JP7794619B2 - Method for producing CHA-type zeolite - Google Patents
Method for producing CHA-type zeoliteInfo
- Publication number
- JP7794619B2 JP7794619B2 JP2021194753A JP2021194753A JP7794619B2 JP 7794619 B2 JP7794619 B2 JP 7794619B2 JP 2021194753 A JP2021194753 A JP 2021194753A JP 2021194753 A JP2021194753 A JP 2021194753A JP 7794619 B2 JP7794619 B2 JP 7794619B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cha
- bulk
- type zeolite
- ratio
- al2o3
- 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
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Description
本開示は、CHA型ゼオライトの製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for producing CHA-type zeolite.
CHA型ゼオライトは、国際ゼオライト学会(International ZeoliteAssociation)のStructure Commissionが定めている構造コード「CHA」の骨格構造を有するゼオライトであり、クラッキング触媒や窒素酸化物還元触媒などの様々な触媒の用途で使用されている。 CHA-type zeolite is a zeolite with a skeletal structure designated by the Structure Commission of the International Zeolite Association (ISEA), and is used in a variety of catalytic applications, including cracking catalysts and nitrogen oxide reduction catalysts.
CHA型ゼオライトは、高温下で使用されることがあるため、高温下でも触媒活性を維持する耐熱性が求められている。CHA型ゼオライトの耐熱性は、CHA型ゼオライトをスチーム処理に供し、骨格構造からアルミニウムを除去することで、向上することが知られている(例えば、特許文献1)。 Because CHA-type zeolites are sometimes used at high temperatures, they are required to have heat resistance that allows them to maintain catalytic activity even at high temperatures. It is known that the heat resistance of CHA-type zeolites can be improved by subjecting them to steam treatment to remove aluminum from the framework structure (see, for example, Patent Document 1).
本発明者等は、CHA型ゼオライトに対して行われるスチーム処理について検討を進め、スチーム処理の条件によっては、CHA型ゼオライトの骨格構造からアルミニウムが過度に除去されてしまい、結晶構造が不安定になるのではないかと考えた。 The inventors have been studying the steam treatment performed on CHA-type zeolite and have concluded that, depending on the steam treatment conditions, excessive aluminum may be removed from the framework structure of CHA-type zeolite, causing the crystal structure to become unstable.
本発明は特許請求の範囲に記載のとおりであり、また、本開示の要旨は以下のとおりである。
[1] 結晶性シリカアルミナ源、アルカリ源、有機構造指向剤及び水を含む組成物を結晶化する結晶化工程と、前記結晶化工程で得られるCHA型ゼオライトに含まれる有機構造指向剤を除去する有機構造指向剤除去工程と、前記有機構造指向剤除去工程で得られるCHA型ゼオライトと水蒸気を含む気体とを接触させるスチーム処理工程と、を含み、前記気体における水蒸気濃度が5体積%以上50体積%未満である、CHA型ゼオライトの製造方法。
[2] 前記有機構造指向剤除去工程で得られる前記CHA型ゼオライトが下記式(1)を満足する、[1]に記載のCHA型ゼオライトの製造方法。
0≦M2Oバルク/Al2O3バルク≦0.80 ・・・(1)
上記式(1)において、M2OバルクはCHA型ゼオライトのバルクにおけるアルカリ金属MのM2O換算のモル数[mol]を示し、Al2O3バルクはCHA型ゼオライトのバルクにおけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]を示す。
[3] 前記有機構造指向剤除去工程が、前記結晶化工程で得られる前記CHA型ゼオライトを焼成することで、該CHA型ゼオライトに含まれる有機構造指向剤を除去する工程である、[1]又は[2]に記載のCHA型ゼオライトの製造方法。
[4] 前記有機構造指向剤除去工程における前記焼成が、500℃以上800℃以下の空気雰囲気下で行われる、[3]に記載のCHA型ゼオライトの製造方法。
[5] 前記結晶性シリカアルミナ源がFAU型ゼオライトであり、前記FAU型ゼオライトが下記式(2)を満足する、[1]乃至[4]のいずれか一つに記載のCHA型ゼオライトの製造方法。
6≦SiO2バルク/Al2O3バルク比≦50 ・・・(2)
上記式(2)において、SiO2バルクはFAU型ゼオライトのバルクおけるケイ素のSiO2換算のモル数[mol]を示し、Al2O3バルクはFAU型ゼオライトのバルクにおけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]を示す。
[6] 前記スチーム処理工程で得られるCHA型ゼオライトは、前記有機構造指向剤除去工程で得られる前記CHA型ゼオライトよりも、下記式(3)で表される骨格内Al比率が20%以上低い、[1]乃至[5]のいずれか一つに記載のCHA型ゼオライトの製造方法。
骨格内Al比率[%]=(SiO2バルク/Al2O3比バルク)/(SiO2骨格/Al2O3骨格比)×100 ・・・(3)
上記式(3)において、SiO2バルクはCHA型ゼオライトのバルクにおけるケイ素のSiO2換算のモル数[mol]を示し、Al2O3バルクはCHA型ゼオライトのバルクにおけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]を示し、SiO2骨格はCHA型ゼオライトの骨格におけるケイ素のSiO2換算のモル数[mol]を示し、Al2O3骨格はCHA型ゼオライトの骨格におけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]を示す。
The present invention is as set forth in the claims, and the gist of the present disclosure is as follows.
[1] A method for producing CHA-type zeolite, comprising: a crystallization step of crystallizing a composition containing a crystalline silica-alumina source, an alkali source, an organic structure-directing agent, and water; an organic structure-directing agent removal step of removing the organic structure-directing agent contained in the CHA-type zeolite obtained in the crystallization step; and a steam treatment step of contacting the CHA-type zeolite obtained in the organic structure-directing agent removal step with a gas containing water vapor, wherein the water vapor concentration in the gas is 5% by volume or more and less than 50% by volume.
[2] The method for producing a CHA-type zeolite according to [1], wherein the CHA-type zeolite obtained in the organic structure-directing agent removal step satisfies the following formula (1):
0≦M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ≦0.80 (1)
In the above formula (1), M 2 O bulk indicates the number of moles [mol] of alkali metal M in the bulk of CHA-type zeolite, converted into M 2 O, and Al 2 O 3 bulk indicates the number of moles [mol] of aluminum in the bulk of CHA-type zeolite, converted into Al 2 O 3 .
[3] A method for producing a CHA-type zeolite described in [1] or [2], wherein the organic structure-directing agent removal process is a process for removing the organic structure-directing agent contained in the CHA-type zeolite by calcining the CHA-type zeolite obtained in the crystallization process.
[4] The method for producing a CHA-type zeolite described in [3], wherein the calcination in the organic structure-directing agent removal step is carried out in an air atmosphere at 500°C or higher and 800°C or lower.
[5] The method for producing a CHA-type zeolite according to any one of [1] to [4], wherein the crystalline silica-alumina source is an FAU-type zeolite, and the FAU-type zeolite satisfies the following formula (2):
6≦SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio≦50 (2)
In the above formula (2), SiO2 bulk indicates the number of moles [mol] of silicon in the bulk of FAU zeolite in terms of SiO2 , and Al2O3 bulk indicates the number of moles [ mol] of aluminum in the bulk of FAU zeolite in terms of Al2O3 .
[6] A method for producing a CHA-type zeolite described in any one of [1] to [5], wherein the CHA-type zeolite obtained in the steam treatment step has an intraframework Al ratio, represented by the following formula (3), that is 20% or more lower than the CHA-type zeolite obtained in the organic structure-directing agent removal step.
Al ratio in framework [%] = (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio ) / (SiO2 framework / Al2O3 framework ratio) × 100 (3)
In the above formula (3), SiO2 bulk indicates the number of moles [mol] of silicon in the bulk of CHA-type zeolite, converted into SiO2 , Al2O3 bulk indicates the number of moles [ mol ] of aluminum in the bulk of CHA-type zeolite, converted into Al2O3 , SiO2 skeleton indicates the number of moles [mol] of silicon in the skeleton of CHA-type zeolite, converted into SiO2 , and Al2O3 skeleton indicates the number of moles [mol] of aluminum in the skeleton of CHA -type zeolite, converted into Al2O3 .
まず、本明細書における各用語の意味について説明する。 First, let us explain the meaning of each term used in this specification.
本明細書において、「ゼオライト」とは、骨格原子(以下、「T原子」ともいう。)が酸素(O)を介した規則的構造を有し、T原子が金属原子及び半金属原子の少なくともいずれかのみからなる化合物である。金属原子としては、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)及びスズ(Sn)からなる群から選ばれる1以上が例示できる。半金属原子としては、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びテルル(Te)からなる群から選ばれる少なくとも1種が例示できる。 As used herein, "zeolite" refers to a compound in which skeletal atoms (hereinafter also referred to as "T atoms") have a regular structure with oxygen (O) tethered between them, and the T atoms are composed solely of at least one of metal atoms and metalloid atoms. Examples of metal atoms include one or more atoms selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), iron (Fe), zinc (Zn), gallium (Ga), and tin (Sn). Examples of metalloid atoms include at least one atom selected from the group consisting of boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), and tellurium (Te).
「ゼオライト」は、T原子が酸素を介した規則的構造を有し、T原子に少なくとも金属及び半金属以外の原子を含む化合物(以下、「ゼオライト類縁物質」ともいう)とは区別される。なお、「ゼオライト類縁物質」としては、アルミノフォスフェート(AlPO)やシリコアルミノフォスフェート(SAPO)など、T原子としてリン(P)を含む複合リン化合物が例示できる。 "Zeolite" is distinguished from compounds (hereinafter also referred to as "zeolite-related substances") that have a regular structure in which the T atoms are oxygen-mediated and contain at least one atom other than a metal or metalloid in the T atoms. Examples of "zeolite-related substances" include complex phosphorus compounds that contain phosphorus (P) as the T atom, such as aluminophosphate (AlPO) and silicoaluminophosphate (SAPO).
本明細書において、「結晶性アルミノシリケート」とは、T原子がアルミニウム(Al)とケイ素(Si)からなるゼオライトである。「結晶性アルミノシリケート」は、その粉末X線回折(以下、「XRD」ともいう。)パターンにおいて、結晶性のXRDピークを示し、結晶性のXRDピークを示さない「非晶質アルミノシリケート」とは区別される。 In this specification, "crystalline aluminosilicate" refers to a zeolite in which the T atoms are aluminum (Al) and silicon (Si). "Crystalline aluminosilicate" exhibits crystalline XRD peaks in its powder X-ray diffraction (hereinafter also referred to as "XRD") pattern, and is distinguished from "amorphous aluminosilicate," which does not exhibit crystalline XRD peaks.
本明細書において、ゼオライトにおける「規則的構造」とは、国際ゼオライト学会(International ZeoliteAssociation)のStructure Commissionが定めている構造コード(以下、単に「構造コード」ともいう。)で特定される骨格構造である。例えば、「CHA型ゼオライト」は構造コード「CHA」で特定される骨格構造を有するゼオライトであり、「FAU型ゼオライト」は構造コード「FAU」で特定される骨格構造を有するゼオライトである。各ゼオライトの骨格構造(構造コード)は、例えば、Collection of simulated XRD powder patterns for zeolites,Fifth revised edition,Page113(2007)に記載されたXRDパターン(以下、「参照パターン」ともいう。)との対比によって同定することができる。 In this specification, the "ordered structure" of a zeolite refers to a skeletal structure specified by a structure code (hereinafter simply referred to as "structure code") established by the Structure Commission of the International Zeolite Association. For example, "CHA-type zeolite" is a zeolite having a skeletal structure specified by the structure code "CHA," and "FAU-type zeolite" is a zeolite having a skeletal structure specified by the structure code "FAU." The framework structure (structure code) of each zeolite can be identified, for example, by comparison with the XRD pattern (hereinafter also referred to as the "reference pattern") described in "Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites," Fifth Revised Edition, Page 113 (2007).
本明細書において、XRDパターンは以下の条件のXRD測定より得られるものが挙げられる。
加速電圧・電流 : 40kV・20mA
線源 : CuKα線(λ=1.5405Å)
測定モード : 連続スキャン
スキャン条件 : 2.0°/分
測定範囲 : 2θ=3°から53°
検出器 : 半導体検出器
結晶性のXRDピークは、一般的な解析ソフト(例えば、SmartLab StudioII、リガク社製)を使用したXRDパターンの解析においてピークトップの2θが特定され検出されるピークであり、半値幅が2θ=0.50°以下のXRDピークが例示できる。
In this specification, the XRD patterns include those obtained by XRD measurement under the following conditions.
