JPH0761859B2 - アンモニウム交換フオ−ジヤサイト型ゼオライトの焼成方法 - Google Patents

アンモニウム交換フオ−ジヤサイト型ゼオライトの焼成方法

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JPH0761859B2
JPH0761859B2 JP8219486A JP8219486A JPH0761859B2 JP H0761859 B2 JPH0761859 B2 JP H0761859B2 JP 8219486 A JP8219486 A JP 8219486A JP 8219486 A JP8219486 A JP 8219486A JP H0761859 B2 JPH0761859 B2 JP H0761859B2
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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、高活性で耐水熱性に富むフォージャサイト型
ゼオライトの製造方法に関する。
フォージャサイト型ゼオライト(以下、フオージャサイ
トと呼ぶ)として分類されている大きな空洞を有するゼ
オライトは、流動接触分解、水素化分解、アルキル化な
どのプロセスに固体酸触媒として、あるいはその一成分
として広く利用されている。フォージャサイトに限ら
ず、一般にゼオライト含有触媒として望まれる性能は、
ゼオライトの水熱安定性に依存するところが大きい。触
媒活性としては良好な性能を有するフオージャサイト
は、この水熱安定性がやや劣る。
一般的にゼオライトは、SiO2/Al2O3モル比が増大する
程、またゼオライトの陽イオン種としてのアルカリ成分
の含有量が低減する程、熱、蒸気、酸に対する安定性は
向上する。
[従来の技術] SiO2/Al2O3モル比の比較的高いモルデナイトの場合は、
直接酸溶液で処理してアルカリ成分を除去し、アルミニ
ウムを溶出させることによりモルデナイトの水熱安定性
を向上させることができる。
しかしながら、フォージャサイトはモルデナイトに比較
してそのSiO2/Al2O3モル比が低いということから直接酸
溶液で処理すると結晶構造の破壊が起こるため直接酸溶
液で処理する方法では水熱安定性を付与することが出来
ない。
フォージャサイトのアルカリ成分を低減し、且つSiO2/A
l2O3モル比を増大し構造的に安定化させて水熱安定性を
付与させる公知技術としては、アルカリ金属型フオージ
ャサイトをアンモニウムイオン交換してその一部をアン
モニウム型フォージャサイトとした後、焼成し、水素型
フォージャサイトとなし、次いでこのフォージャサイト
を改めてアンモニウムイオン交換してフォージャサイト
中のアルカリ属を更に低減したアンモニウム型フォージ
ャサイトを得、これを焼成後酸溶液で処理してアルミニ
ウムを溶出させることによりSiO2/Al2O3モル比の増大を
図る方法が採用されているほか、これに代わる方法も利
用されている。
例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属(=アル
カリ成分)型フォージャサイトをアンモニウア水の添加
によりpH4.5〜5.0に維持しつつアンモニウム塩水溶液に
より交換率50〜67%までアンモニウムイオン交換した
後、400〜600℃の温度で2〜4時間焼成して得た水素型
フォジャサイトを、(1)酸を添加してpHを2.5〜4.5を
維持しつつアンモニウム塩水溶液にて処理し、フォージ
ャサイト中のアルカリ成分の除去とアルミニウムの溶出
を同時に行った後焼成する方法(特開昭60-46916)、あ
るいは、(2)アンモニア水を添加してpHを4.5〜5.0に
維持しつつアンモニウム塩水溶液で処理し固液分離およ
び洗浄を行ってアルカリ成分を除去した後、引き続き強
酸性陽イオン交換樹脂で処理し、水素型とすると共にア
ルミニウムの溶出を行い焼成する方法(特開昭60-4691
7)などがある。
[発明が解決しようとする問題点] いずれにしてもこれら公知の方法では、工程数が多いこ
と、またpH調整のための酸あるいはアルカリの添加が必
要なこと、且つpH調整のための制御を必要とするなど工
程が繁雑なばかりか経済的にも不利な方法である。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らはこれら公知方法の欠点を解消すべく鋭意検
討した結果、塩素(Cl)イオンを含有させたアンモニウ
ム型フォージャサイトを焼成して水素型フォージャサイ
トと成したものは、アンモニウム塩水溶液あるいは強酸
性陽イオン交換樹脂による処理でも簡単にゼオライトか
らアルミニウムを溶出させることのできる事実を発見し
た。
すなわち、アンモニウム交換フォージャサイト型ゼオラ
イトを焼成するに際し、該ゼオライト中にClイオンを共
存させて水蒸気雰囲気下で焼成して得た水素型フォージ
ャサイトは、ただ単にアンモニウム塩水溶液、あるいは
強酸性陽イオン交換樹脂による処理を行うのみで、アル
カリ成分の低減とアルミニウムの溶出が一挙に実現でき
ることを見い出し本発明に到達した。
本発明はアンモニウム交換フォージャサイト型ゼオライ
トを焼成するに当たり、従来では実施された例のないCl
イオンを共存させて焼成すると言う極めて簡単な操作に
より、結晶構造を破壊することなしにSiO2/Al2O3モル比
を増大させる、すなわち水熱安定性を付与できる焼成方
法を提供できるものである。
何故、アンモニウム型フォージャサイト中にClイオンを
共存させて焼成して得た水素型フォージャサイトは、ア
ンモニウム塩水溶液あるいは強酸性陽イオン交換樹脂で
処理するのみでアルカリ成分の低減とアルミニウムの溶
出が極めて簡単に行えるかは、明らかではないが、次の
様に解釈している。
アンモニウム交換フォージャサイトの焼成処理による結
晶構造の変化は、一般には結晶を構成しているAlの一部
が加水分解を受けて脱離し、この抜けたAlのところに新
たなSi-O-Si結合が形成され、その為格子は収縮し、い
わゆる安定化反応が起こり構造的に安定化すると共に結
晶を構成するSiO2/Al2O3モル比は実質的に増大すること
により水熱安定性が向上するといわれている。
この様に結晶格子のAlが加水分解により脱離し、新たな
Si-O-Si結合を形成する安定化反応時にClイオンが存在
することで、Alの加水分解が促進され、更に格子より脱
離したAlがアンモニウム塩水溶液あるいは強酸性陽イオ
ン交換樹脂との接触で簡単に溶出する形態までに変化し
ているためと考える。事実、本発明者らの実験でClイオ
ンを実質的に含まないアンモニウム型フォージャサイト
を同様に焼成処理した水素型フォージャサイトをアンモ
ニウム塩水溶液あるいは強酸性陽イオン交換樹脂で同様
に処理すると得られるフォージャサイトのSiO2/Al2O3
ル比は余り高くならず、アルミニウムの溶出率はせいぜ
い10%程度であるのに対し、本発明による焼成法ではい
とも簡単に40%以上になることが判った。
更に詳細に説明する。
本発明において、原料となるフォージャサイト型ゼオラ
イトにはSiO2/Al2O3モル比が2〜3.5のX型ゼオライ
ト、3.5以上のY型ゼオライトがあり、いずれのゼオラ
イトでも良く、また天然ゼオライトあるいは合成ゼオラ
イトいずれも使用可能である。通常これらのゼオライト
はアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属を陽イオン
種として含有する。触媒として用いられるゼオライト
は、純度、均一性の利点から合成ゼオライトが主に用い
られるが、合成ゼオライトは陽イオン種として通常ナト
リウム型として合成される。焼成に先立ちゼオライトの
陽イオン種であるアルカリ成分をアンモニウム塩水溶液
にてアンモニウム交換する必要がある。例えばアンモニ
ウム塩としては、NH4Cl、(NH42SO4、CH3COONH4など
が良い。イオン交換率は本発明を実施するに重要な因子
であり、イオン交換率が低いと焼成時に結晶度の低下お
よび安定化反応が不十分となり易く、次いでアンモニウ
ム塩水溶液あるいは強酸性陽イオン交換樹脂で処理した
際にアルカリ成分の低減が難しくなり、またアルミニウ
ムの溶出を不十分ならしめる。したがってアンモニウム
交換率としては50%以上のものがよい。
この様にしてアルカリ成分をアンモニウム交換して得た
アンモニウム型フォージャサイトは、通常ろ過、洗浄を
実施し、付着母液を充分に除去した後乾燥するが、乾燥
に先立ち、本発明の実施に当たり最も重要な因子である
Clイオンの導入を行う必要がある。Clイオンの導入方法
としては、Clイオン源としてNH4Clを添加するのが本発
明を実施する上で最も効果的であり、且つ工程的に効率
が良い。すなわち、ゼオライトの陽イオン種であるアル
カリ成分をアンモニウム型にイオン交換する処理工程
を、アンモニウム塩源としてNH4Clを使用すれば、交換
後のろ過、洗浄工程でゼオライトの洗浄を適度に行い、
つまりNH4Clから成る母液が一部付着した状態で乾燥す
れば、得られるアンモニウム型フォージャサイト中にCl
イオンを簡単に且つ均一に導入することが出来る。Clイ
オンの導入量としてはアンモニウム型フォージャサイト
乾燥重量当たりClとして0.01wt%以上含有させるのが良
く、更に好ましくは0.02wt%以上が良い。またNH4Cl以
外のアンモニウム塩を用いてアンモニウム交換を実施し
た場合では、別途乾燥前にNH4Clを必要量添加した後に
乾燥すれば良い。乾燥を終えたClイオンを含有するアン
モニウム型フォージャサイトは水蒸気雰囲気下で焼成す
れば良い。焼成条件としては、ゼオライトの格子定数を
目標とする値に収縮させるに充分な温度および時間で焼
成すれば良く、通常これら温度および時間は400〜900℃
好ましくは500〜800℃、0.2〜5時間で充分である。但
し焼成時は結晶を破壊することなく安定化反応を促進す
る上で水蒸気雰囲気下で、好ましくは水蒸気を10vol%
以上含む雰囲気下で焼成する必要がある。水分として
は、ゼオライト自身の持つ吸着水を利用するいわゆるセ
ルフスチーミングかまたは外部から導入しても良い。
[発明の効果] 本発明によるところの焼成方法によりClイオンを含有す
るアンモニウム型フォージャサイトを焼成して得た水素
型フォージャサイトは、ただ単にアンモニウム塩水溶液
あるいは強酸性陽イオン交換樹脂とスラリー状態で接触
するのみでフォージャサイト中のアルカリ成分を実質的
に耐水熱性に影響のない程度まで低減でき、目的とする
水熱安定性に富んだSiO2/Al2O3モル比の高いフォージャ
サイトを得ることができる。
以上の様に本発明は工程が簡単で且つ生産性が良く工業
的に極めて有利な製造法である。
[実施例] 以下実施例により本発明の方法を具体的に説明する。例
中、Y型ゼオライトをYと略す。
比較例1 SiO2/Al2O3モル比5.5の合成Na−Yを10wt%のNH4Cl水溶
液を用い80℃でイオン交換を2回行い固液分離し純水を
用いてClが認められなくなるまで充分な洗浄を行った
後、100℃で乾燥した。得られたNH4-Na-Yの交換率は73
%でCl含有量は検出限界以下であった。
このNH4-Na-Yを750℃で1時間焼成した。得られたNH4-H
-Y100gに対し、純水600mlおよびH型強酸性陽イオン交
換樹脂アンバーライト200c(ロームアンドハース社製)
150mlを投入し、80℃で2時間撹拌した後、樹脂のみを
分離し、再び150mlのH型イオン交換樹脂を投入し、80
℃で2時間撹拌した。ゼオライトを分離した後乾燥を行
った。得られたゼオライトのSiO2/Al2O3モル比は5.7で
あり、Na2O含量は0.3wt%であった。このゼオライトを1
00%水蒸気雰囲気下で700℃で5時間熱処理したとこ
ろ、結晶度の低下は41%であった。
実施例1 SiO2/Al2O3モル比5.5の合成Na−Yを10wt%のNH4Cl水溶
液を用い80℃でイオン交換を2回行った後、固液分離し
た。次いで簡単な洗浄を行い100℃で乾燥した。得られ
たNH4-Na-Yの交換率は73%でCl含有量としては0.06wt%
であった。このNH4-Na-Yを750℃で1時間、水蒸気雰囲
気下で焼成した。得られたNa-H-Y100gに対し、純水600m
lおよびH型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライト200
C(ロームアンドハース社製)150mlを投入し80℃で2時
間撹拌した後、樹脂のみを分離し、再び150mlのH型イ
オン交換樹脂を投入し、80℃で2時間撹拌した。ゼオラ
イトを分離し、乾燥を行った。得られたゼオライトのSi
O2/Al2O3モル比は9.7であり、Na2O含量は0.3wt%であっ
た。このゼオライトを100%水蒸気雰囲気下で700℃で5
時間熱処理したところ、結晶度の低下は僅か5%であっ
た。
比較例2 比較例1で調製したClイオンを含まないNH4-Na-Yを580
℃で2時間焼成した。得られたNa-H-Y100gに対し、純水
600mlおよびNH4Cl50gを投入し80℃で2時間撹拌した。
スラリーを固液分離した後、再び純水600mlおよびNH4Cl
50gを投入し、80℃で2時間撹拌した。固液分離後洗浄
し、100℃で乾燥した後500℃で2時間焼成して水素型ゼ
オライトを得た。得られたゼオライトのSiO2/Al2O3モル
比は5.6でNa2O含量は0.3wt%であった。
このゼオライトを100%水蒸気雰囲気下で、700℃で5時
間熱処理したところ、結晶度の低下は37%であった。
実施例2 実施例1と同様にして調製して、Clを0.08wt%含有す
る、アンモニウム交換率73%のNH4-Na-Yを調製した。こ
のNH4-Na-Yを580℃で2時間、水蒸気雰囲気下で焼成し
た。得られたNa-H-Y100gに対し、純水600mlおよびNH4Cl
50gを投入し、80℃で2時間撹拌した。スラリーを固液
分離した後、再び純水600mlおよびNH4Cl50gを投入し、8
0℃で2時間撹拌した。固液分離後洗浄し、100℃で乾燥
した後、500℃で2時間焼成して水素型ゼオライトを得
た。得られたゼオライトのSiO2/Al2O3モル比は9.3であ
り、Na2O含量は0.2wt%であった。
このゼオライトを100%水蒸気雰囲気下で700℃で5時間
熱処理したところ、結晶度の低下は僅か3%であった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンモニウム交換フォージャサイト型ゼオ
    ライトを焼成するに際し、該ゼオライト中に塩素イオン
    を共存させて水蒸気雰囲気下で焼成することを特徴とす
    るアンモニウム交換フォージャサイト型ゼオライトの焼
    成方法。
  2. 【請求項2】アンモニウム交換率50%以上のアンモニウ
    ム交換フォージャサイト型ゼオライト中に塩素イオンを
    0.01wt%以上共存させて10vol%以上の水蒸気を含有す
    る雰囲気下で400〜900℃で0.2〜5時間焼成する、特許
    請求の範囲1)項記載の焼成方法。
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