[go: up one dir, main page]

JP7113697B2 - MFI type zeolite - Google Patents

MFI type zeolite Download PDF

Info

Publication number
JP7113697B2
JP7113697B2 JP2018149592A JP2018149592A JP7113697B2 JP 7113697 B2 JP7113697 B2 JP 7113697B2 JP 2018149592 A JP2018149592 A JP 2018149592A JP 2018149592 A JP2018149592 A JP 2018149592A JP 7113697 B2 JP7113697 B2 JP 7113697B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raw material
mfi
type zeolite
material liquid
zeolite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018149592A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019034879A (en
Inventor
裕史 小野
円 皆川
理世 鈴木
智大 荻野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mizusawa Industrial Chemicals Ltd
Original Assignee
Mizusawa Industrial Chemicals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mizusawa Industrial Chemicals Ltd filed Critical Mizusawa Industrial Chemicals Ltd
Publication of JP2019034879A publication Critical patent/JP2019034879A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7113697B2 publication Critical patent/JP7113697B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Description

本発明は、新規な細孔構造を有するMFI型ゼオライトに関するものである。 The present invention relates to an MFI-type zeolite having a novel pore structure.

ゼオライトは、SiO、Al等を骨格に持ち、規則的なチャンネル(細孔)を有する結晶性のアルミノケイ酸塩である。特にMFI型ゼオライトはシリカリッチであり、10員環構造の細孔(5.1×5.5Å及び/又は5.3×5.6Å)を含むものとして広く知られている。 Zeolite is a crystalline aluminosilicate having SiO 2 , Al 2 O 3 or the like as a framework and having regular channels (pores). In particular, MFI-type zeolites are silica-rich and are widely known to contain pores with a 10-membered ring structure (5.1×5.5 Å and/or 5.3×5.6 Å).

ゼオライトの結晶骨格中のAlは、親水性に影響を与えAl量が多いほど親水性が高く、少ないほど親水性が低下することが知られている。シリカリッチなMFI型ゼオライトは、Al量が少ないため親水性が低く、従って、疎水性の有機成分に対して高い吸着性を示し、更に、低分子量炭化水素の大きさに近い細孔径を有していることから、有機化合物に対する吸着剤としての使用が提案されている(特許文献1~3参照)。
また、ゼオライトの結晶骨格中のAlは固体酸点として働くことが知られており、上記したように芳香族の分子直径に近い細孔を有することから、MFI型ゼオライトを炭化水素芳香族化用触媒もしくは触媒担体として使用することも広く知られており、MFI型ゼオライトが固体酸触媒もしくは触媒担体として用いられる場合は、活性点を多く持つ比較的Al含有量の多いものもしばしば利用される(特許文献4参照)。
It is known that Al 2 O 3 in the crystal framework of zeolite affects hydrophilicity, and that the higher the Al content, the higher the hydrophilicity, and the lower the Al content, the lower the hydrophilicity. Silica-rich MFI-type zeolite has low hydrophilicity due to its low Al content, and therefore exhibits high adsorption to hydrophobic organic components, and has a pore diameter close to the size of low-molecular-weight hydrocarbons. Therefore, its use as an adsorbent for organic compounds has been proposed (see Patent Documents 1 to 3).
In addition, Al in the crystal skeleton of zeolite is known to act as a solid acid site, and since it has pores close to the molecular diameter of aromatics as described above, MFI type zeolite is used for hydrocarbon aromatization. It is also widely known to be used as a catalyst or catalyst carrier, and when MFI-type zeolite is used as a solid acid catalyst or catalyst carrier, zeolites with relatively high Al content and many active sites are often used ( See Patent Document 4).

上述した種々のMFI型ゼオライトは、シリカ源とアルミナ源とを含む混合ゲル中で、テンプレート及び必要により種晶を添加して加熱することによりシリカ源とアルミナ源とを反応させることにより得られるものであるが、本発明者等の研究によると、このような方法で得られるMFI型ゼオライトは、結晶学的に言って、(053)面の面間隔が2.99Åよりも大きいという性質を有することが判っている。この面間隔が大きいことは、ゼオライトの結晶構造或いは細孔構造中に形成した歪もしくはゆがみによるものであると、本発明者等は考えている。 The various MFI-type zeolites described above are those obtained by reacting a silica source and an alumina source by adding a template and, if necessary, seed crystals in a mixed gel containing a silica source and an alumina source, and heating the mixture. However, according to the studies of the present inventors, crystallographically speaking, the MFI type zeolite obtained by such a method has the property that the interplanar spacing of the (053) plane is larger than 2.99 Å. I know that. The present inventors believe that this large interplanar spacing is due to the strain or distortion formed in the crystal structure or pore structure of the zeolite.

本発明者等は、上記のようなMFI型ゼオライト中に生じる歪やゆがみについて検討し、特にシリカ源とアルミナ源との反応(結晶化)を100℃よりも低い低温で且つ常圧下で行うことにより、このような歪やゆがみが抑制され、(053)面の面間隔(d値)が2.99Å以下のMFI型ゼオライトが得られることを見出し、このようなMFI型ゼオライトを揮発性有機化合物吸着剤として特許出願している(PCT/JP2017/005755)。 The present inventors have studied the strain and distortion that occur in the MFI type zeolite as described above, and in particular, the reaction (crystallization) between the silica source and the alumina source is performed at a low temperature lower than 100 ° C. and under normal pressure. By suppressing such strain and distortion, an MFI zeolite having a (053) plane spacing (d value) of 2.99 Å or less can be obtained. A patent application has been filed as an adsorbent (PCT/JP2017/005755).

特開H01-171554号公報JP H01-171554 特開H09-253483号公報JP H09-253483 特開2003-126689号公報JP 2003-126689 A 特開2001-62305号公報JP-A-2001-62305

本発明者等は、上記のような(053)面の面間隔が2.99Å以下のMFI型ゼオライトについて研究をさらに推し進め、この製造過程で使用されるシリカ源とアルミナ源の混合工程乃至熟成工程、反応工程の条件を制御することにより、触媒や吸着剤として用いた時に有効な、マクロポアが多く存在するという極めて特異な細孔構造のMFI型ゼオライトが得られるという知見を得た。 The present inventors have further promoted research on MFI-type zeolite in which the interplanar spacing of the (053) plane is 2.99 Å or less as described above, and the mixing step or aging step of the silica source and alumina source used in this production process They also found that by controlling the conditions of the reaction process, it is possible to obtain an MFI-type zeolite with a very unique pore structure in which many macropores are present, which is effective when used as a catalyst or adsorbent.

従って、本発明の目的は、マクロポアが多く形成している新規な細孔構造のMFI型ゼオライトを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an MFI-type zeolite having a novel pore structure in which many macropores are formed.

本発明によれば、SiO/Al(モル比)が30以上のMFI型ゼオライトであって、
水銀圧入法による細孔分布において、細孔直径が30~200nmのマクロ孔の細孔容積が0.34~1.0ml/gの範囲にあると共に、
前記水銀圧入法による細孔分布において、細孔直径が3.6~30nmのメソ孔の細孔容積が0.01~0.5ml/gの範囲にあり、
前記マクロ孔と前記メソ孔との容積比がマクロ孔/メソ孔=2~6であることを特徴とするMFI型ゼオライトが提供される。
According to the present invention, an MFI-type zeolite having a SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) of 30 or more,
In the pore distribution by mercury porosimetry, the pore volume of macropores with a pore diameter of 30 to 200 nm is in the range of 0.34 to 1.0 ml / g ,
In the pore distribution by the mercury intrusion method, the pore volume of mesopores with a pore diameter of 3.6 to 30 nm is in the range of 0.01 to 0.5 ml / g,
Provided is an MFI-type zeolite characterized in that the volume ratio of the macropores to the mesopores is macropores/mesopores=2-6 .

本発明のMFI型ゼオライトにおいては、
)300m/g以上のBET比表面積を有していること、
)X線回折スペクトルにおいて(053)面の面間隔(d値)が2.99Å以下であること、が好適である。
In the MFI zeolite of the present invention,
( 1 ) having a BET specific surface area of 300 m 2 /g or more;
( 2 ) It is preferable that the interplanar spacing (d value) of the (053) plane is 2.99 Å or less in the X-ray diffraction spectrum.

本発明によれば、また、シリカ源及びテンプレートが水乃至アルカリ性水溶液に溶解乃至分散されている原料液(A)と、アルミナ源が水乃至アルカリ性水溶液に溶解乃至分散された原料液(B)を用意する工程;
SiO/Al(モル比)が30以上となるように、前記原料液(A)中に、原料液(B)を注加する原料混合工程;
前記原料混合工程で得られた原料混合液を60~95℃の熟成温度に維持して熟成を行い、シリカ源とアルミナ源とを含む混合ゲルを生成させる熟成工程;
前記混合ゲルを、常圧下、80~99℃の前記熟成温度よりも高い結晶化温度に保持してMFI型ゼオライトを生成させる結晶化反応工程;
生成した結晶を焼成し、テンプレートを消失させる細孔画定工程;
を含むことを特徴とするMFI型ゼオライトの製造方法が提供される。
According to the present invention, a raw material liquid (A) in which a silica source and a template are dissolved or dispersed in water or an alkaline aqueous solution, and a raw material liquid (B) in which an alumina source is dissolved or dispersed in water or an alkaline aqueous solution are prepared. preparing process;
A raw material mixing step of adding the raw material liquid (B) into the raw material liquid (A) so that the SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) is 30 or more;
Aging step of aging the raw material mixed liquid obtained in the raw material mixing step while maintaining the aging temperature of 60 to 95° C. to produce a mixed gel containing a silica source and an alumina source;
a crystallization reaction step in which the mixed gel is maintained at a crystallization temperature higher than the aging temperature of 80 to 99° C. under normal pressure to produce MFI-type zeolite;
A pore definition step in which the generated crystal is fired to eliminate the template;
There is provided a method for producing MFI-type zeolite, comprising:

本発明の製造方法においては、以下の手段を好適に採用することができる。
(1)前記原料混合工程において、原料液(B)の注加を20分以上かけて行うこと。
(2)前記熟成工程において、前記原料混合液を前記熟成温度に1~96時間維持させること。
(3)前記原料液(B)は、シリカ源の一部としてケイ酸アルカリを含有していること。
(4)前記結晶化反応工程の前に、種晶(C)を添加混合する種晶混合工程を有すること。
(5)前記種晶(C)としてMFI型ゼオライトが用いられ、種晶の量が、混合ゲル中のSiO100質量部当り0.05~10質量部の量であること。
(6)前記種晶(C)が、10μm以下の単粒子径を有する微粒子であり、該微粒子がアルカリ水溶液中に分散している状態で、混合ゲルに添加されること。
In the production method of the present invention, the following means can be preferably employed.
(1) In the raw material mixing step, the raw material liquid (B) is added over 20 minutes or longer.
(2) In the aging step, the raw material mixture is maintained at the aging temperature for 1 to 96 hours.
(3) The raw material liquid (B) contains an alkali silicate as part of the silica source.
(4) A seed crystal mixing step of adding and mixing seed crystals (C) is provided before the crystallization reaction step.
(5) MFI type zeolite is used as the seed crystal (C), and the amount of the seed crystal is 0.05 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of SiO 2 in the mixed gel.
(6) The seed crystals (C) are fine particles having a single particle diameter of 10 µm or less, and the fine particles are added to the mixed gel in a state of being dispersed in an alkaline aqueous solution.

