JP7679603B2 - Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent - Google Patents
Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent Download PDFInfo
- Publication number
- JP7679603B2 JP7679603B2 JP2020046890A JP2020046890A JP7679603B2 JP 7679603 B2 JP7679603 B2 JP 7679603B2 JP 2020046890 A JP2020046890 A JP 2020046890A JP 2020046890 A JP2020046890 A JP 2020046890A JP 7679603 B2 JP7679603 B2 JP 7679603B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zeolite
- aging
- aei
- composition
- atoms
- 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
Links
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
本発明は、AEI型ゼオライトの製造方法、並びに得られたAEI型ゼオライトを有する触媒及び吸着材に関する。 The present invention relates to a method for producing AEI zeolite, and to a catalyst and an adsorbent containing the obtained AEI zeolite.
ゼオライトは、その骨格構造に由来する細孔に起因する分子ふるい効果やイオン交換能、触媒能、吸着能などの特性を有しており、吸着材、イオン交換剤、工業触媒、環境触媒などとして幅広く利用されている。
ゼオライトは、例えば、排ガス用触媒としては、銅などの金属を担持させたゼオライトが知られており、具体的には、CHA型アルミノシリケートゼオライトやシリコアルミノホスフェート(SAPO)ゼオライトが開発されている。このAEI型、CHA型のような表記は、IZA(International Zeolite Association)が定めるゼオライトの骨格構造を規定するコードである。
Zeolites have properties such as a molecular sieve effect due to the pores derived from their framework structure, as well as ion exchange ability, catalytic ability, and adsorption ability, and are widely used as adsorbents, ion exchange agents, industrial catalysts, environmental catalysts, etc.
Zeolites carrying metals such as copper are known as catalysts for exhaust gas, and specifically, CHA-type aluminosilicate zeolites and silicoaluminophosphate (SAPO) zeolites have been developed. The designations AEI and CHA are codes stipulated by the International Zeolite Association (IZA) that define the skeletal structure of zeolites.
AEI型ゼオライトは、ゼオライトの細孔の大きさはCHA型と同じだが、より触媒活性の高い構造であることが知られている。AEI型ゼオライトは、例えば、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒などとして使用される。ゼオライトを自動車等の排気ガス処理用のSCR触媒として用いる場合、特にスタート時のような低温動作時に排気ガス処理を確実に行うためには、Si/Al比の低い触媒の方が好適に使用できると考えられる。これは、アルミノシリケート系のゼオライトの場合、活性点となる遷移金属等の配位箇所がアルミニウムサイトになるため、活性点が多くなるSi/Al比の低い触媒の方が有利であることによる。 AEI zeolite has the same pore size as CHA zeolite, but is known to have a structure with higher catalytic activity. AEI zeolite is used, for example, as an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst. When using zeolite as an SCR catalyst for treating exhaust gas from automobiles, etc., it is thought that a catalyst with a low Si/Al ratio is more suitable for reliable exhaust gas treatment, especially during low-temperature operation such as start-up. This is because in the case of aluminosilicate zeolites, the coordination sites of transition metals, etc., which become active sites, become aluminum sites, so a catalyst with a low Si/Al ratio, which has more active sites, is more advantageous.
AEI型ゼオライトの一般的な製造方法としては、特許文献1に開示されている方法が知られている。特許文献1には、具体的には、Y型ゼオライト(Framework density:12.7T/1000Å3)とコロイダルシリカを原料とし、ここに有機構造規定剤(SDA)として、例えばDMDMPOH(N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイド)を加え、NaOH存在下で撹拌し、8日間水熱合成することにより、AEI型ゼオライトを得ることが開示されている。
特許文献1の実施例は、実際Y型ゼオライトを原料として、SDAを変えて実験したものである。このように、Y型ゼオライトを使用しないと、AEI型ゼオライトを合成することはできないのが現在の技術常識である。これは、例えば非特許文献1などに、「Al(OH)3を原料に用いた合成を試みたが、結晶性酸化物は得られなかった」との記載があることからも裏付けられる。
Known as a general method for producing AEI zeolite is the method disclosed in Patent Document 1. Specifically, Patent Document 1 discloses that AEI zeolite is obtained by using Y zeolite (framework density: 12.7T/1000 Å 3 ) and colloidal silica as raw materials, adding thereto, for example, DMDMPOH (N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide) as an organic structure directing agent (SDA), stirring in the presence of NaOH, and carrying out hydrothermal synthesis for 8 days.
The examples in Patent Document 1 are experiments in which Y-type zeolite was actually used as a raw material and the SDA was changed. Thus, it is currently common knowledge that AEI-type zeolite cannot be synthesized without using Y-type zeolite. This is supported by the statement in, for example, Non-Patent Document 1 that "synthesis was attempted using Al(OH) 3 as a raw material, but no crystalline oxide was obtained."
特許文献2には、安価な硝酸アルミニウムを原料としてAEI型ゼオライトを製造する方法として、硝酸アルミニウムとTEOS(テトラエチルオルトシリケート)を用い、これをSDAと混合した後、フッ酸を添加することにより、AEI型ゼオライトが得られることが開示されている。特許文献2に開示されている方法は、フッ酸を使用することにより、Alがなるべくゼオライト中にとりこまれないようにしてSi/Al比が200以上のAEI型ゼオライトを製造する方法である。 Patent Document 2 discloses a method for producing AEI zeolite using inexpensive aluminum nitrate as a raw material, in which aluminum nitrate and TEOS (tetraethyl orthosilicate) are used, mixed with SDA, and then hydrofluoric acid is added to obtain AEI zeolite. The method disclosed in Patent Document 2 uses hydrofluoric acid to produce AEI zeolite with a Si/Al ratio of 200 or more while minimizing the incorporation of Al into the zeolite.
特許文献3では、ケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、アルカリ金属原子原料、有機構造規定剤、及び水を含む混合物を調製する工程、前記工程で得られた混合物を水熱合成する工程、を含む、Si/Al比が50以下のAEI型ゼオライトを製造する方法が開示されている。
この製造方法では、アルミニウム原子原料はSi含有率が20重量%以下のアルミニウムを含有し、かつ上記混合物中にFramework densityが14T/1000Å3以上のゼオライトを、混合物中のSiが全てSiO2になっているとした時のSiO2に対して0.1重量%以上含むことを特徴としている。
Patent Document 3 discloses a method for producing AEI zeolite having a Si/Al ratio of 50 or less, the method including the steps of preparing a mixture containing a silicon atom raw material, an aluminum atom raw material, an alkali metal atom raw material, an organic structure-directing agent, and water, and hydrothermally synthesizing the mixture obtained in the above step.
This manufacturing method is characterized in that the aluminum atom raw material contains aluminum with a Si content of 20% by weight or less, and the mixture contains zeolite with a framework density of 14T/1000 Å3 or more in an amount of 0.1% by weight or more relative to SiO2 when all of the Si in the mixture is converted into SiO2 .
特許文献2で使用されるフッ酸は非常に危険な酸であり、ましてや高温になる水熱合成時に使用することは、工業的に現実的ではない。また、Y型ゼオライトは高価であることから、前述の自動車等の排ガス等に含まれるNOxの選択的還元反応(SCR)触媒のような大量に使用する用途には、コスト面で課題がある。
さらに、AEI型ゼオライトの製造方法においては、上述のとおり、Si/Al比を低くすることが好ましいと考えらえるが、特許文献1及び2に開示された製造方法では、Si/Al比を低くしたAEI型ゼオライトを製造できることは示されていない。
The hydrofluoric acid used in Patent Document 2 is a very dangerous acid, and its use during hydrothermal synthesis at high temperatures is not practical from an industrial standpoint. Furthermore, since Y-type zeolite is expensive, there is a problem in terms of cost when it is used in large quantities, such as in the selective catalytic reduction (SCR) catalyst for NOx contained in exhaust gases from automobiles, etc.
Furthermore, in the method for producing AEI zeolite, as described above, it is considered preferable to lower the Si/Al ratio, but the production methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 do not disclose the ability to produce AEI zeolite with a lower Si/Al ratio.
一方で、特許文献3についても比較的高価である有機構造規定剤の使用量を抑制しつつ、Si/Al比が十分に低く、かつAEI純度も高いAEI型ゼオライトが得られることは示されておらず、更なる改良の余地がある。 On the other hand, Patent Document 3 does not show that it is possible to obtain an AEI zeolite with a sufficiently low Si/Al ratio and high AEI purity while suppressing the amount of organic structure-directing agent used, which is relatively expensive, and there is room for further improvement.
そこで、本発明は、安全で安価に、Si/Al比が低くかつ高純度のAEI型ゼオライトを製造できる製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the objective of the present invention is to provide a method for safely and inexpensively producing AEI zeolite with a low Si/Al ratio and high purity.
本発明者らは、鋭意検討の結果、ゼオライトの原料を混合して熟成した後に、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含むゼオライトを添加し、その後、水熱合成することで上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[11]を提供する。
[1]ケイ素原子、アルミニウム原子、アルカリ金属原子及び水を含む組成物を調製する工程と、
前記組成物を熟成する工程と、
前記熟成後に、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含むゼオライトを添加する工程と、
前記ゼオライト添加後の組成物を水熱合成する工程と
を備えることを特徴とする、AEI型ゼオライトの製造方法。
[2]前記熟成前の組成物中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比を「B」、前記熟成後の組成物中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比を「C」とすると、C/B×100で算出されるモル比の比率が、100%未満であることを特徴とする、上記[1]に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[3]前記熟成を加熱により行うことを特徴とする、上記[1]又は[2]に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[4]前記加熱を、30~180℃で10分~24時間行うことを特徴とする、上記[3]に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[5]前記AEI型ゼオライトのケイ素原子/アルミニウム原子のモル比が10以下であることを特徴とする、上記[1]乃至[4]の何れか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[6]前記熟成前の組成物に含まれるケイ素原子として非晶質シリカを用いることを特徴とする、上記[1]乃至[5]の何れか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[7]前記熟成前の組成物に含まれるケイ素原子が、ゼオライトを含まず、または、前記熟成前の組成物に含まれるゼオライト由来のケイ素原子が、ケイ素原子全量に対して10モル%以下である、上記[1]乃至[6]の何れか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[8]前記ゼオライト添加後の組成物が、有機構造規定剤を、ケイ素原子に対してモル比で0.01以上1以下で含有することを特徴とする、上記[1]乃至[7]の何れか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[9]上記[1]乃至[8]の何れか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法により製造されたAEI型ゼオライトを含む触媒。
[10]窒素酸化物の還元触媒である、上記[9]に記載の触媒。
[11]上記[1]乃至[8]の何れか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法により製造されたAEI型ゼオライトを含む吸着材。
As a result of intensive research, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by mixing and maturing raw materials for zeolite, adding a zeolite containing d6r, which is defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA), in its framework, and then carrying out hydrothermal synthesis, thereby completing the present invention described below.
That is, the present invention provides the following [1] to [11].
[1] preparing a composition containing silicon atoms, aluminum atoms, alkali metal atoms, and water;
Aging the composition;
adding a zeolite containing d6r in its framework, which is defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA), after the aging;
and hydrothermally synthesizing the composition after the addition of the zeolite.
[2] The method for producing the AEI zeolite described in [1] above, characterized in that the molar ratio calculated as C/B×100 is less than 100%, where "B" is the molar ratio of silicon atoms/aluminum atoms in the solid content of the composition before aging, and "C" is the molar ratio of silicon atoms/aluminum atoms in the solid content of the composition after aging.
[3] The method for producing the AEI zeolite described in [1] or [2] above, characterized in that the aging is carried out by heating.
[4] The method for producing AEI zeolite according to the above [3], characterized in that the heating is carried out at 30 to 180° C. for 10 minutes to 24 hours.
[5] A method for producing AEI zeolite described in any one of [1] to [4] above, characterized in that the molar ratio of silicon atoms/aluminum atoms of the AEI zeolite is 10 or less.
[6] A method for producing an AEI zeolite described in any one of [1] to [5] above, characterized in that amorphous silica is used as the silicon atoms contained in the composition before aging.
[7] The method for producing AEI zeolite described in any one of [1] to [6] above, wherein the silicon atoms contained in the composition before aging do not contain zeolite, or the silicon atoms derived from zeolite contained in the composition before aging are 10 mol% or less relative to the total amount of silicon atoms.
[8] A method for producing an AEI zeolite described in any one of [1] to [7] above, characterized in that the composition after the addition of the zeolite contains an organic structure-directing agent in a molar ratio of 0.01 or more and 1 or less relative to silicon atoms.
[9] A catalyst comprising AEI zeolite produced by the method for producing AEI zeolite according to any one of [1] to [8] above.
[10] The catalyst according to the above [9], which is a reduction catalyst for nitrogen oxides.
[11] An adsorbent comprising AEI zeolite produced by the method for producing AEI zeolite described in any one of [1] to [8] above.
本発明によれば、安全で安価に、Si/Al比が低くかつ高純度なAEI型ゼオライトを製造することができる。 According to the present invention, it is possible to safely and inexpensively produce AEI zeolite with a low Si/Al ratio and high purity.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に何ら限定されない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention. However, the following description is an example (representative example) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents in any way.
