。
【０１１９】
実施例９
苛性溶液として、ケイ酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝３．８重量％、ＳｉＯ2＝１２．６重量％）１５５ｇ、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ｎａ2Ｏ＝２０．０重量％、Ａｌ2Ｏ3＝２２．５重量％）１４７ｇを添加して十分撹拌溶解した７０℃の苛性濃度６．１モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．４モル／リットル、ＫＯＨ：１．７モル／リットル、Ａｌ：０．０４モル／リットル、Ｓｉ：０．０４モル／リットル）を使用した以外は全て実施例１と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．５％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率はほぼ１００％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークは僅かに確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．０８であった。
【０１２０】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は１．９９、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であり、ほぼ完全にバインダレス化がなされたことが確認された。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度は１．５ｋｇｆ、摩耗率は０．０５％であった。
【０１２１】
比較例４
苛性溶液として、予め特にＡｌ分および／またはＳｉ分を添加しない７０℃の苛性濃度６．２モル／リットル苛性溶液８．１リットル（ＮａＯＨ：４．４モル／リットル、ＫＯＨ：１．８モル／リットル、Ａｌ：０．００モル／リットル、Ｓｉ：０．００モル／リットル）を使用した以外は全て実施例６と同じ要領により、バインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を得た。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の水分平衡吸着量は３３．１％であり、低シリカＸ型ゼオライトの水分平衡吸着量３３．５％から逆算すると、この低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカＸ型ゼオライトの含有率は９８．８％であることが確認された。またＳｉ−ＮＭＲの結果、Ｓｉ−３Ａｌに由来するピークが確認され、（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）＝０．１１であった。
【０１２２】
また、得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の化学分析をした結果、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は２．０４、（Ｎａ＋Ｋ）／Ａｌは１．０であった。得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体を実施例１と同様に焼成活性化した。以上の方法により得られたバインダレス低シリカＸ型ゼオライト成形体の耐圧強度を測定したと
ころ、測定不能の０．８ｋｇｆ、摩耗率も０．２１％で、実施例６〜９と比較して強度として低下した。
【０１２３】
実施例１０
内容積１００ミリリットルのポリエチレン製広口瓶に種々の濃度の苛性溶液約５０ミリリットル（Ｋ／（Ｎａ＋Ｋ）＝０．２８モル比）と実施例１で調製したＬＳＸ粉末数グラムを投入し、７０℃の恒温振とう機にセットし、２４時間以上処理して、苛性溶液に十分にＳｉ分、Ａｌ分を溶解させた。得られた溶液の上澄みを硝酸とフッ酸または硝酸を用いて完全に溶解した後、ＩＣＰ発光分析装置（パーキンエルマー社製、型式ｏｐｔｉｍａ３０００）を用い、Ｓｉ分、Ａｌ分の溶解度を測定した。得られた、７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の１０モル／リットルの苛性溶液中のＳｉ分とＡｌ分の溶解度を図２に示す。また、同条件の溶解度に基づく苛性溶液中のＳｉ／Ａｌモル比を図３に示す。図２および図３から、苛性溶液の濃度が約６モル／リットル以上で、Ｓｉ分の溶解度がＡｌ分の溶解度よりも大きくなり、苛性溶液の濃度が高ければ高いほどその傾向が著しくなることがわかる。特に、苛性溶液の濃度が約８モル／リットル以上で、Ｓｉ分の溶解度とＡｌ分の溶解度が明確な差をもつ傾向が理解できる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体は低シリカＸ型ゼオライトの含有率が高く、吸着性能が非常に優れ、耐圧強度および耐摩耗強度が非常に高いため、例えば窒素と酸素とを主成分とする混合ガスから吸着分離法によって酸素を分離、濃縮する場合など、混合ガスと低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を繰返し接触させるなどの吸着剤システムとしての工業的利用において、非常に優れた酸素取出し性能を示すとともに、吸着剤システムの配管や弁詰り、成形体充填層の圧損の増大、あるいは製造ガスへの異物混入など著しいトラブルを回避することができる。また、本発明によれば、吸着剤として非常に性能の高い高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を簡単で迅速に製造することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気分離性能試験装置の系統図
【符号の説明】
１：コンプレッサー
２：脱水塔
３：減圧弁
４：露点計
５〜１２：電磁弁
１３、１４：吸着塔
１５、１６：圧力計
１７：製品タンク
１８：マスフローメーター
１９：酸素濃度計
２０：真空ポンプ
２１、２２：積算流量計
【図２】実施例８で行った、７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の苛性溶液中のＳｉ分とＡｌ分の溶解度のグラフ。
【図３】実施例８で行った、７０℃におけるＫ／（Ｎａ＋Ｋ）モル比＝０．２８の苛性溶液中のＳｉ／Ａｌモル比のグラフ。
【図４】 実施例１で得られた低シリカＸ型ゼオライト粉末のＸ線回折図である。
【図５】実施例１で得られた低シリカＸ型ゼオライト含有成形体のＸ線回折図である。
【図６】実施例１で得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図７】実施例１で得られたＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図８】実施例２で得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図９】実施例２で得られたＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図１０】比較例１で得られた低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
【図１１】比較例１で得られたＬｉ型低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体のＸ線回折図である。
Claims (17)
- Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数２２０に帰属されるピーク強度が指数３１１のピーク強度よりも強く、低シリカＸ型ゼオライトの含有率が９８％以上であり、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２．００±０．０５であり、Ｓｉ−ＮＭＲ測定によるＳｉ−３Ａｌに帰属されるピーク強度とＳｉ−４Ａｌに帰属されるピーク強度の比が｛（Ｓｉ−３Ａｌピーク強度）／（Ｓｉ−４Ａｌピーク強度）｝＜０．１である高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体。