本発明のMFI型ゼオライトは、細孔直径が30~200nmのマクロ孔の細孔容積が0.34~1.0ml/gと極めて大きい。さらに、本発明のMFI型ゼオライトは、例えば、X線回折スペクトルにおいて(053)面の面間隔(d値)が2.99Å以下である。即ち、d値は、ゼオライトの細孔が有する特定の面同士の間隔を表すものであり、このような小さな値を示すことは、このゼオライトには歪がなく且つ細孔が均一に分布しているとともに、細孔容積が大きいことを意味している。即ち、このような大きなマクロ孔が多く存在しているという細孔構造は、ゼオライトには歪がなく且つ細孔が均一に分布している結果として構築されるものであり、従来公知のMFI型ゼオライトには全く認められず、本発明のMFI型ゼオライトに特有の細孔構造である。 The MFI zeolite of the present invention has a very large pore volume of 0.34 to 1.0 ml/g for macropores with a pore diameter of 30 to 200 nm. Furthermore, the MFI-type zeolite of the present invention has, for example, a lattice spacing (d value) of (053) plane of 2.99 Å or less in the X-ray diffraction spectrum. That is, the d value represents the distance between specific planes of the pores of the zeolite. It means that the pore volume is large as well as being large. That is, such a pore structure in which many large macropores are present is constructed as a result of the zeolite having no strain and having pores uniformly distributed. This is a pore structure unique to the MFI-type zeolite of the present invention, which is not found in zeolites at all.

このように細孔直径の大きなマクロ孔を多く含んでいる本発明のMFI型ゼオライトは、各種揮発性化合物の吸着剤として使用されるばかりか、特に、樹脂に分散された状態でも悪臭の要因となる各種のガス成分に対しての吸着性能が向上していることが期待される。また、触媒もしくは触媒担体としての性能向上も期待され、特に液相反応での触媒として期待される。即ち、このような吸着性能や触媒機能において、樹脂中或いは液相中においてもガスや反応物質が大きなマクロ孔を通して、このMFI型ゼオライト中に侵入し易いからである。 The MFI-type zeolite of the present invention, which contains many macropores with a large pore diameter, is not only used as an adsorbent for various volatile compounds, but also causes offensive odor even when dispersed in a resin. It is expected that the adsorption performance for various gas components is improved. It is also expected to improve performance as a catalyst or catalyst carrier, especially as a catalyst in liquid phase reactions. This is because, with such adsorption performance and catalytic function, gases and reactants easily penetrate into this MFI zeolite through large macropores even in the resin or liquid phase.

また、本発明のMFI型ゼオライトの製造方法は、特有のマクロ細孔構造を有するMFI型ゼオライトを高価な原料や造孔剤などの特殊な原料を必要とせず、また、オートクレーブのような特殊設備を用いることなく実施することができ、コスト面や製造工程の煩雑性において、従来公知の製造方法に対して優れている。 In addition, the method for producing MFI-type zeolite of the present invention does not require special raw materials such as expensive raw materials or pore-forming agents to produce MFI-type zeolite having a unique macropore structure. can be carried out without using, and is superior to conventionally known production methods in terms of cost and complexity of the production process.

実施例1で合成されたMFI型ゼオライトのX線回折像。1 is an X-ray diffraction image of MFI-type zeolite synthesized in Example 1. FIG. 実施例4、比較例1及び比較例3で合成されたMFI型ゼオライトの細孔分布曲線。Pore distribution curves of MFI-type zeolite synthesized in Example 4, Comparative Example 1 and Comparative Example 3. 実施例4及び比較例2で合成されたMFI型ゼオライトのSEM写真。SEM photographs of MFI-type zeolite synthesized in Example 4 and Comparative Example 2. FIG.

<MFI型ゼオライト>
本発明のMFI型ゼオライトは、該ゼオライトに特有の10員環形態の細孔が形成されているため、図1に示されているようなX線回折ピークを示す。例えば、2θ=7.9°付近に(011)面、2θ=8.9°付近に(200)面、及び2θ=23.1°付近に(051)面のシャープな回折ピークを示す。
かかるゼオライトは、SiO/Al(モル比)が30以上、とシリカリッチであり、好ましくは50以上、上限は好ましくは5000以下、特に好ましくは500以下、最も好ましくは150以下の範囲にある。
<MFI type zeolite>
The MFI-type zeolite of the present invention exhibits X-ray diffraction peaks as shown in FIG. 1 due to the formation of 10-membered ring pores unique to the zeolite. For example, sharp diffraction peaks of the (011) plane near 2θ=7.9°, the (200) plane near 2θ=8.9°, and the (051) plane near 2θ=23.1° are shown.
Such zeolite is silica-rich with a SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) of 30 or more, preferably 50 or more, and the upper limit is preferably 5000 or less, particularly preferably 500 or less, and most preferably 150 or less. It is in.

本発明のMFI型ゼオライトは歪がなく、例えば、X線回折スペクトルにおいて(053)面の面間隔(d値)が2.99Å以下である。先に述べたように、d値は、ゼオライト中の細孔が有する特定の面同士の間隔を表すものであり、本発明において、d値がこのように小さいということは、ゼオライトには結晶や細孔に歪やゆがみがなく、細孔が均一に分布しており、さらには細孔を多く含んでいることを意味する。この結果、窒素分圧PN2(P/P)が低い雰囲気でも大きな窒素吸着量を示す。例えば、窒素分圧PN2(P/P)が0.005での窒素吸着量は、80cm/g以上、好ましくは90cm/g以上、特に好ましくは103cm/g以上と極めて大きい。 The MFI-type zeolite of the present invention has no distortion, and for example, the interplanar spacing (d value) of the (053) plane is 2.99 Å or less in the X-ray diffraction spectrum. As mentioned above, the d value represents the distance between specific planes of pores in the zeolite. It means that the pores are free from strain and distortion, that the pores are uniformly distributed, and that more pores are included. As a result, a large nitrogen adsorption amount is exhibited even in an atmosphere with a low nitrogen partial pressure P N2 (P/P 0 ). For example, when the nitrogen partial pressure P N2 (P/P 0 ) is 0.005, the nitrogen adsorption amount is 80 cm 3 /g or more, preferably 90 cm 3 /g or more, and particularly preferably 103 cm 3 /g or more, which is extremely large.

また、本発明のMFI型ゼオライトは、水銀圧入法による細孔分布において、細孔直径が30~200nmのマクロ孔の細孔容積が0.34~1.0ml/gの範囲にある。即ち、このような大きなサイズのマクロ孔が多く存在していることは、吸着性能や触媒性能に大きな影響を及ぼす。例えば、このMFI型ゼオライトが気相中に存在している場合には有意差はないとしても、樹脂に分散された状態で存在していた場合においてもガス成分を有効に吸着することができ、さらに、液相中に存在していた場合にも反応物質と容易に接触することができ、したがって高い触媒性能が発揮される。
本発明では、このようなマクロ孔が多く形成されており、例えば、水銀圧入法で測定して、細孔直径が30~200nmの領域のマクロ孔において、3.6~1100nmの領域の全細孔容積に対するマクロ孔が占める細孔容積の割合は45%以上、好ましくは50%以上、特に好ましくは60%以上となる。
In the MFI zeolite of the present invention, the pore volume of macropores with pore diameters of 30 to 200 nm is in the range of 0.34 to 1.0 ml/g in the pore size distribution determined by mercury porosimetry. That is, the existence of many macropores of such large size has a great influence on the adsorption performance and catalyst performance. For example, even if there is no significant difference when the MFI-type zeolite exists in the gas phase, it can effectively adsorb gas components even when it exists in a resin-dispersed state, Furthermore, even when present in the liquid phase, they can readily come into contact with the reactants, thus exhibiting high catalytic performance.
In the present invention, many such macropores are formed. The ratio of the pore volume occupied by macropores to the pore volume is 45% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 60% or more.

さらに、本発明のMFI型ゼオライトは、上記のような大きなマクロ孔を多く含んでいることに関連して、上記水銀圧入法による細孔分布において、細孔直径が3.6~30nmの領域のメソ孔の細孔容積が0.01~0.5ml/g、好ましくは下限が0.05以上、特に好ましくは0.10以上、また、好ましくは上限が0.5以下、特に好ましくは0.4以下の範囲にある。また、細孔直径が3.6~30nmの領域のメソ孔において、3.6~1100nmの領域の全細孔容積に対するメソ孔が占める細孔容積の割合は55%以下、好ましくは35%以下、特に好ましくは25%以下となる。即ち、マクロ孔の形成に伴って、マクロ孔に近い大きさのメソ孔が、マクロ孔ほどではないが適度な量で形成しており、マクロ孔とメソ孔の連絡が吸着材や触媒もしくは触媒担体としての本発明のMFI型ゼオライトを用いた場合に基質の拡散を容易にすることが可能となる。例えば、このようなマクロ孔とメソ孔との容積比は、マクロ孔/メソ孔=2~6程度である。 Furthermore, in relation to the fact that the MFI-type zeolite of the present invention contains many large macropores as described above, in the pore distribution by the mercury intrusion method, the pore diameter is in the range of 3.6 to 30 nm. The pore volume of mesopores is 0.01 to 0.5 ml/g, preferably the lower limit is 0.05 or more, particularly preferably 0.10 or more, and the upper limit is preferably 0.5 or less, particularly preferably 0.5 ml/g. 4 or less. In addition, in the mesopores having a pore diameter in the range of 3.6 to 30 nm, the ratio of the pore volume occupied by the mesopores to the total pore volume in the range of 3.6 to 1100 nm is 55% or less, preferably 35% or less. , particularly preferably 25% or less. That is, along with the formation of macropores, mesopores with a size close to macropores are formed in an appropriate amount, although not as large as macropores. When the MFI-type zeolite of the present invention is used as a carrier, diffusion of the substrate can be facilitated. For example, the volume ratio of macropores to mesopores is about 2 to 6 (macropores/mesopores).

本発明において、このMFI型ゼオライトは、図3のSEM写真に示されているように、50nm以下の小さな粒子が集合した階層構造(桑の実形状などとも呼ばれる)を有しており、これに伴い、極めて大きな比表面積を有しており、例えばBET比表面積は、300m/g以上、好ましくは400m/g以上、特に好ましくは430m/g以上、最も好ましくは450m/g以上と極めて大きい。即ち、このような小さな一次粒子の粒子間隙が上記マクロ孔の形成に寄与している。
このような大きな比表面積も、吸着性能や触媒性能の向上をもたらすものである。
In the present invention, this MFI-type zeolite has a hierarchical structure (also called a mulberry shape, etc.) in which small particles of 50 nm or less aggregate, as shown in the SEM photograph of FIG. Along with this, it has an extremely large specific surface area. For example, the BET specific surface area is 300 m 2 /g or more, preferably 400 m 2 /g or more, particularly preferably 430 m 2 /g or more, and most preferably 450 m 2 /g or more. extremely large. That is, the inter-particle gaps between such small primary particles contribute to the formation of the macropores.
Such a large specific surface area also brings about improvement in adsorption performance and catalyst performance.

<MFI型ゼオライトの製造>
上述したMFI型ゼオライトは、シリカ源及びテンプレートを含む原料液(A)と、アルミナ源を含む原料液(B)と、さらに好ましくは種晶(C)とを原料として使用し、原料混合工程、熟成工程、結晶化反応工程及び細孔画定工程を経て製造され、好適には熟成工程後に種晶混合工程を経て製造される。
<Production of MFI type zeolite>
The MFI-type zeolite described above uses a raw material liquid (A) containing a silica source and a template, a raw material liquid (B) containing an alumina source, and more preferably a seed crystal (C) as raw materials, and a raw material mixing step, It is produced through an aging step, a crystallization reaction step, and a pore definition step, preferably through a seed crystal mixing step after the aging step.

原料液(A);
かかるMFI型ゼオライトの製造に使用される原料液(A)は、シリカ源及びテンプレートが水乃至アルカリ性水溶液に溶解乃至分散されているものである。
Raw material liquid (A);
The raw material liquid (A) used for the production of such MFI-type zeolite is obtained by dissolving or dispersing a silica source and a template in water or an alkaline aqueous solution.

