【発明の詳細な説明】
水素化方法
本発明は、水素化触媒、および潤滑油、特により小さい分子量のオレフィンのオ
リゴマー化により製造される合成潤滑油の水素化(hydrogenation
)または水素処理(hydrotreating)に特に適用できる、水素化方
法におけるそのような触媒を使用することに関する。
水素化は、化学工業および石油精製工業の双方において十分に確立されたプロセ
スである。水素化は、通常は金属水素化成分を多孔質担体材料、例えば天然クレ
イまたは合成酸化物上に含んで成る触媒の存在下で通常実施される。ニッケル、
白金、パラジウムおよびこれらの組み合わせのような金属がしばしば使用される
。
典型的な担体材料には、ケイソウ土、アルミナ、シリカおよびシリカ−アルミナ
が包含される。原料(フィード)を水素化できる容易性に応じて、使用する水素
圧力は、非常に小さい値から非常に大きい値までで変えてよく、典型的には79
0〜17340kPa−abs、(100〜2500psig) 、多(の場合
では790〜8400kPa−abs、 (10(1〜1200psig)であ
る。水素化は、発熱プロセスであり、従って、熱力学的には低温が好ましいが、
動力学的理由のために、やや高い温度が通常使用され、石油精製プロセスの場合
、149〜371℃(300〜700°F)が一般的である。
水素化処理(hydrogenative treatment)は、潤滑油、
天然鉱油および合成産の双方の品質を改善するために石油精製においてしばしば
使用される。水素化またはしばしば呼ばれる水素処理は、潤滑油における残留不
飽和を減らし、異原子含有不純物および色物質を除去するために使用される。鉱
油において、不純物および色物質の除去は特に重要であるが、水素化分解または
接触説ロウに付しである鉱油はそうではない。鉱物産ストック(stack)お
よび合成ストックの双方の場合、潤滑剤沸点範囲のオレフィンの飽和化は重要な
課題である。
ポリオレフィンは、潤滑油市場において重要となってきている合成炭化水素潤滑
剤の一種を構成する。これらの物質は、α−オレフィン、典型的には1−オクテ
ンから1−ドデセンまでのもの、好ましくは1−デセンの重合(用語[オリゴマ
ー化(oligo■erization) Jは、低粘度の基剤ストックとして
使用されるより小さい分子量の生成物の場合にしばしば使用される)により製造
されるが、より低級のオレフィン、例えばエチレンおよびプロピレンもエチレン
とより高級のオレフィンとのコポリマーも含めて、例えば米国特許第4.956
,122号およびこの特許において引用されている特許に記載されているように
、使用できる。ポリα−オレフィン(PAO)生成物は、3■■2 /sのよう
な非常に流動性の流体から、より低粘度のPAOストック用のVl(粘度指数)
改質剤として使用できるようなより高分子量の大きい粘度を有する物質まで種々
の範囲の粘度を有するものが得られる。通常、これらのPAOは、三塩化アルミ
ニウムまたは三フッ化ホウ素もしくは三フッ化物錆体のような触媒の存在下でオ
レフィン原料を重合することにより製造される。このようにしてPAO潤滑剤を
製造する方法は、例えば米国特許第3.382.291号、同第4.172,8
55号、同第3,780.128号、同第3.149,178号、同第3.74
2.082号および同第4.956゜122号に開示されている。また、PAO
fi滑剤は、ルブリケーション・ファンダメンタルズ(Lubrication
Funda+aentals、 J、G、 fills、 Marcel D
ekker IncA。
New York、 1980 l5BN 0−8247−6976−7) 、
特にその第77−81頁に記載されている。重合に引き続いて、潤滑剤範囲の生
成物を水素化して残留不飽和を減らす。
この反応の過程において、潤滑剤の臭素価が、典型的な10またはそれ以上の値
から1を越えない値またはそれより更に小さい値まで減少する。
例外的に有用な特性を有するものとして、新規な種類のPAO潤滑剤が最近開示
されている。これらの物質は、米国特許第4.827,064号および同第4゜
827.073号に開示されているHVr−PAO物質である。これらの物質は
、還元された第■族の金属の酸化物触媒、好ましくは還元されたクロム酸化物触
媒を使用して、ある種のオレフィン、特に1−デセンをオリゴマー化することに
より製造される。HVI−PAO生成物は、ヨーロッパ特許第377305号に
記載されているように芳香族化合物との反応により誘導することができ、また、
米国特許第5.012.020号に開示されているようにより低いオリゴマー化
温度を使用して分子量がより大きいようなものが調製され、より大きい分子量の
生成物の開示についてはこの特許を参照できる。還元された金属酸化物触媒を使
用するオリゴマー化方法は、特徴的な構造を有する物質を生成するが、オリゴマ
ー生成物中に不飽和部分が残留し、また、従来のPAOオリゴマーと同様に、潤
滑剤としての安定性を改善するために水素化に付される。水素化は、従来のPA
O類の物質と同じ方法で実施される。
鉱油であろうと、合成炭のものであろうと、潤滑剤を水素化するために使用する
触媒は、金属成分によりもたらされる強い水素化機能および嵩高い潤滑剤分子の
拡散抵抗を最小限にする多孔性担体物質の大きい孔(pare)直径が必要であ
る。
嵩高い分子との反応の場合、触媒の孔の直径の分子寸法に対する最適割合は、1
゜5:1である。以下の第1表は、炭素数が7〜25(C−7〜C−25)の範
囲の直鎖アルカンの場合に必要な最適孔寸法を示す。この表は、この範囲のアル
カンの場合、鎖長は99〜37.6人で変化し、その結果、これらの物質に対し
て活性を有する水素化触媒は、1.5〜5.6nm(15〜56人)の範囲の孔
開口を有する孔体積が大部分、好ましくは3.8〜5.6n++(38〜56人
)の範囲の孔開口を有する孔体積が大部分の1である必要がある。
第1表
最適孔寸法
大!! アルカン長さ、nm L l 1 最適孔直径、n11+ 21CI7
2.53 3.8
C,、2,844,3
”C−CおよびC−H結合長さについては、それぞれ0154止および0゜11
1、1Hの結合長さであることを基準とする。
(2〕触媒孔の分子寸法に対する割合の最適割合が1.5であることを基準とす
る。
アルミナ、シリカおよびシリカ−アルミナのような常套の非結晶担体物質は、典
型的には、大部分の孔が5n11以上、また、これらの大部分がlQnm以上と
いう孔寸法分布を有する。これらの大きな孔により拡散抵抗は殆ど無い状態で嵩
高い潤滑剤分子が触媒の分子構造を自由に移動することが可能となるが、大きい
孔寸法に関連する減少した表面積は、水素化反応に使用できる面積を減少させる
。従って、多くの合成潤滑剤およびより小さい粘度の鉱油の大部分を構成する低
分子量の物質の場合の最適な割合に近い、1.5〜6n■(15〜60人)の範
囲に相当量の孔を有する水素化触媒を使用することが望ましい。
発明者らは、大きい孔体積、大きい表面積および少なくとも13人のコントール
された孔開口を有する、別の種類の触媒物質−メツボーラス(mesoporo
us)結晶物質−が潤滑剤炭化水素、特に合成PAO類物質物質素化に特に適当
であることを見いだした。
従って、本発明によれば、水素化方法は、以下に説明する新規かつ特有の構造お
よび孔の幾何学的構造を有するメソポーラスケイ質(mesoporous 5
iliceous)物質を含んで成る担体物質(support materi
al)上にある金属の形態で水素化機能を有して成る水素化触媒を使用する。こ
れらの物質は、無機の多孔質の非層状結晶相物質であり、その焼成形態において
、1.8nm(18人)以上のd−間隔(d−spacing)において少なく
とも1つのピークを有するX線回折パターン示す。
また、これらは、6.7kPa (50トール)および25℃にて物質100g
当たり15g以上のベンゼン吸着能を有する。好ましい形態において、担体物質
は、実質的に均一な六角形のハニカム微細構造(■1crostructure
)を有し、一様な孔が1.301(13人)以上、典型的には2〜10n■(2
0〜100人)の範囲のセル直径(cell diameter)を有する。こ
れらの物質の中で、最も優れたものは、MCM−41として確認されている新規
な結晶物質であり、これは、通常、四面体配位の3価元素、例えばAl5Ga、
BまたはFeをシリケート骨組構造内に組み込むことによりブレンステッド酸部
位を有する金属シリケートとして合成される。これらの物質の好ましい形態は、
アルミノシリケート(alu■1nosilicate)であるが、他の金属シ
リケート(■etallosilicate)も使用できる。
MCM−41は、少なくとも1.3n■(13人)の直径を有する孔の均一な六
角形配列(hexagonal arrangement)を有する微細構造に
特徴がある。焼成後、MCM−41は18Å以上のd間隔にて少なくとも1つの
ピークを有するX線回折パターンを示し、また、X線回折パターンにおけるピー
クのd間隔に対応する18Å以上のd、。。値により示され得る六方晶の電子線
回折パターン(hexagonalelectron diffracNon
pattern)を示す。
本発明の目的に好ましい触媒は、20止(200人)以上の孔直径を有する孔の
体積が相当量であるアルミナ結合結晶物質である。この大きい直径の孔は、水素
化反応に対して大きい表面積を提供する結晶物質のより小さい粒子に対して、減
少した拡散抵抗で嵩高いPAOオリゴマーが自由に移動するチャンネルを提供す
る。本発明の方法において使用する場合、好ましい結晶物質は、1.5n■(1
5人)以上の孔直径を有し、好ましい孔直径は1.5〜5nm(15〜60人)
である。
添付の1つの図面は、以下の実施例において説明する試験結果をグラフで示した
ものである(第1図)。
本発明の方法において、メソポーラス結晶物質を、好ましくは孔直径が20n園
(200人)以上の孔体積を相当量有するバインダーと共に、含んで成る水素化
触媒の存在下で、潤滑剤範囲の炭化水素を水素化または水素処理する。この方法
は、鉱油潤滑剤または合成炭化水素潤滑剤の場合に実施でき、これらの中でPA
○物質が好ましく、フリーデル−クラフッ(Friedel−Crafts)型
触媒を使用して2製される双方の通常の種類のPAO,また、還元策VIB族金
属酸化物触媒を使用して調製さねるHVI−PAOが好ましい。
一般的に、鉱油潤滑剤は、少なくとも650°F(345℃)の最低沸点を有す
るものとして特徴つけることができ、通常、1050°F(565℃)を越えな
い終点を有するニュートラルストック(neutral 5tock) 、即ち
、留出油ストックであるが、ブライトストック(bright 5tock)の
ような残渣油潤滑剤ストックも同じ接触プロセスにより処理してよい。この種の
鉱油ストックは、典型的には、適当な組成の原油を常圧または減圧蒸留し、次に
、フェノール、フルフラールまたはN、N−ツメチルホルムアミド(DMF)の
ような溶媒を使用する溶媒抽出により望ましくない芳香族成分を除去することに
より製造される。溶媒脱ロウまたは接触脱ロウ法を使用して所望の生成物流動点
となるまで脱ロウを実施してよく、また、本発明に基づく水素化処理をいずれか
の接触脱ロウ処理の後に実施して、接触脱ロウプロセスの間に生成することがあ
る潤滑油範囲のオレフィンを飽和させることが特に好ましい。
しかしながら、本発明の方法は、合成潤滑油、特にHVI−PAO型の物質を含
むポリα−オレフィン(PAO)の水素化処理に特に適用可能である。これらの
種類の潤滑剤は、常套の方法でフリーデル−クラフッ型の触媒、例えば三塩化ア
ルミニウム、三フッ化ホウ素または三フッ化ホウ素錯体(例えば水、低級アルカ
ノールまたはエステルとの錯体)を使用する、先に説明したような重合またはオ
リゴマー化法により製造することができる。HVI−PAO型オリゴマーは、米
国特許第4.827.064号および同第4.827.073号に記載されてい
る方法により、還元された第VIB族金属酸化物触媒、通常、シリカ上のクロム
を使用して製造することができる。HVI−PA、O物質には、米国特許第5.