Acceleration voltage/current: 40 kV/20 mA
Radiation source: CuKα radiation (λ=1.5405Å)
Measurement mode: Continuous scan
Scan condition: 2.0°/min
Measurement range: 2θ = 3° to 53°
Detector: Semiconductor detector A crystalline XRD peak is a peak detected by identifying the 2θ of the peak top in an analysis of an XRD pattern using general analysis software (for example, SmartLab Studio II, manufactured by Rigaku Corporation), and an example of such a peak is an XRD peak having a half-width of 2θ = 0.50° or less.
本明細書において、「SiO2骨格」「Al2O3骨格」は、それぞれ、ゼオライトの骨格構造(以下、「骨格」ともいう)を構成するケイ素のSiO2換算のモル数[mol]、及び、アルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]である。Al2O3骨格に対するSiO2骨格の比率(SiO2骨格/Al2O3骨格比)は、後述する説明において、骨格におけるシリカアルミナ比ともいう。なお、骨格におけるシリカアルミナ比(SiO2骨格/Al2O3骨格比)は、29Si DDMAS NMRスペクトル測定により求めることができる。 In this specification, "SiO2 skeleton " and " Al2O3 skeleton " respectively refer to the number of moles [mol] of silicon in terms of SiO2 and the number of moles [mol] of aluminum in terms of Al2O3 that constitute the skeleton structure of a zeolite (hereinafter also referred to as "skeleton"). The ratio of the SiO2 skeleton to the Al2O3 skeleton (SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio) is also referred to as the silica-alumina ratio in the skeleton in the explanation below. The silica-alumina ratio in the skeleton (SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio) can be determined by 29Si DDMAS NMR spectrum measurement.
本明細書において、「29Si DDMAS NMRスペクトル」とは、以下の条件で測定される、有機構造指向剤を実質的に含有しないCHA型ゼオライトの29Si DDMAS NMRスペクトルである。
1H共鳴周波数 :600MHz
29Si共鳴周波数 :119.2MHz
ローター回転速度 :10kHz
繰り返し時間 :30.0秒
積算回数 :2048回
29Si DDMAS NMRスペクトルは一般的な固体核磁気共鳴装置(例えば、AVANCE III 600、Bruker社製)を使用して測定することができる。得られたNMRスペクトルのピークフィッティングは、標準的なNMRデータ処理ソフト(ソフト名:ALICE2、JEOL社)を使用し、ガウス分布およびローレンツ分布の混合関数を用いて各ピークについて面積分を行い、SiO2骨格/Al2O3骨格比を算出すればよい。
In this specification, the term " 29 Si DDMAS NMR spectrum" refers to a 29 Si DDMAS NMR spectrum of a CHA-type zeolite that does not substantially contain an organic structure-directing agent, measured under the following conditions.
1H resonance frequency: 600MHz
29 Si resonance frequency: 119.2MHz
Rotor rotation speed: 10kHz
Repeat time: 30.0 seconds Total number of times: 2048
The 29 Si DDMAS NMR spectrum can be measured using a general solid-state nuclear magnetic resonance apparatus (for example, AVANCE III 600, manufactured by Bruker). Peak fitting of the obtained NMR spectrum can be performed using standard NMR data processing software (software name: ALICE2, manufactured by JEOL) by performing surface integration for each peak using a mixed function of Gaussian distribution and Lorentzian distribution, and then calculating the SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio.
本明細書において、「SiO2バルク」「Al2O3バルク」は、骨格及び骨格外を含むゼオライト全体(以下、「バルク」ともいう)に含まれる成分の酸化物換算のモル数であり、それぞれ、バルクにおけるケイ素のSiO2換算のモル数[mol]、バルクにおけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]である。Al2O3バルクに対するSiO2バルクの比率(SiO2バルク/Al2O3バルク比)は、後述する説明において、バルクにおけるシリカアルミナ比ともいう。なお、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)は、組成分析によりにより求めることができる。組成分析は、例えば、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)を挙げることができる。 In this specification, "SiO2 bulk " and " Al2O3 bulk " refer to the number of moles of oxides of components contained in the entire zeolite (hereinafter also referred to as "bulk"), including the framework and non-framework, and are respectively the number of moles [mol] of silicon in the bulk in terms of SiO2 and the number of moles [ mol ] of aluminum in the bulk in terms of Al2O3 . The ratio of SiO2 bulk to Al2O3 bulk ( SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) is also referred to as the silica-alumina ratio in the bulk in the explanation below. The silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) can be determined by composition analysis. Composition analysis can be performed, for example, by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES).
本明細書において、骨格構造からのアルミニウムの除去が「過度」であるとは、スチーム処理前のSiO2骨格/Al2O3骨格比に対するスチーム処理後のSiO2骨格/Al2O3骨格比の比率(スチーム処理後(SiO2骨格/Al2O3骨格比)/スチーム処理前(SiO2骨格/Al2O3骨格比))が13.0超であることを指す。 In this specification, "excessive" removal of aluminum from the framework structure means that the ratio of the SiO2 / Al2O3 framework ratio after steaming to the SiO2 / Al2O3 framework ratio before steaming (( SiO2 / Al2O3 framework ratio after steaming)/( SiO2 / Al2O3 framework ratio before steaming)) is greater than 13.0.
本明細書において、骨格構造からのアルミニウムの除去が「適度」であるとは、スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比の比率(スチーム処理後(SiO2骨格/Al2O3骨格比)/スチーム処理前(SiO2骨格/Al2O3骨格比))が、1.0超13.0以下であることを指す。 In this specification, the term "moderate" removal of aluminum from the framework structure means that the ratio of framework silica-alumina ratios before and after steam treatment (after steam treatment ( SiO2 framework / Al2O3 framework ratio)/before steam treatment (SiO2 framework / Al2O3 framework ratio)) is greater than 1.0 and not greater than 13.0.
以下、本開示の一実施形態について説明する。 One embodiment of the present disclosure is described below.
本実施形態の製造方法は、結晶化工程と、有機構造指向剤除去工程と、スチーム処理工程と、を含むCHA型ゼオライトの製造方法に関する。本実施形態のCHA型ゼオライトの製造方法によれば、骨格構造からアルミニウムを適度に除去することができる。 The manufacturing method of this embodiment relates to a method for manufacturing CHA-type zeolite, which includes a crystallization step, an organic structure-directing agent removal step, and a steam treatment step. According to the manufacturing method of CHA-type zeolite of this embodiment, aluminum can be appropriately removed from the framework structure.
結晶化工程は、結晶性シリカアルミナ源、アルカリ源、有機構造指向剤及び水を含む組成物(以下、「原料組成物」ともいう)を結晶化する工程であり、当該結晶化工程によってCHA型ゼオライト(以下、「CHA型ゼオライトZ1」という)を得る。 The crystallization process is a process for crystallizing a composition containing a crystalline silica-alumina source, an alkali source, an organic structure-directing agent, and water (hereinafter also referred to as the "raw material composition"), and CHA-type zeolite (hereinafter referred to as "CHA-type zeolite Z1") is obtained through this crystallization process.
結晶化工程で用いられる結晶性シリカアルミナ源は、ケイ素及びアルミニウムを含む結晶性の物質であり、例えば、T原子として少なくともケイ素及びアルミニウムを含むゼオライトを用いることができる。結晶性シリカアルミナ源として用いることができるゼオライトとしては、例えば、ANA型、*BEA型、CHA型、EMT型、FAU型、FER型、GIS型、LTA型、LTL型又はMFI型のいずれかの結晶構造を有するゼオライトを挙げることができる。これらのゼオライトの中でも、本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライト(以下、「CHA型ゼオライトZ3」ともいう)が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、FAU型ゼオライトを用いることが好ましく、FAU型構造を有する結晶性アルミノシリケートがより好ましく、ゼオライトYであることが更に好ましい。 The crystalline silica-alumina source used in the crystallization step is a crystalline substance containing silicon and aluminum, and for example, a zeolite containing at least silicon and aluminum as T atoms can be used. Zeolites that can be used as the crystalline silica-alumina source include, for example, zeolites having any of the ANA, *BEA, CHA, EMT, FAU, FER, GIS, LTA, LTL, and MFI crystal structures. Among these zeolites, the CHA zeolite obtained by the production method of this embodiment (hereinafter also referred to as "CHA zeolite Z3") is preferred because it tends to have a silica-alumina ratio more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 10 to 30). Therefore, FAU zeolite is preferred, a crystalline aluminosilicate having an FAU structure is more preferred, and zeolite Y is even more preferred.
結晶性シリカアルミナ源として用いることができるゼオライトは、シリカアルミナ比について特に限定されるものではないが、本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が耐熱性及び触媒活性を向上できるシリカアルミナ比となりやすいことから、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)が、下記式(2)を満足することが好ましい。
6≦SiO2バルク/Al2O3バルク比≦50 ・・・(2)
The zeolite that can be used as the crystalline silica-alumina source is not particularly limited in terms of silica-alumina ratio, but since the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment is likely to have a silica-alumina ratio that can improve heat resistance and catalytic activity, it is preferable that the silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) satisfies the following formula (2).
6≦SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio≦50 (2)
また、結晶性シリカアルミナ源として用いることができるゼオライトは、本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)が、下記式(4)を満足することがより好ましく、下記式(5)を満足することが特に好ましい。
6≦SiO2バルク/Al2O3バルク比≦25 ・・・(4)
6≦SiO2バルク/Al2O3バルク比≦15 ・・・(5)
Furthermore, regarding the zeolite that can be used as the crystalline silica-alumina source, since the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment tends to have a silica-alumina ratio that is more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 or more and 30 or less), it is more preferable that the silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) satisfies the following formula (4), and particularly preferably the following formula (5):
6≦SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio≦25 (4)
6≦SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio≦15 (5)
結晶性シリカアルミナ源として用いることができるゼオライトのカチオンタイプは、特に限定されるものではなく、例えば、プロトン型(H+型)を用いることができる。 The cation type of zeolite that can be used as the crystalline silica-alumina source is not particularly limited, and for example, a proton type (H + type) can be used.
結晶化工程で用いられるアルカリ源は、アルカリ金属を含む化合物であり、アルカリ金属水酸化物であることが好ましく、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムの群から選ばれる少なくとも1種の水酸化物であることがより好ましく、ナトリウム及びカリウムの水酸化物少なくともいずれかであることが更により好ましい。 The alkali source used in the crystallization process is a compound containing an alkali metal, preferably an alkali metal hydroxide, more preferably at least one hydroxide selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium, and even more preferably at least one hydroxide of sodium and potassium.
結晶化工程で用いられる有機構造指向剤源は、CHA構造を指向する有機構造指向剤を含む物質であり、具体的には、CHA構造を指向する有機カチオンを含む塩である。 The source of the organic structure-directing agent used in the crystallization process is a substance containing an organic structure-directing agent that directs the CHA structure, specifically a salt containing an organic cation that directs the CHA structure.
CHA構造を指向する有機カチオン(CHA構造を指向する有機構造指向剤)としては、CHA構造を指向する四級アンモニウムカチオンを挙げることができ、(1-アダマンチル)トリメチルアンモニウム、コリンカチオン及びトリメチルベンジルアンモニウムカチオンの群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、(1-アダマンチル)トリメチルアンモニウム(以下、「TMAda」ともいう。)カチオンであることがより好ましい。 The organic cation directing the CHA structure (organic structure-directing agent directing the CHA structure) can be a quaternary ammonium cation directing the CHA structure, preferably at least one selected from the group consisting of (1-adamantyl)trimethylammonium, choline cation, and trimethylbenzylammonium cation, and more preferably the (1-adamantyl)trimethylammonium (hereinafter also referred to as "TMada") cation.
CHA構造を指向するカチオンを含む塩は、例えば、硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化物及び水酸化物の群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、ハロゲン化物及び水酸化物の少なくともいずれかであることがより好ましく、水酸化物であることがさらに好ましい。 The salt containing a cation that directs the CHA structure is preferably at least one selected from the group consisting of sulfates, nitrates, halides, and hydroxides, more preferably at least one of halides and hydroxides, and even more preferably hydroxides.
結晶化工程で用いられる水は、上述した各原料とは別に含有される水、例えばイオン交換水、であってもよいが、上述した各原料に由来する構造水や、各原料を溶解した溶媒中の水を、結晶化工程で用いられる水としてもよい。 The water used in the crystallization process may be water contained separately from the above-mentioned raw materials, such as ion-exchanged water, but the water used in the crystallization process may also be structured water derived from the above-mentioned raw materials or water in the solvent in which the raw materials are dissolved.