ここで使用されるシリカ源としては、各種ゼオライトの製造に使用される従来公知のSiO分含有材料、例えば、テトラエチルオルトシリケート、コロイダルシリカ、シリカゲル乾燥粉末、シリカヒドロゲル等が使用される。また、シリカ源の一部として、ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムなどのケイ酸アルカリを使用することが好ましい。ただし、テトラエチルオルトシリケート、コロイダルシリカは反応性に長けているものの高価であり、特にテトラエチルオルトシリケートは反応液中からEtOHを揮発させる必要があるため大量合成等に不向きである。
本発明の製造方法は、これら高価な原料の使用に限らずに製造することができ、コスト面で従来よりも有利である。
As the silica source used here, conventionally known SiO 2 content-containing materials used in the production of various zeolites, such as tetraethyl orthosilicate, colloidal silica, silica gel dry powder, silica hydrogel and the like are used. It is also preferred to use alkali silicates such as sodium silicate and potassium silicate as part of the silica source. However, although tetraethylorthosilicate and colloidal silica are highly reactive, they are expensive. In particular, tetraethylorthosilicate is not suitable for large-scale synthesis because it is necessary to volatilize EtOH from the reaction solution.
The production method of the present invention enables production without being limited to the use of these expensive raw materials, and is more advantageous in terms of cost than conventional methods.

これらのシリカ源は、後述する結晶化反応工程において、水溶液中に一度溶解し、MFI型ゼオライトへと構築されるわけだが、反応に不要な不純物もしくは非反応性成分が少なければ、シリカ源の種類はMFI型ゼオライトの結晶化に大きく影響しない。 These silica sources are dissolved once in an aqueous solution in the crystallization reaction step to be described later, and are constructed into MFI-type zeolite. does not significantly affect the crystallization of MFI-type zeolite.

テンプレートは、MFI型ゼオライトに特有の10員環形態の細孔を形成するための構造規定剤であり、分子中に炭素数が2~4のn-アルキル基と窒素カチオンを含むアミン化合物、例えば、テトラアルキル(エチル、n-プロピルあるいはn-ブチル)アンモニウムのカチオンとアニオン(例えばBr)との塩や該アンモニウムの水酸化物等が使用される。 The template is a structure-directing agent for forming pores with a 10-membered ring peculiar to MFI-type zeolite, and is an amine compound containing an n-alkyl group having 2 to 4 carbon atoms and a nitrogen cation in the molecule, such as , a salt of a tetraalkyl (ethyl, n-propyl or n-butyl) ammonium cation and an anion (eg Br ), or a hydroxide of the ammonium.

かかるテンプレートの使用量は、テンプレートの種類、特にアルキル基の炭素数によって大きく異なるため、一概に規定することはできないが、例えばテトラプロピルアンモニウムブロマイド(TPA-Br)をテンプレートとして使用するのであれば、Si成分に対して、TPA/SiO=0.03~0.20(モル比)の量で使用される。 The amount of the template to be used varies greatly depending on the type of template, particularly the number of carbon atoms in the alkyl group, and cannot be generally defined. It is used in an amount of TPA/SiO 2 =0.03 to 0.20 (molar ratio) with respect to the Si component.

尚、上記第4級アンモニウムの水酸化物をテンプレートとして使用するときには必要でないが、第4級アンモニウムとBrやCl等のアニオンとの塩等をテンプレートとして使用する場合には、シリカ源及びテンプレートを溶解乃至分散させるため、アルカリ金属水酸化物(例えば苛性ソーダ等)が原料液(A)中に添加混合されアルカリ性水溶液となっていることが好ましい。このようなアルカリ金属水酸化物は、Si成分に対して、AO/SiO(モル比)=0.01~0.20(Aはアルカリ金属元素)、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.10以下の量で使用されるのがよい。この場合、アルカリ金属水酸化物の添加量が多いほど、後述する結晶化反応時間(結晶化に要する時間)を短縮できる効果が得られるが、AO/SiOが0.20を超えると、得られるMFI型ゼオライト中に、親水的に作用するアルカリ金属が大量に残存してしまい、その物性が損なわれるおそれがある。
また、前述したシリカ源の一部としてケイ酸アルカリを使用した場合には、このようなアルカリ金属水酸化物の使用を避けることができる上で有利である。
Although it is not necessary when using the quaternary ammonium hydroxide as a template, when using a salt of a quaternary ammonium and an anion such as Br or Cl as a template, a silica source and a template can be used. For dissolution or dispersion, it is preferable that an alkali metal hydroxide (for example, caustic soda) is added and mixed into the raw material liquid (A) to form an alkaline aqueous solution. Such an alkali metal hydroxide has a ratio of A 2 O/SiO 2 (molar ratio) of 0.01 to 0.20 (A is an alkali metal element), preferably 0.15 or less, or more, relative to the Si component. It is preferably used in an amount of 0.10 or less. In this case, the greater the amount of alkali metal hydroxide added, the more the effect of shortening the crystallization reaction time (time required for crystallization), which will be described later, can be obtained. However, a large amount of hydrophilic alkali metal remains in the resulting MFI zeolite, which may impair its physical properties.
Also, the use of an alkali silicate as part of the silica source described above is advantageous in avoiding the use of such alkali metal hydroxides.

原料液(B);
原料液(B)は、シリカ源と反応してのMFI型ゼオライトを生成するアルミナ源として使用されるものである。
このようなアルミナ源としても、各種ゼオライトの製造に使用される従来公知のものを使用することができ、例えば、塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム等が代表的である。本発明のMFI型ゼオライトを製造するには、これらのアルミナ源の中でも、特にアルミン酸ナトリウムが好ましく、アルミン酸ナトリウムの水溶液が原料液(B)として好適に使用される。
Raw material liquid (B);
The raw material liquid (B) is used as an alumina source that reacts with a silica source to produce MFI zeolite.
As such an alumina source, conventionally known ones used for producing various zeolites can be used, and representative examples thereof include aluminum chloride and sodium aluminate. Among these alumina sources, sodium aluminate is particularly preferred for producing the MFI zeolite of the present invention, and an aqueous solution of sodium aluminate is preferably used as the raw material liquid (B).

種晶(C)
本発明において種晶の添加は必須ではないが、添加することで結晶化反応時間が短くなり、反応途中におけるテンプレートの分解や変性を防ぐことが可能である。かかる種晶(C)の添加の結果として、より歪やゆがみの少ないMFI型ゼオライトの骨格構造が形成され、より大きな比表面積と細孔容積を持つMFI型ゼオライトを製造することができる。
Seed crystal (C)
Although the addition of seed crystals is not essential in the present invention, the addition shortens the crystallization reaction time and prevents decomposition and modification of the template during the reaction. As a result of the addition of such seed crystals (C), an MFI zeolite framework structure with less strain and distortion is formed, and an MFI zeolite having a larger specific surface area and pore volume can be produced.

かかる種晶(C)は、従来公知のMFI型ゼオライト、又は、本発明のMFI型ゼオライトが使用される。かかるMFI型ゼオライトは、焼成等によりテンプレートが除去され、細孔画定されたものが好適に使用される。細孔画定されたMFI型ゼオライトを用いることにより、より歪がなく且つ細孔が均一に分布している本発明のMFI型ゼオライトを生成することができる。また、例えば旋回式ジェットミルなどの乾式粉砕やビーズミルによる湿式粉砕などで適度に粉砕したものが、種晶を添加した後の分散性の面でより好ましい。 For such seed crystals (C), conventionally known MFI-type zeolite or MFI-type zeolite of the present invention is used. Such an MFI-type zeolite is preferably used after the template has been removed by calcination or the like and pores have been defined. By using MFI zeolites with defined pores, it is possible to produce MFI zeolites of the present invention that are less strained and have uniformly distributed pores. In addition, it is more preferable from the standpoint of dispersibility after addition of seed crystals that the crystals are appropriately pulverized by, for example, dry pulverization using a rotary jet mill or the like or wet pulverization using a bead mill.

原料混合工程;
本発明においては、先ず、上記のシリカ源を含む原料液(A)とアルミナ源を含む(B)とを、SiO/Al(モル比)が30以上となるように混合するが、このような混合は、原料液(A)に原料液(B)を注加するという手段で行うことが必要である。即ち、本発明では、Alに比してSiを大過剰に含むMFI型ゼオライトを合成するため、大量のシリカ源中に少量のアルミナ源を均一に分散させることが必要であり、さらには、原料液(A)中のテンプレートも混合液中に均一に分散されていなければならない。
Raw material mixing process;
In the present invention, first, the raw material liquid (A) containing the silica source and (B) containing the alumina source are mixed so that the SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) is 30 or more. Such mixing must be performed by adding the raw material liquid (B) to the raw material liquid (A). That is, in the present invention, in order to synthesize MFI zeolite containing a large excess of Si relative to Al, it is necessary to uniformly disperse a small amount of alumina source in a large amount of silica source. The template in liquid (A) must also be uniformly dispersed in the mixed liquid.

また、本発明においては、より確実にアルミナ源を均質に分散させるため、撹拌下で、原料液(A)中に、原料液(B)を少しずつ注加していくことが好ましく、例えば20分以上、好適には60分以上かけて原料液(B)を注加することが望ましい。これにより、MFI型ゼオライトに特有の10員環形態の細孔を確実に形成することができ、且つマクロ孔やメソ孔を安定に形成することができる。 Further, in the present invention, in order to more reliably disperse the alumina source homogeneously, it is preferable to gradually add the raw material liquid (B) into the raw material liquid (A) while stirring. It is desirable to add the raw material liquid (B) over a period of 60 minutes or more, preferably 60 minutes or more. As a result, it is possible to reliably form the 10-membered ring pores unique to MFI-type zeolite, and to stably form macropores and mesopores.

尚、原料液(A)への原料液(B)の注加は、不要なゲル化防止のため、好ましくは80℃以下、特に好ましくは40℃以下の温度、一般的には常温で行われる。 In addition, the addition of the raw material liquid (B) to the raw material liquid (A) is preferably performed at a temperature of 80° C. or lower, particularly preferably 40° C. or lower, generally at room temperature, in order to prevent unnecessary gelation. .

また、原料液(A)と原料液(B)は、混合工程において中和反応が起きない原料の組み合わせを選択しなければならない。例えば3号ケイ酸ナトリウムをシリカ源として用いた場合、結晶化反応に必要な量以上のNaOが多く存在するため、原料混合工程において硫酸などによるNaO分の中和反応が必要であるが、この時発生する芒硝(NaSO)は塩析の効果によって結晶化工程における反応液中へのシリカの溶解性を著しく低下させるため、結果としてゲルの溶解が進まず、MFI型ゼオライトの構築が遅れてしまう。結果として結晶化反応時間が極めて長くなってしまうため工業的に不適である。また、上記したように反応時間が極めて長くなることは、熱エネルギーの蓄積量が大きくなることからも、均一な結晶成長を妨げ、本発明のような特徴的なマクロ細孔をもつMFI型ゼオライトを生成することができない。 In addition, the raw material liquid (A) and the raw material liquid (B) must be selected from a combination of raw materials that does not cause a neutralization reaction in the mixing step. For example, when No. 3 sodium silicate is used as a silica source, a large amount of Na 2 O is present in excess of the amount necessary for the crystallization reaction. However, the mirabilite (Na 2 SO 4 ) generated at this time significantly lowers the solubility of silica in the reaction solution in the crystallization process due to the effect of salting out. It delays the construction of zeolite. As a result, the crystallization reaction time becomes extremely long, which is industrially unsuitable. In addition, the extremely long reaction time as described above hinders uniform crystal growth, also because the amount of accumulated thermal energy increases, and the MFI type zeolite with characteristic macropores like the present invention cannot be generated.

また、原料液(A)のシリカ源として、シリカヒドロゲルのようにNaO等のアルカリ分を不可避的夾雑物程度しか含まないもののみを選択した場合、原料液(B)との混合工程でAlの分散が不十分になりやすく、熟成工程に要する工程が長くなり、結果的に反応速度全体が遅くなってしまうため望ましくない。さらに、シリカヒドロゲルのみをシリカ源とした場合、苛性ソーダなどのアルカリ源を大量に添加する必要があり、工業的にも望ましくない。従って、原料液(A)は、シリカ源の一部としてケイ酸アルカリを含有していることが好ましい。 In addition, when only silica hydrogel containing alkaline components such as Na 2 O and the like as unavoidable contaminants is selected as the silica source for the raw material solution (A), in the mixing step with the raw material solution (B) Al is likely to be insufficiently dispersed, the process required for the aging process becomes long, and as a result, the overall reaction rate becomes slow, which is not desirable. Furthermore, when silica hydrogel alone is used as a silica source, it is necessary to add a large amount of alkali source such as caustic soda, which is industrially undesirable. Therefore, the raw material liquid (A) preferably contains an alkali silicate as part of the silica source.

以上のことから、本発明のシリカ源として、ケイ酸ナトリウムとシリカヒドロゲルなど、2種以上のシリカ源の組合せが好適に採用される。これらのシリカ原料を併用することにより、後述する酸素を介したSiとAlの結合の均等な配置がより精密になり、本発明のように特徴的なマクロ細孔分布を持つMFI型ゼオライトを製造することができる。 For the above reasons, a combination of two or more silica sources such as sodium silicate and silica hydrogel is preferably employed as the silica source of the present invention. By using these silica raw materials together, the even arrangement of Si and Al bonds through oxygen, which will be described later, becomes more precise, and MFI-type zeolite with a characteristic macropore distribution like the present invention is produced. can do.

熟成工程;
上記のように原料液(A)と原料液(B)とを混合した後、この混合液を60~95℃の温度(熟成温度)に加熱して熟成が行われ、これにより均質なシリカアルミナ混合ゲルが生成される。
即ち、かかる熟成工程により、テンプレートのカチオンを囲むように、以下の概略式に示されるようにSiOSiの連鎖が形成されていき、MFI型ゼオライトに特有の10員環構造の骨格が形成される。また、SiOSi連鎖の一部には、OAlOが取り込まれた形で均等に形成される。
OH-Si-O +Si-OH → [OH-Si-O…SiOH]
→ OH-Si-O-Si-OH
→ OH-Si-O-Si(-OH)-O +H
aging process;
After the raw material liquid (A) and the raw material liquid (B) are mixed as described above, the mixed liquid is heated to a temperature of 60 to 95° C. (aging temperature) for aging, whereby homogeneous silica-alumina is produced. A mixed gel is produced.
That is, by such an aging step, a SiOSi chain is formed so as to surround the cation of the template as shown in the following schematic formula, and a skeleton of a 10-membered ring structure unique to MFI-type zeolite is formed. In addition, OAlO is evenly formed in a part of the SiOSi chain.
OH-Si-O - +Si-OH → [OH-Si-O...SiOH] -
→ OH-Si-O-Si -- OH
→ OH-Si-O-Si(-OH) -O- + H2O

このような熟成温度への加熱は、混合液を徐々に昇温することにより行うことが好ましく、例えば30分以上かけて行うことにより、急激な加熱によるゲル化を確実に防止することができる。
また、かかるゲル化は、上記熟成温度に1時間以上、好ましくは1~96時間、特に好ましくは8~24時間、混合液を保持することにより行われる。この場合、熟成温度を上記範囲よりも高温に設定した場合には、ゲル化が急激に進行してしまい、また、熟成温度が上記温度より低いときには、ゲル化に長時間要し、工業的に望ましくない。これら原料液(A)と原料液(B)の混合の工程を経ることで本発明に特徴的なマクロ孔及びメソ孔を形成することができる。
Such heating to the maturing temperature is preferably carried out by gradually raising the temperature of the mixed liquid. For example, by carrying out the heating over 30 minutes or longer, it is possible to reliably prevent gelation due to rapid heating.
Such gelation is carried out by holding the mixture at the aging temperature for 1 hour or more, preferably 1 to 96 hours, particularly preferably 8 to 24 hours. In this case, when the aging temperature is set to a temperature higher than the above range, gelation proceeds rapidly. Undesirable. Macropores and mesopores characteristic of the present invention can be formed through the process of mixing the raw material liquid (A) and the raw material liquid (B).

即ち、大過剰に存在するSiに対して本発明の工程を経ずにAlの存在が偏れば、微細な結晶粒子を生成することができず、後述する結晶化反応工程で、前述したマクロ孔が多く存在するMFI型ゼオライトを生成することができない。例えば、このマクロ孔(細孔直径が30~200nmのポア)の細孔容積が0.34ml/gよりも小さくなり、細孔直径が3.6~1100nmの領域の全細孔容積に対するマクロ孔が占める細孔容積の割合も45%よりも低くなってしまう。さらに、BET比表面積も小さくなってしまい、触媒もしくは触媒担体として用いた時の選択性が低下してしまうことになる。 That is, if the presence of Al is biased against the presence of Si present in a large excess without going through the process of the present invention, fine crystal grains cannot be produced, and the above-described macroscopic MFI type zeolite with many pores cannot be produced. For example, the pore volume of the macropores (pores with a pore diameter of 30 to 200 nm) is less than 0.34 ml/g, and the macropores with respect to the total pore volume in the region of the pore diameter of 3.6 to 1100 nm The ratio of the pore volume occupied by is also lower than 45%. Furthermore, the BET specific surface area is also reduced, and the selectivity when used as a catalyst or catalyst carrier is lowered.

種晶混合工程;
種晶(C)の添加を行う場合は、前記結晶化反応工程の前に行うことが好ましい。混合方法は特に制限がなく、前記混合ゲルの一部あるいは全部、及び/又は、混合ゲルの原料の一部あるいは全部と、結晶化に先立ち、あらかじめ混合して使用することができる。たとえば、混合ゲル、又は混合ゲルの原料に添加し、種晶が偏在しないように混合工程を有することが好ましい。特に好ましくは、上記のようにしてAlが均質に分布しているシリカアルミナ混合ゲルを生成した後、必要に応じてこの混合ゲル中に、MFI型ゼオライトの結晶の核となる種晶が混合される。
Seed crystal mixing step;
When the seed crystal (C) is added, it is preferably added before the crystallization reaction step. The mixing method is not particularly limited, and it can be used by pre-mixing with part or all of the mixed gel and/or part or all of the raw materials of the mixed gel prior to crystallization. For example, it is preferable to have a mixing step in which the seed crystals are added to the mixed gel or raw materials of the mixed gel so that the seed crystals are not unevenly distributed. Particularly preferably, after the silica-alumina mixed gel in which Al is homogeneously distributed is produced as described above, seed crystals serving as nuclei of MFI-type zeolite crystals are mixed into this mixed gel as necessary. be.

本発明において、かかる種晶はMFI型ゼオライトが用いられ、種晶の量が、混合ゲル中のSiO100質量部当り0.05~10質量部、特に1~5質量部の量で混合ゲル中に添加混合されることが望ましく、これにより結晶化反応を加速させることで、マクロ孔の細孔容積を前述した範囲に確実に調製することができる。 In the present invention, MFI-type zeolite is used as the seed crystal, and the amount of the seed crystal is 0.05 to 10 parts by mass, particularly 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of SiO 2 in the mixed gel. It is desirable to add and mix in the inside, and by accelerating the crystallization reaction, the pore volume of the macropores can be reliably adjusted within the range described above.

また、かかる種晶として用いられるMFI型ゼオライトは、焼成等によりテンプレートが除去されたものが好適に使用され、より好適には、例えば旋回式ジェットミルなどの乾式粉砕やビーズミルによる湿式粉砕により適度に粉砕したものが用いられる。 In addition, the MFI type zeolite used as such seed crystals is preferably used after the template has been removed by calcination or the like. A pulverized one is used.

また、本発明においては、上記の種晶(C)が完全に溶解しない程度のアルカリの希薄水溶液、例えばNaOH濃度が10質量%以下、望ましくは0.1~5質量%のNaOH水溶液を用意し、ここに種晶(C)を投入したものを前記混合ゲル中に添加することもできる。即ち、このようなアルカリ水溶液では、種晶がコロイド状に微細分散しており、その単粒子径が10μm以下、好ましくは5μm以下、特に好ましくは1μm以下と極めて微細な粒子の形で存在しており、結晶化反応をより速くすることができる。この時、種晶(C)の投入量は、アルカリ水溶液100質量部に対して0.01~15質量部とすることが好ましい。また、分散は種晶(C)の凝集が解れる程度でよく、例えば、一般に用いられる撹拌機で0.1~12時間分散させる。 In addition, in the present invention, a dilute alkaline aqueous solution such that the seed crystals (C) are not completely dissolved, for example, a NaOH aqueous solution having a NaOH concentration of 10% by mass or less, preferably 0.1 to 5% by mass, is prepared. , and the seed crystal (C) can be added to the mixed gel. That is, in such an alkaline aqueous solution, seed crystals are finely dispersed in a colloidal form, and exist in the form of extremely fine particles with a single particle diameter of 10 µm or less, preferably 5 µm or less, and particularly preferably 1 µm or less. and can make the crystallization reaction faster. At this time, the amount of the seed crystal (C) added is preferably 0.01 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alkaline aqueous solution. Further, the dispersion may be carried out to the extent that the seed crystals (C) are disaggregated. For example, the dispersion is carried out with a generally used stirrer for 0.1 to 12 hours.

結晶化反応工程;
本発明では、上記のようにして得られた混合ゲルを、常圧下で、前記熟成温度よりも高い結晶化温度に加熱保持し、これにより、結晶核が構築され、また種晶(C)を添加した場合は多数分布している微細な種晶を核として、結晶が成長し、目的とするマクロ孔の細孔容積の大きい本発明のMFI型ゼオライトが極めて短時間で得られる。驚くべきことに、後述する実施例1と実施例2に示すように、種晶を使用した場合は、使用せず結晶化反応を行った場合と比較して3分の1程度の時間で結晶化を完了することができる。結果として、より歪やゆがみの少ないMFI型ゼオライトの骨格構造が形成され、より大きな比表面積と細孔容積を持つMFI型ゼオライトを製造することができる。
Crystallization reaction step;
In the present invention, the mixed gel obtained as described above is heated and held at a crystallization temperature higher than the aging temperature under normal pressure, thereby constructing crystal nuclei and forming seed crystals (C). When it is added, crystals grow from a large number of fine seed crystals distributed as nuclei, and the MFI-type zeolite of the present invention having a large pore volume of the desired macropores can be obtained in an extremely short period of time. Surprisingly, as shown in Examples 1 and 2 which will be described later, when seed crystals are used, crystals are formed in about one-third of the time when the crystallization reaction is performed without using seed crystals. Transformation can be completed. As a result, an MFI zeolite framework structure with less strain and distortion is formed, and an MFI zeolite having a greater specific surface area and pore volume can be produced.

かかる結晶化反応工程は、常圧、即ち開放系で行うことが重要である。即ち、オートクレーブなどを用いてのクローズド系で結晶化反応工程を実施すると、内圧によって結晶の粒子間隙が小さくなり、結果として、マクロ孔の細孔容積が小さくなってしまうからである。 It is important to carry out such a crystallization reaction step under normal pressure, that is, in an open system. That is, if the crystallization reaction step is carried out in a closed system using an autoclave or the like, the internal pressure will reduce the inter-particle spacing of the crystals, resulting in a reduction in the pore volume of the macropores.

また、結晶化反応温度は、85~99℃に設定することも重要である。即ち、この温度が低いと、結晶化が十分に行われず、目的とするMFI型ゼオライトを得ることができない。また、この温度が高く、例えば100℃を超えると、テンプレートや微細な種晶が大きく流動してしまい、この結果、細孔分布が不均一となり、形成される細孔に歪やゆがみが生じ、この結果、(053)面の面間隔であるd値が2.99Åよりも大きくなってしまうからである。 It is also important to set the crystallization reaction temperature to 85 to 99°C. That is, if this temperature is too low, crystallization will not be sufficiently carried out, and the desired MFI zeolite will not be obtained. In addition, if this temperature is high, for example, exceeds 100° C., the template and fine seed crystals will flow significantly, resulting in non-uniform pore distribution and distortion of the pores that are formed. As a result, the d value, which is the interplanar spacing of the (053) plane, becomes larger than 2.99 Å.

上記のような結晶化反応工程は、通常、結晶化に供する混合ゲルの組成によっても異なり、一概に規定することはできないが、一般的には、種晶を用いない場合で100~600時間、種晶を用いた場合8~120時間程度である。また、種晶がアルカリ水溶液中に分散している状態で、混合ゲルに添加する場合8~96時間程度である。 The crystallization reaction step as described above usually varies depending on the composition of the mixed gel to be crystallized, and cannot be defined unconditionally. When seed crystals are used, it takes about 8 to 120 hours. Further, when the seed crystals are dispersed in an alkaline aqueous solution and added to the mixed gel, it takes about 8 to 96 hours.

細孔画定工程;
上記のようにして結晶化反応が終了した後は、ろ過、水洗し、アルカリ金属等の不純物を除去した後、焼成し、結晶中に含まれるテンプレートを消失させ、これにより、MFI型ゼオライトに特有の10員環形状の細孔が画定し、目的とする本発明のMFI型ゼオライトを得ることができる。
尚、焼成温度は、テンプレートが分解するが、ゼオライト結晶が損なわれない程度の温度であり、例えば、400~700℃で0.5~20時間程度である。
pore definition step;
After the crystallization reaction is completed as described above, the crystal is filtered and washed with water to remove impurities such as alkali metals, and then fired to eliminate the template contained in the crystal. 10-membered ring-shaped pores are defined, and the desired MFI-type zeolite of the present invention can be obtained.
The calcination temperature is such that the template is decomposed but the zeolite crystals are not damaged.

かくして得られるMFI型ゼオライトは、中位径が0.1~100μm、好ましくは0.5~10μmの大きさであるが、適宜粉末状に粉砕して使用に供されることが好ましく、取扱いの容易性等を考慮して、吸着用途では0.5~4.0μmの大きさに粒度調製して使用に供される。
本発明のMFI型ゼオライトは、例えば、樹脂組成物に混練したり、塗料やコーティング剤等の疎水溶媒を含む液体に混ぜたり、吸着カラムや吸着塔などの設備に充填して使用される。特に、本発明のMFI型ゼオライトは、マクロ孔の細孔容積が大きいため、樹脂に配合して臭い等を吸着除去する用途や、液相反応での触媒などの用途に適している。
The MFI-type zeolite thus obtained has a median diameter of 0.1 to 100 μm, preferably 0.5 to 10 μm. Considering ease of use, the particle size is adjusted to a size of 0.5 to 4.0 μm for use in adsorption applications.
The MFI-type zeolite of the present invention is used, for example, by kneading it with a resin composition, mixing it with a liquid containing a hydrophobic solvent such as a paint or a coating agent, or filling equipment such as an adsorption column or an adsorption tower. In particular, since the MFI-type zeolite of the present invention has a large pore volume of macropores, it is suitable for applications such as adsorption and removal of odors by blending with resins, and applications such as catalysts in liquid phase reactions.

さらに、本発明のMFI型ゼオライトは、触媒及び/又は触媒担体として優れた特性を発揮する。例えば、本発明のMFI型ゼオライトに白金担持した触媒は、n-パラフィンの水素化異性化脱ろう触媒としても優れた特性を発揮することが後述の実験により確認されている。
即ち、長鎖のn-パラフィン、例えばn-C14は、触媒の存在下で水素と反応させると、分子の末端から例えばプロピレン(オレフィン)の形でCが脱離し、脱離したCが再度、n-パラフィン残基と反応し(付加反応)、或いはさらなるCの脱離及び再度の付加反応を生じ、この結果として、iso-パラフィン、例えば、分枝を一つ有する単分枝異性体或いは分枝を複数有する多分枝異性体が生成する。このようなn-パラフィンの水素化異性化反応の触媒として、本発明のメソ孔が特異的に発達したMFI型ゼオライトに白金を担持した場合、低温で高いn-パラフィンの転化率若しくは高い異性体収率を得ることができる。
n-パラフィンの分岐異性体(iso体)は、n-パラフィンに比して低融点であり、また揮発性が高く、潤滑油やジェット燃料等の用途に適している。
Furthermore, the MFI-type zeolite of the present invention exhibits excellent properties as a catalyst and/or a catalyst carrier. For example, it has been confirmed by experiments described later that the catalyst of the present invention in which platinum is supported on MFI-type zeolite exhibits excellent properties as a catalyst for hydroisomerization dewaxing of n-paraffin.
That is, when long-chain n-paraffins such as nC 14 are reacted with hydrogen in the presence of a catalyst, C 3 is eliminated in the form of, for example, propylene (olefin) from the terminal of the molecule, and the eliminated C 3 again reacts with n - paraffinic residues (addition reaction) or with further elimination of C3 and addition reaction again, resulting in iso-paraffins, e.g. mono-branched with one branch Isomers or multi-branched isomers with multiple branches are produced. As a catalyst for such n-paraffin hydroisomerization reaction, when platinum is supported on the MFI type zeolite with specifically developed mesopores of the present invention, a high n-paraffin conversion rate at low temperature or a high isomer Yields can be obtained.
Branched isomers (iso forms) of n-paraffins have a lower melting point and higher volatility than n-paraffins, and are suitable for applications such as lubricating oils and jet fuels.

本発明を次の実験例で説明する。
尚、実験における各種の測定は、以下の方法で行い、測定結果を表2~4に示した。
The invention is illustrated by the following experimental examples.
Various measurements in the experiment were performed by the following methods, and the measurement results are shown in Tables 2-4.

(1)X線回折
(面間隔d値解析のための測定及び解析条件)
相対湿度75%に調湿済みのデシケーター中に乾燥試料を入れ、室温下で48時間以上静置し、水分を飽和量吸着させた。取出した試料の、2Θ=29.6~30.2°にかけて、X線回折測定した。なお、X線回折測定はリガク社製のUltima4を用いて、Cu-Kαにて下記の条件で測定を行った。
ターゲット:Cu
フィルター:湾曲結晶グラファイトモノクロメーター
検出器:SC
電圧:40kV
電流:50mA
ステップサイズ:0.005°
計数時間:10sec/step
スリット:DS2/3° RS0.3mm SS2/3°
目的とした範囲のX線回折のうち、最大ピークを持つ角度について、下記式に基づきd値(Å)を求めた。
(ブラッグの条件)
d=nλ/2sinΘ
d :面間隔
n :整数
λ :波長
sinΘ:結晶面とX線がなす角度
(結晶型の確認)
結晶の確認はd値の測定に用いた条件のうち、以下を変更して行った。
測定範囲 :3~40°
電流 :40mA
ステップサイズ:0.02°
計数時間 :0.6sec/step
(1) X-ray diffraction (measurement and analysis conditions for surface spacing d value analysis)
A dry sample was placed in a desiccator already adjusted to a relative humidity of 75% and allowed to stand at room temperature for 48 hours or longer to absorb a saturated amount of water. X-ray diffraction measurement was performed on the sample taken out from 2Θ=29.6 to 30.2°. The X-ray diffraction measurement was performed using Ultima4 manufactured by Rigaku Co., Ltd. under the following conditions with Cu-Kα.
Target: Cu
Filter: curved crystal graphite monochromator Detector: SC
Voltage: 40kV
Current: 50mA
Step size: 0.005°
Counting time: 10 sec/step
Slit: DS2/3° RS0.3mm SS2/3°
The d value (Å) was obtained based on the following formula for the angle with the maximum peak in the X-ray diffraction within the intended range.
(Bragg condition)
d=nλ/2 sin Θ
d: surface spacing n: integer λ: wavelength sinΘ: angle between crystal plane and X-ray (confirmation of crystal type)
Confirmation of the crystal was performed by changing the following conditions among the conditions used for the measurement of the d value.
Measurement range: 3 to 40°
Current: 40mA
Step size: 0.02°
Counting time: 0.6 sec/step

(2)細孔分布の測定
Micromeritics社製Autopore IV 9500を用いて水銀圧入法による細孔容積及び細孔分布を測定した。細孔直径が3.6~1100nmまで測定し、その累積細孔容積を全細孔容積とし、このうち細孔直径30~200nmをマクロ孔、細孔直径3.6~30nmをメソ孔と定義し、それぞれの区間の細孔容積をそれぞれの細孔容積とした。
細孔分布の縦軸としての表記は、累積細孔容積を用いた。
(2) Measurement of pore distribution Pore volume and pore distribution were measured by a mercury intrusion method using Autopore IV 9500 manufactured by Micromeritics. The pore diameter is measured from 3.6 to 1100 nm, and the cumulative pore volume is defined as the total pore volume. The pore volume of each section was defined as each pore volume.
The cumulative pore volume was used for the notation of the vertical axis of the pore size distribution.

(3)組成解析
酸化物換算でのアルカリ金属含有量及びSiO/Al(モル比)の算出に必要な元素分析については、(株)リガク製Rigaku ZSX primus IIを用い、ターゲットはRh、分析線はKαで、その他は以下の条件で測定を行った。
なお、試料は110℃で2時間乾燥した物を基準とした。

Figure 0007113697000001
(3) Composition analysis For the elemental analysis necessary for calculating the alkali metal content in terms of oxide and SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio), Rigaku ZSX primus II manufactured by Rigaku Co., Ltd. was used, and the target was Rh, analytical line was Kα, and other measurements were made under the following conditions.
The standard sample was dried at 110° C. for 2 hours.
Figure 0007113697000001

(4)粒子径の測定
日本電子株式会社製JSM-6510LAにより測定したSEM像からMFI型ゼオライトの凝集粒子径を測定した。ランダムに粒子10個を選び長径と短径の平均をそれぞれの凝集粒子の粒子径とし、それらの平均を得られたMFI型ゼオライトの粒子径とした。
(4) Measurement of Particle Size Agglomerated particle sizes of MFI zeolite were measured from SEM images measured by JSM-6510LA manufactured by JEOL Ltd. Ten particles were selected at random, and the average of the major and minor axes was taken as the particle size of each agglomerated particle, and the average particle size of the MFI zeolite was taken.

(5)種晶の粒子径測定
種晶(C)の粒子径については、MFI型ゼオライトの一次粒子を同様にSEM像から観察し、単粒子径として測定した。
(5) Measurement of Particle Size of Seed Crystal The particle size of the seed crystal (C) was measured as a single particle size by similarly observing the primary particles of the MFI-type zeolite from the SEM image.

(6)BET比表面積
窒素の吸着等温線P/P=0.005~0.015の測定値から、BET法による比表面積を算出した。
(6) BET Specific Surface Area The specific surface area was calculated by the BET method from the measured values of the nitrogen adsorption isotherm P/P 0 =0.005 to 0.015.

(7)触媒性能の評価
<n-パラフィンの水素化異性化脱ろう>
下記の実施例にて調製したPt担持触媒5gを用いて、流通固定床式触媒反応装置によりn―C14(ノルマルテトラデカン、ナカライテスク株式会社製)の水素化異性化脱ろう反応を行った。触媒をH気流下400℃、2時間還元処理した後、反応槽温度を反応温度まで低下させた。次に、Hで0.8MPaに昇圧したのちWHSV=1h―1でn-C14を添加した。原料比(nH2/nn―C14)は10とした。反応2時間後に気液分離装置内の液体反応生成物を回収し、ガスクロマトグラフィーによって組成分析を行った。
<ガスクロマトグラフィーによる成分組成分析>
反応生成物の測定は島津サイエンス製GC-2014を用い、DB-1(アジレントテクノロジー社製 内径0.25mm、30m、膜厚0.25μm)をキャピラリーカラムとして使用した。測定サンプルはn-パラフィンの水素化異性化脱ろう反応で得られた液体成分を、4倍量のアセトンで希釈することで作製した。検出器はFID、キャリアーガスはHeとし、気化室温度を320℃として1μlを注入(スプリット比は1:20)し、その後測定室温度を40℃10分保持、5℃/分で320℃まで昇温、最後に320℃で10分保持することでクロマトグラムを得た。n-C14転化率X[%]、単分岐および多分岐異性体の収率M[%]およびB[%]、および分解物の収率C[%]は以下のように定義した。分解物の収率Cには、ガス成分として得られた分解物を含んでいない。n-パラフィンの転化率(X)、および異性化収率(M+B)を触媒性能として評価した。
n-C14 転化率X [%]=100―試料中の残存n-C14 [%]
単分岐異性体の収率M [%]=試料中の単分岐C14 異性体の合計 [%]
多分岐異性体の収率B [%]=試料中の多分岐C14 異性体の合計 [%]
分解物の収率C [%]=100-残存n-C14-M-B
(7) Evaluation of catalyst performance <hydroisomerization dewaxing of n-paraffin>
Using 5 g of the Pt-supported catalyst prepared in the following example, n-C14 (Normal Tetradecane, manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.) was hydroisomerized and dewaxed in a flowing fixed-bed catalytic reactor. After the catalyst was reduced at 400° C. for 2 hours under a stream of H 2 , the reactor temperature was lowered to the reaction temperature. Next, after increasing the pressure to 0.8 MPa with H 2 , n-C14 was added at WHSV=1 h -1 . The raw material ratio (n H2 /n n-C14 ) was set to 10. Two hours after the reaction, the liquid reaction product in the gas-liquid separator was recovered and analyzed for its composition by gas chromatography.
<Component composition analysis by gas chromatography>
The reaction product was measured using GC-2014 manufactured by Shimadzu Science, and DB-1 (manufactured by Agilent Technologies, inner diameter 0.25 mm, 30 m, film thickness 0.25 μm) was used as a capillary column. A measurement sample was prepared by diluting the liquid component obtained by the hydroisomerization dewaxing reaction of n-paraffin with four times the amount of acetone. The detector is FID, the carrier gas is He, the vaporization chamber temperature is set to 320°C, 1 μl is injected (split ratio is 1:20), then the measurement chamber temperature is maintained at 40°C for 10 minutes, and the temperature is increased to 320°C at 5°C/min. A chromatogram was obtained by raising the temperature and finally holding at 320° C. for 10 minutes. The n-C14 conversion rate X [%], yields M [%] and B [%] of mono-branched and multi-branched isomers, and yield C [%] of decomposition products were defined as follows. The decomposition product yield C does not include the decomposition product obtained as a gas component. Conversion rate (X) of n-paraffin and isomerization yield (M+B) were evaluated as catalytic performance.
n-C14 conversion rate X [%] = 100 - residual n-C14 in sample [%]
Mono-branched isomer yield M [%] = total mono-branched C14 isomers in sample [%]
Yield of multi-branched isomer B [%] = total of multi-branched C14 isomers in sample [%]
Yield of decomposed product C [%] = 100 - residual n-C14-M-B

<比較例1>
水澤化学工業(株)製MFI型ゼオライトMT-100を使用した。
<Comparative Example 1>
MFI type zeolite MT-100 manufactured by Mizusawa Chemical Industry Co., Ltd. was used.

<比較例2>
PCT/JP2017/005755に示されている実施例6と同様に調製し、MFI型ゼオライトを得た。
<Comparative Example 2>
An MFI-type zeolite was obtained by preparing in the same manner as in Example 6 shown in PCT/JP2017/005755.

<比較例3>
特表平7-502964に示されている実施例1と同様に調製し、80℃における結晶化より、MFI型ゼオライトを得た。
<Comparative Example 3>
An MFI-type zeolite was obtained by crystallization at 80° C. in the same manner as in Example 1 shown in Japanese National Publication of International Patent Application No. 7-502964.

<実施例1>
<原料液(A)の調製>
98%TPABrを67.8g、水を953g、3号ケイ酸ソーダ(SiO=22.8質量%、NaO=7.6質量%、HO=69.6質量%)を457g及びシリカヒドロゲル(SiO=38.5質量%、NaO=0.02質量%、HO=61.4質量%)511gを混合して原料液Aを調製した。原料液(A)の各成分の組成はモル比でSiO:NaO:TPA-Br:HO=120:13:6:2114であった。
<原料液(B)の調製>
アルミン酸ナトリウム(Al=23.0質量%、NaO=19.2質量%、HO=57.8質量%)18.4g及び水200gを用いて原料液(B)を調製した。原料液(B)の各成分の組成はモル比でAl:NaO:HO=1:1.4:281であった。
<原料液(A)と原料液(B)の混合と熟成>
室温の撹拌条件下で原料液(A)に対し原料液(B)を30分かけて注加した。得られた混合ゲルを湯浴中で30分かけ85℃まで昇温し、そのまま85℃で20時間熟成した。
<結晶化反応と細孔画定>
上記85℃の混合ゲルを95℃まで昇温し、適宜サンプリングしてX線回折を確認しながら144時間反応した。120時間目と144時間目のX線回折における結晶型及びピーク強度が同等であったことから120時間で結晶化が終了したと判断した。得られた結晶スラリーは分散液のpHが9.0以下になるまで遠心分離とイオン交換水による再分散を繰り返して洗浄し、その後110℃で10時間乾燥した。乾燥物をマッフル電気炉にて550℃で2時間焼成し、MFI型ゼオライトを得た。
<Example 1>
<Preparation of raw material liquid (A)>
67.8 g of 98% TPABr, 953 g of water, 457 g of No. 3 sodium silicate (SiO 2 =22.8% by mass, Na 2 O=7.6% by mass, H 2 O=69.6% by mass) and A raw material solution A was prepared by mixing 511 g of silica hydrogel (SiO 2 =38.5% by mass, Na 2 O=0.02% by mass, H 2 O=61.4% by mass). The composition of each component of the raw material liquid (A) was SiO 2 :Na 2 O:TPA-Br:H 2 O=120:13:6:2114 in molar ratio.
<Preparation of raw material liquid (B)>
18.4 g of sodium aluminate (Al 2 O 3 =23.0% by mass, Na 2 O=19.2% by mass, H 2 O=57.8% by mass) and 200 g of water were used to prepare the raw material solution (B). prepared. The composition of each component of the raw material liquid (B) was Al 2 O 3 :Na 2 O:H 2 O=1:1.4:281 in molar ratio.
<Mixing and Aging of Raw Material Liquid (A) and Raw Material Liquid (B)>
The raw material liquid (B) was added to the raw material liquid (A) over 30 minutes under stirring at room temperature. The resulting mixed gel was heated to 85° C. over 30 minutes in a hot water bath, and aged at 85° C. for 20 hours.
<Crystallization reaction and pore definition>
The mixed gel at 85° C. was heated to 95° C., sampled appropriately and reacted for 144 hours while confirming X-ray diffraction. It was judged that crystallization was completed in 120 hours because the crystal type and peak intensity in X-ray diffraction at 120 hours and 144 hours were the same. The resulting crystal slurry was washed by repeating centrifugation and redispersion with ion-exchanged water until the pH of the dispersion became 9.0 or less, and then dried at 110° C. for 10 hours. The dried product was calcined at 550° C. for 2 hours in an electric muffle furnace to obtain MFI zeolite.

<実施例2>
原料液(A)の各成分の組成はモル比でSiO:NaO:TPA-Br:HO=120:9.4:6:1374、原料液(B)の各成分の組成はモル比でAl:NaO:HO=1:1.4:281とし、熟成工程を経た原料液(A)と原料液(B)の混合ゲルに、原料液(A)のSiOに対し3質量%相当(9g)の旋回式ジェットミルで粉砕した種晶(C)(粒子径0.7μm、SiO/Alモル比=100、テンプレート含まないMFI型ゼオライト)及び25.1gの49%NaOHと534gの水を混合して加え、結晶化反応時間を48時間とした以外、実施例1と同様の操作で実施例2のMFI型ゼオライトを得た。なお、結晶化反応は33時間目と48時間目のX線回折における結晶型及びピーク強度に変化がなかったことから、33時間目で結晶化反応が終了していたと判断した。
<Example 2>
The composition of each component of the raw material liquid (A) is SiO 2 : Na 2 O: TPA-Br: H 2 O = 120: 9.4: 6: 1374 in molar ratio, and the composition of each component of the raw material liquid (B) is Al 2 O 3 : Na 2 O: H 2 O = 1: 1.4: 281 in molar ratio, and the raw material solution (A) Seed crystal (C) pulverized with a rotary jet mill equivalent to 3% by mass (9 g) of SiO 2 (particle diameter 0.7 μm, SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio = 100, template-free MFI-type zeolite ) and 25.1 g of 49% NaOH and 534 g of water were mixed and added, and the MFI type zeolite of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the crystallization reaction time was changed to 48 hours. As for the crystallization reaction, there was no change in the crystal type and peak intensity in X-ray diffraction at 33 hours and 48 hours, so it was determined that the crystallization reaction was completed at 33 hours.

<実施例3>
下記に示した原料液(A)、(B)を用いて、結晶化時間を72時間とした以外は、実施例2と同様の操作でMFI型ゼオライト得た。
原料液(A):SiO:NaO:TPA-Br:HO=100:3.6:5:1144
原料液(B):Al:NaO:HO=1:1.4:237
<Example 3>
An MFI-type zeolite was obtained in the same manner as in Example 2 except that the raw material solutions (A) and (B) shown below were used and the crystallization time was changed to 72 hours.
Raw material liquid (A): SiO 2 :Na 2 O:TPA-Br:H 2 O=100:3.6:5:1144
Raw material liquid (B): Al2O3 : Na2O : H2O = 1 :1.4:237

<実施例4>
下記に示した原料液(A)、(B)を用いて、結晶化時間を72時間とした以外は、実施例2と同様の操作でMFI型ゼオライト得た。
原料液(A):SiO:NaO:TPA-Br:HO=80:2.6:4:912
原料液(B):Al:NaO:HO=1:1.4:192
<Example 4>
An MFI-type zeolite was obtained in the same manner as in Example 2 except that the raw material solutions (A) and (B) shown below were used and the crystallization time was changed to 72 hours.
Raw material liquid (A): SiO 2 :Na 2 O:TPA-Br:H 2 O=80:2.6:4:912
Raw material liquid (B): Al2O3 : Na2O : H2O = 1 :1.4:192

<実施例5>
下記に示した原料液(A)、(B)、を用いて、結晶化時間を96時間とした以外は、実施例2と同様の操作でMFI型ゼオライト得た。
原料液(A) :SiO:NaO:TPA-Br:HO=60:1.6:3:681
原料液(B) :Al:NaO:HO=1:1.4:148
<Example 5>
An MFI-type zeolite was obtained in the same manner as in Example 2, except that the following raw material solutions (A) and (B) were used and the crystallization time was changed to 96 hours.
Raw material liquid (A): SiO 2 :Na 2 O:TPA-Br:H 2 O=60:1.6:3:681
Raw material liquid (B): Al2O3 : Na2O : H2O = 1 :1.4:148

得られたMFI型ゼオライトの物性を下記表2に示す。本発明の方法により得られたMFI型ゼオライトは極めて発達したマクロ孔及び付随するメソ孔を有しているために外表面積が高く、例えば吸着材として利用した場合、目的の被吸着質に対して高い拡散速度を付与することが可能である。また、触媒もしくは触媒担体として用いた場合は反応基質との接触が良好となり高い活性を示すことが期待され、さらには低温で歪みが少なく形成された均一な結晶構造を持っていることから、触媒反応において高い選択性が期待される。 The physical properties of the obtained MFI-type zeolite are shown in Table 2 below. Since the MFI-type zeolite obtained by the method of the present invention has extremely developed macropores and associated mesopores, it has a high external surface area. It is possible to impart high diffusion rates. In addition, when used as a catalyst or catalyst carrier, it is expected to show good contact with the reaction substrate and exhibit high activity. High selectivity in the reaction is expected.

Figure 0007113697000002
Figure 0007113697000002

<比較例4>
98%TPABr、水、シリカヒドロゲル(SiO=38.5質量%、NaO=0.02質量%、HO=61.4質量%)、および比較例1のMFI型ゼオライト1.8gを混合して原料液(A)を調製した。原料液(A)の各成分の組成はモル比でSiO:NaO:TPA-Br:HO=:1:0.0005:0.05:14.5であった。アルミン酸ナトリウム、水、および49%NaOHを混合し、原料液(B)を調製した。原料液(B)の各成分の組成はモル比でAl:NaO:HO=1:5:123であった。実施例1と同様の条件で原料液(A)と原料液(B)を混合し、混合ゲルを得た。混合ゲルのSiO/Alモル比は85であった。混合ゲルを、撹拌機付き1.5L容積のオートクレーブに入れ、撹拌条件下で170℃まで2時間で昇温したのち、170℃を24時間保持することで結晶化反応を行った。得られた結晶スラリーは、実施例1と同様に洗浄、乾燥、および焼成し、比較例4のMFI型ゼオライトを得た。
<比較例4を用いたPt担持触媒の調製>
比較例4のMFI型ゼオライトを用いて、以下の操作で触媒を調製した。
MFI型ゼオライト10gに対し、90gの水を添加して撹拌により再分散した後、10gの塩化アンモニウムを添加して、3時間撹拌した後、濾過水洗を行い交換処理を行った。再度水を添加して総量100gのゼオライト分散スラリーとした後10gの塩化アンモニウム加える同様の交換処理を2回繰り返し、アンモニウム―MFI型ゼオライトを得た。得られたアンモニウム―MFI型ゼオライトを、110℃の恒温乾燥棚で10時間乾燥した後、マッフル炉を用いて、550℃、3時間保持の条件でアンモニウムの除去を行い、脱アルカリ―MFI型ゼオライトを得た。このゼオライトを粉砕し、H―MFI型ゼオライトを得た。得られたゼオライトは、NaO;0.05質量%以下であることを確認した。次に、Pt(NHCl・xHO(Aldrich製、Pt含量55.8%)をPt含量が1質量%となるようにイオン交換水に溶解し、H―MFI型ゼオライト150℃乾燥重量に対して、Pt担持量が0.4質量%となるように、湿式法(incipient wetness法)により担持処理を行った。次に300℃に温度を調整したマッフル炉に500ml/minで空気を送り込み、3時間焼成しClの除去を行った。得られた粉末を50MPaで加圧成型し、粗砕した後、篩により0.5~1.0mmに整粒することで、Pt担持触媒A(以下触媒A)を得た。
<Comparative Example 4>
98% TPABr, water, silica hydrogel (SiO 2 =38.5% by mass, Na 2 O=0.02% by mass, H 2 O=61.4% by mass), and 1.8 g of MFI-type zeolite of Comparative Example 1 were mixed to prepare a raw material liquid (A). The composition of each component of the raw material liquid (A) was SiO 2 :Na 2 O:TPA-Br:H 2 O=:1:0.0005:0.05:14.5 in molar ratio. Sodium aluminate, water, and 49% NaOH were mixed to prepare a raw material solution (B). The composition of each component of the raw material liquid (B) was Al 2 O 3 :Na 2 O:H 2 O=1:5:123 in molar ratio. The raw material liquid (A) and the raw material liquid (B) were mixed under the same conditions as in Example 1 to obtain a mixed gel. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the mixed gel was 85. The mixed gel was placed in a 1.5 L volume autoclave equipped with a stirrer, heated to 170° C. over 2 hours under stirring conditions, and then maintained at 170° C. for 24 hours for crystallization reaction. The resulting crystal slurry was washed, dried and calcined in the same manner as in Example 1 to obtain MFI-type zeolite of Comparative Example 4.
<Preparation of Pt-supported catalyst using Comparative Example 4>
Using the MFI-type zeolite of Comparative Example 4, a catalyst was prepared by the following operation.
After adding 90 g of water to 10 g of MFI-type zeolite and re-dispersing by stirring, 10 g of ammonium chloride was added, and after stirring for 3 hours, the mixture was filtered, washed with water, and exchanged. Water was added again to obtain a zeolite-dispersed slurry of 100 g in total, and then the same exchange treatment of adding 10 g of ammonium chloride was repeated twice to obtain an ammonium-MFI zeolite. After drying the obtained ammonium-MFI zeolite in a constant temperature drying rack at 110° C. for 10 hours, ammonium is removed using a muffle furnace under conditions of holding at 550° C. for 3 hours to obtain dealkalized MFI zeolite. got This zeolite was pulverized to obtain H-MFI type zeolite. It was confirmed that the resulting zeolite had a Na 2 O content of 0.05% by mass or less. Next, Pt(NH 3 ) 4 Cl 2 ·xH 2 O (manufactured by Aldrich, Pt content 55.8%) was dissolved in ion-exchanged water so that the Pt content was 1% by mass, and H-MFI type zeolite 150 was obtained. C. The supporting treatment was carried out by a wet method (incipient wetness method) so that the amount of Pt supported was 0.4% by mass relative to the dry weight. Next, air was fed at 500 ml/min into a muffle furnace whose temperature was adjusted to 300° C., and calcination was performed for 3 hours to remove Cl. The obtained powder was pressure-molded at 50 MPa, crushed, and sieved to a size of 0.5 to 1.0 mm to obtain a Pt-supported catalyst A (hereinafter referred to as catalyst A).

<実施例6>
原料液(A)の各成分の組成はモル比でSiO:NaO:TPA-Br:HO=82:3.5:7:974、原料液(B)の各成分の組成はモル比でAl:NaO:HO=1:1.4:260とし、混合ゲルに対し、原料液(A)のSiOに対し2質量%相当(9g)の旋回式ジェットミルで粉砕した種晶(C)(粒子径0.7μm、SiO/Alモル比=100、テンプレート含まないMFI型ゼオライト)及び299.1gのNaOH水溶液(NaOH濃度:1.9質量%)を混合し1時間撹拌した分散液を加え、結晶化反応時間を48時間とした以外は、実施例2と同様の操作で実施例6のMFI型ゼオライトを得た。
<実施例6を用いたPt担持触媒の調製>
実施例6のMFI型ゼオライトを用いた他は、比較例4と同様の操作で、0.4質量%のPtを担持した、Pt担持触媒B(以下触媒B)を調製した。
<Example 6>
The composition of each component of the raw material liquid (A) is SiO 2 : Na 2 O: TPA-Br: H 2 O=82:3.5:7:974 in molar ratio, and the composition of each component of the raw material liquid (B) is The molar ratio of Al 2 O 3 : Na 2 O: H 2 O = 1: 1.4: 260, and the mixed gel is 2% by mass (9 g) of SiO 2 in the raw material solution (A). Seed crystals (C) pulverized by a jet mill (particle size 0.7 μm, SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio = 100, template-free MFI zeolite) and 299.1 g of NaOH aqueous solution (NaOH concentration: 1.9 %) was mixed and stirred for 1 hour, and the MFI-type zeolite of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the crystallization reaction time was changed to 48 hours.
<Preparation of Pt-supported catalyst using Example 6>
A Pt-supported catalyst B supporting 0.4% by mass of Pt (hereinafter referred to as catalyst B) was prepared in the same manner as in Comparative Example 4, except that the MFI-type zeolite of Example 6 was used.

<実施例7>
原料液(A)の各成分の組成はモル比でSiO:NaO:TPA-Br:HO=120:9.4:6:1144、原料液(B)の各成分の組成はモル比でAl:NaO:HO=1:1.4:211とし、混合ゲルに、414.4gのNaOH水溶液(NaOH濃度:2.2質量%)を加え、その後に原料液(A)のSiOに対し3質量%相当(7g)の旋回式ジェットミルで粉砕した種晶(C)(粒子径4.2μm、SiO/Alモル比=100、テンプレートを含まないMFI型ゼオライト)を加え、結晶化時間を80時間とした以外は、実施例2と同様の操作で実施例7のMFI型ゼオライト得た。
<Example 7>
The composition of each component of the raw material liquid (A) is SiO 2 : Na 2 O: TPA-Br: H 2 O=120:9.4:6:1144 in molar ratio, and the composition of each component of the raw material liquid (B) is The molar ratio of Al 2 O 3 : Na 2 O: H 2 O = 1: 1.4: 211, 414.4 g of NaOH aqueous solution (NaOH concentration: 2.2% by mass) was added to the mixed gel, and then Seed crystal (C) pulverized with a rotary jet mill equivalent to 3% by mass (7 g) of SiO 2 in raw material liquid (A) (particle diameter 4.2 μm, SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio = 100, template The MFI zeolite of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 2, except that an MFI zeolite containing no MFI was added and the crystallization time was changed to 80 hours.

<実施例8>
実施例7と同様の操作で調整した原料液(A)および原料液(B)を用い、混合ゲルに対し、原料液(A)のSiOに対し3質量%相当(7g)の旋回式ジェットミルで粉砕した種晶(C)(粒子径4.2μm、SiO/Alモル比=100、テンプレート含まないMFI型ゼオライト)及び414.4gのNaOH水溶液(NaOH濃度:2.2質量%)を混合し1時間撹拌した分散液を加え、結晶化時間を53時間とした以外は、実施例6と同様の操作で実施例8のMFI型ゼオライトを得た。
<Example 8>
Using the raw material liquid (A) and the raw material liquid (B) prepared by the same operation as in Example 7, the mixed gel was subjected to a swirling jet equivalent to 3 % by mass (7 g) with respect to the SiO of the raw material liquid (A) Mill-pulverized seed crystals (C) (particle size 4.2 μm, SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio = 100, template-free MFI zeolite) and 414.4 g of NaOH aqueous solution (NaOH concentration: 2.2 mass %) was mixed and stirred for 1 hour, and the MFI-type zeolite of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 6, except that the crystallization time was changed to 53 hours.

Figure 0007113697000003
Figure 0007113697000003

Figure 0007113697000004
Figure 0007113697000004

本発明のMFI型ゼオライトは、例えば、実施例2~8に示したように、種晶を用いることでより結晶化反応にかかる時間を短縮することが可能になる。種晶がゼオライトの結晶核として働くことで、混合ゲルからゼオライトが生成する誘導期間を短縮すると考えられる。本発明者らは、さらに種晶の単位粒子径や添加する方法を変えることで、さらに短縮効果を増加させることができる知見を得、本発明の完成に至った。例えば、本発明の実施例1、6、7、8の比較により、種晶の効果をさらに詳しく検証することができる。すなわち、実施例1と7の比較から、単位粒子径4.2μmの種晶を加えることで40時間結晶化時間が早くなることが分かり、種晶を添加すると結晶化反応時間が短縮することができた。実施例7と8の比較から、種晶(C)を予めアルカリ水溶液中に分散させた後に混合ゲルへ加えて結晶化することで、27時間結晶化時間が早くなった。さらに、実施例6と8の比較から、より小さな単位粒子径0.7μmの種晶を用いることで、5時間結晶化時間が早くなった。また、実施例3、4、6は、SiO/Alモル比が70前後の本発明のMFI型ゼオライトの製造例であるが、これらを比較すると、種晶(C)を予めアルカリ水溶液中に分散させた後に混合ゲルへ加えて結晶化することで、種晶(C)の添加量を減らしたにも関わらず、24時間結晶化時間が早くなった。以上から、用いる種晶の単位粒子径が小さいほど、また事前に種晶をアルカリ水溶液中に分散させた状態で混合ゲルに加えることで、結晶化反応の時間短縮効果を発揮するといえる。 For the MFI-type zeolite of the present invention, the time required for the crystallization reaction can be shortened by using seed crystals, for example, as shown in Examples 2-8. It is believed that the seed crystals act as zeolite crystal nuclei, thereby shortening the induction period for the formation of zeolite from the mixed gel. The present inventors have found that the shortening effect can be further increased by changing the unit particle size of the seed crystal and the method of addition, and have completed the present invention. For example, by comparing Examples 1, 6, 7 and 8 of the present invention, the effect of seed crystals can be verified in more detail. That is, from a comparison of Examples 1 and 7, it was found that the crystallization time was shortened by 40 hours by adding seed crystals having a unit particle size of 4.2 μm, and the addition of seed crystals shortened the crystallization reaction time. did it. From the comparison of Examples 7 and 8, the crystallization time was shortened by 27 hours by dispersing the seed crystals (C) in the alkaline aqueous solution in advance and then adding them to the mixed gel for crystallization. Furthermore, from a comparison of Examples 6 and 8, the use of seed crystals having a smaller unit particle size of 0.7 µm shortened the crystallization time by 5 hours. Further, Examples 3, 4, and 6 are production examples of the MFI-type zeolite of the present invention having a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of around 70; Crystallization by adding to the mixed gel after dispersing in the aqueous solution shortened the crystallization time for 24 hours, although the amount of the seed crystal (C) added was reduced. From the above, it can be said that the smaller the unit particle diameter of the seed crystals used, and the addition of the seed crystals dispersed in the alkaline aqueous solution in advance to the mixed gel, the effect of shortening the crystallization reaction time is exhibited.

さらに、本発明の優れた効果を示すため、調製した触媒AおよびBを用いて、n-パラフィンの水素化異性化脱ろう反応を行った。その結果、本発明のMFI型ゼオライト(触媒B)を酸触媒とした場合、発達したメソ―マクロ孔の存在によりn-C14との接触面が増え、分解活性が高くなった。また、通常のMFI型ゼオライト酸触媒(触媒A)よりも、低温で極めて高い転化率を得ることができた。さらにはPtによる再付加反応を向上させるため、n-パラフィンの水素化異性化脱ろう反応において、従来のMFI型ゼオライトよりも、高い異性体収率を得ることができた。 このように、本発明のMFI型ゼオライトは、常圧合成により実施できることから、圧力容器などの特殊な設備を必要とせず、また、短時間で反応が完了するため、経済性が優れているばかりか、吸着用途、触媒及び/又は触媒担体として優れた性能を発揮する。 Furthermore, in order to demonstrate the excellent effects of the present invention, prepared catalysts A and B were used to perform hydroisomerization dewaxing reaction of n-paraffin. As a result, when the MFI-type zeolite (catalyst B) of the present invention was used as an acid catalyst, the presence of well-developed meso-macropores increased the contact surface with n-C14, increasing the cracking activity. In addition, it was possible to obtain an extremely high conversion rate at a low temperature compared to the ordinary MFI-type zeolite acid catalyst (catalyst A). Furthermore, in order to improve the re-addition reaction with Pt, in the hydroisomerization dewaxing reaction of n-paraffin, it was possible to obtain a higher isomer yield than the conventional MFI type zeolite. As described above, since the MFI-type zeolite of the present invention can be synthesized by normal pressure synthesis, it does not require special equipment such as a pressure vessel, and the reaction is completed in a short time, so it is not only economical. Alternatively, they exhibit excellent performance as adsorption applications, catalysts and/or catalyst supports.

Claims (10)

SiO/Al(モル比)が30以上のMFI型ゼオライトであって、水銀圧入法による細孔分布において、細孔直径が30~200nmのマクロ孔の細孔容積が0.34~1.0ml/gの範囲にあると共に、前記水銀圧入法による細孔分布において、細孔直径が3.6~30nmのメソ孔の細孔容積が0.01~0.5ml/gの範囲にあり、前記マクロ孔と前記メソ孔との容積比がマクロ孔/メソ孔=2~6であることを特徴とするMFI型ゼオライト。 MFI-type zeolite having a SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) of 30 or more, wherein the pore volume of macropores having a pore diameter of 30 to 200 nm is 0.34 to 0.34 in the pore distribution by mercury porosimetry. In the range of 1.0 ml / g , the pore volume of mesopores with a pore diameter of 3.6 to 30 nm in the pore distribution by the mercury intrusion method is in the range of 0.01 to 0.5 ml / g and wherein the volume ratio of the macropores to the mesopores is macropores/mesopores=2-6 . 300m/g以上のBET比表面積を有している請求項に記載のMFI型ゼオライト。 The MFI zeolite according to claim 1 , having a BET specific surface area of 300 m 2 /g or more. X線回折スペクトルにおいて(053)面の面間隔(d値)が2.99Å以下である請求項1~に記載のMFI型ゼオライト。 3. The MFI type zeolite according to claim 1, wherein the interplanar spacing (d value) of the (053) plane is 2.99 Å or less in the X-ray diffraction spectrum. シリカ源及びテンプレートが水乃至アルカリ性水溶液に溶解乃至分散されている原料液(A)と、アルミナ源が水乃至アルカリ性水溶液に溶解乃至分散された原料液(B)を用意する工程;
SiO/Al(モル比)が30以上となるように、前記原料液(A)中に、原料液(B)を注加する原料混合工程;
前記原料混合工程で得られた原料混合液を60~95℃の熟成温度に維持して熟成を行い、シリカ源とアルミナ源とを含む熟成混合ゲルを生成させる熟成工程;
前記混合ゲルを、常圧下、80~99℃の前記熟成温度よりも高い結晶化温度に保持してMFI型ゼオライトを生成させる結晶化反応工程;
生成した結晶を焼成し、テンプレートを消失させる細孔画定工程;
を含むことを特徴とするMFI型ゼオライトの製造方法。
A step of preparing a raw material liquid (A) in which a silica source and a template are dissolved or dispersed in water or an alkaline aqueous solution, and a raw material liquid (B) in which an alumina source is dissolved or dispersed in water or an alkaline aqueous solution;
A raw material mixing step of adding the raw material liquid (B) into the raw material liquid (A) so that the SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) is 30 or more;
Aging step of maintaining the raw material mixture obtained in the raw material mixing step at an aging temperature of 60 to 95° C. and aging it to produce an aged mixed gel containing a silica source and an alumina source;
a crystallization reaction step in which the mixed gel is maintained at a crystallization temperature higher than the aging temperature of 80 to 99° C. under normal pressure to produce MFI-type zeolite;
A pore definition step in which the generated crystal is fired to eliminate the template;
A method for producing MFI-type zeolite, comprising:
前記原料混合工程において、原料液(B)の注加を20分以上かけて行う請求項に記載の製造方法。 5. The production method according to claim 4 , wherein in the raw material mixing step, the raw material liquid (B) is added over 20 minutes or more. 前記熟成工程において、前記原料混合液を前記熟成温度に1~96時間維持させる請求項4~5に記載の製造方法。 6. The production method according to claim 4 , wherein in the aging step, the raw material mixture is maintained at the aging temperature for 1 to 96 hours. 前記原料液(A)は、シリカ源の一部としてケイ酸アルカリを含有している請求項4~6に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 4 to 6 , wherein the raw material liquid (A) contains alkali silicate as part of the silica source. 前記結晶化反応工程の前に、種晶(C)を添加混合する種晶混合工程を有する請求項4~7に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 4 to 7 , further comprising a seed crystal mixing step of adding and mixing seed crystals (C) before the crystallization reaction step. 前記種晶(C)としてMFI型ゼオライトが用いられ、種晶の量が、混合ゲル中のSiO100質量部当り0.05~10質量部の量である請求項に記載の製造方法。 The production method according to claim 8 , wherein MFI-type zeolite is used as the seed crystal (C), and the amount of the seed crystal is 0.05 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of SiO 2 in the mixed gel. 前記種晶(C)が、10μm以下の単粒子径を有する微粒子であり、該微粒子がアルカリ水溶液中に分散している状態で、混合ゲルに添加される請求項8または9に記載の製造方法。 10. The production method according to claim 8 or 9 , wherein the seed crystals (C) are fine particles having a single particle diameter of 10 μm or less, and the fine particles are added to the mixed gel in a state of being dispersed in an alkaline aqueous solution. .
JP2018149592A 2017-08-16 2018-08-08 MFI type zeolite Active JP7113697B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017157248 2017-08-16
JP2017157248 2017-08-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019034879A JP2019034879A (en) 2019-03-07
JP7113697B2 true JP7113697B2 (en) 2022-08-05

Family

ID=65636885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018149592A Active JP7113697B2 (en) 2017-08-16 2018-08-08 MFI type zeolite

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7113697B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114031094B (en) * 2021-12-06 2023-03-28 格润科技(大连)有限责任公司 Nano MFI/MOR eutectic molecular sieve and synthesis method of nano Ti-MFI/MOR eutectic molecular sieve

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004143035A (en) 2002-08-30 2004-05-20 Tokuyama Corp Crystalline inorganic porous material and method for producing the same
JP2010537938A (en) 2007-09-07 2010-12-09 イエフペ Amorphous silicon-containing material with hierarchical porosity

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004143035A (en) 2002-08-30 2004-05-20 Tokuyama Corp Crystalline inorganic porous material and method for producing the same
JP2010537938A (en) 2007-09-07 2010-12-09 イエフペ Amorphous silicon-containing material with hierarchical porosity

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019034879A (en) 2019-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5677844B2 (en) Synthesis of highly active ZSM-48
JP5572219B2 (en) Method for making borosilicate ZSM-48 molecular sieve
JP5855008B2 (en) Method for making aluminosilicate ZSM-12
EP2440328B1 (en) Sapo molecular sieve catalysts and their preparation and uses
JP2022524679A (en) Methods for Synthesizing Nano-sized Mesoporous Beta Zeolites and Their Use
JP2012512117A (en) Highly active MTT skeleton type molecular sieve
JP5588973B2 (en) Method for producing crystalline metallosilicate
EP2928827B1 (en) Process for preparing zeolite beta
JP2013510226A (en) N-paraffin selective hydroconversion process using borosilicate ZSM-48 molecular sieve
JP2013511545A (en) Process for isomerizing hydrocarbon feedstocks using aluminosilicate ZSM-12
JP5901817B2 (en) Heterojunction porous crystal for catalytic cracking and hydrocracking of heavy hydrocarbon oils
JP7113697B2 (en) MFI type zeolite
CN106660025B (en) Isomerization catalyst
JP2023549267A (en) Silica-alumina composition containing 1 to 30% by weight of crystalline ammonium aluminum hydroxide carbonate and method for producing the same
EP2696978B1 (en) Synthesis and use of m41s family molecular sieves
JP2011523932A (en) Method for producing crystalline metallosilicate
JP7085948B2 (en) MFI-type zeolite with excellent o-xylene adsorption and its manufacturing method
JP5750300B2 (en) Method for synthesizing novel heterojunction porous crystal and novel heterojunction porous crystal
JP2010030800A (en) beta-ZEOLITE HAVING LARGE CRYSTALLITE
JP2022163827A (en) MTW type zeolite
CN116395706A (en) Method for synthesizing mesoporous nano-sized beta zeolite by desilication method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210518

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220315

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220428

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220719

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220726

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7113697

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250