- 請求項１記載の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体で、Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，７５１＋５５５，６４２，５３３，２２０，３１１及び３３１のピーク強度が以下の順である、交換可能なカチオン部位の約６０％から約９０％がナトリウムで残りの一部または全部がカリウムである高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体。
強度の順番 指数
１ １１１
２ ７５１＋５５５
３ ６４２
４ ５３３
５ ２２０
６ ３１１
７ ３３１ - 請求項１又は請求項２に記載の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体において、交換可能なカチオン部位の一部または全部がリチウムにイオン交換されており、リチウム以外のカチオンが存在する場合は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属から選ばれたカチオンまたはこれらの混合物であるイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体。
- Ｘ線回折において、フォージャサイト型ゼオライトの指数１１１，６４２，３３１，５３３，７５１＋５５５，２２０及び３１１のピーク強度が以下の順である請求項３記載のイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体。
強度の順番 指数
１ １１１
２ ６４２
３又は４ ３３１又は５３３
５ ７５１＋５５５
６ ２２０
７ ３１１ - 粒径として１．４〜１．７ｍｍに分級した粒子を代表として測定した耐圧強度の平均値が０．７ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体。
- 粒径として１．４〜１．７ｍｍに分級した粒子を代表として測定した耐圧強度の平均値が１．０ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又はイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体。
- ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．９以上２．１以下の低シリカＸ型ゼオライトとＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．９以上２．１以下のカオリン質粘土を混合、混練、成形、焼成することにより低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を得、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体を６モル／リットル以上の苛性溶液と４０℃以上８０℃以下で接触させることにより、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体中のカオリン質粘土の一部または全部を低シリカＸ型ゼオライトに変質させることにより、原料の低シリカＸ型ゼオライトのＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比よりも小さいＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比を有する低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体にすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又は当該高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をイオン交換して得られるイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法。
- 請求項７記載の製造方法において、該低シリカＸ型ゼオライト含有成形体からのＳｉ分の溶解量がＡｌ分の溶解量よりも多い苛性溶液を使用することを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又は当該高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をイオン交換して得られるイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法。
- 請求項７又は請求項８に記載の製造方法において、８モル／リットル以上の苛性溶液と５時間以上接触させることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又は当該高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をイオン交換して得られるイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法。
- 請求項７又は請求項８に記載の製造方法において、予めＡｌ分を添加した苛性溶液と接触させることを特徴とする高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又は当該高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をイオン交換して得られるイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体の製造方法。
- 混合気体を請求項１乃至６のいずれか一項に記載の高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体又は当該高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体をイオン交換して得られるイオン交換型高純度低シリカＸ型ゼオライトバインダレス成形体を単独または複数で、混合または複層構造で充填した充填層と接触させて、気体中の構成ガスの少なくとも一つの構成ガスを選択的に吸着させることを特徴とする気体分離方法。
- 請求項１１に記載の気体分離方法において、気体が空気であり、窒素ガスは当該充填層に選択的に吸着させ、酸素ガスは当該充填層を通過させて窒素ガスと分離することを特徴とする窒素ガス−酸素ガス分離方法。
- 請求項１２に記載の窒素ガス−酸素ガス分離方法において、圧力振動吸着法により高圧条件下で空気中の窒素を当該充填層に選択的に吸着させた後、減圧にして、吸着した窒素を脱着して当該充填層を回復することを特徴とする窒素ガス−酸素ガス分離方法。
- 請求項１３記載の窒素ガス−酸素ガス分離方法において、空気を当該充填層と接触させて窒素を選択的に吸着させ濃縮酸素を当該充填層出口から回収または排気する吸着工程と、空気と充填層の接触を中断し充填層内を減圧にして吸着した窒素を脱着させ回収または排気する再生工程と、前記吸着工程で得られた濃縮酸素により充填層内を加圧する復圧工程により運転されることを特徴とする窒素ガス−酸素ガス分離方法。
- 請求項１４に記載の窒素ガス−酸素ガス分離方法において、吸着工程の吸着圧力が６００Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下の範囲であることを特徴とする窒素ガス−酸素ガス分離方法。
- 請求項１４または１５に記載の窒素ガス−酸素ガス分離方法において、再生工程の再生圧力が１００Ｔｏｒｒ以上４００Ｔｏｒｒ以下の範囲であることを特徴とする窒素ガス−酸素ガス分離方法。
- 請求項１４〜１６のいずれかの請求項に記載の窒素ガス−酸素ガス分離方法において、復圧工程の復帰圧力が４００Ｔｏｒｒ以上８００Ｔｏｒｒ以下の範囲であることを特徴とする窒素ガス−酸素ガス分離方法。
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