結晶化工程で結晶化する原料組成物は、上述した、結晶性シリカアルミナ源、アルカリ源、有機構造指向剤及び水のみにより構成されていてもよいが、原料組成物の組成を微調整するため、これらの原料以外の他の原料が含有されていてもよい。他の原料としては、例えば、結晶性シリカアルミナ源とは別に含有されるアルミナ源や、結晶性シリカアルミナ源とは別に含有されるシリカ源や、種晶を挙げることができる。 The raw material composition crystallized in the crystallization step may be composed only of the above-mentioned crystalline silica-alumina source, alkali source, organic structure-directing agent, and water, but may also contain other raw materials in addition to these raw materials in order to fine-tune the composition of the raw material composition. Examples of other raw materials include an alumina source contained separately from the crystalline silica-alumina source, a silica source contained separately from the crystalline silica-alumina source, and seed crystals.
シリカ源は、ケイ素を含む化合物であり、例えば、シリカゾル、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、沈降法シリカ、及び、無定形ケイ酸の群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 The silica source is a silicon-containing compound, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of silica sol, fumed silica, colloidal silica, precipitated silica, and amorphous silicic acid.
アルミナ源は、アルミニウムを含む化合物であり、例えば、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、金属アルミニウム、擬ベーマイト、アルミナゾル及びアルミニウムアルコキシドの群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 The alumina source is a compound containing aluminum, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of aluminum hydroxide, aluminum oxide, aluminum sulfate, aluminum chloride, aluminum nitrate, metallic aluminum, pseudoboehmite, alumina sol, and aluminum alkoxide.
種晶は、CHA構造を指向するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、CHA型ゼオライトを用いることができる。 The seed crystals are not particularly limited as long as they are directed toward the CHA structure, but for example, CHA-type zeolite can be used.
原料組成物におけるシリカに対するアルミナのモル比は、特に限定されるものではないが、本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3の耐熱性及び触媒活性が向上しうるシリカアルミナ比となりやすいことから、6以上50以下であることが好ましい。本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、原料組成物におけるSiO2バルク/Al2O3バルク比は、6以上25以下であることが好ましく、6以上15以下であることがより好ましい。 The molar ratio of alumina to silica in the raw material composition is not particularly limited, but is preferably 6 or more and 50 or less, since this tends to result in a silica-alumina ratio that can improve the heat resistance and catalytic activity of the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment. Since the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment tends to have a silica-alumina ratio that is more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 or more and 30 or less), the SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio in the raw material composition is preferably 6 or more and 25 or less, and more preferably 6 or more and 15 or less.
原料組成物におけるシリカに対する有機構造指向剤(以下、「SDA」ともいう)のモル比(以下、「SDA/SiO2比」ともいう。)は、0.01以上0.50以下であることが好ましく、0.05以上0.30以下であることがより好ましく、0.10以上0.20以下であることが更に好ましい。 The molar ratio of the organic structure-directing agent (hereinafter also referred to as "SDA") to silica in the raw material composition (hereinafter also referred to as "SDA/ SiO2 ratio") is preferably 0.01 or more and 0.50 or less, more preferably 0.05 or more and 0.30 or less, and even more preferably 0.10 or more and 0.20 or less.
原料組成物におけるシリカに対するアルカリ金属のモル比(以下、「M/SiO2比」ともいう。)は、0.1以上1.0以下であることが好ましく、0.1以上0.5以下であることがより好ましい。なお、M/SiO2比において、原料組成物に2種類以上のアルカリ金属が含まれる場合、Mはアルカリ金属の合計のモル数を指す。 The molar ratio of alkali metal to silica in the raw material composition (hereinafter also referred to as "M/ SiO2 ratio") is preferably 0.1 or more and 1.0 or less, more preferably 0.1 or more and 0.5 or less. In the M/ SiO2 ratio, when the raw material composition contains two or more alkali metals, M refers to the total number of moles of the alkali metals.
原料組成物におけるシリカに対する水(H2O)のモル比(以下、「H2O/SiO2比」ともいう。)は、3以上50以下であることが好ましく、10以上40以下であることがより好ましい。原料組成物に適度な流動性を付与する観点から、H2O/SiO2比は20以上35以下であることが好ましい。 The molar ratio of water (H 2 O) to silica in the raw material composition (hereinafter also referred to as the "H 2 O/SiO 2 ratio") is preferably 3 or more and 50 or less, and more preferably 10 or more and 40 or less. From the viewpoint of imparting appropriate fluidity to the raw material composition, the H 2 O/SiO 2 ratio is preferably 20 or more and 35 or less.
原料組成物に含まれる原料に水酸化物が含まれている場合、原料組成物におけるシリカに対する水酸化物イオン(以下、「OH」ともいう)のモル比(以下、「OH/SiO2比」ともいう。)は、0.1以上1.0以下であることが好ましく、0.3以上0.7以下であることがより好ましい。 When the raw materials contained in the raw material composition contain hydroxide, the molar ratio of hydroxide ions (hereinafter also referred to as "OH") to silica in the raw material composition (hereinafter also referred to as the "OH/ SiO2 ratio") is preferably 0.1 or more and 1.0 or less, and more preferably 0.3 or more and 0.7 or less.
好ましい原料組成物の各モル比としては、以下の範囲を挙げることができる。
SiO2/Al2O3比 :6以上50以下
SDA/SiO2比 :0.01以上0.50以下
M/SiO2比 :0.1以上1.0以下
H2O/SiO2比 :3以上50以下
OH/SiO2比 :0.1以上1.0以下
Preferable molar ratios of the raw material compositions are in the following ranges.
SiO 2 /Al 2 O 3 ratio: 6 or more and 50 or less SDA/SiO 2 ratio: 0.01 or more and 0.50 or less M/SiO 2 ratio: 0.1 or more and 1.0 or less H 2 O/SiO 2 ratio: 3 or more and 50 or less OH/SiO 2 ratio: 0.1 or more and 1.0 or less
結晶化工程における原料組成物の結晶化には、水熱処理を用いることができる。水熱処理は、原料組成物を密閉耐圧容器に入れ、これを加熱することで行うことができる。 Hydrothermal treatment can be used to crystallize the raw material composition in the crystallization step. Hydrothermal treatment can be carried out by placing the raw material composition in a sealed pressure-resistant container and heating it.
水熱処理の温度は、原料組成物の結晶化が進行する温度であればよく、特に限定されるものではないが、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることが更に好ましい。原料組成物が結晶化すれば、必要以上に水熱処理の温度を高くする必要はない。そのため、水熱処理の温度は、200℃以下であればよく、180℃以下であることが好ましく、170℃以下であることがより好ましい。 The temperature for the hydrothermal treatment is not particularly limited as long as it is a temperature at which the crystallization of the raw material composition proceeds, but is preferably 80°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 120°C or higher. Once the raw material composition crystallizes, there is no need to increase the hydrothermal treatment temperature more than necessary. Therefore, the hydrothermal treatment temperature should be 200°C or lower, preferably 180°C or lower, and more preferably 170°C or lower.
水熱処理の時間は、原料組成物が結晶化する時間であればよく、特に限定されるものではないが、1時間以上168時間以下であることが好ましく、24時間以上120時間以下であることが特に好ましい。水熱処理における処理圧力は、自生圧とすることができる。 The hydrothermal treatment time is not particularly limited as long as it is sufficient for the raw material composition to crystallize, but is preferably from 1 hour to 168 hours, and particularly preferably from 24 hours to 120 hours. The treatment pressure during the hydrothermal treatment can be autogenous pressure.
水熱処理において、原料組成物は、攪拌した状態で結晶化されてもよく、静置した状態で結晶化されてもよい。 In the hydrothermal treatment, the raw material composition may be crystallized in a stirred state or in a static state.
ここで、結晶化工程では、原料組成物を結晶化する上述した結晶化処理のみを行ってもよいが、原料組成物の結晶化処理後、洗浄処理や乾燥処理を行ってもよい。 Here, in the crystallization step, only the above-mentioned crystallization treatment for crystallizing the raw material composition may be performed, but after the crystallization treatment of the raw material composition, a washing treatment and a drying treatment may also be performed.
洗浄処理では、CHA型ゼオライトZ1(固相)と液相を公知の方法で固液分離し、固相として得られるCHA型ゼオライトZ1を純水で洗浄すればよい。 In the washing process, CHA-type zeolite Z1 (solid phase) and the liquid phase are separated by a known method, and the CHA-type zeolite Z1 obtained as a solid phase is washed with pure water.
乾燥処理では、CHA型ゼオライトZ1から水分を除去する。乾燥処理における処理条件は任意であるが、CHA型ゼオライトZ1を、空気中、50℃以上150℃以下で2時間以上、静置することが例示できる。なお、前記における空気は、水蒸気を含む空気であってもよく、水蒸気を含まない空気であってもよい。具体的な空気としては、一般的な乾燥空気発生装置や工業プラントで生成される乾燥空気が例示できる。 Drying treatment removes moisture from CHA-type zeolite Z1. The conditions for the drying treatment are arbitrary, but an example is leaving CHA-type zeolite Z1 in air at a temperature of 50°C to 150°C for at least 2 hours. The air may contain water vapor or may not contain water vapor. Specific examples of air include dry air generated in general dry air generators and industrial plants.
上述した結晶化工程により、結晶物としてCHA型ゼオライトZ1を得ることができる。CHA型ゼオライトZ1には、T原子として少なくともケイ素及びアルミニウムが含まれるが、好ましいCHA型ゼオライトZ1は、CHA型の結晶性アルミノシリケートである。 The above-described crystallization process can produce CHA-type zeolite Z1 as a crystalline substance. CHA-type zeolite Z1 contains at least silicon and aluminum as T atoms, but preferred CHA-type zeolite Z1 is a CHA-type crystalline aluminosilicate.
結晶化後のCHA型ゼオライトZ1には、原料組成物に含有したSDA及びアルカリ金属イオンが含まれている。後述する有機構造指向剤除去工程では、結晶化工程で得られるCHA型ゼオライトZ1に含まれるSDAを除去し、SDAを実質的に含まないCHA型ゼオライト(以下、「CHA型ゼオライトZ2」ともいう)を得る。なお、SDAを実質的に含まないとは、例えば、CHA型ゼオライトZ2におけるSDAの含有量が1質量%以下であることが例示できる。 After crystallization, CHA-type zeolite Z1 contains the SDA and alkali metal ions contained in the raw material composition. In the organic structure-directing agent removal process described below, the SDA contained in CHA-type zeolite Z1 obtained in the crystallization process is removed to obtain a CHA-type zeolite that is substantially free of SDA (hereinafter also referred to as "CHA-type zeolite Z2"). "Substantially free of SDA" can be exemplified by the fact that the SDA content in CHA-type zeolite Z2 is 1% by mass or less.
有機構造指向剤除去工程におけるSDAの除去には、結晶化工程で得られたCHA型ゼオライトZ1を焼成する焼成処理を用いることができる。なお、本明細書において焼成とは、水蒸気濃度が5体積%未満の雰囲気下で行われる処理を指し、後述するスチーム処理とは区別される処理である。 To remove SDA in the organic structure-directing agent removal process, a calcination process can be used, in which the CHA-type zeolite Z1 obtained in the crystallization process is calcined. Note that, in this specification, calcination refers to a process carried out in an atmosphere with a water vapor concentration of less than 5% by volume, and is a process that is distinct from the steam treatment described below.
焼成処理の条件は、有機構造指向剤が除去されるものであればよく、有機構造指向剤が効率よく除去しやすくなるという点から、500℃以上800℃以下の空気雰囲気下とすることが好ましい。焼成時間は、有機構造指向剤が除去されるものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、1時間~24時間とすることができる。 The firing conditions may be any conditions that allow the organic structure-directing agent to be removed, and are preferably carried out in an air atmosphere at 500°C or higher and 800°C or lower, as this facilitates efficient removal of the organic structure-directing agent. The firing time may be any conditions that allow the organic structure-directing agent to be removed, and is not particularly limited, but can be, for example, 1 to 24 hours.
CHA型ゼオライトZ1を上述した焼成処理に供すると、CHA型ゼオライトZ1に含まれるSDAがプロトン(H+)に置換され、CHA型ゼオライトからSDAが除去される。 When CHA-type zeolite Z1 is subjected to the above-mentioned calcination treatment, the SDA contained in CHA-type zeolite Z1 is replaced with protons (H + ), and the SDA is removed from the CHA-type zeolite.
ここで、有機構造指向剤除去工程では、CHA型ゼオライトZ1に含まれるSDAを除去する上述したSDA除去処理のみを行ってもよいが、SDA除去処理後、イオン交換処理をさらに行ってもよい。 Here, in the organic structure-directing agent removal process, only the above-described SDA removal treatment for removing the SDA contained in the CHA-type zeolite Z1 may be performed, or an ion exchange treatment may be further performed after the SDA removal treatment.
イオン交換処理は、SDA除去処理後のCHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンの少なくとも一部を、任意のカチオンに置換する処理である。置換される任意のカチオンとしては、例えば、プロトン、アンモニウムイオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン及び遷移金属イオンの群から選ばれる1以上、などを挙げることができる。 The ion exchange treatment is a process in which at least a portion of the counter cations of CHA-type zeolite Z2 after the SDA removal treatment are replaced with arbitrary cations. Examples of the arbitrary cations to be replaced include one or more selected from the group consisting of protons, ammonium ions, alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and transition metal ions.
イオン交換処理には、例えば、CHA型ゼオライトZ2と任意のカチオンを含有する溶液とを接触させる方法を用いることができる。CHA型ゼオライトZ2と任意のカチオンを含有する溶液との接触には、回分法や流通法などの公知のイオン交換法を用いることができ、接触時間や接触回数などの処理条件も公知の条件を用いることができる。 For example, the ion exchange treatment can be performed by contacting CHA-type zeolite Z2 with a solution containing any cation. Known ion exchange methods, such as the batch method or the flow method, can be used to contact CHA-type zeolite Z2 with a solution containing any cation, and known treatment conditions, such as contact time and number of contacts, can also be used.
CHA型ゼオライトZ2のアルカリ金属の含有量が少なくなるほど、後述するスチーム処理工程において骨格構造からアルミニウムが除去されやすくなる。このため、骨格構造からより多くのアルミニウムを除去しようとする(骨格構造からのアルミニウムの除去が適度である範囲内において)場合には、SDA除去処理後のCHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンは、アルカリ金属以外のカチオンで置換されることが好ましく、アンモニウムイオン(NH4 +)で置換されることがより好ましい。 The lower the alkali metal content of CHA-type zeolite Z2, the more easily aluminum is removed from the framework structure in the steam treatment step described below. Therefore, when attempting to remove a larger amount of aluminum from the framework structure (within a range in which aluminum removal from the framework structure is appropriate), the counter cation of CHA-type zeolite Z2 after the SDA removal treatment is preferably substituted with a cation other than an alkali metal, and more preferably with an ammonium ion (NH 4 + ).
CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンをアンモニウムイオン(NH4 +)で置換するには、例えば、SDA除去処理後のCHA型ゼオライトZ2を、アンモニウム水溶液(例えば、0.1~30wt%の硝酸アンモニウム水溶液及び0.1~30wt%の塩化アンモニウム水溶液の少なくともいずれか)に分散(浸漬)して、50~90℃で1~48時間、CHA型ゼオライトZ2とアンモニウム水溶液を接触し、CHA型ゼオライトZ2を回収後、これを乾燥すればよい。前述した処理は、2回以上繰り返し行ってもよい。 To replace the counter cation of CHA-type zeolite Z2 with ammonium ions (NH 4 + ), for example, the CHA-type zeolite Z2 after the SDA removal treatment is dispersed (immersed) in an ammonium aqueous solution (for example, at least one of a 0.1 to 30 wt % ammonium nitrate aqueous solution and a 0.1 to 30 wt % ammonium chloride aqueous solution), and the CHA-type zeolite Z2 is brought into contact with the ammonium aqueous solution at 50 to 90°C for 1 to 48 hours, and the CHA-type zeolite Z2 is recovered and then dried. The above-mentioned treatment may be repeated two or more times.
なお、イオン交換処理は、CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンを1種のカチオンで置換する処理であってもよいが、CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンを2種以上のカチオンで置換する処理であってもよい。具体的には、イオン交換処理は、CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンを、アンモニウムイオンとアルカリ金属イオンで置換する処理であってもよい。 The ion exchange treatment may be a treatment in which the counter cations of CHA-type zeolite Z2 are replaced with one type of cation, or a treatment in which the counter cations of CHA-type zeolite Z2 are replaced with two or more types of cations. Specifically, the ion exchange treatment may be a treatment in which the counter cations of CHA-type zeolite Z2 are replaced with ammonium ions and alkali metal ions.
CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンをアンモニウムイオンとアルカリ金属イオンで置換する場合、例えば、上述した方法と同様の方法で、CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンをアンモニウムイオン(NH4 +)で置換し、得られたCHA型ゼオライトZ2を、0.01~20.0wt%のアルカリ金属水溶液(例えば、硝酸ナトリウム水溶液、硝酸カリウム水溶液、塩化ナトリウム水溶液及び塩化カリウム水溶液の群から選ばれる1以上)に分散(浸漬)して、50~100℃で1~48時間、CHA型ゼオライトZ2とアルカリ金属水溶液を接触し、CHA型ゼオライトZ2を回収後、これを乾燥すればよい。アルカリ金属イオンへの置換処理は、2回以上繰り返し行ってもよい。当該操作により、CHA型ゼオライトZ2のカウンターカチオンとして、アンモニウムイオンとアルカリ金属イオンを含むCHA型ゼオライトZ2を得ることができる。 When the counter cation of CHA type zeolite Z2 is substituted with ammonium ions and alkali metal ions, for example, the counter cation of CHA type zeolite Z2 is substituted with ammonium ions (NH 4 + ) by a method similar to that described above, and the resulting CHA type zeolite Z2 is dispersed (immersed) in a 0.01 to 20.0 wt % aqueous alkali metal solution (e.g., one or more selected from the group consisting of an aqueous sodium nitrate solution, an aqueous potassium nitrate solution, an aqueous sodium chloride solution, and an aqueous potassium chloride solution), and the CHA type zeolite Z2 is contacted with the aqueous alkali metal solution at 50 to 100°C for 1 to 48 hours. The CHA type zeolite Z2 is recovered and then dried. The replacement treatment with alkali metal ions may be repeated two or more times. By this operation, a CHA type zeolite Z2 containing ammonium ions and alkali metal ions as counter cations of CHA type zeolite Z2 can be obtained.
上述したイオン交換処理の条件は、一例であり、置換するカチオンの種類に応じて、CHA型ゼオライトZ2に接触させる溶液中のカチオンの種類を変更することができる。また、CHA型ゼオライトZ2を溶液に接触させる時間や、CHA型ゼオライトZ2に接触させる溶液中のカチオンの濃度を調整することで、イオン交換処理後のCHA型ゼオライトZ2におけるカウンターカチオンの含有量を調整してもよい。さらには、CHA型ゼオライトZ2に接触させる溶液中のカチオンの種類は単独であっても複数であってもよい。 The above-described conditions for the ion exchange treatment are merely examples, and the type of cation in the solution brought into contact with CHA-type zeolite Z2 can be changed depending on the type of cation to be replaced. Furthermore, the content of counter cations in CHA-type zeolite Z2 after the ion exchange treatment may be adjusted by adjusting the time for which CHA-type zeolite Z2 is brought into contact with the solution or the concentration of cations in the solution brought into contact with CHA-type zeolite Z2. Furthermore, the type of cation in the solution brought into contact with CHA-type zeolite Z2 may be a single type or multiple types.
CHA型ゼオライトZ2は、CHA型ゼオライトZ1からSDAが除去されたものであり、T原子として少なくともケイ素及びアルミニウムを含むCHA型ゼオライトであるが、好ましくは、CHA型の結晶性アルミノシリケートである。 CHA-type zeolite Z2 is obtained by removing the SDA from CHA-type zeolite Z1, and is a CHA-type zeolite containing at least silicon and aluminum as T atoms, but is preferably a CHA-type crystalline aluminosilicate.
CHA型ゼオライトZ2は、SDAを実質的に含まなければ、その組成について特に限定されるものではないが、後述するスチーム処理工程において骨格構造からアルミニウムを除去しやすくする(骨格構造からのアルミニウムの除去が適度である範囲内において)観点からは、Al2O3バルクに対するバルクにおけるアルカリ金属MのM2O換算のモル数(以下、「M2Oバルク」ともいう)の比率(以下、「M2Oバルク/Al2O3バルク」ともいう)が、下記式(1)を満足することが好ましい。
0≦M2Oバルク/Al2O3バルク≦0.80 ・・・(1)
The composition of CHA-type zeolite Z2 is not particularly limited as long as it does not substantially contain SDA. However, from the viewpoint of facilitating the removal of aluminum from the framework structure in the steam treatment step described later (within a range in which the removal of aluminum from the framework structure is moderate), it is preferable that the ratio of the number of moles of alkali metal M in bulk , calculated as M 2 O (hereinafter also referred to as "M 2 O bulk ") to Al 2 O 3 bulk (hereinafter also referred to as "M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ") satisfies the following formula (1):
0≦M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ≦0.80 (1)
なお、上記式(1)において、M2Oバルク/Al2O3バルクが0であることは、CHA型ゼオライトZ2にアルカリ金属が含まれないこと(すなわち、検出限界)を意味する。また、M2Oバルク/Al2O3バルクは、後述する実施例に記載される方法により求めることができる。 In the above formula (1), when M2O bulk / Al2O3 bulk is 0, it means that no alkali metal is contained in CHA-type zeolite Z2 (i.e., the detection limit). The M2O bulk / Al2O3 bulk can be determined by the method described in the examples below.
CHA型ゼオライトZ2がカウンターカチオンとしてアルカリ金属イオンを含む(カチオンタイプがアルカリ金属型である)場合、CHA型ゼオライトZ2のM2Oバルク/Al2O3バルクは、下記式(6)を満足することがより好ましい。下記式(6)を満足するアルカリ金属型のCHA型ゼオライトZ2を用いて後述するスチーム処理を行うことで、下記式(6)を満足しないアルカリ金属型のCHA型ゼオライトZ2と比較して、本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすい。
0.40≦M2Oバルク/Al2O3バルク≦0.80 ・・・(6)
When CHA-type zeolite Z2 contains an alkali metal ion as a counter cation (the cation type is alkali metal type), it is more preferable that the M2O bulk / Al2O3 bulk of CHA-type zeolite Z2 satisfies the following formula (6): By performing the steam treatment described later using alkali metal-type CHA-type zeolite Z2 that satisfies the following formula (6), the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment is more likely to have a silica-alumina ratio that is more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 or more and 30 or less), compared to alkali metal-type CHA-type zeolite Z2 that does not satisfy the following formula (6).
0.40≦M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ≦0.80 (6)
CHA型ゼオライトZ2において、骨格におけるシリカアルミナ比(SiO2骨格/Al2O3骨格比)は、特に限定されるものではないが、本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が耐熱性及び触媒活性を向上できるシリカアルミナ比となりやすいことから、6以上50以下であることが好ましい。本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、CHA型ゼオライトZ2におけるSiO2骨格/Al2O3骨格比は、6以上25以下であることが好ましく、6以上15以下であることがより好ましい。 In CHA-type zeolite Z2, the silica-alumina ratio in the framework (SiO2 framework / Al2O3 framework ratio) is not particularly limited, but since the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment is likely to have a silica-alumina ratio that can improve heat resistance and catalytic activity, it is preferably 6 or more and 50 or less. Since the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment is likely to have a silica-alumina ratio that is more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 10 or more and 30 or less), the SiO2 framework / Al2O3 framework ratio in CHA-type zeolite Z2 is preferably 6 or more and 25 or less, and more preferably 6 or more and 15 or less.
CHA型ゼオライトZ2において、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)は、特に限定されるものではないが、6以上50以下であることが好ましい。本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、CHA型ゼオライトZ2におけるSiO2バルク/Al2O3バルク比は、6以上25以下であることが好ましく、6以上15以下であることがより好ましい。 In CHA-type zeolite Z2, the silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) is not particularly limited, but is preferably 6 or more and 50 or less. Since the CHA-type zeolite Z3 obtained by the production method of this embodiment tends to have a silica-alumina ratio that is more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 or more and 30 or less), the SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio in CHA-type zeolite Z2 is preferably 6 or more and 25 or less, and more preferably 6 or more and 15 or less.
CHA型ゼオライトZ2において、骨格内Al比率は、特に限定されるものではないが、例えば、80%超110%以下とすることができる。なお、骨格内Al比率は、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)に対する骨格におけるシリカアルミナ比(SiO2骨格/Al2O3骨格比)の比率であり、下記式(3)から求めることができる。骨格内Al比率が100%未満であることは、骨格におけるアルミナ比(シリカに対するアルミナの比)が、バルクにおけるアルミナ比(シリカに対するアルミナの比)と比較して低いことを意味する。
骨格内Al比率[%]=(SiO2バルク/Al2O3バルク比)/(SiO2骨格/Al2O3骨格比)×100 ・・・(3)
In CHA-type zeolite Z2, the framework Al ratio is not particularly limited, but can be, for example, more than 80% and 110% or less. The framework Al ratio is the ratio of the silica-alumina ratio in the framework (SiO2 framework / Al2O3 framework ratio) to the silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio), and can be calculated from the following formula (3). A framework Al ratio of less than 100% means that the alumina ratio in the framework (alumina to silica ratio) is lower than the alumina ratio in the bulk (alumina to silica ratio).