012゜020号に記載されているように、より低いオリゴマー化温度を使用す
ることにより製造される分子量がより大きいものが含まれ、これらの物質および
その製法については、これらの特許の記載事項を全部参照できる。PAO潤滑剤
の誘導体は、例えば上述のヨーロッパ特許第377305号に記載されているよ
うに芳香族化合物との反応により製造することができる。HVI−PAO物質は
、0.19以下の分岐比に特徴があり、これは、オリゴマー化の間、特有の還元
金属酸化物触媒を使用することにより得られるものである。
メソポーラス結晶物質および場合により存在するバインダーと一緒に水素化金属
成分を含んで成る触媒の存在下、潤滑剤物質を水素化処理に付す。
水素化反応は、93〜371℃(200〜700°F)、好ましくは149〜2
60℃(300〜500°F)の温度を含む常套の条件にて実施する。水素圧力
は、17340kPa−abs、 (2500psig)まで変化させてよいが
、通常、790〜3550kPa−abs、 (100〜500psig)であ
る。水素循環割合(hydr。
−gen circulation rate)は、典型的には、178−14
24n、1.1.−’ (1000〜8000 scf/ bbl)であり、水
素の純度を最大限にするために、−回通過循環(once through c
irculation)が好ましい。空間速度は、典型的には、0.5〜l0L
H8V、通常、1〜3LH8Vである。水素化反応の生成物は、水素化処理によ
る小さい不飽和度を有し、大部分の場合では、生成物の臭素価は2以下、好まし
くは1以下である。
本発明において使用する触媒物質は、触媒の金属成分の担体として超大孔寸法結
晶相(ultra−1arge pore 5ize crystalline
phase)を有して成る物質の新規合成組成物を含む。この物質は、(その
焼成形態において)100の相対強度を有する1、Snm(18人)以上のd−
間隔(d−spacing)における少な(とも1つのピークを有するX−線回
折パターンならびに6.7kPa (50トール)および25℃における物質1
00g当たりの15g以上のベンゼン収着能力に特徴がある、無機の多孔性非層
状結晶相物質である。
この結晶物質の好ましい形態は、最大垂直断面孔寸法が少なくとも1.3止(1
3人)、典型的には1.3〜20止(13〜200人)の範囲内にある均一な寸
法の孔の六角形配列を有する無機の多孔性の非層状物質である。この六角形結晶
組成物の好ましい形態は、MCM−41として特定され、少なくとも1.3n■
(13人)の直径の六角形に配列された均一な寸法の孔の特徴的構造を有し、X
線回折パターンにおける少なくとも1つのピークに対応する、1 8n■(18
人)以上のd、。。値により特定され得る六方晶の電子線回折ノ(ターンを示す
。
触媒の成分として使用する無機質、非層状のメソポーラス結晶物質は、M@、、
(W、X、’l’、Z、Oh)[式中、Wは例えばマンガン、コバルトおよび鉄
のような二価の第1列遷移金属および/またはマグネシウムのような二価の元素
、好ましくはコノくルトであり。
Xはアルミニウム、ホウ素、鉄および/またはガリウムのような三価の元素、好
ましくはアルミニウムであり、Yはケイ素および/またはゲルマニウムのような
四価の元素、好ましくはケイ素であり:Zはリンのような三価の元素であり;M
は、例えば、アンモニウム、第1A族、第1[A族および第■B族のような1ま
たはそれ以上のイオン、通常は水素、ナトリウムおよび/または)・ソ素イオン
であり:nは酸化物として表わされるMを除いた成分の電荷であり:qはMの重
み付はモル平均原子価であり;n/qはMのモル数またはモル分率であり;a、
b、CおよびdはそれぞれwSx、yおよびZのモル分率であり、hは1〜2.
5の数であり、そして、(a+b+c+d)=1である。コで示される組成を有
する。
上記の結晶性物質の好ましい態様は、(a+b十c)がdより大きく、h=2の
場合である。他の態様では、a=Oおよびd=0、かつh=2の場合である。
合成型において、担体物質は、無水基準で、経験的に、rR,MM、、、(W、
Xb YcZm Oh)[式中、RはイオンとしてMに含まれない全有機物、r
はRの係数、即ちRのモル数またはモル分率である。]
で示される組成を有する。
MとRの成分は結晶化の際にそれらが存在する結果として物質に組み込まれ、容
易に除去することができ、あるいはMについては、以下に説明するように、後結
晶化法(post−crystallization method)により置
換することができる。
所望の程度まで、本発明の合成物質の元のMイオン、例えば、ナトリウムまたは
塩素のイオンは、常套のイオン交換法によって置換できる。好ましい置換イオン
は、金属イオン、水素イオン、水素前駆体、例えば、アンモニウム、のイオン、
およびこれらのイオンの混合物である。特に好ましいイオンは、最終触媒におい
て所望の金属の機能を提供するものである。元素周期表の第■A族(例えば、M
n)、第■A族(例えば、Ni) 、第1B族(例えば、Cu) 、第■B族(
例えば、Sn)ならびにこれらのイオンの混合物を包含する。
結晶(即ち、例えば、焼成の後にX線、電子線または中性子回折による少なくと
も1つのピークを有する回折パターンを示すに十分な規則性を有するもの)メソ
ポーラス物質は、非常に大きい孔窓(window)を有する構造および大きい
収着能により特徴付けられ得る。用語「メソポーラス」は、1.3〜20nm(
13〜200人)の範囲内に均一な孔(pore)を有する結晶を意味するもの
として本明細書において使用する。メソポーラス物質は、1.3〜20nm(1
3〜200人)、より一般的には1.5〜10nm(15〜100人)の範囲内
で均一な孔を有する。
これらの孔は、他の結晶物質の孔より相当大きいので、これらを超大孔寸法(u
ltra−1arge pare 5ize)物質と呼ぶのが適当である。本発
明の目的の場合、「多孔性」の実用上の定義は、固体100g当たり小さい分子
、例えばAr5N!またはn−ヘキサンを少なくとも1g吸着する物質である。
この触媒物質は、他の多孔性無機固体とは、その大きい開いた孔の規則性という
点で異なり、その孔寸法は、非結晶または準結晶物質のそれとより似ているが、
その規則的な配列および寸法の均一性(単−相の平均孔寸法の例えば±25%、
通常±15%またはそれ以下の単−相内の孔寸法分布)は、ゼオライトのような
結晶骨組構造物質のそれらと類似している。好ましい物質は、開いた1、3〜2
0n++(13〜200人)の内部直径を有するように合成され得る大きい開い
たチャンネルの六角形配列を有する。用語「六角形」は、実験的な測定の限界内
における数学的に完全な六角形対称を示す物質のみでなく、そのような理想的な
状態から相当ずれていると認められるものをも包含する意味で使用している。本
発明の微細構造に適用される実用的な定義は、物質中の大部分のチャンネルが、
大まかに同じ距離で6つの最も近くの隣接するチャンネルにより包囲されている
ということになるであろう。物質の調製方法に応じて、欠陥や不完全によって、
相当数のチャンネルがこの基準を種々の程度で損なうことになると考えられる。
隣接するチャンネル間の平均的繰り返し間隔から±25%ものランダムなずれを
示す試料でも、本発明の超大礼物質の認識し得る像を明らかに与える。同等の変
動が、電子線回折パターンのdlo。値においても観察される。
担体物質の最も規則的な調製物は、非常に小さい角度領域において幾つかの明ら
かな極大値を有するX線回折パターンを示す。これらのピークの位置は、六方晶
格子からのhko反射の位置にほぼ一致する。しかしながら、微細構造の規則性
の程度および個々の粒子内の構造の繰り返しの程度が観察されるピークの数に影
響を与えるので、X線回折パターンがこれらの物質の存在の十分な指標に常にな
るとは限らない。実際、X線回折パターンの小さい角度領域において唯一の明ら
かなピークを有する調製物は、その中に実質的な量でそのような物質を含むこと
が見いだされている。この物質の微細構造を例証する他の方法は、透過型電子顕
微鏡および電子線回折である。適当に向き決めされたこの物質の試料は、大きい
チャンネルの六角形配列を示し、対応する電子線回折パターンは、回折極大値の
ほぼ六角形の配列を示す。電子回折パターンのd100間隔は、六方晶格子のh
kO投影の隣接するスポy ト(spot)の間隔であり、電子顕微鏡で観察さ
れるチャンネル間の繰り返し間隔a。に、式 d+oo=ao (3)+72/
2で関係付けられる。
この電子回折パターンで観察されるこのdloO間隔は、その物質のX線回折パ
ターンにおける低角度ピークのd間隔に対応する。これまで得られた物質の非常
に規則性のあるrA′!M物では、電子線回折パターンで20〜40個の明瞭な
点が観察されている。これらのパターンは、独特の100.110,200.2
10等の反射である六方晶hko部分集合とこれの対称の関係にある反射とで表
示することができる。
焼成された形態において、結晶性物質は、物質の電子線回折パターンの(Loa