本発明のAEI型ゼオライトの製造方法(以下、「本製造方法」と言う場合がある。)は、ケイ素原子、アルミニウム原子、アルカリ金属原子及び水を含む組成物を調製する工程と、前記組成物を熟成する熟成工程と、前記熟成後に、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含むゼオライトを添加する添加工程と、ゼオライト添加後の組成物を水熱合成する水熱合成工程とを備えることを特徴とする。
なお、以下の説明においては、熟成に供せられる組成物を「熟成前組成物」と言う場合がある。また、上記のゼオライト添加後の水熱合成に供せられる組成物を「反応前組成物」又は「熟成後組成物」と言う場合がある。
The method for producing AEI zeolite of the present invention (hereinafter, may be referred to as "the present production method") is characterized by comprising a step of preparing a composition containing silicon atoms, aluminum atoms, alkali metal atoms, and water, an aging step of aging the composition, an addition step of adding, after the aging, a zeolite containing d6r defined by the International Zeolite Association (IZA) as a composite building unit in its framework, and a hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the composition after the addition of the zeolite.
In the following description, the composition to be subjected to aging may be referred to as the "pre-aging composition." Furthermore, the composition to be subjected to hydrothermal synthesis after the addition of the zeolite may be referred to as the "pre-reaction composition" or the "aged composition."
<組成物の調製>
本製造方法では、ケイ素原子、アルミニウム原子、アルカリ金属原子及び水を含む熟成前組成物は、任意の方法で調製できる。ここで、ケイ素原子、アルミニウム原子、及びアルカリ金属原子は、各々、ケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、及びアルカリ金属原子原料として用いられる。但し、各々を含む原料を用いてもよいし、例えば、ケイ素原子とアルミニウム原子を含む化合物等の複数の原料を含む化合物を用いてもよい。なお、本明細書において、特に断りがない限り、ケイ素原子原料及びアルミニウム原子原料は、熟成後に添加されるゼオライト以外の、反応前組成物に用いるケイ素原子原料及びアルミニウム原子原料を意味する。また、以下の説明では、熟成前組成物に添加される、d6rを骨格中に含むゼオライトを単に「d6rゼオライト」と言うことがある。
<Preparation of Composition>
In this production method, the pre-aging composition containing silicon atoms, aluminum atoms, alkali metal atoms and water can be prepared by any method. Here, silicon atoms, aluminum atoms and alkali metal atoms are used as silicon atom raw materials, aluminum atom raw materials and alkali metal atom raw materials, respectively. However, raw materials containing each may be used, or compounds containing multiple raw materials such as compounds containing silicon atoms and aluminum atoms may be used. In this specification, unless otherwise specified, the silicon atom raw material and the aluminum atom raw material refer to the silicon atom raw material and the aluminum atom raw material used in the pre-reaction composition other than the zeolite added after aging. In the following description, the zeolite containing d6r in the framework added to the pre-aging composition may be simply referred to as "d6r zeolite".
熟成前組成物の調製方法は、特に限定されないが、各原料を均一に溶解させやすい観点から、アルカリ溶液に、ケイ素原子原料とアルミニウム原子原料を添加することが好ましい。ここで、アルカリ溶液は、アルカリ金属原子原料の水溶液(アルカリ金属水溶液)であることが好ましい。 The method for preparing the pre-aged composition is not particularly limited, but from the viewpoint of making it easier to dissolve each raw material uniformly, it is preferable to add the silicon atom raw material and the aluminum atom raw material to the alkaline solution. Here, the alkaline solution is preferably an aqueous solution of the alkali metal atom raw material (aqueous alkali metal solution).
本製造方法で、有機構造規定剤を使用する場合は、熟成前組成物に有機構造規定剤を含有させてもよい。この場合、有機構造規定剤は、アルカリ溶液に含有させることが好ましい。
熟成前組成物の調製に用いる各原料は、全原料を同時に混合しても、各原料を任意の順番や量で分割して混合してもよい。分割する場合は、2回以上に分けてもよいし、熟成前と熟成後に分けてもよい。また、有機構造規定剤は、水熱合成前であれば、いつ添加してもよく、上記のように熟成前に添加してもよいし、熟成後に添加してもよいし、熟成前と熟成後の両方で添加してもよい。
When an organic structure-directing agent is used in the present production method, the organic structure-directing agent may be contained in the pre-ripening composition. In this case, the organic structure-directing agent is preferably contained in the alkaline solution.
The raw materials used in the preparation of the pre-ripening composition may be mixed at the same time, or may be mixed in any order or amount. When the raw materials are mixed in parts, they may be mixed in two or more parts, or may be mixed before and after ripening. The organic structure-directing agent may be added at any time before the hydrothermal synthesis, and may be added before ripening as described above, may be added after ripening, or may be added both before and after ripening.
但し、アルミニウム原子原料については、熟成により固形分に取り込まれやすくなると考えられることから、熟成前に仕込む量が多いことが好ましい。具体的には、アルミニウム原子原料に含まれるアルミニウム原子は、その用いられる量の全量に対して、好ましくは50モル%以上、更に好ましくは70モル%以上、特に好ましくは90モル%以上が熟成前に仕込まれることが好ましい。
また、ケイ素原子原料については、熟成によりアルミニウム原子含有量の多いゼオライト前駆体を形成しやすくなる点から、熟成前のSi/Alモル比を低くすることが好ましい。具体的には、熟成前のSi/Alモル比は、好ましくは10以下、更に好ましくは8以下、特に好ましくは7以下であることが好ましい。
ここで、用いられる量の全量とは、特に断りがない限り、d6rゼオライト以外の反応前組成物に含まれるアルミニウム原子の全量又はケイ素原子の全量のことを意味し、以下も同様の意味とする。
However, since it is considered that the aluminum atom raw material is easily incorporated into the solid content by aging, it is preferable to charge a large amount of the aluminum atom raw material before aging. Specifically, it is preferable that the aluminum atoms contained in the aluminum atom raw material are charged before aging in an amount of preferably 50 mol % or more, more preferably 70 mol % or more, and particularly preferably 90 mol % or more, based on the total amount of the aluminum atom raw material used.
In addition, for the silicon atom raw material, since aging makes it easier to form a zeolite precursor with a high aluminum atom content, it is preferable to lower the Si/Al molar ratio before aging. Specifically, the Si/Al molar ratio before aging is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and particularly preferably 7 or less.
Here, unless otherwise specified, the total amount used means the total amount of aluminum atoms or the total amount of silicon atoms contained in the pre-reaction composition other than d6r zeolite, and the same applies hereinafter.
以下、本発明の製造方法で用いられる原料についてより詳細に説明する。
(ケイ素原子原料)
ケイ素原子原料は、ケイ素原子を有する化合物である。ケイ素原子原料は、Y型ゼオライト以外のケイ素を含む化合物が好ましく、ゼオライト以外の化合物が更に好ましい。
ケイ素原子原料は、アルミニウム原子原料とよく混和し、且つ熟成工程においてAEI型ゼオライトの結晶化に適したSi/Al比となるよう溶解しやすいと考えられることから、非晶質のケイ素化合物が好ましい。非晶質のケイ素化合物としては、コロイダルシリカ、無定型シリカ、ヒュームドシリカ、珪酸ナトリウムなどの非晶質シリカ;トリメチルエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケート、アルミノシリケートゲルなどを用いることができる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率と組み合わせで用いてもよい。
これらのうち、溶解しやすく安価であることから、非晶質シリカが好ましい。また、他の原料と均一に混合されやすく、且つ特に水に溶解しやすい点からは、コロイダルシリカ、トリメチルエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケート、アルミノシリケートゲルが好ましい。ケイ素原子原料としては、上記した中でも、コロイダルシリカが更に好ましい。
The raw materials used in the production method of the present invention will be described in more detail below.
(Silicon atom source)
The silicon atom source is a compound having a silicon atom. The silicon atom source is preferably a silicon-containing compound other than Y-type zeolite, and more preferably a compound other than zeolite.
The silicon atom raw material is preferably an amorphous silicon compound, since it is thought to be easily mixed with the aluminum atom raw material and to be easily dissolved in the aging step so as to have a Si/Al ratio suitable for crystallization of AEI zeolite. As the amorphous silicon compound, amorphous silica such as colloidal silica, amorphous silica, fumed silica, and sodium silicate; trimethylethoxysilane, tetraethylorthosilicate, and aluminosilicate gel can be used. These may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio.
Among these, amorphous silica is preferred because it is easily dissolved and inexpensive. Also, colloidal silica, trimethylethoxysilane, tetraethylorthosilicate, and aluminosilicate gel are preferred because they are easily mixed uniformly with other raw materials and are particularly easily dissolved in water. Among the above, colloidal silica is more preferred as the silicon atom raw material.
ケイ素原子原料は、溶解しやすく安価な非晶質シリカの割合が多いことが好ましい。そのため、ケイ素原子原料(熟成前組成物に用いるケイ素原子原料)に含まれるケイ素原子の全量に対して、非晶質シリカのケイ素原子は、50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることが更に好ましく、また、ケイ素原子原料は、全量が非晶質シリカであることが最も好ましい。 It is preferable that the silicon atom raw material contains a large proportion of amorphous silica, which is easily soluble and inexpensive. Therefore, it is preferable that the silicon atoms of the amorphous silica are 50 mol % or more, and more preferably 70 mol % or more, of the total amount of silicon atoms contained in the silicon atom raw material (silicon atom raw material used in the unaged composition), and it is most preferable that the entire amount of the silicon atom raw material is amorphous silica.
また、熟成後に添加するd6rゼオライトの量は、後述するとおり、通常少量であることから、反応前組成物に用いるケイ素原子原料についても、非晶質シリカが多いことが好ましい。具体的には、反応前組成物に用いるケイ素原子原料に含まれるケイ素原子の全量に対して、非晶質シリカのケイ素原子は、50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることが更に好ましい。 In addition, since the amount of d6r zeolite added after aging is usually small, as described below, it is preferable that the silicon atom source used in the pre-reaction composition also contains a large amount of amorphous silica. Specifically, the silicon atoms of the amorphous silica are preferably 50 mol% or more, and more preferably 70 mol% or more, of the total amount of silicon atoms contained in the silicon atom source used in the pre-reaction composition.
上記のとおり、本製造方法は、安価な非晶質シリカをケイ素原子原料として、AEI型ゼオライトを製造することができる。すなわち、熟成前組成物のケイ素原子原料は、ゼオライトを含まず、または、熟成前組成物におけるゼオライト由来のケイ素原子がケイ素原子全量に対して10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、ゼオライトとしてケイ素原子を含まないことがさらに好ましい。
同様に、熟成前組成物のケイ素原子原料は、Y型ゼオライトを含まず、または、そのY型ゼオライトの含有量がケイ素原子全量に対して10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、Y型ゼオライトとしてケイ素原子を含まないことがさらに好ましい。
As described above, the present production method can produce AEI zeolite using inexpensive amorphous silica as a silicon atom raw material. That is, the silicon atom raw material of the pre-aging composition does not contain zeolite, or the silicon atoms derived from zeolite in the pre-aging composition are preferably 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less, based on the total amount of silicon atoms, and further preferably the zeolite does not contain silicon atoms.
Similarly, the silicon atom raw material of the pre-aging composition preferably does not contain Y-type zeolite, or the Y-type zeolite content is 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less, relative to the total amount of silicon atoms, and even more preferably does not contain silicon atoms as Y-type zeolite.
熟成後に添加するd6rゼオライトの量は、d6rゼオライトも含めたケイ素原子原料の全量に対して、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がさらに好ましく、5質量%以下が特に好ましい。また、同d6rゼオライトの量は、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がさらに好ましい。 The amount of d6r zeolite added after aging is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less, based on the total amount of silicon atom raw material including d6r zeolite. The amount of d6r zeolite is preferably 1% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more.
(アルミニウム原子原料)
アルミニウム原子原料は、アルミニウム原子を含む化合物である。アルミニウム原子原料は、Y型ゼオライト以外のアルミニウムを含む化合物が好ましく、ゼオライト以外のアルミニウムを含む化合物が更に好ましい。
アルミニウム原子原料は、水に溶解しやすい化合物が好ましい。また、ケイ素原子原料とよく混和し、且つ熟成工程においてAEI型ゼオライトの結晶化に適したSi/Al比となるよう溶解しやすい化合物が好ましい。そこで、アルミニウム原子原料としては、アモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を有する水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を有する水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシド等が好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率と組み合わせで用いてもよい。
これらの中では、特に好ましくはアモルファスの水酸化アルミニウム、ギブサイト構造を有する水酸化アルミニウム、バイヤーライト構造を有する水酸化アルミニウムである。
アルミニウム原子原料は、非晶質のアルミニウム原子原料を用いることも好ましく、上記した中でも、アモルファスの水酸化アルミニウムがとりわけ好ましい。
(Aluminum atom source)
The aluminum atom source is a compound containing aluminum atoms. The aluminum atom source is preferably a compound containing aluminum other than Y-type zeolite, more preferably a compound containing aluminum other than zeolite.
The aluminum atom raw material is preferably a compound that is easily soluble in water. Also, it is preferable that the compound is well mixed with the silicon atom raw material and is easily soluble so that the Si/Al ratio is suitable for crystallization of AEI zeolite in the aging process. Therefore, the aluminum atom raw material is preferably amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, aluminum hydroxide having a bayerite structure, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum oxide, sodium aluminate, boehmite, pseudo-boehmite, aluminum alkoxide, etc. These may be used alone or in any ratio and combination of two or more.
Among these, particularly preferred are amorphous aluminum hydroxide, aluminum hydroxide having a gibbsite structure, and aluminum hydroxide having a bayerite structure.
It is also preferable to use an amorphous aluminum atom source as the aluminum atom source, and among the above, amorphous aluminum hydroxide is particularly preferable.
