JPH0674142B2 - シラン化ゼオライトの製造法 - Google Patents

シラン化ゼオライトの製造法

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JPH0674142B2
JPH0674142B2 JP26399287A JP26399287A JPH0674142B2 JP H0674142 B2 JPH0674142 B2 JP H0674142B2 JP 26399287 A JP26399287 A JP 26399287A JP 26399287 A JP26399287 A JP 26399287A JP H0674142 B2 JPH0674142 B2 JP H0674142B2
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はシラン化ゼオライトの製造法に関し、さらに詳
しくは、ゼオライトを吸湿させて結晶内の細孔を水で充
満させた後、ゼオライトの結晶外表部を有機シラン化合
物でシラン化することにより、細孔入口径を任意に精密
制御したシラン化ゼオライトを製造する方法に関する。
[従来技術とその問題点] ゼオライトは多孔性のシリカアルミナの結晶であり、
1)水や有機物をよく吸着する、2)カチオン交換体で
ある、3)均一な細孔を有し、分子篩性能をもつ、とい
う物理化学的に特徴を有することから、固体触媒や吸着
剤として多くの工業的な用途が知られている。
固体触媒としての最大の用途は石油のクラッキング触媒
である、これはゼオライトのカチオン交換性を利用した
ものである。ゼオライトのナトリウムカチオンをプロト
ンやカルシウム等のアルカリ土類金属、ランタン等の希
土類元素に置き換えると、非常に強い固体酸特性を示
す。
一方、吸着剤としては、n−、i−パラフィンの分離、
ナフサ分解ガスの乾燥等に用いられており、これらはい
ずれもゼオライトの分子篩作用を利用したものである。
このように、ゼオライトを吸着剤として用いる場合、細
孔径は重要な因子であり、任意に細孔径を制御する技術
が望まれている。
一例として、A型ゼオライトをアルカリ金属、アルカリ
土類金属でカチオン交換して、カチオンの大きさの違い
によって、細孔径を変化させる方法が知られているが、
この方法では1Åオーダーでしか変化させることができ
ない。
他の方法として、ゼオライトに有機シラン化合物を担持
したり、その担持物を焼成してシリカとする方法が提案
されているが、これら従来の方法において、ゼオライト
の細孔内に入ってしまうような分子径の小さなシラン化
剤を用いた場合には、細孔径を制御する以前に再孔内部
がシラン化され、その結果細孔の閉塞をもたらすという
不都合があった。そのため、分子径がある程度大きく、
ゼオライト細孔に入らないシラン化剤を用いる必要があ
り、ホージャサイトX型、Y型およびL型等、細孔径の
大きなゼオライトに対しては、かなり大きな分子径のシ
ラン化剤を使用しなければならず、装置および試薬等の
面で必ずしも経済的でないという問題点があった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記の問題点を解決し、ゼオライトの結晶外
表部のみをシラン化して細孔入口径を精密に制御したシ
ラン化ゼオライトを、均一かつ大量に製造する方法を提
供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 上記の問題点を解決するためにゼオライトの結晶外表部
のみをシラン化することによって細孔入口径を精密に制
御する技術を種々研究した結果、シラン化する前にゼオ
ライトを吸湿させ、その後に液相でシラン化する方法を
採用することによって、上記問題点を解決する本発明を
完成するに至った。
すなわち、アルカリまたはアルカリ土類金属イオンタイ
プのゼオライトを吸湿させ、疎水性溶媒で希釈した有機
シラン化合物により液相でシラン化し、その後焼成する
ことを特徴とするシラン化ゼオライトの製造法である。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明で用いられるゼオライトとしては、アルカリまた
はアルカリ土類金属イオンタイプのゼオライトであり、
X毎ゼオライト、Y型ゼオライト、ZSM−5、ZSM−11、
モルデナイト等が特に好ましい。
本発明においては、このゼオライトに水を吸着させる
が、その方法は特に限定されるものではなく、室内に放
置、水蒸気を吸湿または水中で浸漬させる等の方法で最
終的に細孔内を水で飽和吸着させる。この場合、ゼオラ
イト結晶内の細孔が完全に水で充満されていることが必
要である。また結晶外表部に存在する水によってシラン
化剤が無駄に消費されるので外表部を乾燥させて表面付
着水をある程度除去しておくことが好ましい。この乾燥
は通常50〜100℃で行なうのが好ましい。
こうして水を吸着させたゼオライトと、疎水性溶媒で希
釈したシラン化剤を混合接触させることによりシラン化
を行なう。
本発明で用いられる疎水性溶媒としては、ヘキサン、ヘ
プタン、オクタン等のパラフィン系炭化水素溶媒、シク
ロヘキサン等のシクロパラフィン系炭化水素溶媒、ベン
ゼン、トルエン等の芳香族炭化水素溶媒が好適に用いら
れる。
本発明でシラン化剤として用いられる有機シラン化合物
としては、 SiRyX4-y [但し、yは1〜4の整数、XはC1〜C10のアルキル
基、アリール基、アリールアルキル基または水素、Rは
C1〜C10のアルコキシ基をそれぞれ示す]で示される化
合物が好ましく、特にテトラメチルオルソシリケートが
好適に用いられる。この有機シラン化合物は疎水性溶媒
で希釈して用いる。その濃度は、かなり高濃度でもよい
が、10容量%以下の濃度で用いるのが好ましい。
ゼオライトとシラン化剤との接触方法は、バッチ式が好
ましく、温度、濃度および接触時間を変えることによ
り、シラン化の程度を任意に変化させることができる。
シラン化を終えた後、洗浄、濾過および焼成を行なう。
この焼成は、通常用いられる電気炉で空気雰囲気中800
℃以下で焼成するのが好ましく、さらには100〜600℃の
温度範囲で焼成するのが好ましい。また、焼成時間とし
ては、2時間以上焼成するのが好ましく、さらには2〜
20時間焼成するのが好ましい。
本発明では、このようにゼオライト結晶内の細孔を水で
完全に充満させておくことによって、シラン化剤が細孔
内に侵入するのが抑制され、一方、ゼオライト結晶外表
部に存在する水はシラン化剤の加水分解剤として働く。
また、疎水性溶媒で希釈したシラン化剤を用いることに
より、水とシラン化剤の界面(すなわちゼオライトの外
表部)でシラン化反応が起る。かかるシラン化反応およ
びその後の焼成により、ゼオライト外表部に形成される
シリカ層によって細孔入口径が制御され、形状選択性が
発現する。
[実施例] 以下、本発明を実施例および比較例に基づいてさらに具
体的に説明する。
実施例1 NaタイプY型ゼオライト(Na−Y)を室内で放置して、
大気中の水分により飽和吸湿させ、その後50℃で約一昼
夜乾燥した。そうして得られたサンプルの一部を500℃
で焼成し、焼成による重量損失を測定することによって
水の吸湿量を求めたところ、0.30(g-H2O/g-dryゼオラ
イト)であった。
次にテトラメチルオルソシリケート(以下TMOSという)
をn−ヘキサンで1〜10容量%に希釈したものをシラン
化剤として用い、前記吸湿ゼオライト1gに対して前記シ
ラン化剤を5mlの割合で加え、室温下で浸漬させること
によって液相シラン化を行なった。次に、濾過によって
ゼオライトを回収し、80℃で乾燥させた後、空気中500
℃で約5時間焼成した。
ここにおいてTMOS濃度およびシラン化反応時間を種々変
化させ、ゼオライト1gあたりに反応させたTMOSの量(添
着量)が異なる6個のシラン化ゼオライトを調製した。
このようにして得られたシラン化ゼオライトについて、
各種芳香族成分の単成分吸着量を測定し、TMOS添着量と
各吸着量との関係を第1図に示した。
芳香族成分としてベンゼン(BZ)、1,3,5-トリメチルベ
ンゼン(TMB)、1,3,5-トリイソプロピルベンゼン(TIP
B)を用いた。
TMOS添着量が増加するにつれて分子径の大きい成分から
順に吸着量が低下している。
ここで各成分の吸着量はTMOS添着量が増加するにつれて
徐々に低下するのではなく、それぞれあるTMOS添着量を
境にして、急激に低下している。この急激な低下は、細
孔入口径が比較的均一に制御されていることを示してい
ると考えられる。
以上のことより、TMOS添着量が増加するにつれて細孔入
口径が次第に狭められて行くのがわかる。
実施例2 実施例1で調製したシラン化ゼオライトについて、分子
系が異なる芳香族成分の2成分系競争吸着実験を行な
い、TMOS添着量と各芳香族の吸着割合との関係を第2図
(a)〜(c)に示した。
ここにおいて、2成分系芳香族として、1)m−キシレ
ン(mX)〜BZ系、2)mX〜TMB系、3)TMB〜TIPB系の以
上3種の溶液を用いて評価を行なった。
これらの結果から、いずれの系においてもTMOS添着量が
増加するにつれて、分子径が小さい成分の吸着割合が増
加してゆき、すなわち次第に形状選択性が発現してくる
のがわかる。
比較例1 500℃焼成によって乾燥させたNa−Yを、吸湿させない
でTMOSによって実施例1と同様にして液相シラン化を行
なった。
ここにおいてTMOS添着量が異なる3種類のシラン化ゼオ
ライトを調製した。
こうして得られたサンプルについてmX−TMB2成分系の競
争吸着実験を行ない、TMOS添加着量と各芳香族の吸着割
合との関係を第3図に示した。
第3図から明らかなように、吸湿処理をしない場合、TM
OS添着量が増大しても形状選択性が全く発現しないこと
がわかる。
比較例2 HタイプY型ゼオライト(H−Y)を実施例1の同一の
操作を経てTMOSでシラン化を行なった。
ここにおいてTMOS添着量が異なる3種類のシラン化ゼオ
ライトを調製した。こうして得られたサンプルについて
mX〜TMB2成分系の競争吸着実験を行ない、TMOS添着量と
各芳香族の吸着割合との関係を第4図に示した。
第4図から明らかなように、H−YではTMOSを添着させ
ても形状選択性が全く発現しないことがわかる。
実施例3および比較例3 吸湿させたNa−Y型(吸湿量=0.30g-H2O)、および500
℃焼成により乾燥させたNa−Y型の各資料を、実施例1
と同じシラン化剤によってシラン化し、ほぼ同量(約0.
25ml/g)のTMOSを添着させた。
これら2種類のシラン化ゼオライトについてX線光電子
分光法(XPS)による測定を行ない、結晶外表部に形成
されたシリカ層厚さを求めたところ、次の第1表に示す
ような結果が得られた。
但し、 Si/Al:シラン化ゼオライトのX線光電子分光法(XPS)
から得られたSi,Alの原子比*1) ▲▼:未処理ゼオライトのX線光電子分光法
(XPS)から得られたSi,Alの原子比*1) *1) M.Niwa.,et al.:J.Chem.Soc.,Faraday Trans.I,′8
4,80,3135等 これらの結果から、吸湿処理を行なうことによって、よ
り結晶外表部に近い部位でシラン化が起ることがわか
る。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によるシラン化デオライト
の製造法によれば、以下のような効果が得られる。
ゼオライトの結晶外表部のみをシラン化することがで
きることによって、細孔入口径が狭められ、形状選択性
が発現する。また、シラン化の度合を変化させることに
よって、細孔入口径を任意に精密制御することができ
る。
従って、本発明によって調製されたゼオライトは、形状
選択性を利用する反応および吸着に適用できる。
また、本発明によって、吸着容量を低下させることな
く均一にかつ大量に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1に係るTMOS添着量に対する各吸着量
との関係を示す図、 第2図(a)〜(c)は、実施例2に係るTMOS添着量に
対する各成分の吸着割合を示す図、 第3図は、比較例1に係るTMOS添着量に対する各成分の
吸着割合を示す図、 第4図は、比較例2に係るTMOS添着量に対する各成分の
吸着割合を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリまたはアルカリ土類金属イオンタ
    イプのゼオライトを吸湿させ、疎水性溶媒で希釈した有
    機シラン化合物により液相でシラン化し、その後焼成す
    ることを特徴とするシラン化ゼオライトの製造法。
  2. 【請求項2】前記有機シラン化合物が、 SiRyX4-y [但し、yは1〜4の整数、XはC1〜C10のアルキル
    基、アリール基、アリールアルキル基または水素、Rは
    C1〜C10のアルコキシ基をそれぞれ示す] で示される化合物である特許請求の範囲第1項に記載の
    シラン化ゼオライトの製造法。
  3. 【請求項3】前記焼成が100〜600℃で行なわれる特許請
    求の範囲第1項または第2項に記載のシラン化ゼオライ
    トの製造法。
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