値に対応するd間隔が約1.8關m (Cu Kα線で4.909”の2θ)よ
り大きい位置に少なくとも1つのピークを有するX線回折パターンおよび5.7
kPa(50torr)および25℃における15g−ベンゼン/100g−結
晶以上の平衡ベンビン吸着能(基準:必要であれば、偶然に存在する不純物によ
る孔の閉塞がないのを確保するために結晶物質を処理してお()によって更に特
徴付けることができる。
この物質の平衡ベンゼン吸着能特性は、偶発的に存在する不純物により孔が閉塞
されていないことを基準として測定する。例えば、通常の方法により孔を閉塞し
ている不純物および水を除去した結晶物質相について収着試験を実施する。脱水
方法、例えば熱処理により水を除去することができる。孔を閉塞している無機質
の非結晶物質、例えばシリカおよび有機物は、酸もしくは塩基または他の化学薬
剤と接触させることにより除去でき、結晶に悪影響を及ぼすことなく有害物質が
除去される。
より特に、焼成結晶性非層状物質は、d間隔が1.Onm(10人)(Cu K
a線で8.842°のθ)よりも大きい位置に少な(とも2つのピークを有して
おり、これらのピークの内の少なくとも1つがd間隔が1.8關m(18人)よ
りも大きい位置にあり、最強のピークの20%よりも大きい相対強度でd間隔が
1.Onm(10人)よりも小さい位置にピークが存在しないX線回折パターン
によって特徴付けることができる。更に特に、本発明の焼成された物質のX線回
折パターンは、最強のピークの約10%よりも大きい相対強度で1.0關m(1
0人)よりも小さいd間隔の位置にピークを持たない。いずれの場合においても
、X線回折パターンにおいて少なくとも1つのピークは、物質の電子線回折パタ
ーンのdl。。
値に対応するd間隔を有する。
焼成された無機非層状結晶物質は、以下に説明する物理吸着測定により測定され
るように、l、3關m(13人)またはそれ以上の孔寸法を有するものとして特
徴付けることもできる。孔寸法は、結晶の最大垂直断面孔ディメンジョンである
と考えられる。
X線回折データは、θ−θ結晶、CuKa線、およびエネルギー分散型X線検出
器を使用するンンターグ・ピー・ニー・ディー・エックス(Scintag P
ADX)自動回折装置で集めた。エネルギー分散型X線検出器を使用すると、入
射ビームおよび回折ビーム用のモノクロメータ−を使用する必要がなくなった。
入射X線および回折X線の両方のビームをダブルスリットの入射および回折コリ
メーンアン系でコリメーノヨンした。使用したスリットのサイズは、X線管源が
ら始めて、それぞれ05.1.0.03、そして0.2關であった。異なるスリ
ット系によるとピーク強度を異ならせることができる。本発明の物質で最大の孔
寸法を有するものには、透過した入射X線ビームから低角度のピークを分解する
ために、より高度にコリメーションした入射X線ビームが必要なことがある。
回折データは、各段階で20を0.04度ずつ10秒毎の計数時間で段階的にス
キャンして記録した(θはブラッグ(B ragg)角)。層間間隔dは人単位
で計算し、ラインの相対強度1/l0(1,はバックラインより上の最強ライン
の100分の1の強度)はプロファイル・フィッティング・ルーチン(prof
ile fittingroutine)を使用して導いた。強度は、ローレン
ツ(Lorentz)効果および分極効果のため補正をしなかった。相対強度は
次の記号で表わす VS−非常に強い(75〜100) 、s=強い(50〜7
4)、m=中程度(25〜49)およびW−弱い(0〜24)。ノングルライン
として掲載しである回折データは、実験用の高分解能や結晶学上の変化等のよう
なある条件において分解できるように見えるかまたは部分的に分解できるライン
であるように見える複数の重なりあったラインから成ることがある。一般に、結
晶学上の変化は、構造上の実質的な変化を伴わずに、ユニットセル(単位格子)
パラメーターの軽度の変化および/または結晶の対称性の変化を含み得る。相対
強度の変化を含むこれらの軽度の効果は、カチオン含量、骨組構造の組成、孔の
充填の状態および程度、熱および/または水熱履歴、そして粒子寸法/形の影響
、構造の不規則性またはX線回折の従来技術で知られるその他の要因によるピー
クの輻/形状の変動における差異の結果としても生じ得る。
平衡ベンゼン吸着能は、孔を閉塞している不純物を除去するために、例えば54
0℃にて脱水または焼成し、必要であれば、他の処理の後に、6.7kPa (
50トール)ベンゼンおよび25℃で本発明の物質と接触させて平衡に達するこ
とにより測定される。次に、収着されたベンゼンの重量を以下のようにして測定
する。
結晶物質のアンモニウム型は、熱処理(焼成)により容易に水素型に転換するこ
とができる。この熱処理は、少なくとも400℃の温度にて少なくとも1分、一
般的には20時間以下、好ましくは1〜10時間これらの型のものを加熱するこ
とにより実施する。この熱処理には減圧を使用することができるが、好都合とい
う理由で、空気、窒素、アンモニア等の中で大気圧下であるのが望ましい。熱処
理は、750℃までの温度で実施できる。熱処理生成物は、ある種の炭化水素転
化反応の触媒に特に有用であり、この物質をこの形態で本発明の触媒において使
用することが好ましい。
結晶物質は、それぞれが特有の制限を有する幾つかの方法の中の1つにより製造
できる。
第1の方法は、X 20 s/ Y○2モル比が0〜0.5であり、AhOs/
5iOzモル比がO〜0.01である反応混合物、結晶化温度が25〜250℃
、好ましくは50〜175℃であり、後で説明する有機誘導剤(organic
directing agent)または好ましくは有機誘導剤と以下に説明
する追加の有機誘導剤との組み合わせを含む。この第1の方法は、例えばアルカ
リまたはアルカリ土類金属(M)、例えばナトリウムまたはカリウム、要すれば
そのカチオンのソース;二価元素W1例えばコバルト、三価元素X1例えばアル
ミニウム、四価元素Y1例えばケイ素および三価元素Z、例えばリンから成る群
から選択されるものの酸化物の1種または組み合わせのソース(source)
:以下に説明する有機(R)誘導剤;ならびに溶媒または溶媒混合物、例えば
C+ Csアルコール、C,−C,ジオールおよび/または水、特に水を含む反
応混合物を調製することを含んで成る。この反応混合物は、以下の範囲の酸化物
のモル比による組成を有する:反応物質 有用範囲 好ましく、s範囲X、0.
/YO20−0,50,001−0,5^1203/SiO□ 0〜0. (1
10,001〜0.01XzOs/(YO2÷ZzOs) 01〜100 0.
1〜20x凸バYO1+IO+Z!O5) 0.1−100 0.1〜20溶媒
/(YO2+2205.O,+X、O3) 1〜1500 5−10000EI
−/YO20〜100〜5
(Ihz−0+Rt7+0)/(Y(h+to+Z20s+Xzos) 0.0
1〜20 0.05〜5Mt/、O/(Y02+WO+ZzOs+X20s)
0〜100〜5Rzz+O/(Y02+lO+Z20B+XzO1) 0.01
〜2. OO,03〜1.0[式中、eとfはそれぞれMとRの重み付き平均原
子価である。コこの第1の方法において、Zおよび/またはW酸化物を反応混合
物]こ加えなし1場合、pHが重要であり、9〜14にて維持する必要がある。
Zおよび/また(まW酸化物が反応混合物中に存在する場合、本発明の結晶物質
の合成にl;! p HL!厳密には重要ではない。この場合、本発明の物質を
合成する後の方法と同様;こ、R2y IO/ (Y O2+ W O+ Z
205 + X x Os )比が重要である。この比が0.01以下、または
2.0以上である場合、所望の結晶物質を犠牲にして不純生成物カベ生成する傾
向がある。
結晶物質を合成する第2の方法は、X 20 s / Y O2モル比がO〜0
5であり、結晶化温度が25〜250℃、好ましくは50〜175℃であり、以
下(こ説明する2種の別の有機誘導剤、即ち、有機および追加の有機誘導剤を含
む混合物を含む。この第2の方法は、例えばアルカリまたはアルカリ土類金属(
M) 、gAIえ(iナトリウムもしくはカリウム、要すればそのカチオンのソ
ース、二価元素WSPIえはコバルト、三価元素X、例えばアルミニウム、四価
元素Y1例え(ずケイ素および三価元素Z、例えばリンから成る群から選択され
るものの酸化物の1種または組み合わせのソース、それぞれ以下に説明する有機
誘導剤および追加の有機誘導剤(R)の組み合わせ;ならびに溶媒または溶媒混
合物、例えばC,−C,アルコール、Cl Cmジオールおよび/または水、特
に水を含む反応混合物を調製することを含んで成る。この反応混合物は、以下の
範囲の酸化物のモル比による組成を有する。
反応物質 有用範囲 好ましい範囲
X2O3/YO20〜0.5 0.001〜0.5X、0!/(YO2+220
5) 0.1〜100 0.1−20X、03/(YO,+fO+Z20.)
0.1〜100 0.1〜20if媒/(YCh+IO+Z20s+X ass
) 1〜1500 5〜10000H−/YO□ 0〜100〜5
(m27.o+i+27+o)/(yo□+fQ+Z205+X、03) 0.
01〜20 0.05〜5M2/−0/ (Y02+wo+Z20.+X203
) 0〜100〜5R,、O/(YO2+fO+Z20.+X20.) 0.1
−2.0 0.12〜1.0[式中、eとfはそれぞれMとRの重み付き平均原
子価である。]この第2の方法において、Zおよび/またはW酸化物を反応混合
物に加えない場合、pHが重要であり、9〜14にて維持する必要がある。Zお
よびW酸化物が反応混合物中に存在する場合、結晶化には精密なpHは重要では
ない。
結晶物質を合成する第3の方法は、Xがアルミニウムを含んで成り、Yがケイ素
を含んで成る場合であり、結晶化温度が25〜175℃、好ましくは50〜15
0℃である必要があり、以下に説明する有機誘導剤、あるいは好ましくは以下に
説明する有機誘導剤および追加の有機誘導剤の組み合わせを含む混合物を使用す
る。この第3の方法は、例えばアルカリまたはアルカリ土類金属(M)、例えば
ナトリウムもしくはカリウム、要すればそのカチオンのソース、アルミニウムお
よび/またはケイ素の1種またはそれ以上のソース、以下特に説明する有機(R
)誘導剤ならびに溶媒または溶媒混合物、例えばC,−C,アルコール、Cl−
06ノオールおよび/または水、特に水を含む反応混合物を調製することを含ん
で成る。この反応混合物は、以下の範囲の酸化物のモル比による組成を有する:
反応物質 有用範囲 好ましい範囲
^1□03/5i02 0〜0.5 0.001〜0.5溶媒/5i021〜1
500 5〜10000H−/5x02 0〜100〜5
(Ihz、0+Rzz+O)/(Si、02+^1203) 0.01〜20
0.05〜5M2/−07(S102十^1□03)0〜50〜3Rz7+O/
(SjO□十^1203) 0.01〜2.0 0.03〜10[式中、eとf
はそれぞれMとRの重み付き平均原子価である。コこの第3の方法において、p
Hは重要であり、9〜14に維持する必要がある。
この方法は以下の工程を含んで成る。
(1)を機(R,)誘導剤と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/R2/、0のモ
ル比が50〜800、好ましくは50〜500となるように混合する。この混合
物がこの合成法の「第1テンプレート(primary te+cplate)
Jとなる。
(2)工程(])の第第1テンプレート混物に、酸化物、例えばシリカおよび/
またはアルミナを、R2/ 10 / (S 102+A 1□O,)の比が0
.01〜2.0の範囲内となるように添加する。
(3)工程(2)で得られた混合物を温度20〜40℃で、好ましくは5分〜3
時間攪拌する。
(4)混合物を、攪拌しながらまたは攪拌せずに、好ましくは20〜100℃お
よび好ましくは10分〜24時間放置する。
(5)工程(4)からの生成物を温度50〜175℃で、好ましくは1〜72時
間結晶化させる。上記の範囲においてより高い結晶化温度が最も好ましい。
本発明の合成の第4の方法は、第3の方法に使用する反応混合物を含むが、ケイ
素酸化物のソースとしてテトラエチルオルトシリケートを使用する以下の特有の
手順を含む:
(1)有機(R)誘導剤と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/R2/r○のモル
比が50〜800、好ましくは50〜500となるように混合する。この混合物
が合成法の「第1テンプレート(pri+*ary te+++plate)
Jとなる。
(2)工程(1)の第1テンプレート混合物をテトラエチルオルトシリケートお
よび要すればアルミニウム酸化物のソースと混合し、R27,078102モル
の比が0.5〜2.0となるようにする。
(3)工程(2)で得られた混合物を温度0〜25℃、12以下のpHで、10
分〜6時間、好ましくは30分〜2時間攪拌する。この工程により、加水分解/
重合がおこり、得られる混合物は濁って見える。
(4)工程(3)からの生成物を温度25〜150℃で、好ましくは95〜11
0℃で4〜72時間、好ましくは16〜48時間結晶化させる。
上述のいずれの方法においても、結晶物質の回分結晶化を静的または混ぜる、即
ち、撹拌条件において適当な反応器、例えばポリプロピレンジャーまたはテフロ
ンライニングもしくはステンレスルチールオートクレーブにおいて実施できる。
結晶化は、適当な装置において連続的に行うこともできる。採用される温度にて
結晶化が起こるのに十分な時間、例えば5分〜14日の場合のそれぞれの方法に
ついて全体として有用な温度範囲を先に示している。その後、結晶は、液体から
分離されて回収される。合成の後、結晶物質を有機成分を部分的にまたは全部除
去する処理に付す必要がある。
合成法においてケイ素ソース(源)を使用する場合には、例えば4級アンモニウ
ムンリケートのような有機シリケートを少なくとも部分的に使用することが好ま
しい。そのようなシリケートの例としてテトラメチルアンモニウムシリケートと
テトラエチルオルトシリケート等があるが、これに限らない。
それぞれの方法の合成反応の条件、例えば温度、pHおよび反応時間等を上述の
範囲内で調節することにより、所望の平均孔寸法を有する本発明の非層状結晶物
質の種々の態様のものを調製できる。特に、pH,温度または反応時間を変更す
ることにより、種々の平均孔寸法を有する生成物結晶の生成を促進できる。
第1および第2の合成方法について考えられるw、xSyおよびZの種々の組合
せの例に、
Co AI Si P
−−5i −
があり、ここでWがMg1またはMn、CoおよびFe等の二価の第1列遷移金
属がら選ばれた元素である組み合わせ、XがB、GaまたはFeである組み合わ
せ、また、YがGeである組み合せを含むが、これに限定されない。
それぞれの反応混合物から本発明の物質を合成するための上述の方法のそれぞれ
において使用する有機誘導剤(organic directing agen
t)は、一般式R,R2Rs R< Q ”のアンモニウムまたはホスホニウム
イオンである;即ち、R4Q’ R2
□
[式中、Qは窒素またはリンであり、R1、R2、R3およびR4の少なくとも
1つは炭素原子数が6〜36のアリールまた1謔アルキル基、例えば−C6H1
!、−C,oH2,、CNH33および−C,,H,,またはこれらの組み合わ
せであり、R1、R2、R3およびR4の残りは、水素、炭素原子数が1〜5の
アルキル基またはこれらの組み合わせから選ばれる。コ上記のアンモニウムまた
はホスホニウムイオンを誘導できる化合物は、例えば水酸化物、ハライド(ハロ
ゲン化物)、ノリケートまたはこれらの混合物であってよい。
上述の第1および第3の方法において、追加の有機誘導剤を用いることが好まし
く、また、第2の方法において、上述の有機誘導剤および追加の有機誘導剤の組
み合わせを使用することが必要である。この追加の有機誘導剤は、上記の誘導剤
の式[式中、R,、R,、R8およびR4は、−緒にまたは独立して、水素、炭
素原子数が1〜5のアルキル基およびこれらの組み合わせから選択される。]の
アアンモニラまたはホスホニウムイオンである。有機誘導剤のいずれのそのよう
な組み合わせも、「R」を形成し、100/1〜0.01/1の初めに先に示し
た有機誘導剤/追加の有機誘導剤のモル比である。
−またはそれ以上の他の結晶構造の合成を誘導するものとして知られる他のその
ような薬剤と比較すると、必要な誘導剤の特別の効果は、上述の反応混合物にお
いて所望する超大孔結晶の核を形成し、成長させるテンプレートとして機能する
能力に原因すると考えられる。この誘導剤としては、セチルトリメチルアンモニ
ウム、セチルトリメチルホスホニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、セチ
ルピリジニウム、ミリスチルトリメチルアンモニウム、デノルトリメチルアンモ
ニウム、ドブノルトリメチルアンモニウムおよびジメチルジドデノルアンモニウ
ム等があるが、これに限定されるものではない。
反応混合物の成分は、2以上のソースにより供給してよい。反応混合物は、回分
的に、あるいは連続的に調製してよい。新規な結晶物質の結晶寸法および結晶化
時間は使用する反応混合物の性質および結晶化条件により変化する。
合成手順により調製される結晶は、種々の粒子寸法に成形できる。一般的には、
粒子は、粉末、顆粒状物あるいは成型製品、例えば2メッシュの(タイラー(T
yl、er) )篩を通過して、400メツンユ(タイラー)篩上に残る粒子寸
法を有する押し出し成型物の形態であってよい。結晶を、例えば押し出しにより
、成型する場合、結晶は、乾燥前に押し出してよ(、または部分的に乾燥して、
その後、押し出してよい。
本発明のメソポーラス触媒物質の孔寸法は、反応、例えばクラッキングのような
反応における遷移状態の種に関して空間的に特定の選択性が最小限になるように
十分に大きい(形状選択性に影響を与える要因についての議論は、チェノ(Ch
en)らの+5hape 5elective Catalysis in I
ndustrial^pplications−、3U
CHEMICAL INDUSTRIES、第41−61頁(1989年)を参
照できる)。拡散の制限も非常に大きい孔の結果として最小限である。
メソポーラス担体物質の結晶は、水素化方法において採用される温度および他の
条件に耐性を有するマトリックス物質と複合化されて、最終触媒が形成される。
そのような物質には、活性および不活性物質ならびに合成または天然産ゼオライ
ト、ならびにクレイおよび/または酸化物、例えばアルミナ、シリカもしくはノ
リカーアルミナのような無機物質が含まれる。後者のものは、天然産であっても
、あるいはシリカおよび金属酸化物の混合物を含むゲル状沈殿物またはゲルであ
ってよい。自体触媒として活性を有するゼオライトと組み合わせた物質、即ち、
ゼオライトとの混合または物質の合成の間に存在するゼオライトを使用すること
により、触媒の転化性および/または選択性を変えることができる。不活性物質
は、転化量をコントロールする希釈剤として適当に機能し、その結果、反応速度
をコントロールする他の手段を使用することなく、アルキル化生成物を経済的か
つ秩序をもって得ることができる。これらの物質は、天然産クレイ、例えばベン
トナイトおよびカオリンに組み込んでよく、工業規模の操作条件における圧潰強
度が改善され、また、触媒のバインダーまたはマトリックスとして機能する。メ
ソポーラス物質は、通常、重量基準で80+20〜20+80、典型的には80
:20〜50:50のメソポーラス物質、マトリックスの量でマトリックスと複
合化される。複合化は、物質を一緒に粉砕して、次に、所望の最終触媒粒子にペ
レット化する押し出しすることを含む常套の手段により行うことができる。
本発明の目的に好ましい触媒は、20nrn(200人)以上の孔直径を有する
相当量の孔体積を有する。大きい直径の孔により嵩高いPAOオリゴマーが自由
に移動できるチャンネルが提供され、水素化反応に大きい表面積を提供する結晶
物質のより小さい粒子に対する拡散抵抗が減少する。多くの市販されているアル
ミナバインダーは、この要件に合致し、使用できる。
本質的に水素化機能を果たす金属成分の担体として機能する結晶物質へ潤滑剤分
子が拡散しなくても容易にアクセスできるという要件と矛盾することなく、バイ
ンダーはフィード成分が触媒の内部孔構造に入って、そこで結晶物質の金属部位
において所望の水素化反応が起こるのに適当である孔寸法および分布を有する必
要がある。この目的のため、バインダーは、通常、5.0止(50人)の最小孔
寸法を有し、即ち、5.Onm(5Q人)以下の孔寸法を有する孔が5%以下で
、大部分の孔が5.0〜50n11(50〜400人)の孔寸法を有しく40n
m(400人)以上の孔寸法を有するものが5%以下)、好ましくは20〜40
nm(200〜400人)の範囲内に孔寸法を有するものが30%以下である。
水素化触媒は、水素化−説水素化成分として金属を含む。水素化−説水素化成分
は、金属または金属の組み合わせにより提供される。第■A族の貴金属、特に、
パラジウム、白金、または第1VA族、第VIA族および第■A族の卑金属、特
にクロム、モリブデン、タングステン、コバルトおよびニッケルを使用できる。
第■A族金属の少なくとも1種、例えばタングステンと第■A族金属の少なくと
も1種、例えばニッケルとの組み合わせは、多くの用途に有用であり、例えばニ
ッケルーモリブデン、コバルト−ニッケル、ニッケルータングステン、コバルト
−ニッケルーモリブデンおよびニッケルータングステン−チタンなどがある。硫
黄および他の不純物、例えばリンが低濃度、例えばxoppm未満でフィードス
トック中に存在する、ある種の用途の場合、パラジウムまたは白金が好ましい。
金属成分の含量は、触媒活性に基づいて変わる。従って、非常に活性のある貴金
属をそれほど活性でない卑金属より少ない量で使用してよい。例えば、1重量%
またはそれ以下のパラジウムまたは白金が効果的であり、好ましい卑金属の組み
合わせでは、金属として示した場合、7重量%のニッケルおよび2.1〜21重
量%のタングステンの組み合わせである。しかしながら、本発明の担体物質は、
非常に大きい表面積故に、従来の担体物質より大きな割合で金属を含むことがで
きる点に着目すべきである。金属成分は、単層(monolayer)で30%
を越えることができる。水素化成分は、担体物質上に置換することができ、その
中に含浸させることができ、あるいは、それと物理的に混合することができる。
メソボーラス担体の中に金属を含浸させるか、あるいは置換する場合、例えば、
パラジウムまたは白金金属含有イオンによりゼオライトを処理することにより、
それを行うことができる。適当な白金化合物には、クロロ白金酸、塩化第一白金
および白金アミン錯体を含む種々の化合物が含まれる。金属化合物は、化合物の
カチオンで金属が存在する化合物および化合物のアニオンで金属が存在する化合
物のいずれであってもよい。双方の種類の化合物を使用できる。金属がカチオン
性錯体、例えば、Pd (NHs)4C1□またはPt (NHs)<C12の
カチオンの形態であるパラジウムまたは白金化合物が特に有用であり、バナジウ
ム酸塩(vanadate)およびメタタングステン酸塩(metatungu
state)のイオンのようなアニオン性錯体も同様である。他の金属のカチオ
ン形態は、結晶物質に置換または中に含浸できるので、これらも非常に有用であ
る。
寒裏倒
以下の実施例1〜19により、触媒の調製に使用するメソポーラス結晶性物質の
調製を説明する。これらの実施例において、水、ンクロヘキサン、ベンゼンおよ
び/またはn−ヘキサンに対する収着のデータは、以下のようにして測定した平
衡吸着値である:
秤量した吸着媒の試料は、540℃で少なくとも1時間焼成し、必要な場合には
他の処理をして孔を閉塞している汚染物を除去した後、吸着室内で所望の純粋な
吸着質と接触させる。吸着媒の重量の増加は、540℃における焼成後の吸着媒
の重量を基準として、g数/吸着媒100gにより試料の吸着容量として計算さ
れる。本発明の組成物は、6.7kPa (50Torr)および25℃におい
て、15g/100g以上、特に17.5/100g以上、更に特に20g/1
00g以上の平衡ベンゼン吸着容量を示す。
測定を行う好ましい方法は、所望の純粋な吸着質蒸気と、l+am未満に減圧し
た吸着室内で、25℃において、1.6kPa (12Torr)の水蒸気、5
.3kPa (40Torr)のn−ヘキサンもしくはノクロヘキサン蒸気、ま
たは6.7kPa (50Torr)のベンゼン蒸気の条件下で接触させる。圧
力は、吸着期間の間、吸着質蒸気の導入をマノスタット(manostat)に
より制御することによって一定(±0.5mm以内)に維持する。吸着質が新し
い結晶に吸着されるにつれて、圧力が低下し、それによりマノスタットがバルブ
を開いて吸着質蒸気を更に室内に導入して、上記制御圧に回復する。圧力の変化
がマノスタットを作動させるのに充分でないようになれば、吸着は完了である。
ベンゼン吸着データを測定するもう1つの方法は、適当な熱重量分析(ther
m。
−gravia+etric)系、例えばコンピュータ制御された9 90/9
51デユポン(duPant) TGAシステムによるものである。吸着媒試料
は、流通ヘリウム中、例えば350℃または500℃で恒量になるまで加熱して
脱水(物理的収着水を除去)する。試料が、例えば有機誘導体を含有するなどの
合成された形態である場合は、試料を前述の350℃または500℃で処理する
代りに、空気中にて540℃で焼成して恒量まで保つ。ベンゼン吸着等温線の測
定は、ベンゼン飽和ヘリウムガスストリームと純粋なヘリウムストリームとを適
当な割合で混合して、所望のベンゼン分圧を得ることにより25℃において行う
。6.7kPa (50Torr)におけるベンゼンの吸着の値を、吸着等温線
のプロットから得る。
実施例において、特に断らない限り%表示は重量%である。
実施例1
塩化N、 N、 N−トリメチル−1−ヘキサデカンアミニウムの29重量%溶
液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触させて調製した水酸化セチルトリメチルア
ンモニウム(CTMA (cetyltrimethylamwonium)
)溶液100gを、テトラメチルアンモニウム(TMA (tetraceth
ylammoniu+s) ) ンリヶート(ノリ力10%)水溶液100gと
攪拌しながら混合した。自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終
粒子寸法が約0302μ−の沈降水和ノリ力であるハイノル(HiSil)25
gを添加した。得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、水蒸気箱中に95
℃で一装置いた。A12031モルに対する混合物のモル組成は以下のとおりで
あった
NazO2,7モル
Sigh 392 モル
(CTMA)20 35.7モル
(TMAhO61,7モル
820 6231 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が475m2/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
この実施例の生成物は、X線回折パターンにより、378±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、216±1.0および192±10人に弱いライン
を含むことにより特徴付けることができる。透過型電子顕微鏡(TEM)により
、均一な孔が六角形配列の像が形成されており、六方晶の電子回折ノ(ターンは
39人のdl。、(!!を有した。
実施例2
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液100gと水酸化テトラメチルアンモニウム(TMA)25%水溶液100g
とを攪拌しながら混合した。自由水6重量%と水和結合水45重量%を含み、最
終粒子寸法が約102μmの沈降水和シリカであるノーイシル25gを添加した
。
得られた混合物を静置型オートクレーブ中で150℃にて一晩放置した。混合物
の組成はAl、031モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:(
CTMA)20 35.7モル
(TMA)20 102 モル
H,06120モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が993m”/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
この焼成生成物のX線回折パターンは、39.3±2.0人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、22.2±1.0および19.4±1.0人に弱いう゛イン
を含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、この生成物が超大孔
物質を含むことが示された。
次に上記生成物の一部を1450’Fにて100%水蒸気と2時間接触させた。
水蒸気処理した物質の表面積は440m2/gであると測定され、苛酷な水蒸気
処理後も45%が残存していることが示された。
本実施例の焼成生成物の他の一部を677℃(1250°F)にて100%水蒸
気と2時間接触させた。この物質の表面積は718m2/gであると測定され、
そのような条件の水蒸気処理後も72%が残存していることが示された。
実施例3
水、実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液、硫酸
アルミニウム、ハイノルおよび臭化テトラプロピルアンモニウム(TPA (t
etrapropylamsonium) ) 35%水溶液を混合して、Ah
O*1モルに対するモル数を用いると以下の組成を有する混合物をtJR製した
。
(CTMA)20 8.8 モル
(TPA)20 1.22モモ
ル20 1336 モル
得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、95℃にて水蒸気箱に192時量
大れた。次に試料を室温まで冷却し、これ(3重量部)に実施例1と同様に調製
した水酸化C丁MA溶液1重量部と水酸化TMA(25重量%ン2重量部を混合
した。次に混合物をポリプロピレンの瓶に入れ、水蒸気箱中、95℃で一晩保持
した。A1□Os1モルに対するモル数を用いると混合物の組成は以下のとおり
であった。
NatOO,65モル
SjO! 65 モル
(CTMAhO15モル
(TPA)to 1.22モル
(TMA)20 35.6 モル
H202927モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次に、生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1085m2/gであり、平衡吸着能(g/100g)
は以下のとおりであることが判った。
820 11、5
ンクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 39.8
ベンゼン 62
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、38.2±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、22.2±1.0および19.4±10人に弱いラ
インを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大孔
物質を含むことが示された。
実施例4
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液200gを、キャタバル・アルミナ((Catapal alumina)
、a−アルミナ−水和物、74%アルミナ)2gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)ノリケート(10%ノリ力)水溶液100gと攪拌しながら混合し
た。自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.0
2μ墓の沈降水和ノリ力であるハイノル25gを添加した。得られた混合物を1
50’Cにて静置型オートクレーブ中に48時間量大た。混合物の組成はA1.
zO,1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:
Na2Oo、 23 モル
5iOz 33.2 モル
(CTMA)20 6.1 モル
(TMA)20 5.2 モル
H,0780モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1043m”/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
H2O6,3
ノクロヘキサン 〉50
n−へキサン 491
ベンゼン 667
焼成生成物のX線回折パターンは、40.8±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、23.1±1.0および20.1±1.0人に弱いラインを含む
ことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大孔物質を含む
ことが示された。
実施例5
水260gに、リン酸(85%)77g、キャタバル・アルミナ(74%アルミ
ナ)46gおよびピロリジン(Pyr)24gを撹拌しながら混合した。この第
1の混合物を撹拌型オートクレーブに入れ、150”Cで6日間加熱レニ。これ
をi!!!過し、洗浄して風乾した。この生成物50gを、水200gおよび実
施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液200gと共
にスラリー化した。次いで、テトラエチルアンモニウム/リケード(1,0%ン
リヵ)水溶液400gを加えて第2の混合物を形成し、これをポリプロピレンの
瓶に入れ、水蒸気箱中で95℃にて一晩保持した。第1の混合物の組成は、A1
□Om1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった・P、O51,0
モル
(Pyr) 20 0.51モル
H,047,2モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が707m2/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
この焼成生成物のX線回折パターンは、25.4±1.5人のd間隔に非常に強
い相対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、本
発明の生成物が超大孔物質を含むことが示された。
実施例6
NaA102(A1.xOs 43.5%、Nano ao%)1.35gを水
45.2gに溶解した溶液を、NaOH17,3g、コロイド状シリカ(40%
、ルドックス(Ludox)H3iO)125.3gおよび水酸化テトラエチル
アンモニウム(TEA)40%水溶液426gと混合した。−晩撹拌した後、混
合物を水蒸気箱(95℃)内で7日間加熱した。続いて濾過し、この溶液151
gを実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液31g
と混合し、95℃の水蒸気箱中に13日間貯蔵した。混合物は以下の相対モル組
成を有していた。
Al2O5O,25モル
Na2O10モル
5iOz 36 モル
(CTMA)20 0.95モル
(TEA)go 2.5 モル
H20445モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水およびエタノールで洗浄した。次に
、生成物を540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物の組成は、Naを0.14重量%、5i02を68.5重量%、A1
.O。
を51重量%含んでおり、ベンゼンの平衡吸着容量が58.6 g/ 100
gであることが判った。
焼成生成物のX線回折パターンは、31.4±1.5人のd間隔に非常に強い相
対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物
が本発明の超大孔物質を含むことが示された。
実施例7
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液300gとコロイド状シリカ(40%、ルドックスH8−40)41.gの混
合物を容量600ccのオートクレーブ内で20Qrp鳳で撹拌しながら150
℃で48時間加熱した。混合物の組成はS i O21モルに対するモル数を用
いると以下のとおりであった
(CTMA)20 0.5 モル
H,046,5モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、540℃にて、窒素中で
1時間、次いで空気中て10時間焼成した。
焼成生成物の組成は、0.01重量%未満のNa、約98.7重量%のS j
Ozおよび約0.01重量%のAl2O3を含み、表面積が896m2/gであ
ることが判った。
焼成生成物は以下のとおりの平衡吸着容量(g/l 00 g)を有していた。
H,08,4
/クロヘキサン 49.8
n−ヘキサン 42.3
ベンゼン 55.7
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、40.0±2.0大のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、21.2±1.0人に弱いラインを含むことにより
特徴付けられる。TEMにより、この実施例の生成物が少なくとも3つの異なる
相を含んでおり、その1つは超大礼物質であることが示された。
実施例8
実施例1と同様にtII製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA
)溶液150gと初期のpHが12.64のコロイド状シリカ(40%、ルドッ
クスH5−40)21gの混合物を容量300ccのオートクレーブ内で20
Orpmで撹拌しながら150℃で48時間加熱した。混合物の組成は5iOz
1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった;(CTMA)20 0
.5 モル
HzO46,5モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、空気中、540℃で6時
間焼成した。
焼成生成物の組成は、0.01重量%のNa、93.2重量%の5in2および
0゜016重量%のA 1203を含み、表面積が992m2/gであり、以下
のとおりの平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
この焼成生成物のX線回折パターンは、43.6±2.0人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、25,1±1.5および21.7±1.0人に弱いラインを
含むことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むこと
が示アルミン酸ナトリウム4.15gを、水100gに臭化ミリスチルトリメチ
ルアンモニウム(CI4TMABr)16gを含む溶液中に徐々に添加した。続
いてこの混合物に、テトラメチルアンモニウムシリケート(10%シリカ)10
0g。
ハイシル25gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(25%溶液)14.2
gを添加した。この混合物をオートクレーブ中、120℃で24時間撹拌しなが
ら結晶化させた。
生成物を濾過し洗浄して風乾した。1000℃における元素分析により、生成物
ハS i O253、3’1L1重量Altos 3.2重量%、炭素150重
量%、窒素1゜88重量%、ナトリウム0.11重量%および灰分53.5重量
%を含むことが示された。540℃で、窒素中で1時間および空気中で6時間焼
成した後の物質のX線回折パターンは、35.3±2.0人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、20.4±1.0および17.7±1.0人のd間隔に弱い
ラインを含む。TEMは生成物が超大礼物質を含むことを示した。
室温においてIN硝酸アンモニウム溶液による置換を行って洗浄した後、焼成し
た生成物は、表面積が827m”7gであり、無水収着剤100g当たりの平衡
吸着容量(g/l 00 g)は以下のとおりであることが判った。
H2O30,8
シクロヘキサン 33.O
n−へキサン 27.9
アルミン酸ナトリウム8.3gを、水酸化ドデノルトリメチルアンモニウム(C
+JMAOH,50%)溶液184gを含み、水480gで希釈した溶液中に徐
々に添加した。次いでこの混合物に、ウルトラシル(UltraSil) 50
g、テトラメチルアンモニウムシリケート(10%Sin、)の水溶液200
gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(25%溶液)26.38gを添加し
た。この混合物をオートクレーブ中、100℃で24時間撹拌しながら結晶化さ
せた。
生成物を濾過し洗浄して風乾した。540℃で、窒素中で1時間および空気中で
6時間焼成した後、X線回折パターンは、30.4±1.5人のd間隔に非常に
強い相対強度ライン、17.7±1.0および15.3±1.0人のd間隔に弱
いラインを含む。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むことが示された。
室温においてIN硝酸アンモニウム溶液による置換を行い、洗浄後、焼成した生
成物は、表面積が1078■27gであり、無水収着剤100g当たりの平衡吸
着容量(g/l、OOg)が以下のとおりであることが判った。
H2O32,6
ンクロヘキサン 38.1
NaAIOz (A120343.5%、Na2O30%)4.9gを水37.
5gに溶解し、た水溶液に、水酸化テトラエチルアンモニウム40%水溶液46
.3CCおよびコロイド状ノリ力(ルドックスH5−40)96gを混合した。
このゲルを0゜5時間激しく攪拌し、実施例1と同様に調製した等しい容量(1
5(bl)の水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液と混合して、100℃で
168時間反応させた。混合物の組成はA12031モルに対するモル数を用い
ると以下のとおりで5iOz 30.6 モル
(TEA)20 3.0 モル
(CTMA)20 3.25モシ
ル20 609 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、540℃にて空気中で1
6時間焼成した。焼成生成物は、表面積が1352m2/gであり、以下のとお
りの平衡吸着容量(g/l 00 g)を有することが判った。
H,023,6
ンクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49
ベンゼン 675
焼成生成物のX線回折パターンは、38.5±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、20.3±1.0人に弱いラインを含むことにより特徴付けるこ
とができる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むことが示された。
実施例12
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液200gを、アルミン酸ナトリウム4.15gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)ノリケート水溶液(10%シリカ)100gと混合して攪拌した。
自由水6重量%と水和結合水4,5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.02μ
鳳の沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を静置型
オートクレーブ中で150℃に24時間装いた。混合物の組成はA11031モ
ルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:Na、0 1.25モル
Sin、 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA:ho 4.40モモ
ル20 650 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。TEMにより
、生成物が超大礼物質を含むことが示された。この実施例の焼成生成物のX線回
折パターンは、44.2±2.0人のd間隔に非常に強い相対強度ライン、25
゜2±1.5および22.0±1.0人に弱いラインを含むことにより特徴付け
られる。
焼成生成物は、表面積が932m”7gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
H2O39,3
ンクロヘキサン 46.6
n−ヘキサン 37.5
ベンゼン 50
実施例13
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチル(CTMA)アンモニウム溶
液200gを、アルミン酸ナトリウム4.15gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)ノリケート水溶液(10%ンリカ)100gと混合して攪拌した。
自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.02μ
墓の沈降水和ソリ力であるハイシル25gを添加した。得られた混合物を100
℃にて水蒸気筒中に48時間置いた。混合物の組成はA1□Ox1モルに対する
モル数を用いると以下のとおりであった:
Na2O1,25モル
5iOz 27.8 モル
(CTMA)zo 5.1 モル
(TMA:ho 4.4 モル
H,0650モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成物は
、以下の平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った二H,O35,2
ンクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 40゜8
ベンゼン 53.5
焼成生成物のX線回折パターンは、39.1±2.0大のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、224±10および194±1.0人に弱いラインを含むことに
より特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むことが示された
。
実施例14
塩化CTMA29%水溶液125g、水200g、(水50g中の)アルミン酸
ナトリウム3g、PQココ−レーションから入手可能な非晶質沈降シリカである
ウルトラシル([]1traSil) 65 g、および(水50g中の)Na
OH21gの混合物を、150℃にて168時間、充分に撹拌して結晶化させた
。反応混合物の相対モル組成は5iOz1モルに対するモル数を用いると以下の
とおりであった(CTMA)to 0.10 モル
HxO21,89モル
NaA10* 0.036モル
NaOH0,53モル
得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、室温で16時間乾燥後、54
0℃にて、空気中で10時間焼成した。焼成生成物は、表面積が840m”/g
で、以下の平衡吸着容量(g/l 00 g)を有することが判った:lho
15.2
シクロヘキサン 42.0
n−ヘキサン 26.5
ベンゼン 62
焼成生成物のX線回折パターンは、40.5±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大礼
物質を含むことが示された。
実施例15
本実施例の第一のテンプレート混合物を形成するため、水240gを、溶媒/R
2/10のモル比が155となるように、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウ
ム50%、イソプロパツール36%および水14%の溶液92gに添加した。こ
f74合物(7)H20/R2z+0(7)モル比1;!149テアリ、IPA
/R27,oのモル比は6であった。この第一のテンプレート混合物に、アルミ
ン酸ナトリウム415g1ハインル25g1テトラメチルアンモニウムンリケー
ト水溶液(S i O2が10%)100gおよび水酸化テトラメチルアンモニ
ウム25%水溶液13.2gを添加した。Rxi + O/ (S i O2+
A 120 s )のモル比は0.28であった。
この混合物を25℃で1時間攪拌した。得られた混合物を100℃のオートクレ
ーブ中に入れ、1100rpで24時間攪拌した。オートクレーブ内の混合物の
相対モル組成は、Sin21モルに対するモル数を用いると以下のとおりであっ
たNa2O0,05モル
AhOs 0.036 モル
(C,2TMA)20 0.18 モル(TMA)20 0.12 モル
H,036,Oモル
I PA 1.0 モル
得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、周囲温度で風乾した。続いて
生成物を54.0℃にて、窒素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1223m”/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
H,O25,5
ンクロヘキサン 41.1
n−ヘキサン 35.1
ベンゼン 51
焼成生成物のX線回折パターンは、30.8±1.5人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、17.9±1.0および15.5±1.0人に弱いラインを含む
ことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含む
こと(臭化デノルトリメチルアンモニウムの約29重量%溶液を水酸基−ハロゲ
ン交換樹脂に接触させて調製した)水酸化デシルトリメチルアンモニウム50.
75gとテトラエチルオルトシリケート8.75gとを混合した。この混合物を
1時間攪拌した後、ポリプロピレン製のジャーに移し、該ジャーを蒸気箱内に2
4時間置いた。得られた混合物の組成は、5iCh1モルに対するモル数を用い
ると以下のとおりであった:
(C,。TMA)20 0.81 モルH2047,6モル
得られた固体生成物を濾過し、温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンに
よる洗浄を数回行った。最終生成物を538℃にてN2/空気混合気中、そして
その後空気中で8時間焼成した。焼成生成物は、表面積が915m2/gであり
、平衡ベンゼン吸着容量が35g/100gであることが判った。アルゴン物理
吸着データによれば、アルゴン吸収が0.34cc/gであり、孔寸法が1.5
nl(15人)であることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、27.5±1.5人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、15.8±1.0および13.7±1.0人に弱い
ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本実施例の生成物が超
大礼物質を含むことが示された。
実施例17
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaAl0z1.65gを添加した。この混合物をNa、Al
O2が溶解するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアンモニウム(T
MA)シリケート水溶液(Sin2が10重量%)40g、ハイシル10g1水
200gおよび1.3.5−トリメチルベンゼン(メシチレン)70gを添加し
た。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを600CCの
オートクレーブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃で68時間加熱し
た。混合物の組成は、AbOs1モルに対するモル数を用いると以下のとおりで
あった:Na2O1,25モル
5iOz 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA、)20 2.24 モル
N20 2256 モル
1,3.54リメチルベンゼン 80.53モル得られた生成物を濾過し、温い
(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生成物
を538℃にてNx/空気混合気中、そしてその後空気中で10時間焼成した。
焼成生成物が25g/100gを越える平衡ベンゼン吸着容量を有することが判
った。
焼成生成物のX線回折パターンを、102人のd間隔にブロードで非常に強い相
対強度ラインを有することにより特徴付けることができるが、X線回折パターン
の非常に低い角度領域におけるラインの正確な位置を通常のX線回折計により測
定するのは非常に困難である。更に、この低い2θ角におけるピークを分解する
ためには、更に細いコリメーションスリットが必要であった。この実施例におい
て使用するスリットは、X線管から始めて、それぞれ0.1.0.3.0.5、
そして0.2+uであった。TEMによれば、この実施例の生成物が、電子線回
折パターンにおいて観察されるように、dloO値の異なる数種類の物質を含む
ことが示された。これらの物質は85〜]、211(85人〜120人)のd間
隔のdl。。値を有することが判った。
実施例18
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaAlO21,65gを添加した。この混合物をNaAlO
2が溶解するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアンモニウム(TM
A)ノリケート水溶液(SiOzが10重量%)40g、ハイノル10g1水2
00gおよび1.3.5−トリメチルベンゼン(メンチレノ)120gを添加し
た。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを600m1の
オートクレーブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃で90時間加熱し
た。混合物の組成は、AhOs1モルに対するモル数を用いると以下のとおりで
あった;Nano 1.25モル
5iOz 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 2.24 モル
H202256モル
1.3.5−1−リメチルベンゼン 132.7 モル得られた生成物を濾過し
、温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終
生成物を538℃にてN2/空気混合気中、そしてその後空気中で10時間焼成
した。焼成生成物は、表面積が915m”/g、平衡ベンゼン吸着容量が25g
/100gを越えることが判った。アルゴン物理収着データによれば、アルゴン
吸収が0.95cc/gであり、孔寸法の中心が7.8mm(78人)(トリモ
アーヒール(Do11i++ore−Heal)法、実施例22(b)参照)で
あるが、7から10n11以上(70人から105Å以上)まで拡がっているこ
とが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、通常は透過した入射X線ビーム
による強度が通常観察されるX線回折の非常に低い角度の領域に強い散乱強度の
みを有することにより特徴付けられる。しかし、TEMによれば、生成物が、電
子線回折パターンにおいて観察されるように、異なるd+oe値の数種類の物質
を含むことが示された。これらの物質は85人のd間隔から110人のd間隔ま
でのdl。。値を有することが判った。
実施例19
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaA10z1.65gを添加した。この混合物をNaA10
zが溶解するまで室温で攪拌した。この溶液に、テトラメチルアンモニウム(T
MA)ノリケート水溶液(Sin2が10重量%)40g、ハイシルLogおよ
び1.3゜5−トリメチルベンゼン(メシチレン)18gを添加した。得られた
混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを300ccのオートクレー
ブに入れ、15Qrpmで攪拌しながら105℃で4時間加熱した。混合物の組
成は、A120a1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:Na
2O1,25モル
8102 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 2.24 モル
H20650モル
1、3.5−トリメチルベンゼン 19.9 モル得られた生成物を濾過し、温
い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生成
物を538℃にてN2/空気混合気中、そしてその後空気中で8時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が975m”/g、平衡ベンゼン吸着容量が40g/10
0gを越えることが判った。アルゴン物理吸着データによれば、アルゴン吸収が
領97 ml/gであり、孔寸法が6.3ni (63人)(トリモアーヒール
法)であり、P/P、=0.65にてピークが生じることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、63±5人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、364±2.0.31.3±1.5および238±1.0人
のd間隔に弱いラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本実施
例の生成物が本発明の超大細孔物質を含むことが示された。
直径が6mm(5Q人)までの孔を有するメンポーラス生成物の孔直径を測定す
るために、実施例1から17までの生成物の試料0.2gをガラス製の試験管に
入れ、米国特許第4,762,010号に記載の物理収着装置に装着した。
試料は、吸着した水分を除去するために、真空中で300℃まで3時間加熱した
。その後、試験管を液体アルゴンに浸して876Kまで冷却した。次いで、米国
特許第4.762.010号の第20欄に記載のように、供給量を計量しこ気体
アルゴンを試料に対して段階的に加えた。試料に加え込まれたアルゴンの量と試
料上の気体空間に残存するアルゴンの量とから吸着されたアルゴンの量が計算で
きる。この計算のために、理想気体法則と検量した試料体積を使用した(S、
J。
ブレツブ(Gregg)等、「アドソーブシジン、サーフェス・エリア・アンド
・ホーロシティ(Adosarptian、 5urface Area an
d Porosity) 、第2版、アカデミツク・プレス(^cademic
Press) 、1982年)」も参照)。いずれの例においても、平衡にお
ける、吸着量に対する試料上の相対圧力のグラフが吸着等温線を構成する。等温
線を測定する温度における吸着物質の蒸気圧P0と平衡圧力との比をとることに
よって得られる相対圧力を使用することが通常行われている。十分少量ずつのア
ルゴンを各ステップで入れて、0〜0.6の相対圧力範囲の範囲で168個のデ
ータ点を得た。充分詳細な等温線を作成するためには、少なくとも100個の点
が必要である。
等温線のステップ(屈曲)が孔構造(system)の充填を示す。P/P、に
関するステップの位置が吸着の起こっている孔の寸法を反映しているのに対して
、ステップの大きさは吸着量を示す。大きな孔は、より高いP/P、にて充填さ
れる。
等温線におけるステップの位置をより適切に位置決めするために、xog(P/
Po)についての関数を導出する。(log (P / P o)の項で表され
る)吸着ピークを物理的な孔直径(人)に関係付けるのは、式:1式中、dはナ
ノメートル単位の孔寸法、K=32.17、S=0.2446、L=d+0.1
9、そしてD=0.57である。コである。
この式は、ホーヴアス(Horvath)およびカワゾエ(KBazoe)の方
法(G。
ホーヴアス等、ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニアリング・オブ・ジャパ
ン(J、Chem、 Eng、 Japan) 、第16巻(6)、1983年
第470ページ)から導かれる。この式を実行するために必要な定数は、ALP
O−5の測定等温線とその既知の孔寸法から決定した。この方法は、直径が60
人までの孔を有する微孔性(園1croporous)物質に特に有用である。
実施例1〜17の試料についてのこの方法の結果を、次の表にした。実施例10
.13および15の試料には二つの別のピークがあり、生成物中に二つの別々の
超大孔相が存在するためであると考えられる。
10 22.8.30,8
11 36.8
12 36.1
13 35、01421
14 40、0
15 22.4.30.4
16 15、0
物理酸着等温線から孔寸法を測定するための上記のホーヴアスとカワゾエの方法
は、20人までの直径の孔構造に適用することが意図されているが、詳細に上述
したように注意して行えば、60人までの直径の孔にまで使用範囲を拡張するこ
とができる。
直径が60Å以上の孔構造においては、ケルビン(Kelvin)式を適用する
ことができる。これは通常、
[式中、γは収着質の表面張力であり、■は収着質のモル体積、θは接触角(d
常は実用上の理由によりOとする)、Rは気体定数、Tは絶対温度、rlは毛管
凝縮(孔)の半径、P/P、は相対圧力(物理吸着等温式から)である。コで与
えられる。
ケルビン式は、孔構造における吸着を毛管凝縮現象として取り扱い、吸着が起こ
る圧力を表面張力と吸着質(ここではアルゴン)の接触角とにより孔直径に関係
付けている。ケルビン式が基にする原理は、直径が50から1000人の範囲の
孔において有効である。この範囲以下では、より小さい孔で真の毛管凝編が起こ
らないので、式がもはや物理的実体を反映せず、また、この範囲以上では式の対
数の性質のために孔寸法を決定するために十分な精度が得られない。
孔寸法を測定するためにしばしば選ばれるケルビン式の特別の適用は、トリモア
およびヒール(D、 Dolli+Iore and G、 R,Heal)の
「ジャーナル・オブ・アプライド・ケミストリー(J、 Applied Ch
ew、 ) 、14巻、108頁、1964年」によって報告されている。この
方法はケルビン式を適切に適用できない孔壁部の吸着媒の表面層の効果を修正し
、従って、孔直径のより正確な測定を可能とする。
トリモアとヒールの方法は脱着等温線に適用するために導出されたものであるが
、単にデータを逆転することにより吸着等温線にも同様に良好に適用することが
できる。
物質の微細構造を透過電子顕微鏡(TEM)によって解明するため、試料は電子
線ビームが透過するために充分な薄さ、一般には500〜1000人程度の薄さ
でなければならない。本発明の物質の結晶組織は、通常、ウルトラミクロトーム
法(超検鏡用薄片切断法)によって研究用の調製を行う必要がある。時間がかか
るが、試料を調製するこの方法は常套である。物質を樹脂(ここでは市販の低粘
度アクリル樹脂り、R,ホワイト(fhite) ・ハードを使用)中に埋め込
み、80℃で1.5時間硬化させる。ブロックの薄い部分はダイヤモンドナイフ
を使用してウルトラミクロトーム上で切離し、そして厚さが500〜1000人
の断面をファインメツツユ(fine mesh)電子顕微鏡支持グリッド上に
集める。ここでは、45℃ダイヤモンドナイフェツジを備えたLKBモデルミク
ロトームを使用し、そして支持グリッドには400メンシユの銅グリッドを使用
した。電子顕微鏡内での帯電を防止するために、試料上の薄い炭素層を蒸発させ
た(エバポレーター内で試料に隣接した白い紙シートが淡灰色となる)後、試料
をTEMにおける試験に供することができるようになる。
高分解能透過電子顕微鏡写真は、試料を観察している方向に沿った構造の投影像
を示す。この理由のため、物質の微細構造のある細部を見るために、試料に特定
の向きをとらせる必要がある。結晶性物質において、この向きは、電子顕微鏡画
像と同時に得られる電子線回折パターン(EDP)を観察することによって最も
容易に選択することができる。このような電子線回折パターンは、例えば電子顕
微鏡分野の当業者によく知られた制限視野限界開口法(the 5electe
d areafield 1i+miting aperture techn
ique)を使用する最新の透過電子顕微鏡装置で作成することができる。所望
の回折点配列の電子線回折パターンを観察した場合に、その電子線回折パターン
に対応する結晶の画像が、電子線回折パターンによって示される投影方向に沿っ
た微細構造の詳細を表す。このようにして、透過電子顕微鏡を使用して結晶構造
について種々の投影像を観察することができる。
本発明の結晶生成物の顕著な特徴を観察するためには、対応する電子線回折パタ
ーンが単一の個々の結晶からの回折点の六方晶配列を与える向きで物質を見るこ
とが必要である。制限視野限界開口内に複数の結晶が存在するならば、解釈する
のが全く困難なことがある回折パターンのオーバーラツプを生じる。観察された
回折点の数は、とりわけ物質中の結晶配列の規則性に影響を受ける。良好な像を
得るためには、輝点の少なくとも内側のリングが観察されるべきである。この向
きが得られるまで、個々の結晶を透過電子顕微鏡の試料傾斜装置によって操作す
る。多くの場合、試料が多くのランダムな向きの結晶を含むことを利用すること
がより容易であり、また、結晶が望ましい電子線回折パターン(従って、向き)
を与える位置をとるようになるまで、試料を簡単に検索することがより容易であ
る。
実施例の物質の薄く切断した試料は、2人の有効対物開口を適切に備えており、
200000ボルトで操作するJEOL200CX透過電子顕微鏡で、上記の方
法により検査した。この装置は4.5人の二点間識別力を宵する。対物レンズを
、現在セットしである最小コントラストレンズのアンダーフォーカス((ウィー
ク・リーン) yeBl< 1eans)側に注意深く保持するならば、高分解
能(位相コントラスト)透過電子顕微鏡の他の常套の実験装置を同等の像を形成
するために使用することができる。
MCM−41(40人)の試料を以下に説明する方法により調製した。
以下の混合物をオートクレーブに加えた水酸化セチルトリメチルアンモニウム(
CTMA) 83.7pbv(重量部)(29重量%のN、N、N−トリメチル
−1−ヘキサデノルアンモニウムクロライド溶液をハライド−水酸基交換樹脂に
接触させることにより調製したもの)アルミン酸ナトリウム 1.7pbw
テトラメチルアンモニウムノリケート(10%水溶液) 4.1pbw沈降性永
和ンリカ(ハイシル(口1sil)◆) 10.5pbvこの混合物を、自体の
圧力下、撹拌しながら100℃にて20時間結晶化させた。得られた生成物を濾
過により回収し、周囲温度にて空気中で乾燥させた。生成物の試料を540℃に
て窒素中にて1時間、その後、キャラクタリゼーンヨンのために、空気中にて6
時間焼成した。
焼成した生成物は、112Qmm”7gの表面積を有し、以下の平衡吸着能(g
/100g)を有した:
H2O10,8
ノクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 67
38.4+2.0人のd間隔にて非常に強い相対強度ならびに22.6+1.0
人、20.0+1.0人および15.2+1.0人に弱いラインを有するX線回
折パターンにより、生成物は、MCM−41と確認された。
MCM−41結晶生成物を、室温の硝酸アンモニウム水溶液により置換し、引き
続いて121℃(250”F)にて−晩乾燥させた。得られた結晶の一部分をA
I、03(ヴアーサル($’ersal) 250◆)と混合してMCM−41
が65重量部およびアルミナが35重量部の混合物を得た。この混合物に水を加
え、得られた混合物を押出成型した。510℃(9506F)にて5v/v/s
inの窒素中で6時間焼成することにより触媒を活性化し、その後、5v/v/
winの空気により窒素を置換した。焼成は、温度を10006Fに上げて、そ
の温度にて5V/V/■inの空気中で18時間維持することにより完了した。
焼成した押出物をO,OO62MのPt (NHs)IC12溶液により置換し
、その後、洗浄して乾燥し、343℃(650°F)にて3時間空気中にて焼成
した。
MCM−41(40人)の試料を以下に説明する方法により調製した。
以下の混合物をオートクレーブに加えた:水酸化セチルトリメチルアンモニウム
(CTMA) 60.7pbw(fjj1部)(29重量%のN、 N、 N−
トリメチル−1−ヘキサデノルアンモニウムクロライド溶液をハライド−水酸基
交換樹脂に接触させることにより調製したもの)アルミン酸ナトリウム 1.3
pbwテトラメチルアンモニウムンリケート(10%水溶液)30.4pbv
沈降性水和/リカ(ハイノル(HiSil)◆) 7.6pbvこの混合物を、
自体の圧力下、撹拌しながら100℃にて20時間結晶化させた。得られた生成
物を濾過により回収し、周囲温度にて空気中で乾燥させた。生成物の試料を54
0℃にて窒素中にて1時間、その後、空気中にて6時間焼成した。この物質は、
その性質からMCM−41であると確認された。
焼成触媒をPd(NHx)4c12水溶液により置換し、その後、室温にて4時
間、250°Fにて一晩乾燥した後に最終的に焼成した以外は、このMCM−4
1結晶物質を、実施例22にて説明した白金含有触媒の場合と同じ方法で触媒に
配合した。
実施例23
初期湿式法(incipient wetness method)を用いて、
シリカ球状物(シェル(Shell) S−980C1,5)をPd(NHs)
nc1z溶液により含浸させることによりPd/5iOz触媒を製造した。次に
、室温にて4時間、その後、250°Fにて一晩含浸球を乾燥し、それから、触
媒を、550°Fにて5v/v/sinの空気中で3時間焼成した。
実施例24
PAO潤滑剤を水素化する場合について、上述の3種類の貴金属含有触媒(Pt
MCM−41/Al2O3、Pd MCM 41/Al2O3、Pd Sio
w)の評価を行った。
3種の触媒の特性を以下の第2表にまとめている。
第2表
Pd O,830,84
孔体積、 cc/g O,960,970,88〈50人 32 42 0
50−100人 16 12 41
100−200人 15 11 32
〉200人 37 35 37
1金属の添加前、MCM−41を65重量%およびアルミナを35重量%を含有
。
この結晶物質を含む触媒に使用したMCM−41物質は、40人の孔開口を有し
た。これらの3種の触媒は、いずれも、200Å以上の孔直径を有する30%孔
体積を有するが、MCM−41触媒は、50Å以下の孔直径を有する30〜40
96の孔体槽を有する。
全ての触媒を、固定床パイロットプラントにおいて評価した。第3表に示す組成
を有するポリα−オレフィン(PAO)潤滑剤オリゴマーをフィードとして使用
した。
第3表
PAOの特性
比重、’API 39.2
水素1重量% 14.6
臭素価 27.3
KV(於・40℃) 、 as2/s 26. 22KV(於 100℃) 、
mm”/s 5. 253粘度指数 136
PAOを、2. OLH3V、 2520kPa−abs、 (350psig
) Hzおよび1回通過水素循環流量890n、 1.1.” (5000sc
f/b)にて水素化した。反応器温度を変えて、触媒活性を温度の関数として得
た。触媒活性は、油の臭素価の低下により評価した。
結果を図面にまとめている。PAOフィードは27.3単位の臭素価を有し、図
面に示すように、Pd MCM 41/Altos触媒が最も活性を有する触媒
であった。これは、実験の中で最も低い温度である177℃(350’F)にて
臭素価を1以下まで減少させることができた。Pt MCM 41/A1zOa
も非常に活性である。50Å以下の孔開口に関連する孔体槽を有さないPd/S
iO□触媒は、最も小さい活性を示す。
区
派
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(51) Int、 C1,5識別記号 庁内整理番号// BOI J 29
106 X 9343−4GCO7B 61100 300
(72)発明者 シー、スチュアート・シャシ−サンアメリカ合衆国 0800
3−1927 ニューシャーシー、チェリー・ヒル、エイビンガ−・レイン 7
番
(72)発明者 ヤシ、ツォウンーユアンアメリカ合衆国 19130−251
7 ペンシルベニア、フィラデルフィア、フェアマウント・アベニュー 242
7番