Al ratio in framework [%] = (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) / (SiO2 framework / Al2O3 framework ratio) × 100 (3)
CHA型ゼオライトZ2を、後述するスチーム処理に供することでCHA型ゼオライトZ3が製造される。 CHA-type zeolite Z3 is produced by subjecting CHA-type zeolite Z2 to steam treatment, as described below.
スチーム処理工程では、CHA型ゼオライトZ2とスチームを含む気体とを接触させる。CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体における水蒸気濃度は、CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体100体積%に対し、5体積%以上50体積%未満である。CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体における水蒸気濃度が50体積%以上である場合、骨格構造からのアルミニウムの除去が過度になってしまう。一方、CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体における水蒸気濃度が5体積%未満である場合には、骨格構造からアルミニウムを除去できないことがある。 In the steam treatment step, CHA-type zeolite Z2 is contacted with a gas containing steam. The water vapor concentration in the gas contacted with CHA-type zeolite Z2 is 5% by volume or more and less than 50% by volume, relative to 100% by volume of the gas contacted with CHA-type zeolite Z2. If the water vapor concentration in the gas contacted with CHA-type zeolite Z2 is 50% by volume or more, excessive removal of aluminum from the framework structure will occur. On the other hand, if the water vapor concentration in the gas contacted with CHA-type zeolite Z2 is less than 5% by volume, aluminum may not be removed from the framework structure.
CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体における水蒸気濃度は、5体積%以上50体積%未満であればよいが、CHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、5%以上40%以下であることが好ましく、5%以上30%以下であることがより好ましい。なお、水蒸気濃度は、理想気体を仮定して、CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体における水蒸気分圧から求めることができる。 The water vapor concentration in the gas brought into contact with CHA type zeolite Z2 may be 5% by volume or more and less than 50% by volume, but is preferably 5% by volume or more and 40% by volume or less, and more preferably 5% by volume or more and 30% by volume or less, because CHA type zeolite Z3 is likely to have a silica-alumina ratio more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 to 30). Note that the water vapor concentration can be determined from the water vapor partial pressure in the gas brought into contact with CHA type zeolite Z2, assuming an ideal gas.
スチーム処理の処理温度は、例えば、500℃以上900℃未満であることが挙げられ、550℃以上850℃以下であることが好ましい。CHA型ゼオライトZ2のカチオンタイプがNH4型である(カウンターカチオンとしてアンモニムイオンを含む)場合、スチーム処理の処理温度は、550℃以上750℃以下であることがより好ましい。カチオンタイプがNH4型であるCHA型ゼオライトZ2について、スチーム処理の処理温度が550℃以上750℃以下である場合、当該範囲外である場合と比較して、CHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすい。 The treatment temperature for the steam treatment is, for example, 500° C. or higher and lower than 900° C., and preferably 550° C. or higher and 850° C. or lower. When the cation type of CHA type zeolite Z2 is NH4 type (containing ammonium ions as counter cations), the treatment temperature for the steam treatment is more preferably 550° C. or higher and 750° C. or lower. For CHA type zeolite Z2 whose cation type is NH4 type, when the treatment temperature for the steam treatment is 550° C. or higher and 750° C. or lower, CHA type zeolite Z3 is more likely to have a silica-alumina ratio more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 or higher and 30 or lower) compared to when the temperature is outside this range.
スチーム処理の時間は、例えば、1時間以上72時間以下とすることができる。CHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすいことから、スチーム処理の時間は、10時間以上30時間以下であることが好ましい。 The steam treatment time can be, for example, from 1 hour to 72 hours, and is preferably from 10 hours to 30 hours because CHA-type zeolite Z3 tends to have a silica-alumina ratio more suitable for use as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of from 10 to 30).
CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体には、水蒸気に加え、他の気体が含まれる。他の気体としては、アルゴン及び窒素の少なくともいずれか等の不活性ガスや空気が例示でき、不活性ガスであることが好ましく、不活性ガス及び空気の混合気体であってもよい。なお、前記における空気は、水蒸気を含む空気であってもよく、水蒸気を含まない空気であってもよい。該気体が水蒸気を含む空気である場合には、空気中の水蒸気と該空気に別途含有される水蒸気の合計濃度が、CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体100体積%に対して5%体積以上50体積%未満となるように、空気に含有させる水蒸気の量を調整する。なお、空気に含まれる水蒸気だけで、CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体の水蒸気濃度が5体積%以上50体積%未満となる場合には、当該空気に対して水蒸気を別途含有させなくてもよい。具体的な空気としては、水蒸気濃度が50体積%未満の空気や、一般的な乾燥空気発生装置や工業プラントで生成される乾燥空気や、計装空気などの加圧された空気が例示できる。該気体が不活性ガスである場合、CHA型ゼオライトZ2に接触させる気体100体積%に対して5%体積以上50体積%未満となるように、不活性ガスに水蒸気を含有させる。具体的な不活性ガスとして、水蒸気濃度が50体積%未満のアルゴン、計装窒素などの加圧された窒素、が例示できる。 The gas to be contacted with CHA-type zeolite Z2 contains other gases in addition to water vapor. Examples of such other gases include air and an inert gas such as argon or nitrogen. An inert gas is preferable, and a mixture of an inert gas and air may also be used. The air may contain water vapor or may not contain water vapor. If the gas contains water vapor, the amount of water vapor contained in the air is adjusted so that the total concentration of the water vapor in the air and the water vapor separately contained in the air is 5% to less than 50% by volume relative to 100% by volume of the gas to be contacted with CHA-type zeolite Z2. If the water vapor contained in the air alone results in a water vapor concentration of 5% to less than 50% by volume of the gas to be contacted with CHA-type zeolite Z2, it is not necessary to separately add water vapor to the air. Specific examples of such air include air with a water vapor concentration of less than 50% by volume, dry air generated in general dry air generators or industrial plants, and pressurized air such as instrumentation air. When the gas is an inert gas, the inert gas contains water vapor in an amount of 5% to 50% by volume relative to 100% by volume of the gas contacted with CHA-type zeolite Z2. Specific examples of inert gases include argon with a water vapor concentration of less than 50% by volume and pressurized nitrogen such as instrument nitrogen.
スチーム処理は、大気圧下で行われてもよく、加圧下で行われてもよい。また、スチーム処理は、密閉容器内で行われてもよく、空気や不活性ガスの流通下で行われてもよい。空気や不活性ガスの流通下でスチーム処理を行う場合、気体の流量は、例えば、10~50mL/分とすることができ、20~40mL/分とすることが好ましい。 Steam treatment may be carried out under atmospheric pressure or under pressure. Furthermore, steam treatment may be carried out in a sealed container, or in a stream of air or an inert gas. When steam treatment is carried out in a stream of air or an inert gas, the gas flow rate may be, for example, 10 to 50 mL/min, and preferably 20 to 40 mL/min.
水蒸気を生成する方法は、特に限定されるものではなく、水を気化してガス(気体)と混合する方法や、スチーム処理するCHA型ゼオライトZ2に水分を含ませた状態で処理する方法等を例示することができる。 The method for generating water vapor is not particularly limited, and examples include vaporizing water and mixing it with gas, or treating the CHA-type zeolite Z2 to be steamed while it is still moist.
スチーム処理工程おいて、有機構造指向剤除去工程で得られるCHA型ゼオライトZ2に対し、水蒸気濃度が5体積%以上50体積%未満である気体を接触させることで、骨格構造からアルミニウムを適度に除去することができる(すなわち、CHA型ゼオライトZ2(スチーム処理前)のSiO2骨格/Al2O3骨格比に対するCHA型ゼオライトZ3(スチーム処理後)のSiO2骨格/Al2O3骨格比(スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比の比率)の比率が1.0超13.0以下となる)。 In the steam treatment step, by contacting the CHA-type zeolite Z2 obtained in the organic structure-directing agent removal step with a gas having a water vapor concentration of 5% by volume or more and less than 50% by volume, aluminum can be appropriately removed from the framework structure (i.e., the ratio of the SiO2 framework / Al2O3 framework ratio (ratio of framework silica-alumina ratio before and after steam treatment) of CHA-type zeolite Z3 (after steam treatment) to the SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of CHA-type zeolite Z2 (before steam treatment) is more than 1.0 and 13.0 or less).
スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比の比率は、1.0超13.0以下であればよいが、1.30以上13.0以下であることがより好ましい。スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比の比率が1.30以上である場合には、CHA型ゼオライトZ3の耐熱性がより向上するものと考えられる。また、スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比の比率は、1.30以上10以下であることがさらにより好ましく、1.30以上2.5以下であることが特に好ましい。スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比が10以下(特に、2.5以下)である場合には、当該範囲外である場合と比較して、CHA型ゼオライトZ3が触媒としてより適したシリカアルミナ比(例えば、SiO2骨格/Al2O3骨格比が10以上30以下)となりやすい。 The skeletal silica-alumina ratio before and after the steam treatment may be greater than 1.0 and less than or equal to 13.0, but is more preferably 1.30 or greater and 13.0 or less. When the skeletal silica-alumina ratio before and after the steam treatment is 1.30 or greater, it is believed that the heat resistance of CHA-type zeolite Z3 is further improved. Furthermore, the skeletal silica-alumina ratio before and after the steam treatment is even more preferably 1.30 or greater and 10 or less, and particularly preferably 1.30 or greater and 2.5 or less. When the skeletal silica-alumina ratio before and after the steam treatment is 10 or less (particularly, 2.5 or less), CHA-type zeolite Z3 is more likely to have a silica-alumina ratio that is more suitable as a catalyst (for example, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 10 or greater and 30 or less), compared to when it is outside that range.
CHA型ゼオライトZ3において、骨格におけるシリカアルミナ比(SiO2骨格/Al2O3骨格)は、CHA型ゼオライトZ2の骨格におけるシリカアルミナ比に対して1.0倍超13.0倍以下となるものであればよく、特に限定されるものではないが、触媒としてより適したシリカアルミナ比とする観点からは、10以上50以下であることが好ましく、10以上30以下であることがより好ましい。 In CHA-type zeolite Z3, the silica-alumina ratio in the skeleton (SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ) is not particularly limited as long as it is more than 1.0 times and not more than 13.0 times the silica-alumina ratio in the skeleton of CHA-type zeolite Z2. However, from the viewpoint of obtaining a silica-alumina ratio more suitable as a catalyst, it is preferably 10 or more and 50 or less, and more preferably 10 or more and 30 or less.
CHA型ゼオライトZ3において、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)は、特に限定されるものではないが、通常、スチーム処理前後でバルクにおけるシリカアルミナ比は変化しにくい。このため、CHA型ゼオライトZ3において、バルクにおけるシリカアルミナ比(SiO2バルク/Al2O3バルク比)は、CHA型ゼオライトZ2と同様に、6以上50以下であることが好ましく、6以上25以下であることがより好ましく、6以上15以下であることが特に好ましい。 In CHA-type zeolite Z3, the silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) is not particularly limited, but usually the silica-alumina ratio in the bulk is unlikely to change before and after steam treatment. Therefore, in CHA-type zeolite Z3, the silica-alumina ratio in the bulk (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) is preferably 6 or more and 50 or less, more preferably 6 or more and 25 or less, and particularly preferably 6 or more and 15 or less, similar to CHA-type zeolite Z2.
CHA型ゼオライトZ3の骨格内Al比率は、骨格におけるシリカアルミナ比とバルクにおけるシリカアルミナ比から求められるものであり、これらのシリカアルミナ比の制限を満たすものであればよく、特に限定されるものではないが、20%以上80%以下であることが好ましい。 The Al ratio in the framework of CHA-type zeolite Z3 is calculated from the silica-alumina ratio in the framework and the silica-alumina ratio in the bulk. It is not particularly limited as long as it satisfies these silica-alumina ratio restrictions, but it is preferably 20% or more and 80% or less.