アルミニウム原子原料は、反応前組成物におけるアルミニウム原子の全量に対する、ケイ素原子の全量のモル比(Si/Alモル比)が2.5以上、10以下となるように用いることが好ましい。上記Si/Al比は、3以上がより好ましく、5以上がさらに好ましく、また、一方、8以下がより好ましく、7以下がさらに好ましい。上記Si/Alモル比を上述の好ましい範囲とすることにより、所望の上記Si/Al比のAEI型ゼオライトを得やすくなる。 It is preferable to use the aluminum atom raw material so that the molar ratio of the total amount of silicon atoms to the total amount of aluminum atoms in the pre-reaction composition (Si/Al molar ratio) is 2.5 or more and 10 or less. The above-mentioned Si/Al ratio is more preferably 3 or more, and even more preferably 5 or more, while on the other hand, more preferably 8 or less, and even more preferably 7 or less. By setting the above-mentioned Si/Al molar ratio in the above-mentioned preferred range, it becomes easier to obtain AEI zeolite with the desired above-mentioned Si/Al ratio.
また、熟成により、アルミニウム原子の含有量がより多いゼオライト前駆体を形成しやすくなる点から、熟成前組成物のSi/Alモル比は、低いことが好ましい。そして、熟成前組成物におけるアルミニウム原子に対する、ケイ素原子のモル比(Si/Alモル比、以下「仕込み比(A)」ともいう)も、上記のSi/Alモル比と同様の範囲内になることが好ましい。 In addition, since aging makes it easier to form a zeolite precursor with a higher aluminum atom content, it is preferable that the Si/Al molar ratio of the composition before aging is low. And, it is preferable that the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the composition before aging (Si/Al molar ratio, hereinafter also referred to as "feed ratio (A)") is also within the same range as the above Si/Al molar ratio.
(アルカリ金属原子)
本製造方法で用いられるアルカリ金属原子は、特に限定されず、ゼオライトの合成に使用される公知のアルカリ金属が使用できるが、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらのアルカリ金属原子が含まれることにより、結晶化の進行が容易となり、また、副生物(不純物結晶)が生成しにくくなる。アルカリ金属原子は、上記の通り、アルカリ金属原子原料として用いられる。
(alkali metal atom)
The alkali metal atom used in the present production method is not particularly limited, and any known alkali metal used in the synthesis of zeolite can be used, but it is preferably at least one selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium. By containing these alkali metal atoms, the crystallization can proceed more easily, and by-products (impurity crystals) are less likely to be generated. As described above, the alkali metal atom is used as an alkali metal atom raw material.
上記アルカリ金属原子は、特に好ましくはナトリウム原子を含む。その理由は、以下のとおりである。すなわち、ゼオライトを、例えば、吸着材や触媒として使用する際に、ゼオライトの合成過程で結晶構造中に取り込まれるアルカリ金属原子を、イオン交換により結晶内から取り除く場合がある。この時、アルカリ金属原子の除去工程を簡便にするためには、合成に使用するアルカリ金属原子がナトリウム原子であることが好ましい。そのため、アルカリ金属原子原料に含まれるアルカリ金属原子は、ナトリウム原子が、50モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることが更に好ましく、実質的に全てがナトリウム原子であることが特に好ましい。 The alkali metal atoms particularly preferably contain sodium atoms. The reason is as follows. That is, when zeolite is used, for example, as an adsorbent or catalyst, the alkali metal atoms incorporated into the crystal structure during the synthesis of the zeolite may be removed from the crystals by ion exchange. In this case, in order to simplify the alkali metal atom removal process, it is preferable that the alkali metal atoms used in the synthesis are sodium atoms. Therefore, it is preferable that the alkali metal atoms contained in the alkali metal atom raw material are sodium atoms, and it is even more preferable that they are 50 mol % or more, more preferably 80 mol % or more, and it is particularly preferable that substantially all of them are sodium atoms.
勿論、アルカリ金属原子原料に含まれるアルカリ金属原子は、ナトリウム原子が50モル%未満であっても構わない。この場合、反応前組成物中に含まれる主たるアルカリ金属原子としては、例えば、カリウム原子、セシウム原子、或いはカリウム原子とセシウム原子の混合などが好ましい。 Of course, the alkali metal atoms contained in the alkali metal atom raw material may be less than 50 mol% sodium atoms. In this case, the main alkali metal atoms contained in the pre-reaction composition are preferably, for example, potassium atoms, cesium atoms, or a mixture of potassium atoms and cesium atoms.
アルカリ金属原子は、アルカリ金属イオンとして反応前組成物に含まれることが好ましい。アルカリ金属原子原料としては、上記のアルカリ金属原子の水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩などを用いることができる。アルカリ金属原子原料は、1種を単独で用いても2種以上を任意の比率と組み合わせで用いてもよい。 The alkali metal atoms are preferably contained in the pre-reaction composition as alkali metal ions. As the alkali metal atom raw material, inorganic acid salts such as hydroxides, oxides, sulfates, nitrates, phosphates, chlorides, and bromides of the above alkali metal atoms, and organic acid salts such as acetates, oxalates, and citrates can be used. The alkali metal atom raw materials may be used alone or in any combination of two or more types in any ratio.
有機構造規定剤を用いる場合、後述するように、アルカリ金属原子原料は、アルミニウム原子に有機構造規定剤が好適な状態で配位しやすくすることにより、結晶構造を形成しやすくできると考えられる。反応前組成物中の有機構造規定剤に対するアルカリ金属原子のモル比は、0.5以上が好ましく、1.0以上がより好ましく、2.0以上が更に好ましく、3.0以上が特に好ましく、4.0以上が殊更好ましく、6.0以上が最も好ましい。また、一方、20以下が好ましく、15以下がより好ましく、12以下が更に好ましく、10以下が特に好ましく、8.0以下が殊更好ましく、6.0以下が最も好ましい。 When an organic structure directing agent is used, as described below, it is believed that the alkali metal atom raw material can easily form a crystal structure by facilitating the coordination of the organic structure directing agent with the aluminum atom in a suitable state. The molar ratio of alkali metal atoms to the organic structure directing agent in the pre-reaction composition is preferably 0.5 or more, more preferably 1.0 or more, even more preferably 2.0 or more, particularly preferably 3.0 or more, especially preferably 4.0 or more, and most preferably 6.0 or more. On the other hand, it is preferably 20 or less, more preferably 15 or less, even more preferably 12 or less, especially preferably 10 or less, especially preferably 8.0 or less, and most preferably 6.0 or less.
(水)
水の量は、結晶が生成しやすいという観点から、反応前組成物に含まれるd6rゼオライト以外のケイ素原子に対するモル比で、通常5以上、好ましくは7以上、より好ましくは9以上、更に好ましくは10以上である。また、廃液処理量を少なくして、コスト削減効果を得るために、水の量は、反応前組成物に含まれるd6rゼオライト以外のケイ素原子に対するモル比で、通常50以下、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、更に好ましくは25以下である。
(water)
From the viewpoint of facilitating crystal formation, the amount of water, in terms of a molar ratio to silicon atoms other than d6r zeolite contained in the pre-reaction composition, is usually 5 or more, preferably 7 or more, more preferably 9 or more, and even more preferably 10 or more. In order to reduce the amount of waste liquid treatment and obtain a cost reduction effect, the amount of water, in terms of a molar ratio to silicon atoms other than d6r zeolite contained in the pre-reaction composition, is usually 50 or less, preferably 40 or less, more preferably 30 or less, and even more preferably 25 or less.
(d6rを骨格中に含むゼオライト)
本製造方法では、上記の通り、熟成後組成物にd6rを骨格中に含むゼオライトを添加する。添加されるゼオライトは、AEI型ゼオライトの合成において種結晶となる。なお、d6rとは、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6r(二重6員環)を意味する。
d6rを骨格中に含むゼオライトとしては、具体的には、AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、GME、KFI、LEV、LTL、LTN、MOZ、MSO、MWW、OFF、SAS、SAT、SAV、SZR、WENが挙げられる。これらのうち、より好ましくは、AEI、AFT、AFX、CHA、ERI、KFI、LEV、LTL、MWW、SAV、更に好ましくはAEI、AFT、CHA、よりさらに好ましくはCHAおよびAEI、特に好ましくはCHAである。
組成物に添加するd6rを骨格中に含むゼオライトは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率と組み合わせで用いてもよい。
(Zeolite containing d6r in the framework)
In this production method, as described above, a zeolite containing d6r in the framework is added to the aged composition. The added zeolite serves as a seed crystal in the synthesis of AEI zeolite. Note that d6r means d6r (double 6-membered ring) defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA).
Zeolites containing d6r in the framework specifically include AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, ERI, GME, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SZR, and WEN. Among these, more preferably AEI, AFT, AFX, CHA, ERI, KFI, LEV, LTL, MWW, and SAV, even more preferably AEI, AFT, and CHA, even more preferably CHA and AEI, and particularly preferably CHA.
The zeolite containing d6r in its framework to be added to the composition may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio.
本製造方法で用いるゼオライトは、水熱合成後に焼成を行っていない未焼成品でも水熱合成後に焼成を行った焼成品でもよいが、アルカリに溶解し難く、結晶の核として機能しやすいことから未焼成品が好ましい。但し、組成物の組成あるいは温度条件等によっては、未焼成品が溶解し難い場合に、焼成品を用いてもよい。 The zeolite used in this manufacturing method may be either uncalcined, that is, not calcined after hydrothermal synthesis, or calcined, that is calcined after hydrothermal synthesis. Uncalcined zeolite is preferred because it is less soluble in alkali and more likely to function as a crystal nucleus. However, depending on the composition of the composition or temperature conditions, etc., if uncalcined zeolite is less soluble, calcined zeolite may be used.
d6rゼオライトの添加量は、d6rゼオライト以外の反応前組成物に含まれるケイ素原子がすべてSiO2であると仮定した時のSiO2に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、また、反応をより円滑に進めるために、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは2質量%以上、特に好ましくは3質量%以上、最も好ましくは4質量%以上である。また、ゼオライトは高価であることから、上記ゼオライトの添加量は、コスト削減の観点では、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、8質量%以下が更に好ましく、6質量%以下が特に好ましい。 The amount of d6r zeolite added is preferably 0.1% by mass or more based on SiO 2 when it is assumed that all silicon atoms contained in the pre-reaction composition other than d6r zeolite are SiO 2 , and in order to proceed with the reaction more smoothly, it is more preferably 0.5% by mass or more, even more preferably 2% by mass or more, particularly preferably 3% by mass or more, and most preferably 4% by mass or more. In addition, since zeolite is expensive, the amount of zeolite added is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, even more preferably 8% by mass or less, and particularly preferably 6% by mass or less, from the viewpoint of reducing costs.
(有機構造規定剤)
反応前組成物は、高純度なAEI型ゼオライトが得やすいことから、有機構造規定剤を含有することが好ましい。
有機構造規定剤(「テンプレート」とも呼称される。以下、有機構造規定剤を「SDA」と称す場合がある。)としては、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(TEAOH)やテトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド(TPAOH)などの公知の各種の物質を使用することができる。例えば、有機構造規定剤としては、以下のような物質を使用することができる。
(Organic structure directing agent)
The pre-reaction composition preferably contains an organic structure-directing agent, since this makes it easier to obtain a high-purity AEI zeolite.
As the organic structure directing agent (also called "template". Hereinafter, the organic structure directing agent may be referred to as "SDA"), various known substances such as tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) and tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) can be used. For example, the following substances can be used as the organic structure directing agent.
N,N-ジエチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-9-アゾニアビシクロ[3.3.1]ノナンカチオン、N,N-ジメチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N-エチル-N-メチル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジエチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-2-(2-ヒドロキシエチル)ピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムカチオン、N-エチル-N-メチル-2-エチルピペリジニウムカチオン、2,6-ジメチル-1-アゾニウム[5.4]デカンカチオン、N-エチル-N-プロピル-2,6-ジメチルピペリジニウムカチオン等が挙げられる。有機構造規定剤は、窒素含有系の有機構造規定剤およびリン含有系有機構造規定剤が好ましく、窒素含有系の有機構造規定剤としては、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムカチオンがより好ましく、N,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイドが更に好ましい。 Examples include N,N-diethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-9-azoniabicyclo[3.3.1]nonane cation, N,N-dimethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N-ethyl-N-methyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N,N-diethyl-2-ethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-2-(2-hydroxyethyl)piperidinium cation, N,N-dimethyl-2-ethylpiperidinium cation, N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation, N-ethyl-N-methyl-2-ethylpiperidinium cation, 2,6-dimethyl-1-azonium[5.4]decane cation, and N-ethyl-N-propyl-2,6-dimethylpiperidinium cation. The organic structure directing agent is preferably a nitrogen-containing organic structure directing agent or a phosphorus-containing organic structure directing agent, and as a nitrogen-containing organic structure directing agent, N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation is more preferable, and N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide is even more preferable.
また、リン含有系有機構造規定剤として、テトラブチルホスホニウム、ジフェニルジメチルホスホニウムのような物質を使用することができる。ただし、リン化合物は、合成されたゼオライトを焼成してSDAを除去する時に、有害物質である五酸化二リンを発生する可能性があるため、好ましくは窒素含有系有機構造規定剤である。
これらの有機構造規定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率と組み合わせで用いてもよい。
Also, as the phosphorus-containing organic structure directing agent, materials such as tetrabutylphosphonium and diphenyldimethylphosphonium can be used. However, since phosphorus compounds may generate diphosphorus pentoxide, a harmful substance, when the synthesized zeolite is calcined to remove SDA, nitrogen-containing organic structure directing agents are preferred.
These organic structure-directing agents may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio.
反応前組成物は、反応前組成物に含有されるケイ素原子に対してモル比で、0.01以上、1以下で有機構造規定剤を含有することが好ましい。有機構造規定剤の含有量を上記範囲内とすることで、高価な有機構造規定剤の使用量を抑えて安価でありながらも、高純度のAEI型ゼオライトを得やすくなる。また、AEI型ゼオライトのSi/Alモル比も低くしやすくなる。
上記の観点から、有機構造規定剤の含有量は、0.02以上がより好ましく、0.04以上が更に好ましく、0.06以上が更に好ましく、また、0.5以下がより好ましく、0.3以下が更に好ましく、0.2以下が更に好ましく、0.15以下が特に好ましい。
The pre-reaction composition preferably contains an organic structure-directing agent in a molar ratio of 0.01 or more and 1 or less relative to the silicon atoms contained in the pre-reaction composition. By setting the content of the organic structure-directing agent within the above range, it is possible to reduce the amount of expensive organic structure-directing agent used, and it is easy to obtain a high-purity AEI zeolite at a low cost. In addition, it is easy to reduce the Si/Al molar ratio of the AEI zeolite.
From the above viewpoints, the content of the organic structure directing agent is more preferably 0.02 or more, even more preferably 0.04 or more, and even more preferably 0.06 or more, and is more preferably 0.5 or less, even more preferably 0.3 or less, even more preferably 0.2 or less, and particularly preferably 0.15 or less.
(その他の成分)
本製造方法においては、上記のアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、アルカリ金属原子原料、d6rを骨格中に含むゼオライト、水、及び有機構造規定剤以外に、ゼオライトの合成を助けるための成分となる補助剤、例えば、反応を促進させる酸成分、ポリアミンのような金属の安定化剤などの添加剤を、必要に応じて任意の工程で添加して、反応前組成物を調製してもよい。また、後述するように、触媒として働く銅などの金属を、水熱合成時に添加してもよい。
(Other ingredients)
In this production method, in addition to the above aluminum atom raw material, silicon atom raw material, alkali metal atom raw material, zeolite containing d6r in the framework, water, and organic structure directing agent, an auxiliary agent that serves as a component for assisting the synthesis of zeolite, for example, an acid component that promotes the reaction, an additive such as a metal stabilizer such as polyamine, etc. may be added at any step as necessary to prepare a pre-reaction composition. Also, as described later, a metal such as copper that acts as a catalyst may be added during hydrothermal synthesis.
また、本製造方法においては、その水熱合成時に、アルカリ土類金属を添加してもよい。ゼオライトにアルカリ土類金属を添加すると、耐水熱特性が向上することが、一般的に知られている。本製造方法でも、反応前組成物に、アルカリ土類金属を含有する化合物を添加して、AEI型ゼオライトを製造することができる。
アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが使用でき、好ましくはマグネシウム又はカルシウム、最も好適にはカルシウムである。アルカリ土類金属は、通常化合物の形で供給することができ、酸化物、水酸化物、硫化物等、特に限定されないが、好ましくは水酸化物の形で添加するとよい。
In addition, in the present production method, an alkaline earth metal may be added during the hydrothermal synthesis. It is generally known that the addition of an alkaline earth metal to a zeolite improves the hydrothermal resistance. In the present production method, an AEI zeolite can also be produced by adding a compound containing an alkaline earth metal to the pre-reaction composition.
The alkaline earth metal may be magnesium, calcium, strontium, barium, etc., preferably magnesium or calcium, and most preferably calcium. The alkaline earth metal can be usually supplied in the form of a compound, such as an oxide, hydroxide, sulfide, etc., but is not particularly limited thereto, and is preferably added in the form of a hydroxide.
<熟成>
本製造方法では、上記のようにして得られた熟成前組成物に対して熟成を行う。本製造方法では、熟成により、熟成前組成物中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比が小さくなり、これに起因して高純度のAEI型ゼオライトが得られると推定される。熟成によりモル比が小さくなる原理、及び高純度のAEI型ゼオライトが得られる原理は、定かではないが、以下のように推定される。
アルカリ金属水溶液に添加したアルミニウム原子原料は、溶解しやすい。ここで、ケイ素原子原料を添加すると、液中のアルミニウム原子と反応してアルミノシリケートゲルを形成する。アルミノシリケートゲルとは、水を分散媒としたコロイドであり、ケイ素とアルミニウムによる架橋構造を形成した固体である。このとき、アルミニウム原子の一部は、ケイ素原子原料と反応することなく、アルミノシリケートゲルに含まれずに液中に溶解している。このため、アルミノシリケートゲルのSi/Al比は、添加した仕込み比よりも高くなる。そして、Si/Al比が仕込み比よりも高いまま、すなわちSi/Al比が仕込み比と乖離した組成物を水熱合成すると、AEI型以外の不純物も結晶化され、AEI型の純度が低下すると考えられる。
一方で、熟成を行うことにより、固体(アルミノシリケートゲル)中のケイ素原子が液相に溶解するとともに、液相中のアルミニウム原子が固体中に取り込まれ、固体のSi/Al比が低くなりAEI型を得るのに適した組成となり、これにより、高純度のAEI型を得られると考えられる。
<Aging>
In the present production method, the pre-aging composition obtained as described above is aged. In the present production method, the molar ratio of silicon atoms/aluminum atoms in the solid content of the pre-aging composition is reduced by aging, which is presumed to result in the production of high-purity AEI zeolite. The principle by which the molar ratio is reduced by aging and the principle by which high-purity AEI zeolite is obtained are not clear, but are presumed to be as follows.
The aluminum atom raw material added to the alkali metal aqueous solution is easily dissolved. Here, when the silicon atom raw material is added, it reacts with the aluminum atoms in the liquid to form an aluminosilicate gel. The aluminosilicate gel is a colloid with water as a dispersion medium, and is a solid that forms a cross-linked structure by silicon and aluminum. At this time, some of the aluminum atoms do not react with the silicon atom raw material, and are not included in the aluminosilicate gel and are dissolved in the liquid. Therefore, the Si/Al ratio of the aluminosilicate gel becomes higher than the added feed ratio. And, when the composition in which the Si/Al ratio is higher than the feed ratio, that is, the Si/Al ratio is deviated from the feed ratio, is hydrothermally synthesized, impurities other than the AEI type are also crystallized, and it is considered that the purity of the AEI type is reduced.
On the other hand, it is believed that by carrying out aging, silicon atoms in the solid (aluminosilicate gel) dissolve into the liquid phase and aluminum atoms in the liquid phase are incorporated into the solid, lowering the Si/Al ratio of the solid to a composition suitable for obtaining an AEI type, thereby enabling a high-purity AEI type to be obtained.
熟成は、組成物中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比(Si/Alモル比)が以下のようになるよう行うことが好ましい。
熟成前組成物中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比(Si/Alモル比)を「B」、熟成後組成物中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比(Si/Alモル比)を「C」とすると、C/B×100で算出されるモル比の比率は、高純度のAEI型ゼオライトを得やすい観点から、100%未満であることが好ましく、90%以下であることがより好ましく、80%以下であることが更に好ましく、74%以下であることが特に好ましい。
一方で、上記のモル比の比率を高くすることにより、溶解によりゼオライト生成に寄与しないケイ素原子原料が増加することを防止し、AEI型ゼオライトの収率を高くできる。従って、AEI型ゼオライトの収率の観点では、C/B×100で算出されるモル比の比率は、30%以上であることが好ましく、40%以上であることが更に好ましく、50%以上であることが特に好ましい。
同様の理由から、Si/Alモル比(C)は、熟成前組成物における仕込み比(A)に対する比率(C/A×100)が、110%以下とすることが好ましく、100%以下とすることがさらに好ましい。一方、同比率は、好ましくは20%以上、さらに好ましくは30%以上、特に好ましくは40%以上、とりわけ好ましくは50%以上である。
なお、組成中の固形分におけるケイ素原子/アルミニウム原子のモル比は、室温(25℃)で、組成物をろ過して固形分を液体分から分離し、その後、固形分を蛍光X線分析法(以下、XRFと称する)により分析して、ケイ素原子/アルミニウム原子のモル比(Si/Alモル比)を測定することにより得られる。
The aging is preferably carried out so that the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms (Si/Al molar ratio) in the solid content of the composition is as follows:
If the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms (Si/Al molar ratio) in the solid content in the composition before aging is "B" and the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms (Si/Al molar ratio) in the solid content in the composition after aging is "C", the molar ratio calculated as C/B x 100 is preferably less than 100%, more preferably 90% or less, even more preferably 80% or less, and particularly preferably 74% or less, from the viewpoint of easily obtaining a high-purity AEI zeolite.
On the other hand, by increasing the ratio of the above molar ratio, it is possible to prevent an increase in the silicon atom raw material that does not contribute to zeolite production due to dissolution, and to increase the yield of AEI zeolite. Therefore, from the viewpoint of the yield of AEI zeolite, the ratio of the molar ratio calculated by C/B×100 is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and particularly preferably 50% or more.
For the same reason, the Si/Al molar ratio (C) relative to the charge ratio (A) in the composition before aging (C/A×100) is preferably 110% or less, more preferably 100% or less, while the ratio is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, particularly preferably 40% or more, and particularly preferably 50% or more.
The molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms in the solid content of the composition can be obtained by filtering the composition at room temperature (25° C.) to separate the solid content from the liquid content, and then analyzing the solid content by X-ray fluorescence spectrometry (hereinafter referred to as XRF) to measure the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms (Si/Al molar ratio).
熟成は、加熱により行うことが、熟成が速く進むため好ましい。
加熱は、熟成中に不純物が結晶化し難い点では、低温で行うことが好ましい。一方、短時間で熟成が進みやすい点では、高温で行うことが好ましい。具体的には、好ましくは180℃以下、さらに好ましくは140℃以下、特に好ましくは120℃以下の温度に組成物を加熱して熟成する。一方で、上記加熱温度は、30℃以上が好ましく、40℃以上が更に好ましい。温度は、熟成中一定でもよいし、段階的又は連続的等に変化させてもよい。
The maturation is preferably carried out by heating since the maturation proceeds more quickly.
Heating is preferably performed at a low temperature in that impurities are less likely to crystallize during aging. On the other hand, heating is preferably performed at a high temperature in that aging is likely to proceed in a short time. Specifically, the composition is heated to a temperature of preferably 180° C. or less, more preferably 140° C. or less, and particularly preferably 120° C. or less for aging. On the other hand, the heating temperature is preferably 30° C. or more, and more preferably 40° C. or more. The temperature may be constant during aging, or may be changed stepwise or continuously.
熟成時間は特に限定されない。製造効率の点では短時間が好ましいが、純度や均一性の点では長時間かけて行うことが好ましい。高温や高圧力で熟成する場合は、短時間で熟成されやすい。熟成は、10分以上が好ましく、30分以上がさらに好ましく、1時間以上が特に好ましい。一方、48時間以下が好ましく、36時間以下がさらに好ましく、24時間以下が特に好ましい。
熟成は、装置が簡便でよいことから、常圧で行うことが好ましい。熟成の温度、時間、圧力は、相互に関係するが、30~180℃で10分~24時間加熱することで行うことが特に好ましい。
熟成は、原料が均一になりやすい点から撹拌しながら行うことが好ましい。撹拌方法は、特に限定されない。
The maturation time is not particularly limited. A short time is preferable from the viewpoint of production efficiency, but a long time is preferable from the viewpoint of purity and uniformity. When maturation is performed at high temperature or high pressure, maturation is likely to occur in a short time. The maturation time is preferably 10 minutes or more, more preferably 30 minutes or more, and particularly preferably 1 hour or more. On the other hand, 48 hours or less is preferable, more preferably 36 hours or less, and particularly preferably 24 hours or less.
The aging is preferably carried out under normal pressure because the equipment required is simple. The aging temperature, time, and pressure are interrelated, but it is particularly preferable to carry out the aging by heating at 30 to 180° C. for 10 minutes to 24 hours.
The maturation is preferably carried out with stirring since the raw materials are easily homogenized. The stirring method is not particularly limited.
<ゼオライトの添加>
本製造方法では、熟成前組成物を熟成後に、d6rを骨格中に含むゼオライトを添加する。本製造方法では、熟成後にd6rゼオライトを組成物に添加することで、安全で安価に、Si/Al比が低くかつ高純度なAEI型ゼオライトを製造しやすくなる。組成物に添加されるd6rゼオライトは、AEI型ゼオライトを得るための種結晶となる。
d6rを骨格中に含むゼオライトの添加は、熟成後且つ後述する水熱合成前に行う。ゼオライトの添加方法は、特に限定されないが、例えば熟成終了後の加熱状態にある組成物に添加してもよいし、熟成終了後に組成物が冷却されてから添加してもよい。また、添加後に組成物は、通常攪拌する。
<Addition of Zeolite>
In this production method, after the pre-aging composition is aged, a zeolite containing d6r in its framework is added. In this production method, by adding d6r zeolite to the composition after aging, it becomes easier to safely and inexpensively produce AEI zeolite with a low Si/Al ratio and high purity. The d6r zeolite added to the composition serves as seed crystals for obtaining AEI zeolite.
The zeolite containing d6r in its framework is added after aging and before hydrothermal synthesis, which will be described later. The method of adding the zeolite is not particularly limited, but it may be added to the composition in a heated state after aging, or it may be added after the composition is cooled after aging. After the addition, the composition is usually stirred.
<水熱合成>
本製造方法では、ゼオライト添加後の反応前組成物を水熱合成する。水熱合成によりAEI型ゼオライトが合成される。水熱合成は、通常ゼオライト添加後の組成物を、耐圧容器に入れ、自己発生圧力下又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌下又は容器を回転ないしは揺動させながら、或いは静置状態で、所定温度に保持することにより行われる。
<Hydrothermal synthesis>
In this production method, the pre-reaction composition after the addition of zeolite is subjected to hydrothermal synthesis. AEI zeolite is synthesized by hydrothermal synthesis. The hydrothermal synthesis is usually performed by placing the composition after the addition of zeolite in a pressure-resistant container and maintaining it at a predetermined temperature under self-generated pressure or under gas pressure that does not inhibit crystallization, while stirring, rotating or rocking the container, or in a stationary state.
水熱合成は、通常120℃以上で行う。また、水熱合成は、通常230℃以下、好ましくは220℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは190℃以下で行う。反応時間は特に限定されないが、通常2時間以上、好ましくは3時間以上、より好ましくは5時間以上、特に好ましくは1日以上であり、また、一方、通常30日以下、好ましくは10日以下、より好ましくは7日以下、更に好ましくは5日以下である。反応温度は、反応中一定でもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。
上記の条件で水熱合成を行うことにより、目的とするAEI型ゼオライトの収率が向上し、目的外の型のゼオライトが生成し難くなるため好ましい。
The hydrothermal synthesis is usually carried out at 120° C. or higher. The hydrothermal synthesis is usually carried out at 230° C. or lower, preferably 220° C. or lower, more preferably 200° C. or lower, and even more preferably 190° C. or lower. The reaction time is not particularly limited, but is usually 2 hours or more, preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, and particularly preferably 1 day or more, and is usually 30 days or less, preferably 10 days or less, more preferably 7 days or less, and even more preferably 5 days or less. The reaction temperature may be constant during the reaction, or may be changed stepwise or continuously.
By carrying out the hydrothermal synthesis under the above conditions, the yield of the target AEI zeolite is improved and it becomes difficult to produce zeolites of other types than the target, which is preferable.
<AEI型ゼオライトの回収>
水熱合成後、生成物であるAEI型ゼオライトを、水熱合成後の組成物(水熱合成反応液)より分離する。得られたゼオライトは、通常、細孔内にアルカリ金属原子を含有している。また、有機構造規定剤を用いた場合は、通常、細孔内に有機構造規定剤を含有している。以下、有機構造規定剤やアルカリ金属等の水熱合成後のゼオライトの細孔に含まれる物質を「有機構造規定剤等」と、これを細孔に含むゼオライトを、「SDA等含有ゼオライト」と称する場合がある。
水熱合成反応液からのSDA等含有ゼオライトの分離方法は、特に限定されないが、通常、濾過、デカンテーション又は直接乾燥等が挙げられる。
<Recovery of AEI zeolite>
After the hydrothermal synthesis, the product AEI zeolite is separated from the composition after the hydrothermal synthesis (hydrothermal synthesis reaction liquid). The obtained zeolite usually contains alkali metal atoms in the pores. In addition, when an organic structure-directing agent is used, the organic structure-directing agent is usually contained in the pores. Hereinafter, the substances contained in the pores of the zeolite after the hydrothermal synthesis, such as the organic structure-directing agent and the alkali metal, may be referred to as "organic structure-directing agent, etc.", and the zeolite containing this in the pores may be referred to as "SDA, etc.-containing zeolite."
The method for separating the SDA-containing zeolite from the hydrothermal synthesis reaction liquid is not particularly limited, but typically includes filtration, decantation, direct drying, and the like.
水熱合成反応液から分離回収されたSDA等含有ゼオライトは、製造時に使用した有機構造規定剤等を除去するために、適宜、水洗、乾燥した後、焼成等を行うことにより、有機構造規定剤等を除く。
AEI型ゼオライトを、触媒(触媒担体も含む)や吸着材等の用途で使用する場合、通常、有機構造規定剤等を除去後に使用する。
The SDA-containing zeolite separated and recovered from the hydrothermal synthesis reaction liquid is washed with water, dried, and then calcined or otherwise treated to remove the organic structure-directing agent, etc., used during the production.
When AEI zeolite is used as a catalyst (including a catalyst support) or an adsorbent, it is usually used after removing the organic structure-directing agent, etc.
SDA等含有ゼオライトから、有機構造規定剤等を除去する方法は、酸性溶液や有機構造規定剤分解成分を含んだ薬液を用いた液相処理、レジンなどを用いたイオン交換処理、熱分解処理を採用することができ、これらの処理を組合せて用いてもよい。通常、空気又は酸素含有の不活性ガス、あるいは不活性ガス雰囲気下に300~1000℃の温度で焼成する、エタノール水溶液などの有機溶剤により抽出する等の方法により、含有される有機構造規定剤等を除去することができる。製造性の点では、焼成による有機構造規定剤等の除去が好ましい。この場合、焼成温度については、好ましくは400℃以上、より好ましくは450℃以上、さらに好ましくは500℃以上であり、好ましくは900℃以下、より好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下である。不活性ガスとしては、窒素などを用いることができる。 Methods for removing organic structure-directing agents from SDA-containing zeolite include liquid-phase treatment using an acidic solution or a chemical solution containing an organic structure-directing agent decomposition component, ion exchange treatment using resin, etc., and thermal decomposition treatment, and these treatments may be used in combination. Usually, the organic structure-directing agents contained in the zeolite can be removed by methods such as calcining at a temperature of 300 to 1000°C in air or an oxygen-containing inert gas or in an inert gas atmosphere, or extraction with an organic solvent such as an ethanol aqueous solution. From the viewpoint of manufacturability, removal of organic structure-directing agents by calcination is preferred. In this case, the calcination temperature is preferably 400°C or higher, more preferably 450°C or higher, and even more preferably 500°C or higher, and is preferably 900°C or lower, more preferably 850°C or lower, and even more preferably 800°C or lower. Nitrogen, etc. can be used as the inert gas.
<有機構造規定剤を含む分離液のリサイクル>
水熱合成反応液からAEI型ゼオライトを分離、回収後に残った分離液には、通常、未反応の有機構造規定剤等が含まれる。そのため、分離液は、リサイクル使用してもよい。リサイクルの方法は、特に限定されないが、例えば、未反応の有機構造規定剤が含まれる分離液に、不足分のケイ素原子原料、アルミニウム原子原料、有機構造規定剤および水等を加えて熟成前組成物を調製してもよい。そして、得られた熟成前組成物に、上記のとおり、熟成、ゼオライトの添加、及び水熱合成をこの順に行うことにより、AEI型ゼオライトを製造してもよい。
<Recycling of separated liquid containing organic structure directing agent>
The separated liquid remaining after separating and recovering the AEI zeolite from the hydrothermal synthesis reaction liquid usually contains unreacted organic structure-directing agent, etc. Therefore, the separated liquid may be recycled. The recycling method is not particularly limited, but for example, the missing silicon atom raw material, aluminum atom raw material, organic structure-directing agent, water, etc. may be added to the separated liquid containing the unreacted organic structure-directing agent to prepare a pre-aging composition. Then, as described above, the obtained pre-aging composition may be subjected to aging, addition of zeolite, and hydrothermal synthesis in this order to produce the AEI zeolite.
<AEI型ゼオライト>
本製造方法により製造されるAEI型ゼオライト(以下、「本発明のAEI型ゼオライト」と称す場合がある。)とは、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの骨格構造を規定するコードでAEI構造のものを示す。その構造は、X線回折のデータにより特徴付けられる。但し、実際に作製されたゼオライトを測定する場合には、ゼオライトの成長方向や、構成する元素の比、吸着した物質、欠陥の存在、乾燥状態などの影響を受け、各ピークの強度比やピーク位置に若干のずれを生じるため、IZAの規定に記載されたAEI構造の各パラメータと完全に同じ数値が得られるわけではなく、10%程度の幅は許容される。
AEI型ゼオライトにみられる、X線回折における主要なピークとしては、例えば、線源にCuKα線を用いた場合、2θ=9.5°±0.2°に110面のピーク、2θ=16.1°±0.2°に202及び-202面のピーク(非常に近いので重なることが多い)、16.9°±0.2°に022面のピーク、20.6°±0.2°に310面のピークなどが挙げられる。
<AEI type zeolite>
The AEI zeolite produced by this production method (hereinafter, sometimes referred to as "AEI zeolite of the present invention") is a code that specifies the skeletal structure of zeolite, as defined by the International Zeolite Association (IZA), and indicates an AEI structure. The structure is characterized by X-ray diffraction data. However, when actually measuring a produced zeolite, the intensity ratio and peak position of each peak are affected by the growth direction of the zeolite, the ratio of constituent elements, adsorbed substances, the presence of defects, the drying state, etc., and therefore, the values obtained are not completely the same as the parameters of the AEI structure specified by the IZA, and a margin of about 10% is allowed.
Major peaks observed in X-ray diffraction of AEI zeolite, for example, when CuKα radiation is used as the radiation source, include the peak of the 110 plane at 2θ=9.5°±0.2°, the peaks of the 202 and −202 planes (which are very close and often overlap) at 2θ=16.1°±0.2°, the peak of the 022 plane at 16.9°±0.2°, and the peak of the 310 plane at 20.6°±0.2°.
本製造方法で得られるゼオライトは、International Zeolite Association(IZA)が定義するゼオライトであるが、好ましくはアルミノシリケートゼオライトである。アルミノシリケートゼオライトは骨格構造を構成する原子として、少なくとも酸素(O)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)を含むものであり、これらの原子の一部が他の原子(Me)で置換されていてもよい。他の原子Meは、1種でも2種以上含まれていてもよい。好ましいMeは、周期表第3又は第4周期に属する元素である The zeolite obtained by this manufacturing method is a zeolite as defined by the International Zeolite Association (IZA), but is preferably an aluminosilicate zeolite. An aluminosilicate zeolite contains at least oxygen (O), aluminum (Al), and silicon (Si) as atoms that constitute the framework structure, and some of these atoms may be replaced with other atoms (Me). The other atoms Me may be one type or two or more types. The preferred Me is an element belonging to the third or fourth period of the periodic table.
AEI型ゼオライトに含まれるSi原子とAl原子の合計量は、Al原子とSi原子とMe原子の合計量に対して、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが更に好ましい。一方、ゼオライトに含まれるSi原子とAl原子の合計量は、99質量%以下であることが好ましい。 The total amount of Si atoms and Al atoms contained in AEI zeolite is preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more, based on the total amount of Al atoms, Si atoms, and Me atoms. On the other hand, the total amount of Si atoms and Al atoms contained in the zeolite is preferably 99% by mass or less.
本製造方法により、Y型ゼオライトを使用することなく、また、有機構造規定剤の使用量を抑えながらも、高純度かつSi/Alモル比が低いAEI型ゼオライトを得ることができる。 This manufacturing method makes it possible to obtain AEI zeolite with high purity and a low Si/Al molar ratio without using Y zeolite and while reducing the amount of organic structure-directing agent used.
具体的には、本発明のAEI型ゼオライトにおける、アルミニウム原子に対するケイ素原子のモル比(Si/Alモル比)は、10以下であることが好ましい。AEI型ゼオライトにおけるSi/Alモル比が低いことにより、活性点が多くなるため、例えば、本発明のAEI型ゼオライトをSCR触媒として使用する場合、窒素酸化物を含む排ガスに対して高い浄化性能を持つことが可能になる。活性点を多くしてその触媒性能を向上させる観点からは、上記Si/Alモル比は、8以下がより好ましく、6.5以下がさらに好ましく、5以下が最も好ましい。
また、ゼオライト骨格内のAl量を少なくすると、ゼオライトの水熱耐久性が良好となり、水蒸気を含むガスと接触しても、骨格内のAlの脱離による構造破壊が起き難くなる。これら観点から、Si/Al比は好ましくは2以上、より好ましくは3以上、特に好ましくは4以上、とりわけ好ましくは4.5以上である。
Specifically, the molar ratio of silicon atoms to aluminum atoms (Si/Al molar ratio) in the AEI zeolite of the present invention is preferably 10 or less. Since the AEI zeolite has a low Si/Al molar ratio, the number of active sites increases, and therefore, for example, when the AEI zeolite of the present invention is used as an SCR catalyst, it is possible to have high purification performance for exhaust gases containing nitrogen oxides. From the viewpoint of increasing the number of active sites and improving the catalytic performance, the Si/Al molar ratio is more preferably 8 or less, even more preferably 6.5 or less, and most preferably 5 or less.
In addition, by reducing the amount of Al in the zeolite framework, the hydrothermal durability of the zeolite is improved, and even when the zeolite comes into contact with a gas containing water vapor, structural destruction due to elimination of Al in the framework is unlikely to occur. From these viewpoints, the Si/Al ratio is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, particularly preferably 4 or more, and particularly preferably 4.5 or more.
AEI型ゼオライトは、その純度が高くなることで、触媒として使用する際の触媒活性などの性能が向上する。そこで、AEI型ゼオライトの純度は、83%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、88%以上がさらに好ましく、90%以上が特に好ましい。AEI型ゼオライトの純度は、通常高ければ高いほどよく、その上限は100%である。 As the purity of AEI zeolite increases, its performance, such as catalytic activity, improves when used as a catalyst. Therefore, the purity of AEI zeolite is preferably 83% or more, more preferably 85% or more, even more preferably 88% or more, and particularly preferably 90% or more. The higher the purity of AEI zeolite, the better, with the upper limit being 100%.
AEI型ゼオライトの純度は、以下の手順で算出することができる。先ず、ゼオライト中の副生成物含有率を算出する。副生成物含有率は、CuKα線を線源とするXRD測定にて得られたXRDパターンを使用し、以下の式(1)から求めることができる。
副生成物含有率(%)
=I(副生成物)/(I(AEI)+I(副生成物))×100 ・・・(1)
The purity of AEI zeolite can be calculated by the following procedure. First, the by-product content in the zeolite is calculated. The by-product content can be obtained from the following formula (1) using an XRD pattern obtained by XRD measurement using CuKα radiation as a radiation source.
By-product content (%)
= I (by-product) / (I (AEI) + I (by-product)) × 100 (1)
上式において、I(AEI)は、AEI型ゼオライトのメインピークの強度である。なお、メインピークとは、各ゼオライトを特徴付けるXRDピークの最も強度が高いピークであり、AEI型ゼオライトでは、典型的には2θ=9.5°±0.2°のピークである。
I(副生成物)は副生ゼオライトのメインピークの強度である。I(副生成物)は副生ゼオライトの構造を特徴付けるXRDピークの強度である。例えば、副生ゼオライトがMOR型ゼオライトである場合、I(副生成物)は2θ=6.5±0.1°にピークトップを有するXRDピークの強度である。副生ゼオライトがGME型ゼオライトである場合、I(副生成物)は2θ=7.5±0.1°にピークトップを有するXRDピークの強度である。また、副生成物が2種以上ある場合には、I(副生成物)は、ピーク強度を加算して算出する。
In the above formula, I(AEI) is the intensity of the main peak of AEI zeolite. Note that the main peak is the most intense peak among the XRD peaks that characterize each zeolite, and in AEI zeolite, it is typically the peak at 2θ=9.5°±0.2°.
I (by-product) is the intensity of the main peak of the by-product zeolite. I (by-product) is the intensity of the XRD peak that characterizes the structure of the by-product zeolite. For example, when the by-product zeolite is a MOR type zeolite, I (by-product) is the intensity of the XRD peak having a peak top at 2θ=6.5±0.1°. When the by-product zeolite is a GME type zeolite, I (by-product) is the intensity of the XRD peak having a peak top at 2θ=7.5±0.1°. In addition, when there are two or more types of by-products, I (by-product) is calculated by adding up the peak intensities.
上記のように算出された副生成物含有率(%)により、AEI型ゼオライトの純度は、以下の式(2)から求めることができる。
AEI型ゼオライトの純度(%)=100-副生成物含有率(%) ・・・(2)
From the by-product content (%) calculated as above, the purity of the AEI zeolite can be calculated from the following formula (2).
Purity of AEI zeolite (%)=100−by-product content (%) (2)
本製造方法で製造されたAEI型ゼオライトは、アルカリ金属原子原料、あるいはアルミニウム原子原料、ケイ素原子原料、有機構造規定剤及びd6rゼオライトに含まれるアルカリ金属原子由来のアルカリ金属部分を、H型やNH4型に変換してから用いることもでき、その方法は、公知の技術を採用することができる。例えば、NH4NO3、NaNO3などアンモニウム塩あるいは塩酸などの酸で、通常、室温から100℃で処理後、水洗する方法などにより行うことができる。 The AEI zeolite produced by the present production method can be used after converting the alkali metal atom raw material, or the alkali metal moiety derived from the alkali metal atom contained in the aluminum atom raw material, the silicon atom raw material, the organic structure directing agent, and the d6r zeolite, to H type or NH4 type , and a known technique can be used for this purpose. For example, this can be done by treating with an ammonium salt such as NH4NO3 or NaNO3 or an acid such as hydrochloric acid, usually at room temperature to 100°C, followed by washing with water.
<金属の後担持による耐熱性向上>
本製造方法によって得られたAEI型ゼオライトの耐水熱性を向上させる方法として、水熱合成後のAEI型ゼオライトもしくは後述する触媒として使用するための金属(例えばCu)を担持した後の触媒に、金属を担持してもよい。担持する金属としては、Mg、Ca、Sr、La、Pr、B、Zr、Ce、Feなどが挙げられる。これらの金属は、単独で用いても、2種類以上を任意の比率と組み合わせで用いてもよい。また、AEI型ゼオライトの水熱合成前のゲルにこれらの金属の塩を加えて、金属を含有したAEI型ゼオライトを製造してもよい。この場合、通常、遷移金属の硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化物等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩、ペンタカルボニル、フェロセン等の有機金属化合物などが使用される。これらの塩のうち、水に対する溶解性の観点から、無機酸塩、有機酸塩が好ましい。これらの金属を担持させる効果としては、ゼオライト骨格中のAlに金属が配位することで、水蒸気からの保護効果が得られるものと考えられる。
<Improvement of heat resistance by post-loading of metal>
As a method for improving the hydrothermal resistance of the AEI zeolite obtained by the present production method, a metal may be supported on the AEI zeolite after hydrothermal synthesis or on the catalyst after supporting a metal (e.g., Cu) for use as a catalyst described later. Examples of the metal to be supported include Mg, Ca, Sr, La, Pr, B, Zr, Ce, and Fe. These metals may be used alone or in any ratio and combination of two or more. In addition, a salt of these metals may be added to the gel before the hydrothermal synthesis of the AEI zeolite to produce an AEI zeolite containing a metal. In this case, inorganic acid salts such as sulfates, phosphates, nitrates, chlorides, and bromides of transition metals, organic acid salts such as acetates, oxalates, and citrates, and organometallic compounds such as pentacarbonyl and ferrocene are usually used. Among these salts, inorganic acid salts and organic acid salts are preferred from the viewpoint of solubility in water. The effect of supporting these metals is believed to be that the metals are coordinated to the Al in the zeolite framework, providing a protection effect against water vapor.
<AEI型ゼオライトの用途>
本発明のAEI型ゼオライトの用途としては、特に制限はないが、触媒、吸着材、分離材料などとして好適に用いられる。なかでも触媒、吸着材に用いることが好ましい。AEI型ゼオライトは、特に自動車等の排ガス浄化用触媒等に好適に用いられる。また、AEI型ゼオライトは、自動車等の排ガス浄化用吸着材としても好適に用いられる。
<Applications of AEI zeolite>
The use of the AEI zeolite of the present invention is not particularly limited, but it is preferably used as a catalyst, an adsorbent, a separation material, etc. Among them, it is preferable to use it as a catalyst or an adsorbent. AEI zeolite is particularly preferably used as a catalyst for purifying exhaust gases of automobiles, etc. In addition, AEI zeolite is also preferably used as an adsorbent for purifying exhaust gases of automobiles, etc.
[触媒]
本発明のAEI型ゼオライトを触媒に用いる場合、その触媒は、上記製造方法で製造されたAEI型ゼオライトを含む。触媒は、各種の工業触媒、環境触媒として使用されるが、窒素酸化物の還元触媒として使用することが好ましい。
窒素酸化物の還元触媒は、排気浄化システムなどにおいて使用でき、例えば、ディーゼル自動車、ガソリン自動車、定置発電、船舶、農業機械、建設機械、二輪車、航空機用の各種ディーゼルエンジン、ボイラー、ガスタービン等から排出される多種多様の排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化することができる排ガス処理用触媒として使用できる。本発明のAEI型ゼオライトを含む触媒は、上記のようにSi/Alモル比を低くすることで、窒素酸化物を含む排ガスに対して高い浄化性能を発現できる。
なお、排ガスには、窒素酸化物以外の成分が含まれていてもよく、例えば、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸素、硫黄酸化物、水が含まれていてもよい。
[catalyst]
When the AEI zeolite of the present invention is used as a catalyst, the catalyst contains the AEI zeolite produced by the above-mentioned production method. The catalyst is used as various industrial catalysts and environmental catalysts, but is preferably used as a reduction catalyst for nitrogen oxides.
The nitrogen oxide reduction catalyst can be used in exhaust purification systems and the like, and can be used, for example, as an exhaust gas treatment catalyst capable of purifying nitrogen oxides contained in a wide variety of exhaust gases discharged from various diesel engines for diesel automobiles, gasoline automobiles, stationary power generation, ships, agricultural machinery, construction machinery, motorcycles, and aircraft, boilers, gas turbines, etc. The catalyst containing the AEI zeolite of the present invention can exhibit high purification performance for exhaust gases containing nitrogen oxides by lowering the Si/Al molar ratio as described above.
The exhaust gas may contain components other than nitrogen oxides, such as hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur oxides, and water.
また、排気浄化システムでは、アンモニア、尿素、ヒドラジン、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム及びギ酸アンモニウム等の窒素含有化合物(但し、窒素酸化物を除く)、炭化水素等の公知の還元剤を使用してもよい。
排気浄化システムでは、AEI型ゼオライトを含む触媒は、選択的還元触媒(SCR触媒)として使用されてもよく、アンモニアなどの還元剤をSCR触媒に吸着させ、吸着された還元剤により窒素酸化物を選択還元するとよい。
SCR触媒を使用した排ガス浄化システムは、還元剤を供給する還元剤供給部を有し、還元剤供給部より還元剤がSCR触媒に供給される。還元剤供給部は、公知の手段によりSCR触媒に還元剤を供給すればよく、例えば還元剤を噴霧してSCR触媒に供給するとよい。また、供給される還元剤は、アンモニアそのものでもよいが、アンモニアを生成可能な化合物でもよい。アンモニアを生成可能な化合物としては尿素が挙げられる。
In addition, the exhaust purification system may use known reducing agents such as nitrogen-containing compounds (excluding nitrogen oxides), such as ammonia, urea, hydrazine, ammonium carbonate, ammonium carbamate, ammonium hydrogen carbonate, and ammonium formate, and hydrocarbons.
In an exhaust purification system, a catalyst containing AEI zeolite may be used as a selective catalytic reduction catalyst (SCR catalyst), in which a reducing agent such as ammonia is adsorbed on the SCR catalyst, and nitrogen oxides are selectively reduced by the adsorbed reducing agent.
An exhaust gas purification system using an SCR catalyst has a reducing agent supplying unit that supplies a reducing agent, and the reducing agent is supplied from the reducing agent supplying unit to the SCR catalyst. The reducing agent supplying unit may supply the reducing agent to the SCR catalyst by a known means, for example, by spraying the reducing agent and supplying it to the SCR catalyst. The reducing agent supplied may be ammonia itself, or may be a compound capable of generating ammonia. An example of a compound capable of generating ammonia is urea.
本発明のAEI型ゼオライトは、触媒として用いる場合、そのままで用いてもよく、必要に応じて金属を含有させたAEI型ゼオライトを用いてもよい。金属としては、Si及びAl以外の金属であればよく、例えば、SCR触媒において使用される金属元素としては遷移金属が好ましく、中でも、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、セリウム(Ce)、ランタン(La)、プラセオジム(Pr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)等の中の群から選ばれることがより好ましく、銅(Cu)がさらに好ましい。 When the AEI zeolite of the present invention is used as a catalyst, it may be used as it is, or AEI zeolite containing a metal may be used as necessary. The metal may be any metal other than Si and Al. For example, transition metals are preferred as metal elements used in SCR catalysts, and among them, it is more preferred to select from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), palladium (Pd), iridium (Ir), platinum (Pt), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), cerium (Ce), lanthanum (La), praseodymium (Pr), titanium (Ti), zirconium (Zr), etc., with copper (Cu) being even more preferred.
金属を含有させる方法としては、具体的には、含浸、液相または固相のイオン交換などの方法が挙げられる。また、前述のように水熱合成前に金属(単体でも化合物でもよい)を加えることにより金属を含有させたゼオライトを直接合成してもよい。金属を含有させたゼオライトにおける金属の存在状態としては、骨格構造に含まれる場合と、含まれない場合がある。 Specific methods for incorporating metals include impregnation and ion exchange in the liquid or solid phase. As described above, metal-containing zeolite may be directly synthesized by adding the metal (either as a simple substance or as a compound) before hydrothermal synthesis. The state of the metal in metal-containing zeolite may be either included in the framework structure or not.
本発明のAEI型ゼオライトを含む触媒は、バインダーと混合し、造粒して用いることやハニカム状等の所定の形状に成形して用いることができる。具体的には、例えば、該触媒をシリカ、アルミナ、粘土鉱物等の無機バインダーや、アルミナ繊維、ガラス繊維等の無機繊維と混合した後、造粒するかまたは押出法や圧縮法等によりハニカム状等の所定の形状に成形し、続いて焼成することにより、粒状の触媒やハニカム触媒、触媒成形品を得る。 The catalyst containing the AEI zeolite of the present invention can be mixed with a binder, granulated, or molded into a predetermined shape such as a honeycomb. Specifically, for example, the catalyst is mixed with an inorganic binder such as silica, alumina, or clay mineral, or inorganic fibers such as alumina fiber or glass fiber, and then granulated or molded into a predetermined shape such as a honeycomb by an extrusion method or compression method, and then fired to obtain a granular catalyst, honeycomb catalyst, or molded catalyst product.
本発明のAEI型ゼオライトを含む触媒は、また、シートやハニカム等の基材に塗布して用いてもよい。具体的には、例えば、本発明のAEI型ゼオライトを含む触媒と、シリカ、アルミナ、粘土鉱物等の無機バインダーとを混合し、スラリーを作製し、コージェライト等の無機物で作製された基材の表面に塗布し、焼成する方法が挙げられる。好ましくは、この際にハニカム形状の基材に塗布することにより、触媒が塗布されたハニカム状のハニカム触媒を得ることができる。 The catalyst containing the AEI zeolite of the present invention may also be used by applying it to a substrate such as a sheet or honeycomb. Specifically, for example, a method can be used in which the catalyst containing the AEI zeolite of the present invention is mixed with an inorganic binder such as silica, alumina, or clay mineral to prepare a slurry, which is then applied to the surface of a substrate made of an inorganic material such as cordierite, and then fired. Preferably, the catalyst is applied to a substrate having a honeycomb shape, thereby obtaining a honeycomb-shaped honeycomb catalyst coated with the catalyst.
以上の説明では、排ガス処理用触媒を例にして説明しているため無機バインダーを用いているが、用途や使用条件によっては有機バインダーを用いてもよいことは言うまでもない。 In the above explanation, an inorganic binder is used because an exhaust gas treatment catalyst is used as an example, but it goes without saying that an organic binder may also be used depending on the application and conditions of use.
[吸着材]
本発明のAEI型ゼオライトを吸着材に用いる場合、その吸着材は、上記製造方法で製造されたAEI型ゼオライトを含む。
吸着材は、好ましくは窒素酸化物を吸着する窒素酸化物吸着材として使用される。また、窒素酸化物吸着材は、例えば、排ガス浄化システムに使用される。
排ガス浄化システムは、より具体的には、上記窒素酸化物吸着材と、窒素酸化物還元触媒とを備え、排ガスの排出経路において窒素酸化物吸着材が、窒素酸化物還元触媒の上流に配置されることが好ましい。
また、窒素酸化物還元触媒は、還元剤により窒素酸化物を還元する、選択還元型触媒(SCR触媒)であることが好ましく、このときの還元剤や還元剤を供給するための還元剤供給部は上記のとおりである。また、SCR触媒としては、公知のSCR触媒が、本発明のAEI型ゼオライトを含む触媒であってもよい。
[Adsorbent]
When the AEI zeolite of the present invention is used as an adsorbent, the adsorbent contains the AEI zeolite produced by the above-mentioned production method.
The adsorbent is preferably used as a nitrogen oxide adsorbent for adsorbing nitrogen oxides, and the nitrogen oxide adsorbent is used, for example, in an exhaust gas purification system.
More specifically, the exhaust gas purification system comprises the above-mentioned nitrogen oxide adsorbent and a nitrogen oxide reduction catalyst, and it is preferable that the nitrogen oxide adsorbent is disposed upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst in the exhaust path of the exhaust gas.
The nitrogen oxide reducing catalyst is preferably a selective catalytic reduction catalyst (SCR catalyst) that reduces nitrogen oxides with a reducing agent, and the reducing agent and the reducing agent supply unit for supplying the reducing agent are as described above. As the SCR catalyst, a known SCR catalyst may be a catalyst containing the AEI zeolite of the present invention.
窒素酸化物吸着材は、通常、排ガスの温度が低温域(例えば、150℃未満)であると、排ガス中の窒素酸化物を吸着させる。また、排ガスの温度が高温域(例えば、150℃以上)である場合には、その高温の排ガスとして、吸着材に吸着されていた窒素酸化物が脱離する。一方で、SCR触媒は、高温域(例えば、150℃以上)にて窒素酸化物を還元剤により還元できる触媒である。なお、一般的に、排ガスは、運転初期には低温であるが、運転開始から一定時間経過すると高温となる。 Nitrogen oxide adsorbents normally adsorb nitrogen oxides in exhaust gas when the exhaust gas temperature is in the low temperature range (e.g., below 150°C). When the exhaust gas temperature is in the high temperature range (e.g., 150°C or higher), the nitrogen oxides adsorbed to the adsorbent are released as high-temperature exhaust gas. On the other hand, SCR catalysts are catalysts that can reduce nitrogen oxides with a reducing agent in the high temperature range (e.g., 150°C or higher). Generally, exhaust gas is at a low temperature at the beginning of operation, but becomes hot after a certain amount of time has passed since the start of operation.
従って、本発明のAEI型ゼオライトを使用した排ガス処理システムにおいては、低温の排ガスが排出され、窒素酸化物吸着材を通過するときには、排ガスに含まれる窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材にて吸着され、それにより排ガスの窒素酸化物の量が低減される。
一方で、高温の排ガスが排出され、窒素酸化物吸着材を通過するときには、窒素酸化物吸着材では窒素酸化物が吸着されず、さらには、吸着されていた窒素酸化物が脱離される。従って、脱離された窒素酸化物も含む排ガスが、窒素酸化物吸着材からSCR触媒に送られる。SCR触媒では、排ガス中に含有される窒素酸化物が、還元剤によって窒素などに還元される。これにより、本発明のAEI型ゼオライトを使用した排ガス処理システムは、排ガスが高温時のときも排ガスに含まれる窒素酸化物を低減することが可能になる。
Therefore, in an exhaust gas treatment system using the AEI zeolite of the present invention, when low-temperature exhaust gas is discharged and passes through the nitrogen oxide adsorbent, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are adsorbed by the nitrogen oxide adsorbent, thereby reducing the amount of nitrogen oxides in the exhaust gas.
On the other hand, when high-temperature exhaust gas is discharged and passes through the nitrogen oxide adsorbent, the nitrogen oxides are not adsorbed by the nitrogen oxide adsorbent, and the adsorbed nitrogen oxides are desorbed. Therefore, the exhaust gas including the desorbed nitrogen oxides is sent from the nitrogen oxide adsorbent to the SCR catalyst. In the SCR catalyst, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are reduced to nitrogen and the like by a reducing agent. As a result, the exhaust gas treatment system using the AEI zeolite of the present invention is capable of reducing the nitrogen oxides contained in the exhaust gas even when the exhaust gas is at a high temperature.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り以下の実施例により何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as they do not exceed the gist of the invention.
〔分析・評価〕
以下の実施例及び比較例において得られたゼオライトの分析及び性能評価は、以下の方法により行った。
[Analysis and Evaluation]
The analysis and performance evaluation of the zeolites obtained in the following Examples and Comparative Examples were carried out by the following methods.
[粉末XRDの測定]
<試料の調製>
メノウ乳鉢を用いて人力で粉砕したゼオライトの試料100mgを、同一形状のサンプルホルダーを用いて、一定の試料量となるようサンプルホルダーにセットにした。
<装置仕様及び測定条件>
粉末XRD測定装置の仕様及び測定条件は、以下の通りである。
[Powder XRD Measurement]
<Sample preparation>
100 mg of a zeolite sample that had been manually crushed using an agate mortar was set in a sample holder of the same shape so that the sample amount was constant.
<Apparatus specifications and measurement conditions>
The specifications of the powder XRD measuring device and the measuring conditions are as follows.
[AEI型ゼオライトの純度]
XRD測定で得られたXRDパターンにおいて、AEI型ゼオライトのメインピークの強度、及び各副生成物のメインピークの強度より、前述の式(1)及び(2)により、AEI型ゼオライトの純度を求めた。
[Purity of AEI zeolite]
In the XRD pattern obtained by the XRD measurement, the purity of the AEI zeolite was calculated from the intensity of the main peak of the AEI zeolite and the intensity of the main peak of each by-product according to the above-mentioned formulas (1) and (2).
[蛍光X線分析によるSi/Al比の測定]
標準試料となるゼオライト試料を、アルカリ水溶液及びフッ酸水溶液で加熱溶解させた後、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光分析により、Si/Al比を求めた。そして、標準試料中の分析元素の蛍光X線強度と分析元素の原子濃度との検量線を作成した。
この検量線により、各実施例で得られたゼオライトを蛍光X線分析法(XRF)で分析し、そのSi/Al比を求めた。なお、ICP分析は、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 装置名:iCAP7600 Duoを用いて行った。XRFは、Rigaku社製 装置名:Supermini200を用いて行った。この方法により、組成物の固形分におけるSi/Alモル比(B)、(C)、及びゼオライト骨格中のSi/Al比を求めた。
[Measurement of Si/Al ratio by X-ray fluorescence analysis]
The zeolite sample as the standard specimen was dissolved by heating in an alkaline aqueous solution and an aqueous solution of hydrofluoric acid, and the Si/Al ratio was determined by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry. Then, a calibration curve of the fluorescent X-ray intensity of the analyzed element in the standard specimen and the atomic concentration of the analyzed element was created.
Using this calibration curve, the zeolite obtained in each example was analyzed by X-ray fluorescence analysis (XRF) to determine its Si/Al ratio. The ICP analysis was performed using a Thermo Fisher Scientific device named iCAP7600 Duo. The XRF was performed using a Rigaku device named Supermini200. By this method, the Si/Al molar ratios (B) and (C) in the solid content of the composition and the Si/Al ratio in the zeolite framework were determined.
(実施例1)
5.9gの水と、1.1gの有機構造規定剤(SDA)としてのN,N-ジメチル-3,5-ジメチルピペリジニウムハイドロオキサイド(35質量%、セイケム社製)と、0.48gのNaOH(97質量%、キシダ化学製)を混合したものに、アモルファスAl(OH)3(Al2O3:54.3質量%、協和化学社製)0.43gを加えて撹拌し、溶解させて透明溶液とした。これにスノーテックス40(コロイダルシリカ、シリカ濃度:40質量%、日産化学社製)を4.5g加えて室温(25℃)で2時間撹拌することにより、熟成前組成物を得た。ここで、Si/Alモル比の仕込み比(A)は6.5であった。また、組成物に含有されるケイ素原子に対する有機構造規定剤のモル比は0.08であった。
この熟成前組成物を耐圧容器に入れ、40℃のオーブン中で4時間熟成を行った後に室温まで冷却した。熟成前後の組成物をそれぞれ、室温(25℃)でガラス製ロート(桐山製作所製、直径60mm)にセルロースろ紙(桐山製作所製、直径60mm、厚さ0.21mm、保留粒子1μm、型式No.5C)を用いて30分間減圧濾過し得られた、固体成分のSi/Alモル比は、熟成前(B)が8.85、熟成後(C)が6.7であった。仕込み比(A)に対する、熟成後の固体成分のSi/Alモル比(C)の比率は103%であった。熟成後の組成物に種晶として0.1gの未焼成CHA型ゼオライト(Si/Alモル比=12)を添加、1時間撹拌し反応前組成物を得た。ここで、ゼオライトの添加量は、ゼオライト以外の反応前組成物に含まれるケイ素原子がすべてSiO2であると仮定した時のSiO2に対して、5質量%であった。
この反応前組成物を耐圧容器に入れ、180℃のオーブン中で回転させながら(15rpm)、1日間水熱合成を行った。この水熱合成反応後の反応液を冷却した後に、濾過することにより生成したゼオライトを回収した。回収したゼオライトを100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表3に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のゼオライト1を合成することができたことが確認された。このゼオライト1のXRDパターンを図1に示す。図1中、縦軸は強度(cps)であり、横軸は回折角度2θ(°)である。XRF分析によるゼオライト1のSi/Al比は4.8であった。
Example 1
5.9g of water, 1.1g of N,N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide (35% by mass, manufactured by Seichem Co., Ltd.) as an organic structure directing agent (SDA), and 0.48g of NaOH (97% by mass, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) were mixed, and 0.43g of amorphous Al(OH) 3 (Al 2 O 3 : 54.3% by mass, manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd.) was added and stirred to dissolve, forming a transparent solution. 4.5g of Snowtex 40 (colloidal silica, silica concentration: 40% by mass, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added thereto and stirred at room temperature (25°C) for 2 hours to obtain a pre-ripening composition. Here, the Si/Al molar ratio (A) was 6.5. The molar ratio of the organic structure directing agent to the silicon atoms contained in the composition was 0.08.
The pre-aging composition was placed in a pressure-resistant container, aged in an oven at 40°C for 4 hours, and then cooled to room temperature. The compositions before and after aging were filtered under reduced pressure for 30 minutes using a glass funnel (Kiriyama Seisakusho, diameter 60 mm) and cellulose filter paper (Kiriyama Seisakusho, diameter 60 mm, thickness 0.21 mm, retention particles 1 μm, model No. 5C) at room temperature (25°C). The Si/Al molar ratio of the solid component obtained was 8.85 before aging (B) and 6.7 after aging (C). The ratio of the Si/Al molar ratio (C) of the solid component after aging to the charge ratio (A) was 103%. 0.1 g of uncalcined CHA-type zeolite (Si/Al molar ratio = 12) was added as seed crystals to the aged composition, and the mixture was stirred for 1 hour to obtain a pre-reaction composition. Here, the amount of zeolite added was 5 mass % based on SiO 2 on the assumption that all silicon atoms contained in the pre-reaction composition other than zeolite are SiO 2 .
The pre-reaction composition was placed in a pressure vessel and rotated (15 rpm) in an oven at 180 ° C. for 1 day to carry out hydrothermal synthesis. The reaction solution after the hydrothermal synthesis reaction was cooled and then filtered to recover the produced zeolite. The recovered zeolite was dried at 100 ° C. for 12 hours, and the XRD of the resulting zeolite powder was measured. It was confirmed that AEI type zeolite 1 was synthesized, which shows an XRD pattern with peaks and relative intensities at the positions shown in Table 3 in terms of lattice spacing. The XRD pattern of this zeolite 1 is shown in Figure 1. In Figure 1, the vertical axis is intensity (cps) and the horizontal axis is diffraction angle 2θ (°). The Si/Al ratio of zeolite 1 by XRF analysis was 4.8.
(実施例2)
熟成条件を40℃で6時間とした他は、実施例1と同様に行ってゼオライト粉を得た。熟成前後の組成物をそれぞれ濾過し得られた固体成分のSi/Alモル比は、熟成前(B)が8.85、熟成後(C)が6.4であった。仕込み比(A)に対する熟成後の固体成分のSi/Alモル比(C)の比率は、98%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表4に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のゼオライト2を合成できたことが確認された。XRF分析によるゼオライト2のSi/Al比は4.7であった。
Example 2
Zeolite powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the aging conditions were 40° C. and 6 hours. The compositions before and after aging were filtered, and the Si/Al molar ratios of the solid components obtained were 8.85 before aging (B) and 6.4 after aging (C). The ratio of the Si/Al molar ratio (C) of the solid component after aging to the feed ratio (A) was 98%.
When the XRD of the obtained zeolite powder was measured, it was confirmed that AEI type zeolite 2 was synthesized, which exhibited an XRD pattern having peaks and relative intensities at the positions shown in Table 4 in terms of lattice spacing. The Si/Al ratio of zeolite 2 by XRF analysis was 4.7.
(実施例3)
熟成条件を80℃で2時間とした他は、実施例1と同様に行ってゼオライト粉を得た。熟成前後の組成物をそれぞれ濾過し得られた固体成分のSi/Alモル比は、熟成前(B)が8.85、熟成後(C)が5.7であった。仕込み比(A)に対する熟成後の固体成分のSi/Alモル比(C)の比率は87%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表5に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のゼオライト3を合成できたことが確認された。XRF分析によるゼオライト3のSi/Al比は4.8であった。
Example 3
Zeolite powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the aging conditions were 80° C. and 2 hours. The compositions before and after aging were filtered, and the Si/Al molar ratios of the solid components obtained were 8.85 before aging (B) and 5.7 after aging (C). The ratio of the Si/Al molar ratio of the solid component after aging (C) to the feed ratio (A) was 87%.
When the XRD of the obtained zeolite powder was measured, it was confirmed that AEI type zeolite 3 was synthesized, which exhibited an XRD pattern having peaks and relative intensities at the positions shown in Table 5 in terms of lattice spacing. The Si/Al ratio of zeolite 3 by XRF analysis was 4.8.
(実施例4)
熟成条件を120℃で1時間とした他は、実施例1と同様に行ってゼオライト粉を得た。熟成前後の組成物をそれぞれ濾過し得られた固体成分のSi/Alモル比は、熟成前(B)が8.85、熟成後(C)が5.4であった。仕込み比(A)に対する熟成後の固体成分のSi/Alモル比(C)の比率は82%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表6に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のゼオライト4を合成できたことが確認された。XRF分析によるゼオライト4のSi/Al比は4.7であった。
Example 4
Zeolite powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the aging conditions were 120° C. and 1 hour. The compositions before and after aging were filtered, and the Si/Al molar ratios of the solid components obtained were 8.85 before aging (B) and 5.4 after aging (C). The ratio of the Si/Al molar ratio of the solid component after aging (C) to the feed ratio (A) was 82%.
The XRD of the obtained zeolite powder was measured, and it was confirmed that AEI type zeolite 4 was synthesized, which shows an XRD pattern having peaks and relative intensities at the positions shown in Table 6, expressed in lattice spacing. The Si/Al ratio of zeolite 4 by XRF analysis was 4.7.
(実施例5)
熟成条件を120℃で24時間とした他は、実施例1と同様に行ってゼオライト粉を得た。熟成前後の組成物をそれぞれ濾過し得られた固体成分のSi/Alモル比は、熟成前(B)が8.85、熟成後(C)が5.2であった。仕込み比(A)に対する熟成後の固体成分のSi/Alモル比(A)の比率は79%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表7に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のゼオライト5を合成できたことが確認された。XRF分析によるゼオライト5のSi/Al比は4.7であった。
(Example 5)
Zeolite powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the aging conditions were 120° C. and 24 hours. The compositions before and after aging were filtered, and the Si/Al molar ratios of the solid components obtained were 8.85 before aging (B) and 5.2 after aging (C). The ratio of the Si/Al molar ratio (A) of the solid component after aging to the feed ratio (A) was 79%.
When the XRD of the obtained zeolite powder was measured, it was confirmed that AEI type zeolite 5 was synthesized, which exhibited an XRD pattern having peaks and relative intensities at the positions shown in Table 7 in terms of lattice spacing. The Si/Al ratio of zeolite 5 by XRF analysis was 4.7.
(比較例1)
特開2017-081809号公報の実施例9と同様に行い、ゼオライト粉を得た。具体的には、全ての原料を添加して、室温で2時間撹拌し、反応前組成物を得た。反応前組成物を濾過し得られた固体成分のSi/Alモル比は11.5であり、仕込み比(A)に対する固体成分のSi/Alモル比の比率は126%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表8に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型のゼオライト6合成できたことが確認された。XRF分析によるゼオライト7のSi/Al比は5.1であった。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 9 of JP 2017-081809 A was carried out to obtain a zeolite powder. Specifically, all raw materials were added and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a pre-reaction composition. The Si/Al molar ratio of the solid component obtained by filtering the pre-reaction composition was 11.5, and the ratio of the Si/Al molar ratio of the solid component to the charge ratio (A) was 126%.
The XRD of the obtained zeolite powder was measured, and it was confirmed that AEI type zeolite 6 was synthesized, which shows an XRD pattern with peaks and relative intensities at the positions shown in Table 8 in terms of lattice spacing. The Si/Al ratio of zeolite 7 by XRF analysis was 5.1.
(比較例2)
熟成を実施しなかった他は、実施例1と同様に行ってゼオライト粉を得た。即ち、種結晶以外の原料を室温(25℃)で2時間撹拌して得られた熟成前組成物に、種結晶を添加した。各原料を混合して得られる反応前組成物を濾過し得られた固体成分のSI/Alモル比は、8.85であり、仕込み比(A)に対する固体成分のSi/Alモル比の比率は136%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表9に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型と不純物であるGME型とMOR型の混相であるゼオライト7を合成することができたことが確認された。XRF分析によるゼオライト7のSi/Al比は4.8であった。
(Comparative Example 2)
Zeolite powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that aging was not performed. That is, the seed crystals were added to a pre-aging composition obtained by stirring the raw materials other than the seed crystals at room temperature (25° C.) for 2 hours. The SI/Al molar ratio of the solid component obtained by filtering the pre-reaction composition obtained by mixing the raw materials was 8.85, and the ratio of the Si/Al molar ratio of the solid component to the charge ratio (A) was 136%.
When the XRD of the obtained zeolite powder was measured, it was confirmed that zeolite 7, which is a mixed phase of AEI type and impurities of GME type and MOR type, was synthesized, which shows an XRD pattern having peaks and relative intensities at the positions shown in Table 9 in lattice spacing notation. The Si/Al ratio of zeolite 7 by XRF analysis was 4.8.
(比較例3)
熟成前に種結晶を添加し、熟成条件を80℃で2時間とした他は、実施例1と同様に行ってゼオライト粉を得た。熟成前後の組成物をそれぞれ濾過し得られた固体成分のSi/Alモル比は熟成前(B)が8.85、熟成後(C)が5.8であった。仕込み比(A)に対する熟成後の固体成分のSi/Alモル比(C)に対する比率は88%であった。
得られたゼオライト粉のXRDを測定したところ、格子面間隔表示で、表10に示すような位置にピーク及び相対強度を有するXRDパターンを示すAEI型と不純物であるGME型、MOR型の混相であるゼオライト8を合成できたことが確認された。XRF分析によるゼオライト8のSi/Al比は4.7であった。
(Comparative Example 3)
Zeolite powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that seed crystals were added before aging and aging conditions were set at 80°C for 2 hours. The compositions before and after aging were filtered, and the Si/Al molar ratios of the solid components obtained were 8.85 before aging (B) and 5.8 after aging (C). The ratio of the Si/Al molar ratio of the solid component after aging (C) to the feed ratio (A) was 88%.
When the XRD of the obtained zeolite powder was measured, it was confirmed that zeolite 8 was synthesized, which is a mixed phase of AEI type and impurities GME type and MOR type, which show an XRD pattern having peaks and relative intensities at the positions shown in Table 10 in lattice spacing representation. The Si/Al ratio of zeolite 8 by XRF analysis was 4.7.
結果を表11及び12に纏める。
表11において、SDA/Siは、反応前組成物に含有されるケイ素原子に対する有機構造規定剤のモル比である。また、種結晶の添加量は、種結晶以外の反応前組成物に含まれるケイ素(Si)がすべてSiO2であると仮定した時のSiO2に対する質量%である。
The results are summarized in Tables 11 and 12.
In Table 11, SDA/Si is the molar ratio of the organic structure directing agent to the silicon atoms contained in the pre-reaction composition. The amount of seed crystals added is the mass% relative to SiO2 when it is assumed that all silicon (Si) contained in the pre-reaction composition other than the seed crystals is SiO2 .
表12について、比較例1、2のSi/Alモル比(B)は、各原料を混合して得られた反応前組成物のSi/Alモル比を示す。
In Table 12, the Si/Al molar ratio (B) in Comparative Examples 1 and 2 indicates the Si/Al molar ratio of the pre-reaction composition obtained by mixing the respective raw materials.
以上の各実施例より、各原料を含む組成物を熟成した後に、d6rゼオライトを添加し、その後、水熱合成することにより、Si/Alが低く且つAEI純度が高いAEI型ゼオライトを得ることができることが裏付けられた。ここで、各実施例では、原料として、種結晶以外にY型ゼオライトを使用せず、且つ有機構造規定剤の使用量も少ないことから、Si/Alが低く且つAEI純度が高いAEI型ゼオライトを安価に製造できることがわかった。
これに対して、比較例1、2では、熟成後にd6rゼオライトを添加する工程が実施されていないことにより、比較例2のように有機構造規定剤の使用量を少なくすると、Si/Al比が低く且つAEI純度が高いAEI型ゼオライトを得ることができなかった。また、AEI型ゼオライトを得るには、比較例1のように高価な有機構造規定剤を多量に用いる必要があることがわかった。さらに、比較例3により、種結晶を熟成前の組成物に添加しても、Si/Al比が低く且つ高純度なAEI型ゼオライトを得ることができないことも判明した。
From the above examples, it was confirmed that AEI zeolite with low Si/Al and high AEI purity can be obtained by aging a composition containing each raw material, adding d6r zeolite, and then performing hydrothermal synthesis. Here, in each example, since no Y zeolite is used as a raw material other than the seed crystals, and the amount of organic structure-directing agent used is small, it was found that AEI zeolite with low Si/Al and high AEI purity can be produced inexpensively.
In contrast, in Comparative Examples 1 and 2, the step of adding d6r zeolite after aging was not performed, and therefore, when the amount of the organic structure-directing agent used was reduced as in Comparative Example 2, AEI zeolite with a low Si/Al ratio and high AEI purity could not be obtained. Also, it was found that in order to obtain AEI zeolite, it is necessary to use a large amount of an expensive organic structure-directing agent as in Comparative Example 1. Furthermore, it was found from Comparative Example 3 that even if seed crystals are added to the composition before aging, AEI zeolite with a low Si/Al ratio and high purity cannot be obtained.
Claims (11)
前記組成物を熟成する工程と、
前記熟成後に、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含むゼオライトを添加する工程と、
前記ゼオライト添加後の組成物を水熱合成する工程と
を備えることを特徴とする、AEI型ゼオライトの製造方法。 preparing a composition comprising silicon atoms, aluminum atoms, alkali metal atoms , an organic structure directing agent , and water;
Aging the composition;
adding a zeolite containing d6r in its framework, which is defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA), after the aging;
and hydrothermally synthesizing the composition after the addition of the zeolite.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020046890A JP7679603B2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020046890A JP7679603B2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021147260A JP2021147260A (en) | 2021-09-27 |
| JP7679603B2 true JP7679603B2 (en) | 2025-05-20 |
Family
ID=77850899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020046890A Active JP7679603B2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7679603B2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016104690A (en) | 2014-11-21 | 2016-06-09 | 三菱化学株式会社 | Aei type zeolite, manufacturing method therefor and manufacturing method of lower olefin using the same |
-
2020
- 2020-03-17 JP JP2020046890A patent/JP7679603B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016104690A (en) | 2014-11-21 | 2016-06-09 | 三菱化学株式会社 | Aei type zeolite, manufacturing method therefor and manufacturing method of lower olefin using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021147260A (en) | 2021-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6572751B2 (en) | AEI type zeolite and its production method and use | |
| JP6780650B2 (en) | Method for producing oxygen 8-membered ring zeolite and AEI type zeolite | |
| JP6631663B2 (en) | Zeolite and its production method and use | |
| KR20090075857A (en) | Method for producing aluminum-containing molecular sieve SV-26 | |
| CN101318666A (en) | IZM-1 crystalline solid and its preparation method | |
| JP7251471B2 (en) | Transition metal-supported zeolite, method for producing the same, catalyst for purifying nitrogen oxides, and method for using the same | |
| CN101279744A (en) | Preparation method of beta zeolite | |
| JP2019522606A (en) | STA-19, a new member of the molecular sieves type GME family, its preparation and use | |
| CN113039156A (en) | Process for producing AFX zeolite with high thermal stability | |
| CN112912340A (en) | Process for the preparation of SSZ-13 zeolites with high acidity and low silica to alumina ratio (SAR) | |
| JP2014122142A (en) | Transition metal-containing zeolite, and method for producing the same | |
| CN112551543B (en) | Method for preparing IZM-2 zeolite in the presence of a mixture of nitrogen-containing organic structuring agents in the form of hydroxide and bromide | |
| JP7514467B2 (en) | Method for producing zeolite, zeolite, catalyst, and adsorbent | |
| JP7679603B2 (en) | Method for producing AEI zeolite, catalyst, and adsorbent | |
| JP6769107B2 (en) | Manufacturing method of AEI type zeolite | |
| EP3914556A1 (en) | Method of continuously producing nano-sized aei-type zeolites | |
| JP7207154B2 (en) | Method for producing zeolite | |
| JP7669692B2 (en) | Nitrogen oxide purification method | |
| EP2739375A1 (en) | Reduction of oxides of nitrogen in a gas stream using molecular sieve ssz-28 | |
| JP2024530569A (en) | Method for Producing a Catalyst Composition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230228 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231106 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240109 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20240307 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240507 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240903 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20241101 |
|
| 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: 20250408 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250421 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7679603 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |