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JP2642893B2 - X型ゼオライト単結晶の製造方法 - Google Patents
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JP2642893B2 - X型ゼオライト単結晶の製造方法 - Google Patents

X型ゼオライト単結晶の製造方法

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JP2642893B2
JP2642893B2 JP3905395A JP3905395A JP2642893B2 JP 2642893 B2 JP2642893 B2 JP 2642893B2 JP 3905395 A JP3905395 A JP 3905395A JP 3905395 A JP3905395 A JP 3905395A JP 2642893 B2 JP2642893 B2 JP 2642893B2
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sio
type zeolite
mixture
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molar ratio
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X型ゼオライト単結晶
の製造方法の改良に関するものである。さらに詳しくい
えば、本発明は、通常の工業用原料を用い、トリエタノ
ールアミンのような有機薬品を用いなくても、結晶子径
が大きく、かつ純度の高いX型ゼオライト単結晶を経済
的有利に効率よく製造する工業的方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ゼオライトは、一般式 M2/nO・Al23・xSiO2・yH2O (式中のMはNa、K、Ca又はBa、nはMの価数、
xは2〜10、yは2〜7である) で表わされるアルカリ金属又はアルカリ土類金属のアル
ミノケイ酸であって、(Al,Si)O4四面体が頂点
を共有してつくる三次元網目構造の空孔中に、アルカリ
金属又はアルカリ土類金属、水分子の入った構造を有し
ており、例えばビルダー、紙の充てん剤、土壌改良剤、
分子ふるい、吸湿剤、触媒やその担体などとして多くの
分野において広く用いられている。
【0003】このゼオライトは天然品と合成品に大別さ
れ、合成ゼオライトには、その組成や構造の違いによ
り、例えばA型、X型、Y型、L型などがある。この中
のX型ゼオライトは、通常一般式Na2O・Al23
(2〜3)SiO2・yH2Oの組成をもつホージャサイ
ト類似構造を有しており、その単結晶の製造方法につい
ては、例えば(1)「ジャーナル・オブ・クリスタル・
グロース(J.Crystal Growth)」第8
巻,第291〜294ページ(1971年)や、(2)
「ゼオライツ(Zeolites)」第13巻,第64
5〜653ページ(1993年)などで報告されてい
る。しかしながら、これらの方法においては、いずれも
X型ゼオライト以外のゼオライトの副生を抑制するため
に、添加剤として作業環境をそこなう原因となるトリエ
タノールアミンを使用する必要があり、工業的な方法と
して必ずしも適しているとはいえない。しかも、(2)
の方法においては、結晶子径の大きなX型ゼオライトを
得るためには、極めて高純度のシリカを使用しなければ
ならず、例えばシリカ中のアルミナ及び鉄はそれぞれ3
0ppm以下、カルシウムは20ppm以下、マグネシ
ウムは2ppm以下に押える必要があり、製造コストが
高くなるのを免れない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のX型ゼオライト単結晶の製造方法がもつ欠点を克
服し、通常の工業用原料を用い、トリエタノールアミン
のような有機薬品を用いなくても、結晶子径の大きな純
度のよいX型ゼオライト単結晶を経済的有利に効率よく
製造する工業的方法を提供することを目的としてなされ
たものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、X型ゼオ
ライト単結晶の製造方法について鋭意研究を重ねた結
果、原料として水酸化ナトリウム、アルミン酸ナトリウ
ム、シリカ及び水を用い、これらを所定の割合で含有す
る混合物を室温で調製したのち、所定の温度で結晶化さ
せることにより、容易にそれを製造しうることを見出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、水酸化ナトリウム、
アルミン酸ナトリウム、シリカ及び水を、SiO2/A
23モル比が2〜8、Na2O/SiO2モル比が0.
5〜4及びH2O/Na2Oモル比が70〜170になる
ような割合で含有する原料混合物を室温で調製したの
ち、50〜120℃の温度で結晶化させることを特徴と
するX型ゼオライト単結晶の製造方法を提供するもので
ある。
【0007】本発明方法においては、原料として水酸化
ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、シリカ及び水が用
いられる。上記アルミン酸ナトリウムとしては、水酸化
ナトリウム水溶液に水酸化アルミニウムを添加し、加熱
溶解して得られた水溶液の形で用いるのが好ましい。ま
た、シリカとしては、種々のものを用いることができる
が、特にコロイド状シリカ、シリカゾル及びフュームド
シリカが好適である。このようなシリカとしては、例え
ばコロイダルシリカVN3[日本シリカ工業(株)製、
SiO2=89重量%]、シリカゾルSA[触媒化成工
業(株)製、SiO2=31重量%]、Aerosil
−200[日本アエロジル(株)製]などが市販されて
おり、いずれも用いることができる。
【0008】本発明においては、まず、前記原料を用
い、SiO2/Al23モル比が2〜8、Na2O/Si
2モル比が0.5〜4及びH2O/Na2Oモル比が7
0〜170になるように原料混合物を調製する。各モル
比が前記範囲を逸脱すると結晶子径が大きく、かつ純度
のよいX型ゼオライト単結晶が得られにくい。好ましい
モル比の範囲は、SiO2/Al23 2.5〜6、Na
2O/SiO2 1.5〜2.5及びH2O/Na2O 10
0〜130である。
【0009】この原料混合物の調製においては、できる
だけ大きな単結晶のX型ゼオライトを形成させるため
に、結晶化初期に生成する核の数を制限する必要があ
り、そのためには各原料の混合を室温で行い、かつ混合
及び熟成時間をできるだけ短縮するのが望ましく、好ま
しくは10分間以内、より好ましくは5分間以内で原料
混合物の調製を完了するのがよい。
【0010】次に、このようにして調製した原料混合物
を、50〜120℃の範囲の温度において、2〜20日
間程度加熱して結晶化させることにより、結晶子径の大
きな純度の高いX型ゼオライト単結晶が得られる。この
ような方法により得られたX型ゼオライト単結晶の結晶
子径は、通常45〜70μmの範囲であり、また、その
組成は、無水物として、式 Na2O・Al23・(2〜3)SiO2 で表わすことができる。
【0011】
【発明の効果】本発明によると、通常の工業用原料を用
い、トリエタノールアミンのような有機薬品を用いなく
ても、径が大きく、かつ純度の高いX型ゼオライト単結
晶を、効率よく製造することができる。したがって、本
発明方法は、X型ゼオライト単結晶の工業的な製造方法
として価値の高いものである。
【0012】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。なお、原料として用いられるアルミ
ン酸ナトリウム水溶液は、電解用アルミナを製造するた
めの水酸化アルミニウム[三井アルミナ製造(株)製、
Al23:63.4重量%]を48重量%水酸化ナトリ
ウム水溶液と水とで加熱溶解して得られたものである。
【0013】実施例1 容量1リットルのテフロン製反応容器に、水酸化ナトリ
ウム水溶液(Na2O:36.49重量%)57.89
g、アルミン酸ナトリウム水溶液(Na2O:20.1
1重量%、Al23:18.48重量%)45.00g
及び蒸留水 755.3gを仕込み、テフロン棒にて手
動でよくかきまぜたのち、この混合溶液をテフロン棒に
てかきまぜながら、これにシリカゾルSA[触媒化成工
業(株)製、SiO2:32.2重量%、Na2O:0.
20重量%]74.9cm3をビューレットから注入し
た。さらに、この混合物をウルトラディスパーサーで1
分間かき混ぜ、シリカゾルSA注入終了時より3分後
に、混合物を収容した反応容器を100℃の結晶化用恒
温槽に投入した。この混合物の組成はモル比で、SiO
2/Al23=6、Na2O/SiO2=1.0、H2O/
Na2O=100であった。
【0014】6日後に容器の内容物をろ過、洗浄、乾燥
したのち、相対湿度 75%の湿気箱の中で吸湿させ
た。十分に吸湿させた生成物 1.5gをらいかい機で
5分間粉砕し、粉砕物 1.000gとアナターゼ型酸
化チタン 0.200gとを、磁性乳鉢と乳棒を用いて
混合した。この混合粉末試料のX線回折強度を、Y型ゼ
オライトLZ−Y52(UCC社製)を用いて同様に調
製して得られた試料と比較したところ、ホージャサイト
型ゼオライトの含有率は64.7%であった。
【0015】なお、X線回折強度によるホージャサイト
型ゼオライトの含有率xは、式 x(%)=(ΣIn/Ia)/(ΣIn/Ia)LZ-Y52
×100 より求めた。ここで、ΣInはホージャサイト型ゼオラ
イトの10本の回折線、(111)、(220)、(3
11)、(331)、(511)、(440)、(53
3)、(642)、(660)及び(555)のピーク
の高さの和であり、Iaはアナターゼ型酸化チタンの
(101)回折線のピークの高さを示す。添字LZ−Y
52で示した値は、標準物のY型ゼオライトLZ−Y5
2をらいかい機で5分間粉砕したものの値である。生成
物の一部を走査電子顕微鏡で観察したところ、X型ゼオ
ライト単結晶の径は大きなものでは48μmであった。
【0016】実施例2 容量350cm3のステンレス鋼製反応容器に、水酸化
ナトリウム水溶液(Na2O:32.78重量%)2
5.93g、アルミン酸ナトリウム水溶液(Na2O:
19.83重量%、Al23:18.60重量%)1
7.63g及び蒸留水224.7gを仕込み、テフロン
棒にて手動でよくかきまぜたのち、この混合溶液をテフ
ロン棒にてかきまぜながら、これにシリカゾルSA[触
媒化成工業(株)製、SiO2:32.2重量%、Na2
O:0.20重量%]30cm3をピペットから注入し
た。さらに、この混合物をウルトラディスパーサーで1
分間かき混ぜ、シリカゾルSA注入終了時より6分後
に、混合物を収容した反応容器を100℃の結晶化用恒
温槽に投入した。この混合物の組成はモル比で、SiO
2/Al23=6、Na2O/SiO2=1.0、H2O/
Na2O=80であった。
【0017】4日後に容器の内容物をろ過、洗浄、乾燥
したのち、相対湿度 75%の湿気箱の中で吸湿させ
た。十分に吸湿させた生成物のホージャサイト型ゼオラ
イトの含有率を実施例1と同様の方法で測定したとこ
ろ、ホージャサイト型ゼオライトの含有率は76.6%
であった。また、走査電子顕微鏡による単結晶の径は、
大きなものでは50μmであった。図1は、この結晶の
走査電子顕微鏡写真図である。
【0018】実施例3 容量1リットルのテフロン製反応容器に、水酸化ナトリ
ウム水溶液(Na2O:32.38重量%)51.81
g、アルミン酸ナトリウム水溶液(Na2O:19.8
3重量%、Al23:18.60重量%)20.57g
及び蒸留水 774.5gを仕込み、テフロン棒にて手
動でよくかきまぜたのち、この混合溶液をテフロン棒に
てかきまぜながら、これにシリカゾルSA[触媒化成工
業(株)製、SiO2:32.2重量%、Na2O:0.
20重量%]35cm3をピペットから注入した。さら
に、この混合物をウルトラディスパーサーで1分間かき
混ぜ、反応容器の蓋を閉めたのち、ただちに混合物を収
容した反応容器を100℃の結晶化用恒温槽に投入し
た。この混合物の組成はモル比で、SiO2/Al23
6、Na2O/SiO2=1.5、H2O/Na2O=14
0であった。
【0019】8日後に反応容器の内容物をろ過、洗浄、
乾燥したのち、相対湿度 75%の湿気箱の中で吸湿さ
せた。十分吸湿させた生成物のホージャサイト型ゼオラ
イトの含有率は25.0%であった。また、走査電子顕
微鏡による単結晶の径は、大きなものでは68μmであ
った。
【0020】実施例4 容量1リットルのテフロン製反応容器に、水酸化ナトリ
ウム水溶液(Na2O:37.17重量%)51.58
g、アルミン酸ナトリウム水溶液(Na2O:19.8
3重量%、Al23:18.60重量%)23.50g
及び蒸留水 753.8gを仕込み、テフロン棒にて手
動でよくかきまぜたのち、この混合溶液をテフロン棒に
てかきまぜながら、これにシリカゾルSA[触媒化成工
業(株)製、SiO2:32.2重量%、Na2O:0.
20重量%]40cm3をピペットから注入した。さら
に、この混合物をウルトラディスパーサーで1分間かき
混ぜ、シリカゾルSA注入終了時より5分後に、混合物
を収容した反応容器を100℃の結晶化用恒温槽に投入
した。この混合物の組成はモル比で、SiO2/Al2
3=6、Na2O/SiO2=1.5、H2O/Na2O=
120であった。
【0021】7日後に反応容器の内容物をろ過、洗浄、
乾燥したのち、相対湿度 75%の湿気箱の中で吸湿さ
せた。十分吸湿させた生成物のホージャサイト型ゼオラ
イトの含有率は82.0%であった。また、走査電子顕
微鏡による単結晶の径は、大きなものでは46μmであ
った。
【0022】実施例5 容量1リットルのテフロン製反応容器に、水酸化ナトリ
ウム水溶液(Na2O:36.49重量%)56.51
g、アルミン酸ナトリウム水溶液(Na2O:20.1
1重量%、Al23:18.48重量%)18.03g
及び蒸留水 846.2gを仕込み、テフロン棒にて手
動でよくかきまぜたのち、この混合溶液をテフロン棒に
てかきまぜながら、これにシリカゾルSA[触媒化成工
業(株)製、SiO2:32.2重量%、Na2O:0.
20重量%]30cm3をビューレットから注入した。
さらに、この混合物をウルトラディスパーサーで1分間
かき混ぜ、シリカゾルSA注入終了時より3分後に、混
合物を収容した反応容器を100℃の結晶化用恒温槽に
投入した。この混合物の組成はモル比で、SiO2/A
23=6、Na2O/SiO2=2.0、H2O/Na2
O=130であった。
【0023】6日後に反応容器の内容物をろ過、洗浄、
乾燥したのち、相対湿度 75%の湿気箱の中で吸湿さ
せた。十分吸湿させた生成物のホージャサイト型ゼオラ
イトの含有率は82.0%であった。また、走査電子顕
微鏡による単結晶の径は、大きなものでは46μmであ
った。
【0024】実施例6 容量1リットルのテフロン製反応容器に、水酸化ナトリ
ウム水溶液(Na2O:36.49重量%)56.94
g、アルミン酸ナトリウム水溶液(Na2O:20.1
1重量%、Al23:18.48重量%)14.03g
及び蒸留水 828.9gを仕込み、テフロン棒にて手
動でよくかきまぜたのち、この混合溶液をテフロン棒に
てかきまぜながら、これにシリカゾルSA[触媒化成工
業(株)製、SiO2:32.2重量%、Na2O:0.
20重量%]30cm3をビューレットから注入した。
さらに、この混合物をウルトラディスパーサーで1分間
かき混ぜ、シリカゾルSA注入終了時より3分後に、混
合物を収容した反応容器を100℃の結晶化用恒温槽に
投入した。この混合物の組成はモル比で、SiO2/A
23=6、Na2O/SiO2=2.5、H2O/Na2
O=130であった。
【0025】6日後に反応容器の内容物をろ過、洗浄、
乾燥したのち、相対湿度 75%の湿気箱の中で吸湿さ
せた。十分吸湿させた生成物のホージャサイト型ゼオラ
イトの含有率は82.0%であった。また、走査電子顕
微鏡による単結晶の径は、大きなものでは46μmであ
った。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法で得られたX型ゼオライト単結晶
の1例の走査電子顕微鏡写真図。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化ナトリウム、アルミン酸ナトリウ
    ム、シリカ及び水を、SiO2/Al23モル比が2〜
    8、Na2O/SiO2モル比が0.5〜4及びH2O/
    Na2Oモル比が70〜170になるような割合で含有
    する原料混合物を室温で調製したのち、50〜120℃
    の温度で結晶化させることを特徴とするX型ゼオライト
    単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】 原料混合物がSiO2/Al23モル比
    2.5〜6、Na2O/SiO2モル比1.5〜2.5及
    びH2O/Na2Oモル比100〜130のものである請
    求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 シリカがコロイド状シリカ、シリカゾル
    又はフュームドシリカである請求項1又は2記載の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 原料混合物の調製を室温にて10分間以
    内で完了する請求項1ないし3のいずれかに記載の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 原料混合物を50〜120℃の温度で2
    〜20日間加熱し、結晶化させる請求項1ないし4のい
    ずれかに記載の製造方法。
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