なお、上述した通り、骨格におけるシリカアルミナ比はスチーム処理により上昇するが、通常、バルクにおけるシリカアルミナ比はスチーム処理前後で変化しにくい。このため、CHA型ゼオライトZ3の骨格内Al比率は、通常、CHA型ゼオライトZ2の骨格内Al比率と比較して小さくなる。CHA型ゼオライトZ3とCHA型ゼオライトZ2の骨格内Al比率の差(CHA型ゼオライトZ2の骨格内Al比率からCHA型ゼオライトZ3の骨格内Al比率を減じた値)は、20%以上であることが好ましい。CHA型ゼオライトZ3とCHA型ゼオライトZ2の骨格内Al比率の差が20%以上である場合には、20%未満である場合と比較して、スチーム処理により骨格から脱離したAlが骨格におけるT原子と相互作用しやすくなる。その結果、CHA型ゼオライトZ3の耐熱性がより向上すると考えられる。 As mentioned above, the silica-alumina ratio in the framework increases by steam treatment, but the silica-alumina ratio in the bulk usually does not change much before and after steam treatment. For this reason, the framework Al ratio of CHA-type zeolite Z3 is usually smaller than the framework Al ratio of CHA-type zeolite Z2. The difference in the framework Al ratios between CHA-type zeolite Z3 and CHA-type zeolite Z2 (the value obtained by subtracting the framework Al ratio of CHA-type zeolite Z3 from the framework Al ratio of CHA-type zeolite Z2) is preferably 20% or more. When the difference in the framework Al ratios between CHA-type zeolite Z3 and CHA-type zeolite Z2 is 20% or more, Al released from the framework by steam treatment is more likely to interact with T atoms in the framework, compared to when the difference is less than 20%. As a result, it is believed that the heat resistance of CHA-type zeolite Z3 is further improved.
CHA型ゼオライトZ3とCHA型ゼオライトZ2の骨格内Al比率の差は、スチーム処理の温度、水蒸気濃度、及びスチーム処理の時間に依存して変化する傾向がある。例えば、スチーム処理の処理温度が500℃以上900℃未満であり、且つ、水蒸気濃度が5体積%以上50体積%未満である場合には、スチーム処理の時間を10時間以上とすることで、CHA型ゼオライトZ3とCHA型ゼオライトZ2の骨格内Al比率の差を20%以上とすることができる。 The difference in the framework Al ratio between CHA-type zeolite Z3 and CHA-type zeolite Z2 tends to vary depending on the steaming temperature, steam concentration, and steaming time. For example, when the steaming temperature is 500°C or higher but lower than 900°C and the steam concentration is 5% by volume or higher but lower than 50% by volume, the difference in the framework Al ratio between CHA-type zeolite Z3 and CHA-type zeolite Z2 can be made 20% or higher by setting the steaming time to 10 hours or longer.
CHA型ゼオライトZ3において、BET比表面積は、特に限定されるものではないが、500m2/g以上900m2/g以下とすることができ、5202/g以上850m2/g以下とすることもでき、540m2/g以上800m2/g以下とすることもできる。 In CHA-type zeolite Z3, the BET specific surface area is not particularly limited, but can be 500 m 2 /g or more and 900 m 2 /g or less, 520 m 2 /g or more and 850 m 2 /g or less, or 540 m 2 /g or more and 800 m 2 /g or less.
CHA型ゼオライトZ3において、ミクロ孔容積は、特に限定されるものではないが、0.20mL/g以上0.40mL/g以下とすることができ、0.21mL/g以上0.38mL/g以下とすることもでき、0.22mL/g以上0.36mL/g以下とすることもできる。 In CHA-type zeolite Z3, the micropore volume is not particularly limited, but can be 0.20 mL/g or more and 0.40 mL/g or less, 0.21 mL/g or more and 0.38 mL/g or less, or 0.22 mL/g or more and 0.36 mL/g or less.
CHA型ゼオライトZ3は、CHA型ゼオライトZ2の骨格から一部のアルミニウムが除去されたものであり、T原子として少なくともケイ素及びアルミニウムを含むCHA型ゼオライトであるが、好ましくは、CHA型の結晶性アルミノシリケートである。 CHA-type zeolite Z3 is a CHA-type zeolite obtained by removing some of the aluminum from the framework of CHA-type zeolite Z2, and contains at least silicon and aluminum as T atoms, but is preferably a CHA-type crystalline aluminosilicate.
以上説明した本実施形態の製造方法によれば、骨格構造からアルミニウムを適度に除去されたCHA型ゼオライトZ3を製造することができる。本実施形態の製造方法で得られるCHA型ゼオライトZ3は、クラッキング触媒や窒素酸化物還元触媒などの様々な触媒の用途で使用することができ、結晶構造が安定したゼオライトであると考えられる。また、スチーム処理前後の骨格シリカアルミナ比の比率を1.30以上とした場合には、より耐熱性に優れたゼオライトになると考えられる。 The manufacturing method of this embodiment described above makes it possible to produce CHA-type zeolite Z3 with an appropriate amount of aluminum removed from the framework structure. CHA-type zeolite Z3 obtained by the manufacturing method of this embodiment can be used in a variety of catalytic applications, such as cracking catalysts and nitrogen oxide reduction catalysts, and is thought to be a zeolite with a stable crystal structure. Furthermore, if the framework silica-alumina ratio before and after steam treatment is set to 1.30 or higher, it is thought that the resulting zeolite will have even better heat resistance.
以下、実施例を挙げて本実施形態について説明する。しかしながら、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present embodiment will be described below using examples. However, the present embodiment is not limited to these examples.
(結晶構造)
一般的な粉末X線回折装置(装置名:Ultima IV、リガク社製)を使用し、試料のXRD測定をした。測定条件は以下のとおりである。得られたXRDパターンと参照パターンとを比較し、試料の結晶構造を同定した
加速電圧・電流 : 40kV・20mA
線源 : CuKα線(λ=1.5405Å)
測定モード : 連続スキャン
スキャン条件 : 2.0°/分
測定範囲 : 2θ=3°から53°
(Crystal structure)
The samples were subjected to XRD measurement using a general powder X-ray diffractometer (device name: Ultima IV, manufactured by Rigaku Corporation). The measurement conditions are as follows. The obtained XRD pattern was compared with a reference pattern to identify the crystal structure of the sample.
Acceleration voltage/current: 40 kV/20 mA
Radiation source: CuKα radiation (λ=1.5405Å)
Measurement mode: Continuous scan
Scan condition: 2.0°/min
Measurement range: 2θ = 3° to 53°
(29Si DDMAS NMR測定)
一般的な固体核磁気共鳴装置(装置名:AVANCE III 600、Bruker社製)を使用し、試料の29Si DDMAS NMRスペクトル測定をした。測定条件は以下のとおりである。
1H共鳴周波数 :600MHz
29Si共鳴周波数 :119.2MHz
ローター回転速度 :10kHz
繰り返し時間 :30.0秒
積算回数 :2048回
( 29Si DDMAS NMR measurement)
The 29 Si DDMAS NMR spectrum of the sample was measured using a general solid-state nuclear magnetic resonance spectrometer (apparatus name: AVANCE III 600, manufactured by Bruker). The measurement conditions were as follows:
1H resonance frequency: 600MHz
29 Si resonance frequency: 119.2MHz
Rotor rotation speed: 10kHz
Repeat time: 30.0 seconds Total number of times: 2048
得られた29Si DDMAS NMRスペクトルについて、-114ppm以上、-107ppm以下にピークトップが存在するピークの面積をQ4(0Al)(Si(OSi)4)とし、-107ppm超-103ppm以下にピークトップが存在するピークの面積をQ4(1Al)(Si(OAl)(OSi)3)、-103ppm超-100ppm以下にピークトップが存在するピークの面積をQ3(0Al)(Si(OH)(OSi)3)、-100ppm超-96ppm以下にピークトップが存在するピークの面積をQ4(2Al)(Si(OAl)(OSi)3)とそれぞれ帰属した。 In the obtained 29 Si DDMAS NMR spectrum, the area of the peak having its top between -114 ppm and -107 ppm was assigned to Q 4 (0Al)(Si(OSi) 4 ), the area of the peak having its top between -107 ppm and -103 ppm was assigned to Q 4 (1Al)(Si(OAl)(OSi) 3 ), the area of the peak having its top between -103 ppm and -100 ppm was assigned to Q 3 (0Al)(Si(OH)(OSi) 3 ), and the area of the peak having its top between -100 ppm and -96 ppm was assigned to Q 4 (2Al)(Si(OAl)(OSi) 3 ).
ピークフィッティングは標準的なNMRデータ処理ソフト(ソフト名:ALICE2、JEOL社)を使用し、ガウス分布およびローレンツ分布の混合関数を用いて各ピークについて面積分を行い、下記式(7)を用いてSiO2骨格/Al2O3骨格比を算出した。
SiO2骨格/Al2O3骨格比=2×(Q4(0Al)+Q4(1Al)+Q4(2Al)+Q4(3Al)+Q3(0Al))/(0.25×Q4(1Al)+0.50×Q4(2Al)+0.75×Q4(3Al))) ・・・(7)
Peak fitting was performed using standard NMR data processing software (software name: ALICE2, JEOL), and surface integration was performed for each peak using a mixed function of Gaussian distribution and Lorentzian distribution, and the SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio was calculated using the following equation (7).
SiO 2 skeleton /Al 2 O 3 skeleton ratio = 2 × (Q 4 (0Al) + Q 4 (1Al) + Q 4 (2Al) + Q 4 (3Al) + Q 3 (0Al)) / (0.25 × Q 4 (1Al) + 0.50 × Q 4 (2Al) + 0.75 × Q 4 (3Al))) ... (7)
(組成分析)
フッ化水素酸に試料を溶解して試料溶液を調製した。一般的なICP装置(装置名:ICPE-9000、島津製作所社製)を使用して、当該試料溶液を誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)で測定し、試料中のSiO2バルク/Al2O3バルク比、Na2Oバルク/Al2O3バルク及びK2Oバルク/Al2O3バルクを求めた。
(composition analysis)
A sample solution was prepared by dissolving the sample in hydrofluoric acid. The sample solution was measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) using a general ICP device (device name: ICPE-9000, manufactured by Shimadzu Corporation) to determine the SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio, Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio , and K2O bulk / Al2O3 bulk ratio in the sample.
(BET比表面積、及び、ミクロ細孔容積)
一般的な窒素吸着装置(装置名:BELSORP Max、マイクロトラック・ベル社製)を用いて、試料に対する窒素ガスの吸着量を測定した。窒素ガスの吸着等温線に対して、BET法を適用することにより、試料のBET比表面積を求めた。また、窒素ガスの吸着等温線に対して、t-plot法を適用することにより、ミクロ細孔容積を求めた。t-plot法は窒素吸着装置付属の解析ソフト(製品名:BEL Master(version 7)、マイクロトラック・ベル社製)を使用した。なお、窒素ガス吸着は、通常の定容量法を用いた。測定条件は、以下に示す通りである。
使用ガス :99.999%窒素
測定温度 :-196℃
前処理 :400℃、12時間の減圧加熱処理(2Pa以下)
(BET specific surface area and micropore volume)
The amount of nitrogen gas adsorbed to the sample was measured using a general nitrogen adsorption apparatus (apparatus name: BELSORP Max, manufactured by Microtrac BEL). The BET specific surface area of the sample was determined by applying the BET method to the nitrogen gas adsorption isotherm. Furthermore, the micropore volume was determined by applying the t-plot method to the nitrogen gas adsorption isotherm. For the t-plot method, analysis software attached to the nitrogen adsorption apparatus (product name: BEL Master (version 7), manufactured by Microtrac BEL) was used. For nitrogen gas adsorption, a normal constant volume method was used. The measurement conditions are as shown below.
Gas used: 99.999% nitrogen
Measurement temperature: -196℃
Pretreatment: 400°C, 12 hours of reduced pressure heating (2 Pa or less)
(スチーム処理)
ゼオライト粉末を、それぞれ常圧固定床流通式反応管に充填した。反応管に水蒸気含有気体(スチーム)を流通させ、ゼオライト試料のスチーム処理を行った。ガスの組成及び処理条件を以下に示す。
試料質量 :0.4g、0.5g又は1.0g
含有ガス組成 : 水 10体積%又は20体積%
アルゴン 残部
ガス流量 :30mL/分
処理温度 :600℃、700℃又は800℃
室温からの昇温時間:1時間
保持時間 :24時間
圧力 :大気圧
(Steam treatment)
The zeolite powders were packed into atmospheric pressure fixed-bed flow reactors. Steam containing water vapor was passed through the reactors to treat the zeolite samples with steam. The gas composition and treatment conditions are shown below.
Sample mass: 0.4 g, 0.5 g, or 1.0 g
Gas composition: Water 10% or 20% by volume
Argon, balance Gas flow rate: 30 mL/min Treatment temperature: 600°C, 700°C or 800°C
Heating time from room temperature: 1 hour Holding time: 24 hours Pressure: atmospheric pressure
[実施例1]
(1-アダマンチル)トリメチルアンモニウム水酸化物(TMAdaOH)水溶液、純水、水酸化ナトリウム、FAU型ゼオライト(製品名:HSZ-350HUA、東ソー社製、カチオンタイプ:H型、バルクSiO2/Al2O3比=11.1、結晶性アルミノシリケート)を混合して以下の組成を有する原料組成物を得た。
SiO2/Al2O3比 =11.1
SDA(TMAda)/SiO2比 =0.20
Na/SiO2比 =0.10
K/SiO2比 =0.10
H2O/SiO2比 =20.0
OH/SiO2比 =0.40
[Example 1]
A raw material composition having the following composition was obtained by mixing an aqueous solution of (1-adamantyl)trimethylammonium hydroxide (TMadaOH), pure water, sodium hydroxide, and FAU-type zeolite (product name: HSZ-350HUA, manufactured by Tosoh Corporation, cation type: H-type, bulk SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 11.1, crystalline aluminosilicate).
SiO2 / Al2O3 ratio = 11.1
SDA(TMada)/ SiO2 ratio =0.20
Na/ SiO2 ratio =0.10
K/ SiO2 ratio =0.10
H2O / SiO2 ratio =20.0
OH/ SiO2 ratio =0.40
得られた原料組成物を23mLの密閉容器内に充填し、密閉容器を20rpmで回転させながら原料組成物を撹拌状態とし、170℃、96時間水熱処理した。水熱処理後の結晶化物を固液分離し、純水で洗浄した後、空気中、80℃で24時間、乾燥し、CHA型ゼオライトZ1(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。 The resulting raw material composition was filled into a 23 mL sealed container, and the sealed container was rotated at 20 rpm to agitate the raw material composition, followed by hydrothermal treatment at 170°C for 96 hours. The crystallized product after hydrothermal treatment was separated into solid and liquid, washed with pure water, and then dried in air at 80°C for 24 hours to obtain CHA-type zeolite Z1 (CHA-type crystalline aluminosilicate).
前述のCHA型ゼオライトZ1を空気中、600℃で10時間焼成して、CHA型ゼオライトZ1に含有されるSDA(TMAda)を除去し、CHA型ゼオライトZ2(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。得られたCHA型ゼオライトZ2はSiO2バルク/Al2O3バルク比が9.9、SiO2骨格/Al2O3骨格比が9.8、骨格内Al比率が101%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.25、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.38及びバルクM2O/Al2O3比が0.63であった。 The CHA-type zeolite Z1 was calcined in air at 600°C for 10 hours to remove SDA (TMAda) contained in the CHA-type zeolite Z1, thereby obtaining CHA-type zeolite Z2 (a CHA-type crystalline aluminosilicate). The obtained CHA-type zeolite Z2 had a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.9, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 9.8, a framework Al ratio of 101%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.25, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.38, and a bulk M2O / Al2O3 ratio of 0.63.
前述のCHA型ゼオライトZ2を4wt%硝酸アンモニウム水溶液中に分散させ、静置条件で80℃、24時間でイオン交換処理をした。固形物を固液分離し、純粋で洗浄した後、空気中、80℃で24時間乾燥させた。この操作を3回繰り返し、カチオンタイプがNH4型のCHA型ゼオライトZ2(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。得られたNH4型のCHA型ゼオライトZ2は、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.9、SiO2骨格/Al2O3骨格比が11.2、骨格内Al比率が88%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.02未満(検出限界)、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.05未満(検出限界)であった。 The aforementioned CHA-type zeolite Z2 was dispersed in a 4 wt% aqueous ammonium nitrate solution and subjected to ion exchange treatment at 80°C for 24 hours under static conditions. The solid matter was subjected to solid-liquid separation, washed with pure water, and then dried in air at 80°C for 24 hours. This procedure was repeated three times to obtain CHA-type zeolite Z2 (CHA-type crystalline aluminosilicate) whose cation type was NH4 . The obtained NH4 - type CHA-type zeolite Z2 had a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.9, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 11.2, an intra-framework Al ratio of 88%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.02 (detection limit), a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.05 (detection limit).
NH4型のCHA型ゼオライトZ2を10体積%の水蒸気濃度下で600℃、24時間、スチーム処理を行った。得られたCHA型ゼオライトZ3(CHA型の結晶性アルミノシリケート)は、BET比表面積が749m2/g、ミクロ細孔容積が0.27mL/g、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.9、SiO2骨格/Al2O3骨格比が15.2、骨格内Al比率が65%、バルクNa2Oバルク/Al2O3バルク比が0.02未満(検出限界)、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.05未満(検出限界)であった。 NH4 - type CHA-type zeolite Z2 was subjected to steam treatment at 600°C for 24 hours under a steam concentration of 10% by volume. The resulting CHA-type zeolite Z3 (CHA-type crystalline aluminosilicate) had a BET specific surface area of 749 m2 /g, a micropore volume of 0.27 mL/g, a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.9, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 15.2, a framework Al ratio of 65%, a bulk Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.02 (detection limit), a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.05 (detection limit).
[実施例2]
スチーム処理の温度を700℃にしたこと以外は実施例1と同様の方法で、CHA型ゼオライトZ3(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。得られたCHA型ゼオライトZ3は、BET比表面積が720m2/g、ミクロ細孔容積が0.27mL/g、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.9、SiO2骨格/Al2O3骨格比が26.0、骨格内Al比率が38%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.02未満(検出限界)、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.05未満(検出限界)であった。
[Example 2]
CHA-type zeolite Z3 (CHA-type crystalline aluminosilicate) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the steam treatment temperature was 700° C. The obtained CHA-type zeolite Z3 had a BET specific surface area of 720 m 2 /g, a micropore volume of 0.27 mL/g, a SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of 9.9, a SiO 2 skeleton /Al 2 O 3 skeleton ratio of 26.0, an intraskeletal Al ratio of 38%, a Na 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of less than 0.02 (detection limit), a K 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of less than 0.05 (detection limit).
[実施例3]
スチーム処理の温度を800℃にしたこと以外は実施例1と同様の方法で、CHA型ゼオライトZ3(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。得られたCHA型ゼオライトZ3は、BET比表面積が546m2/g、ミクロ細孔容積が0.23mL/g、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.9、SiO2骨格/Al2O3骨格比が140.0、骨格内Al比率が7%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.02未満(検出限界)、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.05未満(検出限界)であった。
[Example 3]
CHA-type zeolite Z3 (CHA-type crystalline aluminosilicate) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the steam treatment temperature was 800° C. The obtained CHA-type zeolite Z3 had a BET specific surface area of 546 m 2 /g, a micropore volume of 0.23 mL/g, a SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of 9.9, a SiO 2 skeleton /Al 2 O 3 skeleton ratio of 140.0, an intraskeletal Al ratio of 7%, a Na 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of less than 0.02 (detection limit), a K 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ratio of less than 0.05 (detection limit).
[実施例4]
実施例1と同様の方法で、CHA型ゼオライトZ2(イオン交換処理していないCHA型ゼオライトZ2)を得た後、20体積%の水蒸気濃度下で800℃、24時間、スチーム処理を行った。得られたCHA型ゼオライトZ3(CHA型の結晶性アルミノシリケート)は、BET比表面積が724m2/g、ミクロ細孔容積が0.25mL/g、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.9、SiO2骨格/Al2O3骨格比が13.4、骨格内Al比率が74%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.25、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.38及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.63であった。
[Example 4]
CHA-type zeolite Z2 (CHA-type zeolite Z2 not subjected to ion exchange treatment) was obtained by the same method as in Example 1, and then subjected to steam treatment in a water vapor concentration of 20% by volume at 800°C for 24 hours. The obtained CHA-type zeolite Z3 (CHA-type crystalline aluminosilicate) had a BET specific surface area of 724 m2 /g, a micropore volume of 0.25 mL/g, a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.9, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 13.4, a framework Al ratio of 74%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.25, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.38, and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.63.
[実施例5]
実施例1と同様の方法でカチオンタイプがNH4型のCHA型ゼオライトZ2を得た後、0.22wt%硝酸ナトリウム水溶液50.5g中に当該ゼオライト1.01gを分散させ、静置条件で80℃、24時間でイオン交換処理をした。固形物を固液分離し、純粋で洗浄した後、空気中、80℃で24時間乾燥させた。この操作を3回繰り返し、カウンターカチオンとしてアンモニウムイオンとナトリウムイオンを含有するCHA型ゼオライトZ2(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。得られたゼオライトZ2は、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.8、SiO2骨格/Al2O3骨格比が11.2、骨格内Al比率が87%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.23、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.23~0.26であった。
[Example 5]
CHA-type zeolite Z2 with an NH4 cation type was obtained in the same manner as in Example 1, and then 1.01 g of the zeolite was dispersed in 50.5 g of a 0.22 wt % aqueous sodium nitrate solution and subjected to ion exchange treatment at 80°C for 24 hours under static conditions. The solid was subjected to solid-liquid separation, washed with pure water, and then dried in air at 80°C for 24 hours. This operation was repeated three times to obtain CHA-type zeolite Z2 (CHA-type crystalline aluminosilicate) containing ammonium ions and sodium ions as counter cations. The obtained zeolite Z2 had a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.8, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 11.2, an intra-framework Al ratio of 87%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.23, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.23 to 0.26.
0.4gのCHA型ゼオライトZ2に対し、10体積%の水蒸気濃度下で800℃、24時間、スチーム処理を行った。得られたCHA型ゼオライトZ3(CHA型の結晶性アルミノシリケート)は、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.8、SiO2骨格/Al2O3骨格比が40.8、骨格内Al比率が24%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.22、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.23~0.26であった。 0.4 g of CHA-type zeolite Z2 was subjected to steam treatment in a steam concentration of 10% by volume at 800°C for 24 hours. The resulting CHA-type zeolite Z3 (CHA-type crystalline aluminosilicate) had a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.8, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 40.8, an intraskeletal Al ratio of 24%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.22, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and an M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.23 to 0.26.
[実施例6]
実施例1と同様の方法でカチオンタイプがNH4型のCHA型ゼオライトZ2を得た後、0.43wt%硝酸ナトリウム水溶液50.8g中に当該ゼオライトを1.01g分散させ、静置条件で80℃、24時間でイオン交換処理をした。固形物を固液分離し、純粋で洗浄した後、空気中、80℃で24時間乾燥させた。この操作を3回繰り返し、カウンターカチオンとしてアンモニウムイオンとナトリウムイオンを含有するCHA型ゼオライトZ2(CHA型の結晶性アルミノシリケート)を得た。得られたCHA型ゼオライトZ2は、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.7、SiO2骨格/Al2O3骨格比が11.0、骨格内Al比率が88%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.35、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.35~0.38であった。
[Example 6]
CHA-type zeolite Z2 with an NH4 cation type was obtained in the same manner as in Example 1, and then 1.01 g of the zeolite was dispersed in 50.8 g of a 0.43 wt % aqueous sodium nitrate solution and subjected to ion exchange treatment at 80°C for 24 hours under static conditions. The solid matter was subjected to solid-liquid separation, washed with pure water, and then dried in air at 80°C for 24 hours. This operation was repeated three times to obtain CHA-type zeolite Z2 (CHA-type crystalline aluminosilicate) containing ammonium ions and sodium ions as counter cations. The obtained CHA-type zeolite Z2 had a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.7, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 11.0, an Al ratio in the framework of 88%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.35, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.35 to 0.38.
0.5gのCHA型ゼオライトZ2に対し、10体積%の水蒸気濃度下で800℃、24時間、スチーム処理を行った。得られたCHA型ゼオライトZ3(CHA型の結晶性アルミノシリケート)は、SiO2バルク/Al2O3バルク比が9.7、SiO2骨格/Al2O3骨格比が32.2、骨格内Al比率が30%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.35、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0.03未満(検出限界)及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.35~0.38であった。 0.5 g of CHA-type zeolite Z2 was subjected to steam treatment in a 10% by volume water vapor concentration at 800°C for 24 hours. The resulting CHA-type zeolite Z3 (CHA-type crystalline aluminosilicate) had a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 9.7, a SiO2 skeleton / Al2O3 skeleton ratio of 32.2, a framework Al ratio of 30%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.35, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of less than 0.03 (detection limit), and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.35 to 0.38.
[比較例1]
TMAdaOH水溶液、純水、水酸化ナトリウム、水酸化アルミニウム、非晶質シリカ(製品名:Nipsil LP、東ソー・シリカ社製)及びFAU型ゼオライト(製品名:HSZ-320NAA、東ソー社製、カチオンタイプ:Na型、バルクSiO2/Al2O3比=5.7、結晶性アルミノシリケート)を混合して以下の組成を有する原料組成物を得た。
SiO2/Al2O3比 =34
TMAda/SiO2比 =0.19
Na/SiO2比 =0.24
OH/SiO2比 =0.43
H2O/SiO2比 =12
[Comparative Example 1]
A raw material composition having the following composition was obtained by mixing an aqueous TMA DaOH solution, pure water, sodium hydroxide, aluminum hydroxide, amorphous silica (product name: Nipsil LP, manufactured by Tosoh Silica Corporation), and FAU-type zeolite (product name: HSZ-320NAA, manufactured by Tosoh Corporation, cation type: Na type, bulk SiO 2 /Al 2 O 3 ratio = 5.7, crystalline aluminosilicate).
SiO2 / Al2O3 ratio = 34
TMada/ SiO2 ratio =0.19
Na/ SiO2 ratio =0.24
OH/ SiO2 ratio =0.43
H 2 O/SiO 2 ratio = 12
得られた原料組成物を80mLの密閉容器内に充填し、密閉容器を40rpmで回転させながら原料組成物を撹拌状態とし、150℃、5日間水熱処理した。水熱処理後の結晶化物(CHA型ゼオライトZ1)を固液分離し、純水で洗浄した後、空気中、600℃で10時間焼成し、CHA型ゼオライトZ1に含有されるSDA(TMAda)を除去した。得られたCHA型ゼオライトZ2は、SiO2バルク/Al2O3バルク比が22.4、SiO2骨格/Al2O3骨格比が22.9、骨格内Al比率が98%、Na2Oバルク/Al2O3バルク比が0.53、K2Oバルク/Al2O3バルク比が0及びM2Oバルク/Al2O3バルク比が0.53であるCHA型ゼオライトであった。 The obtained raw material composition was filled into an 80 mL sealed container, and the raw material composition was stirred while rotating the sealed container at 40 rpm, followed by hydrothermal treatment for 5 days at 150° C. The crystallized product (CHA-type zeolite Z1) after the hydrothermal treatment was subjected to solid-liquid separation, washed with pure water, and then calcined in air at 600° C. for 10 hours to remove SDA (TMAda) contained in the CHA-type zeolite Z1. The obtained CHA-type zeolite Z2 was a CHA-type zeolite having a SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio of 22.4, a SiO2 framework / Al2O3 framework ratio of 22.9, an Al ratio in the framework of 98%, a Na2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.53, a K2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0, and a M2O bulk / Al2O3 bulk ratio of 0.53.
各実施例及び比較例について、ゼオライトZ2の組成、ゼオライトZ3の組成、ゼオライトZ2のSiO2骨格/Al2O3骨格比に対するゼオライトZ3のSiO2骨格/Al2O3骨格比の比率(スチーム処理前後のシリカアルミナ比の比率)を、それぞれ、下記表1~3に示す。 For each Example and Comparative Example, the composition of zeolite Z2, the composition of zeolite Z3, and the ratio of the SiO2 / Al2O3 skeletal ratio of zeolite Z3 to the SiO2 / Al2O3 skeletal ratio of zeolite Z2 (the ratio of silica-alumina ratios before and after steam treatment) are shown in Tables 1 to 3 below, respectively.
上記表3から理解できるように、実施例1~6では、スチーム処理前後のシリカアルミナ比の比率が1.36~12.50であった。この結果から、実施例1~6の製造方法によれば、骨格構造からアルミニウムを適度に除去できたことが理解できた。
As can be seen from Table 3 above, the silica-alumina ratio before and after the steam treatment was 1.36 to 12.50 in Examples 1 to 6. From these results, it was understood that the production methods of Examples 1 to 6 were able to adequately remove aluminum from the skeletal structure.
Claims (5)
前記結晶化工程で得られるCHA型ゼオライトに含まれる有機構造指向剤を除去する有機構造指向剤除去工程と、
前記有機構造指向剤除去工程で得られるCHA型ゼオライトと水蒸気を含む気体とを接触させるスチーム処理工程と、を含み、
前記気体における水蒸気濃度が5体積%以上50体積%未満であり、
前記スチーム処理工程で得られるCHA型ゼオライトは、前記有機構造指向剤除去工程で得られる前記CHA型ゼオライトよりも、下記式(3)で表される骨格内Al比率が20%以上低い、CHA型ゼオライトの製造方法。
骨格内Al比率[%]=(SiO 2バルク /Al 2 O 3バルク 比)/(SiO 2骨格 /Al 2 O 3骨格 比)×100 ・・・(3)
上記式(3)において、SiO 2バルク はCHA型ゼオライトのバルクにおけるケイ素のSiO 2 換算のモル数[mol]を示し、Al 2 O 3バルク はCHA型ゼオライトのバルクにおけるアルミニウムのAl 2 O 3 換算のモル数[mol]を示し、SiO 2骨格 はCHA型ゼオライトの骨格におけるケイ素のSiO 2 換算のモル数[mol]を示し、Al 2 O 3骨格 はCHA型ゼオライトの骨格におけるアルミニウムのAl 2 O 3 換算のモル数[mol]を示す。 A crystallization step of crystallizing and washing a composition comprising a crystalline silica-alumina source, an alkali source, an organic structure directing agent, and water;
an organic structure directing agent removal step of removing the organic structure directing agent contained in the CHA-type zeolite obtained in the crystallization step;
a steam treatment step of contacting the CHA-type zeolite obtained in the organic structure-directing agent removal step with a gas containing water vapor,
The water vapor concentration in the gas is 5% by volume or more and less than 50% by volume ,
The CHA-type zeolite obtained in the steam treatment step has a framework Al ratio, represented by the following formula (3), that is 20% or more lower than that of the CHA-type zeolite obtained in the organic structure-directing agent removal step.
Al ratio in framework [%] = (SiO2 bulk / Al2O3 bulk ratio) / (SiO2 framework / Al2O3 framework ratio ) × 100 (3)
In the above formula (3), SiO2 bulk indicates the number of moles [mol] of silicon in the bulk of CHA-type zeolite , converted into SiO2 , Al2O3 bulk indicates the number of moles [mol] of aluminum in the bulk of CHA-type zeolite, converted into Al2O3 , SiO2 skeleton indicates the number of moles [mol] of silicon in the skeleton of CHA - type zeolite , converted into SiO2 , and Al2O3 skeleton indicates the number of moles [mol ] of aluminum in the skeleton of CHA -type zeolite, converted into Al2O3 .
0≦M2Oバルク/Al2O3バルク≦0.80 ・・・(1)
上記式(1)において、M2OバルクはCHA型ゼオライトのバルクにおけるアルカリ金属MのM2O換算のモル数[mol]を示し、Al2O3バルクはCHA型ゼオライトのバルクにおけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]を示す。 The method for producing a CHA-type zeolite according to claim 1, wherein the CHA-type zeolite obtained in the organic structure-directing agent removal step satisfies the following formula (1):
0≦M 2 O bulk /Al 2 O 3 bulk ≦0.80 (1)
In the above formula (1), M 2 O bulk indicates the number of moles [mol] of alkali metal M in the bulk of CHA-type zeolite, converted into M 2 O, and Al 2 O 3 bulk indicates the number of moles [mol] of aluminum in the bulk of CHA-type zeolite, converted into Al 2 O 3 .
前記FAU型ゼオライトが下記式(2)を満足する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載のCHA型ゼオライトの製造方法。
6≦SiO2バルク/Al2O3バルク比≦50 ・・・(2)
上記式(2)において、SiO2バルクはFAU型ゼオライトのバルクおけるケイ素のSiO2換算のモル数[mol]を示し、Al2O3バルクはFAU型ゼオライトのバルクにおけるアルミニウムのAl2O3換算のモル数[mol]を示す。 The crystalline silica-alumina source is an FAU-type zeolite,
The method for producing CHA-type zeolite according to any one of claims 1 to 4, wherein the FAU-type zeolite satisfies the following formula (2):
6≦SiO 2 bulk /Al 2 O 3 bulk ratio≦50 (2)
In the above formula (2), SiO2 bulk indicates the number of moles [mol] of silicon in the bulk of FAU zeolite in terms of SiO2 , and Al2O3 bulk indicates the number of moles [ mol] of aluminum in the bulk of FAU zeolite in terms of Al2O3 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021194753A JP7794619B2 (en) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | Method for producing CHA-type zeolite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021194753A JP7794619B2 (en) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | Method for producing CHA-type zeolite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023081069A JP2023081069A (en) | 2023-06-09 |
| JP7794619B2 true JP7794619B2 (en) | 2026-01-06 |
Family
ID=86656476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021194753A Active JP7794619B2 (en) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | Method for producing CHA-type zeolite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7794619B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119822925A (en) * | 2025-01-15 | 2025-04-15 | 天津大学 | Process for preparing bisphenol A by continuously enhancing condensation reaction of acetone and phenol |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017038851A1 (en) | 2015-09-03 | 2017-03-09 | 国立大学法人広島大学 | Cha zeolite containing phosphorus and method for producing same |
| JP2018183773A (en) | 2017-04-26 | 2018-11-22 | 三菱ケミカル株式会社 | Processing method of zeolite catalyst and manufacturing method of lower olefin |
| WO2020085169A1 (en) | 2018-10-23 | 2020-04-30 | エヌ・イーケムキャット株式会社 | Cu-p co-supported zeolite, and selective reduction catalyst and exhaust gas catalyst in which same is used |
-
2021
- 2021-11-30 JP JP2021194753A patent/JP7794619B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017038851A1 (en) | 2015-09-03 | 2017-03-09 | 国立大学法人広島大学 | Cha zeolite containing phosphorus and method for producing same |
| JP2018183773A (en) | 2017-04-26 | 2018-11-22 | 三菱ケミカル株式会社 | Processing method of zeolite catalyst and manufacturing method of lower olefin |
| WO2020085169A1 (en) | 2018-10-23 | 2020-04-30 | エヌ・イーケムキャット株式会社 | Cu-p co-supported zeolite, and selective reduction catalyst and exhaust gas catalyst in which same is used |
| CN112585091A (en) | 2018-10-23 | 2021-03-30 | N.E.化学株式会社 | Cu-P co-supported zeolite, and selective reduction catalyst and exhaust gas catalyst each using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023081069A (en) | 2023-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6834250B2 (en) | Manufacturing method of AEI type zeolite | |
| JP7517397B2 (en) | Method for producing AEI zeolite | |
| EP0002079A1 (en) | Crystalline silicates and method for preparing same | |
| JP6759833B2 (en) | Manufacturing method of AEI type zeolite | |
| JP6494034B2 (en) | LEV-type crystalline aluminosilicate containing phosphorus, process for producing the same, and catalyst containing LEV-type crystalline aluminosilicate containing phosphorus | |
| JP2021533075A (en) | Method for manufacturing a zeolite material having a skeletal type FER | |
| WO2017038851A1 (en) | Cha zeolite containing phosphorus and method for producing same | |
| JP2016166124A (en) | AEI zeolite containing titanium and method for producing the same | |
| JP7794619B2 (en) | Method for producing CHA-type zeolite | |
| CN101855170A (en) | Crystalline solid IM-18 and its preparation method | |
| KR20180093025A (en) | Synthesis of molecular sieve SSZ-105 | |
| JP2022504757A (en) | Method for producing AEI-type zeolite having a high silica / alumina molar ratio (SAR) | |
| JP7664029B2 (en) | Process for preparing IZM-2 zeolite in a fluorinated or non-fluorinated medium in the presence of a nitrogenous organic structuring agent in the form of a hydroxide and an alkyl metal chloride | |
| US11851338B2 (en) | Method for fast synthesis of an AFX-structure zeolite with a FAUjasite source | |
| CN112551543A (en) | Process for preparing IZM-2 zeolite in the presence of a mixture of nitrogen-containing organic structuring agent in the hydroxide and bromide form | |
| JP7694898B2 (en) | Crystalline aluminosilicate and method for producing zeolite using the same | |
| JP2023156098A (en) | Manufacturing method of FAU type zeolite | |
| KR102835708B1 (en) | CHA type zeolite material and method for producing the same | |
| JP7525033B2 (en) | Aluminosilicate for Zeolite Production | |
| JP2018065723A (en) | Zeolite ZTS-5 and production method thereof | |
| US12384687B2 (en) | Method for producing AEI zeolite | |
| JP7007638B2 (en) | GME-type zeolite containing phosphorus and its production method | |
| JP2018140887A (en) | AFX type zeolite containing phosphorus and method for producing the same | |
| JP7809974B2 (en) | CHA-type zeolite and its manufacturing method | |
| JP7691037B1 (en) | Iron-containing small pore zeolite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241114 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250807 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250826 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250917 |
|
| 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: 20251216 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251218 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7794619 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |