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DE3128988A1 - Crystalline inclusion compounds of silicon dioxide, method for their preparation, and use - Google Patents

Crystalline inclusion compounds of silicon dioxide, method for their preparation, and use

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DE3128988A1
DE3128988A1 DE19813128988 DE3128988A DE3128988A1 DE 3128988 A1 DE3128988 A1 DE 3128988A1 DE 19813128988 DE19813128988 DE 19813128988 DE 3128988 A DE3128988 A DE 3128988A DE 3128988 A1 DE3128988 A1 DE 3128988A1
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DE
Germany
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sio2
molecules
atoms
silicon dioxide
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DE19813128988
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German (de)
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Horst Dr. 2361 Seedorf Gerke
Hermann Dipl.Chem. 6730 Neustadt Gies
Friedrich Prof.Dr. 2301 Achterwehr Liebau
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Individual
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Abstract

The invention relates to crystalline inclusion compounds, having a structure analogous to the gas hydrates of structural type II, of silicon dioxide with the formula 136 [(Si1-xTx)O2].(24-y)M, where T is an atom coordinated tetrahedrally by oxygen, x represents a numerical value of </= 0.1, y represents a numerical value of 0 </= y </= 24, and M represents atoms, molecules and/or ions having kinetic diameters according to Lennard-Jones of sigma </= 9 ANGSTROM , and to the method for their preparation by heating alkaline SiO2-containing solutions having SiO2 contents >/= 0.01 M and base: SiO2 ratios between 0.4 : 1 and 20 : 1 at superatmospheric pressures to temperatures above 120 DEG C, and to their use as agents for absorbing and storing atoms, molecules and/or ions having kinetic diameters according to Lennard-Jones of sigma </= 9 ANGSTROM .

Description

Kristallines Siliziumdioxid SiO2 kommt in Form von Stishovit,Crystalline silicon dioxide SiO2 comes in the form of stishovite,

Coesit, Quarz, Keatit, Cristobalit und Tridymit vor, deren Dichten zwischen 4,8 -3 (Stishovit) und 2,27 vom 3 (Tridymit) liegen.Coesite, quartz, keatite, cristobalite and tridymite have their densities between 4.8 -3 (stishovite) and 2.27 of 3 (tridymite).

Ausser diesen relativ dichten SiO2 -Modifikationen gibt es das Mineral Melanophlogit, das meist als Si02 -Modifikation angesprochen wird, jedoch richtig als eine Einschlussverbindung der Formel 46 SiO2 (8 - y) M mit M = CH4, N2, CO2 und 0#y#8 zu bezeichnen ist. [H. Gies & F. Liebau, Acta Cryst. A 37 (1981)J.In addition to these relatively dense SiO2 modifications, there is also the mineral Melanophlogite, which is mostly referred to as a Si02 modification, but correct as an inclusion compound of the formula 46 SiO2 (8-y) M with M = CH4, N2, CO2 and 0 # y # 8 is to be designated. [H. Gies & F. Liebau, Acta Cryst. A 37 (1981) J.

Melanophlogit ist oberhalb etwa 400C kubisch mit aO = 13,44 Å und dem durch die Formel angegebenen Inhalt der Elementarzelle und der Raumgrupennsymmetrie Oh³ -Pm3n. Die [SiO4] -Tetraeder bilden ein Gerüst mit 8 käfigförmigen Hohlräumen (zwei Pentagondodekaedern und sechs 14-Flächnern) pro Elementarzelle. Diese Hohlkäfige sind mehr oder weniger vollständig mit den Molekülen M besetzt. Unterhalb 400C wird die Struktur reversibel geringfügig verzerrt und dadurch tetragonal. Die Struktur des Melanophlogits ist analog derjenigen der sogenannten Gashydrate vom Typ I nach von Stackelberg & H. R. Müller [Z. Elektrochem.Melanophlogite is cubic above about 400C with aO = 13.44 Å and the content of the unit cell given by the formula and the space group symmetry Oh³ -Pm3n. The [SiO4] tetrahedra form a framework with 8 cage-shaped cavities (two pentagon dodecahedra and six 14 planes) per unit cell. These hollow cages are more or less completely occupied by the M molecules. Below 400C will the structure is reversibly slightly distorted and thus tetragonal. The structure of melanophlogite is analogous to that of the so-called type I gas hydrates von Stackelberg & H. R. Müller [Z. Electrochem.

58 (1954) 25J. Die gemessene Dichte des Melanophlogits beträgt je nach Art und Menge der eingeschlossenen Moleküle M 1,99-bis 2,11 gcm ; seine ohne Berücksichtigung der eingeschlossenen M-Moleküle berechnete Gerüst-Dichte beträgt 1,90 gcm-3.58 (1954) 25J. The measured density of melanophlogite is each according to the type and amount of the enclosed molecules M 1.99 to 2.11 gcm; its without Taking into account the enclosed M-molecules is the calculated framework density 1.90 gcm-3.

Die von Flanigen et al. [Nature 271 (1978), 512] bzw. Bibby et al. Nature 280 (1979), 664] synthetisierten Verbindungen Silicalit - 1 und Silicalit - 2 sind die aluminiumfreien Endglieder der Zeolithe ZSM - 5 bzw. ZSM - 11 (zu diesen Definitionen siehe z.B. Donald W. Breck "Zeolite Molecular Sieves : Structure, Chemistry and Usen J. Wiley & Sons, New York 1974). Sie unterscheiden sich von den anderen genannten Verbindungen dadurch, das ihr [SiO4] -Tetraedern gebildetes Gerüst durchgehende kanalförmige Hohlräume besitzt, in denen Moleküle und Ionen geeigneter Grösse reversibel adsorbiert und desorbiert werden knnen. Sie gehören daher zu den Molekularsieben.The by Flanigen et al. [Nature 271, 512 (1978)] and Bibby et al. Nature 280 (1979), 664] synthesized compounds silicalite-1 and silicalite - 2 are the aluminum-free end links of the zeolites ZSM - 5 and ZSM - 11 (to these For definitions see e.g. Donald W. Breck "Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry and Usen J. Wiley & Sons, New York 1974). They make a difference It differs from the other compounds mentioned by the fact that its [SiO4] tetrahedra The structure formed has continuous channel-shaped cavities in which molecules and ions of suitable size can be reversibly adsorbed and desorbed. she therefore belong to the molecular sieves.

Im Gegensatz dazu können die im Melanophlogit eingeschlossenen Moleküle M nicht reversibel abgegeben und wieder aufgenommen werden, da dessen Struktur keine kanalförmigen Hohlräume enthält. Er ist daher kein Molekularsieb.In contrast, the molecules trapped in melanophlogite M cannot be released and resumed reversibly, since its structure is nonexistent Contains channel-shaped cavities. It is therefore not a molecular sieve.

Es wurde nun gefunden, dass man kristalline, den Gashydraten vom Strukturtype II nach M. von Stackelberg und H.R. Müller [Zeitschrift Elektrochemie, 58 (1954), 25-39] analog gebaute Einschlussverbindungen von Siliziumdioxid der Formel 136 [(Si1-xTx)O2] . (24 - y) M erhalten kann, bei denen Atome, Moleküle und/oder Ionen je nach ihren kinetischen Durchinessern nach Lennard-Jones [D.W. Breck: Zeolite Molecular Sieves, J. Wiley & tons, New York 1974, Seite 634 ff.J fest eingeschlossen gehalten oder ausgetauscht werden können, wie noch näher erläutert wird. Bei diesen Verbindungen kann Silizium bis zu etwa 10 Mol -% (x<O,1) durch andere tetraedrisch koordinierte Atome ersetzt werden. Der Ionenradius der eingebauten Atome T liegt in den Grenzen rBor#rT#rEisen. T kann insbesondere B, Al, Ge, Ti und P sein, nicht aber C. N sind Atome, Moleküle oder Ionen mit kinetischen Durchmessern nach Lennard-Jones D.W. Breck, loc, cit.] kleiner als ca. 9 Å, die in das Gerüst aus r(Si, T)O4] -Tetraedern eingeschlossen sind. Solche Spezies sind z.B. H2, N2, O2, CO2, NO, Edelgase, SF6, aliphatische und zyklische Kohlenwasserstoffe und deren Derivate, wie CH4, CF4, Äther, Ketone, Aldehyde, primäre, sekundäre und tertiäre Amine und Ammoniumverbindungen, wie NH3, N(CH)3, Heterozyklen wie Tetrahydrofuran, Pyrrol, Pyrrolidin und Pyridin.It has now been found that one can crystalline, the gas hydrates of the structure type II after M. von Stackelberg and H.R. Müller [Zeitschrift Elektrochemie, 58 (1954), 25-39] similarly constructed inclusion compounds of silicon dioxide of the formula 136 [(Si1-xTx) O2] . (24-y) M can be obtained in which atoms, molecules and / or ions depending on their kinetic throughput according to Lennard-Jones [D.W. Breck: Zeolite Molecular Sieves, J. Wiley & tons, New York 1974, pp. 634 ff or can be exchanged, as will be explained in more detail. With these connections can silicon up to about 10 mol% (x <0.1) by other tetrahedrally coordinated Atoms are replaced. The ion radius of the built-in atoms T is within the limits rBor # rT # travel. In particular, T can be B, Al, Ge, Ti and P, but not C.N. Atoms, molecules or ions with kinetic diameters according to Lennard-Jones D.W. Breck, loc, cit.] Smaller than about 9 Å, which are in the framework of r (Si, T) O4] tetrahedra are included. Such species are e.g. H2, N2, O2, CO2, NO, noble gases, SF6, aliphatic and cyclic hydrocarbons and their derivatives, such as CH4, CF4, ethers, ketones, aldehydes, primary, secondary and tertiary amines and Ammonium compounds such as NH3, N (CH) 3, heterocycles such as tetrahydrofuran, pyrrole, Pyrrolidine and pyridine.

Das Verhältnis M: (Si, T) beträgt maximal 24:136 bzw. 3:17.The ratio M: (Si, T) is a maximum of 24: 136 or 3:17.

Die Substanz bildet optisch isotrope, d.h. kubische Kristalle, die sich beim Abkühlen reversibel in anisotrope Kristalle, mit lamellarer Zwillingsbildung umwandeln. Die Umwandlungstemperatur hängt von Art und Menge der eingeschloss en Moleküle M ab und kann je nach Art und Menge an M oberhalb oder unterhalb Raumtemperatur erfolgen.The substance forms optically isotropic, i.e. cubic crystals, which on cooling reversibly into anisotropic crystals with lamellar twinning convert. The transition temperature depends on the type and amount of the trapped Molecules M and can, depending on the type and amount of M, above or below room temperature take place.

Die Gitterkonstante der kubischen Hochtemperaturform schwankt je nach Art und Menge an T geringfügig um den Wert ao = 19,4 Å.The lattice constant of the high-temperature cubic form varies depending on Type and amount of T slightly around the value ao = 19.4 Å.

Der Zellinhalt beträgt 136[(Si1-xTx)O2] . (24 - y) M.The cell content is 136 [(Si1-xTx) O2]. (24-y) M.

Im Folgenden wird die Kristallstruktur der kubischen Verbindungen beschrieben. Für eine Probe mit x = 0 und y = 0, wobei von den Spezies M sechzehn die Bedeutung von CH4 und acht die Bedeutung von dimethylamin und Trimethylamin (ungefähres Verhältnis 5 Trimethylamin zu 3 Dimethylamin) hatten, wurden unter der An-4 nahme der Raumgruppensymmetrie T4 - Fd3 die in Taballe 1 des Anhanges angegebenen Atomkoordinaten ermittelt.The following is the crystal structure of the cubic compounds described. For a sample with x = 0 and y = 0, with sixteen of the species M the meaning of CH4 and eight the meaning of dimethylamine and trimethylamine (approximate ratio of 5 trimethylamine to 3 dimethylamine) were under the Assumption of room group symmetry T4 - Fd3 as given in table 1 of the appendix Atomic coordinates determined.

Die L(Si, T)042 -Tetraeder bilden ein Gerüst mit 24 käfigförmigen Hohlräumen (sechzehn Pentagondodekaedern und acht 16-Flächnern) pro Elementarzelle. Diese Hohlkäfige sind mehr oder weniger vollständig mit den Molekülen N besetzt. Die beim Abkühlen aus der kubischen Struktur entstehende pseudokubische Struktur ist eine geringfügig verzerrte Variante der kubischen Struktur, die in Figur 1 schematisch dargestellt ist.The L (Si, T) 042 tetrahedra form a framework with 24 cage-shaped Cavities (sixteen pentagonal dodecahedra and eight 16-sided) per unit cell. These hollow cages are more or less completely occupied by the N molecules. The pseudo-cubic structure that emerges from the cubic structure when it cools is a slightly distorted variant of the cubic structure shown schematically in FIG is shown.

TABELLE I Atom Punktlagea) x y z Si 1 8a 0,125 0,125 0,125 Si 2 32e 0,216 0,216 0,216 Si 3 96g 0,068 0,068 0,370 0 1 96g 0,093 0,406 0,000 0 2 48f 0,125 07374 0,125 Q 3 32e 0,171 0,171 0,171 0 4 96g 0,050 0,293 0,050 M 1 16c 0 0 0 M 2 8b 0,625 0,625 0,625 -Tabelle 1 Koordinaten (in Bruchteilen der Gitterkonstanten) der Silizium- und Sauerstoff-Atome und der. Mittel punkte der käfigförmigen Hohlräume, in welche die Moleküle M eingelagert sind. TABLE I atom point location a) x y z Si 1 8a 0.125 0.125 0.125 Si 2 32e 0.216 0.216 0.216 Si 3 96g 0.068 0.068 0.370 0 1 96g 0.093 0.406 0.000 0 2 48f 0.125 07374 0.125 Q 3 32e 0.171 0.171 0.171 0 4 96g 0.050 0.293 0.050 M 1 16c 0 0 0 M. 2 8b 0.625 0.625 0.625 -Table 1 coordinates (in fractions of the lattice constants) the silicon and oxygen atoms and the. Centers of the cage-shaped cavities, in which the molecules M are incorporated.

a) Punktlage entsprechend der Bezeichnung in International Tables for X-Ray Crystallography, Vol. 1, S.313, Kynoch Press, Birmingham 1965. a) Point location according to the designation in International Tables for X-Ray Crystallography, Vol. 1, p.313, Kynoch Press, Birmingham 1965.

Für das Endglied mit x = 0 errechnet sich ohne Berücksichtigung der eingeschlossenen Moleküle die Gerüstdichte zu 1,80 gcm-3. Die experimentelle Dichte kann je nach Art und Grad des Si/T-Ersatzes und der Käfigbesetzung zwischen 1,8 und 2,5 gcm 3 variieren. Typische Werte sind 1,90 gcm-3 bis 2,2 gcm 3 für x= 0, M = N2, CH4 oder Edelgas.For the end link with x = 0, the enclosed molecules the framework density to 1.80 gcm-3. The experimental density Depending on the type and degree of Si / T replacement and the cage occupancy, it can be between 1.8 and 2.5 gcm 3 vary. Typical values are 1.90 gcm-3 to 2.2 gcm 3 for x = 0, M = N2, CH4 or noble gas.

Tabelle 2 gibt das Röntgenbeugungsdiagramm nach Debye-Scherrer der pseudokubischen Variante der unter Verwendung von [N(CH3)4] OH und Tetrahydrofuran hergestellte Si02-Einschlussverbindung wieder. Die Spezies M waren im vorliegenden Fall Di- und Trimethylamin, Tetrahydrofuran sowie, da nicht unter Luftausschluss gearbeitet wurde, auch 02 und N2. Je nach Art und Menge der eingelagerten Molekelte M und je nach Art und Grad des Si/T-Ersatzes können die Röntgenbeugungsdiagramme in Intensität (I) und Netzebenenabstand (d) geringfügig von dem tabellierten abweichen.Table 2 gives the X-ray diffraction diagram according to Debye-Scherrer pseudocubic variant of using [N (CH3) 4] OH and tetrahydrofuran restored Si02 inclusion compound. The species M were in the present Case di- and trimethylamine, tetrahydrofuran and, since not with exclusion of air was worked, also 02 and N2. Depending on the type and quantity of the embedded molecules M and depending on the type and degree of Si / T replacement, the X-ray diffraction diagrams slightly differ in intensity (I) and grid level spacing (d) from the tabulated.

TABELLE II d Å Intensität 12,28 20 6,86 40 5,84 80 5,60 100 4,851 60 4,446 50 3,953 50 3,736 90 3,422 70 3,279 80 3,054 25 2,946 25 2,520 25 2,362 25 2,280 30 1,864 25 Tabelle 2 Röntgenbeugungsdiagramm Die neuen Verbindungen sind im sauren, neutralen und schwach alkalischen Bereich praktisch unlöslich. TABLE II d Å Intensity 12.28 20 6.86 40 5.84 80 5.60 100 4.851 60 4.446 50 3.953 50 3.736 90 3.422 70 3.279 80 3.054 25 2.946 25 2.520 25 2.362 25 2.280 30 1.864 25 Table 2 X-ray diffraction diagram The new Compounds are useful in the acidic, neutral and weakly alkaline range insoluble.

Das SiO2-Gerüst ist bis zu Temperaturen von mindestens 10000C stabil. Dabei bleiben die Gastspezies in den käflgartigen Hohlräumen eingeschlossen, wenn deren kinetischer Durchmesser nicht geringer ist als die maximale Öffnung der FUnferringe des Pentagondodekaeders und/oder der Sechserringe des 16-Flächners, also grösser als 3 Å.The SiO2 framework is stable up to temperatures of at least 10000C. The guest species remain enclosed in the cage-like cavities when whose kinetic diameter is not less than the maximum opening of the five rings of the pentagon dodecahedron and / or the rings of six of the 16-sided, i.e. larger than 3 Å.

Die Synthese der Verbindungen kann erfolgen, indem basische, vorzugsweise wässrige, kieselsäurehaltige Lösungen,-deren SiO2-Gehalt oberhalb 0X01M, insbesondere 0,1 und 3 M und deren Base zu SiO2 - Verhältnis zwischen etwa 0,4:1 bis 20:1 liegt, in Gegenwart der Gastmoleküse M im geschlossenen System, z.B.The synthesis of the compounds can be carried out by using basic, preferably aqueous, silicic acid-containing solutions, - their SiO2 content above 0X01M, in particular 0.1 and 3 M and their base to SiO2 ratio is between about 0.4: 1 to 20: 1, in the presence of the guest molecule M in the closed system, e.g.

in abgeschmolzenen Quarzglasgefäßen, auf Temperaturen oberhalb 1200C, insbesondere oberhalb 1700C erhitzt werden. Die Bildung der Verbindungen kann bei 170°C mehrere Tage bis Wochen und bei 2200C ca. einen Tag benötigen. Es erwies sich als zweckmäßig, die SiO2-Lösungen durch basische Hydrolyse von Orthokieselsäureestern [z.B. Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4] , SiCl4 oder anderen leicht hydrolysierbaren Verbindungen des Siliziums herzustellen. Als Basen sind primäre, sekundäre, tertiäre Amine und quartäre Ammonium-Verbindungen [insbesondere NH3, HN(CH3)2, N(CH3)3, (CH3)2N . CH2 . N(CH3)2, Pyrrolidin, Harnstoff geeignet, doch können auch analoge organische Vrrbin dungen z.B. des Phosphors oder Schwefel (z.B. Thiophen) die Rolleder Amine übernehmen.in melted quartz glass vessels, at temperatures above 1200C, in particular are heated above 1700C. The formation of the connections can occur in 170 ° C several days to weeks and at 2200C about a day. It turned out as appropriate, the SiO2 solutions by basic hydrolysis of orthosilicic acid esters [e.g. Si (OCH3) 4, Si (OC2H5) 4], SiCl4 or other easily hydrolyzable compounds of silicon. The bases are primary, secondary, tertiary amines and Quaternary ammonium compounds [especially NH3, HN (CH3) 2, N (CH3) 3, (CH3) 2N. CH2 . N (CH3) 2, pyrrolidine, urea are suitable, but analogous organic compounds can also be used Chemicals of e.g. phosphorus or sulfur (e.g. thiophene) take on the role of amines.

Als Gastkomponenten eignen sich die unter den Versuchsbedingungen stabilen Elemente oder Verbindungen, deren Atome oder Moleküle oder Ionen einen kinetischen Durchmesser von weniger als etwa 9 2 haben, wie dies schon erläutert wurde. Von den schon genannten aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen eignen sich besonders die bis zu ca.Suitable guest components are those under the test conditions stable elements or compounds whose atoms or molecules or ions unite have kinetic diameters of less than about 9 2, as already explained became. Of the aliphatic and aromatic hydrocarbons already mentioned are particularly suitable up to approx.

6 C-Atomen und deren Derivate.6 carbon atoms and their derivatives.

Je nach Wahl der Ausgangsstoffe und Versuchsbedingungen erfolgt die Bildung der kristallinen Einschlussverbindungen entweder über ein intermediär ausgeschiedenes Gel oder direkt aus der Lösung.Depending on the choice of starting materials and test conditions, the Formation of the crystalline inclusion compounds either via an intermediately precipitated Gel or straight from the solution.

FOr den Si/T-Ersatz wurden mit gutem Erfolg Aluminat, Borat und Phosphat eingesetzt.For the Si / T replacement, aluminate, borate and phosphate have been used with good success used.

Als basische Mittel werden insbesondere Amine verwendet, die sich aber auch teilweise durch anorganische Basen ersetzen lassen.Amines, in particular, are used as basic agents, which are but can also be partially replaced by inorganic bases.

Amine sind jedoch deutlich bevorzugt, da bei Mitverwendung von beispielsweise NaOH noch andere Phasen entstehen können. Als Verfahrensmedium ist ein wässriges Medium bevorzugt, jedoch könnten auch z.B. flüssiges Ammoniak, niedere Alkohole oder die organischen Basen selbst als Lösungsmittel eingesetzt werden.However, amines are clearly preferred because when using, for example NaOH, other phases can arise. The process medium is an aqueous one Medium preferred, but liquid ammonia, lower alcohols, for example, could also be used or the organic bases themselves are used as solvents.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und zeigen die Herstellung erfindungsgemäs ser Verbindungen.The following examples illustrate the invention and show the preparation compounds according to the invention.

Beispiel 1 2 ml einer 2,7 m Lösung von Silizium, hergestellt durch Hydrolyse von Tetramethylorthosilikat in 2,7 m wässriger Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid wurden in einer Ouarzglasampulle unter Methanatmosphäre eingeschmolzen.Example 1 2 ml of a 2.7 M solution of silicon prepared by Hydrolysis of tetramethyl orthosilicate in a 2.7 m aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide were melted in an oarz glass ampoule under a methane atmosphere.

Bei Raumtemperatur betrug der Methangasdruck 100 bar.The methane gas pressure was 100 bar at room temperature.

Das Reaktionsgefäss wurde im Ofen auf 200°C erhitzt, wobei sich ab 1500C ein gelförmiger Festkörper ausschied.The reaction vessel was heated to 200 ° C. in the oven, during which it fell 1500C precipitated a gel-like solid.

Nach 24 h bei 2000C setzte deutlich sichtbar die Kristallisation der herzustellenden Phase ein. Nach weiteren 24 h war die Kristallisation so weit fortgeschritten, dass die intermediär gebildete Gelphase verbraucht und die -Gesamtumsetzung abgeschlossen war. Die kristalline Phase war bei Raumtemperatur isotrop und hat die Formel 136 Si02 (24 - y) M, worin M = Trimethylamin, Dimethyl--amin, Methan, N2 und C02 war; y wurde nicht bestimmt.After 24 hours at 2000C, the crystallization of the was clearly visible phase to be produced. After a further 24 hours, the crystallization had progressed so far that that the intermediate gel phase is consumed and the total conversion is completed was. The crystalline phase was isotropic at room temperature and has the formula 136 SiO2 (24-y) M, where M = trimethylamine, dimethylamine, methane, N2 and CO2; y was not determined.

Beispiel 2 Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet, mit der Ausnahme, dass a) die Lösung an Base und Si 1-molar war und b) die Kristallisation aus der Lösung ohne Gelzwischenphase stattfand.Example 2 The procedure was as in Example 1, with the exception that a) the solution of base and Si was 1 molar and b) the crystallization from the Solution took place without gel interphase.

Beispiel 3 Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, mit der Ausnahme, dass a) eine 1-molare Lösung verwendet wurde, die sich aus Base und (Silizium + Phosphor)= 17:3 zusammensetzte. Phosphor wurde als EN(CH3)4j2 H P04 eingebracht.Example 3 The procedure was as in Example 1, with the exception that a) a 1 molar solution was used, which consists of base and (silicon + Phosphorus) = 17: 3 composed. Phosphorus was introduced as EN (CH3) 4j2 H PO4.

b) Die Ampulle wurde in Gegenwart von Tetrahydrofuran und Luft abgeschmolzen.b) The ampoule was sealed in the presence of tetrahydrofuran and air.

c) Die Kristallisation fand aus der Lösung statt.c) The crystallization took place from the solution.

d) Die Kristalle waren bei Raustemperatur anisotrop.d) The crystals were anisotropic at room temperature.

Beispiel 4 Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet mit der Ausnahme, dass a) eine 1-mõlare Lösung verwendet wurde, die sich aus Base und (Silizium + Aluminium)= 17:3 zusammensetzte.Example 4 The procedure was as in Example 1 with the exception that a) a 1 molar solution was used, consisting of base and (silicon + Aluminum) = 17: 3 composed.

b) Die Ampulle wurde in Gegenwart von Tetrahydrofuran und Luft abgeschmolzen.b) The ampoule was sealed in the presence of tetrahydrofuran and air.

c) Die Kristalle waren bei Raumtemperatur anisotrop.c) The crystals were anisotropic at room temperature.

Beispiel 5 Für den Si/B-Ersatz wurde von zwei Lösungen ausgegangen Lösung I-: Durch Umsetzung berechneter Mengen Tetramethylorthosilikat und wässriger Trimethylaminlösung wurde eine in Bezug auf beide Komponenten 1-molare Orthoki eselsäure/Trimethylaminlösung hergestellt.Example 5 Two solutions were assumed for the Si / B replacement Solution I-: By converting calculated amounts of tetramethyl orthosilicate and aqueous The trimethylamine solution was a 1-molar orthoselic acid / trimethylamine solution with regard to both components manufactured.

Lösung II: In analoger Weise wurde aus Trimethylborat und wässriger Trimethylaminlösung eine in Bezug auf beide Komponenten 1 -molare Orthoborsäure/Trimethylaminlösung erhalten.Solution II: In an analogous manner, trimethyl borate and aqueous Trimethylamine solution a 1-molar orthoboric acid / trimethylamine solution in relation to both components obtain.

Eine Mischung aus iml Lösung I und 0,02 ml Lösung II wurde in einer Quarzampulle eingeschmolzen und auf 200°C erhitzt.A mixture of IMI solution I and 0.02 ml of solution II was in a Quartz ampoule melted down and heated to 200 ° C.

Nach 3 Tagen begann die Kristallisation der herzustellenden Phase.After 3 days, the phase to be produced began to crystallize.

Beispiel 6 Auch bei der Synthese in Gegenwart von Natronlauge wurde von zwei Lösungen ausgegangen: Lösung I: Wie Lösung I in Beispiel 5 Lösung II: 1-molare wässrige NaCl-Lösung.Example 6 Was also used in the synthesis in the presence of sodium hydroxide solution starting from two solutions: Solution I: As solution I in Example 5 Solution II: 1-molar aqueous NaCl solution.

0,5 ml Lösung 1 und 0,2 ml Lösung II wurden vereinigt, in einer Quarzampulle eingeschmolzen und auf 2000C erhitzt. Nach 3 Tagen hatte die Kristallisation der herzustellenden Phase eingesetzt und war nach 6 Tagen praktisch beendet.0.5 ml of solution 1 and 0.2 ml of solution II were combined, in a quartz ampoule melted and heated to 2000C. After 3 days, the phase to be produced and was practically over after 6 days.

Die angegebene Reaktionsmischung war in der Bruttozusammen-Setzung identisch mit einer solchen aus 0,3 ml Lösung I, 0,2 ml 1-molarer Natronlauge/Orthokieselsäurelösung und 0,-2 ml 1-molarer wässriger Trimethylammoniumchloridlösung.The indicated reaction mixture was in the gross composition identical to one from 0.3 ml of solution I, 0.2 ml of 1 molar sodium hydroxide / orthosilicic acid solution and 0.2 ml of 1 molar aqueous trimethylammonium chloride solution.

Bei der Synthese der neuen Verbindungen wurden die Amine und Ammoniumverbindungen oder ihre thermischen Zersetzungs-Produkte und/oder sonstigen Zusätze, die sich in der Bildungsphase und huber der Bildungsphase im abgeschlossenen Raum befinden, in die Hohlkäfige der erfindungsgemässen Verbindungen eingeschlossen. Diese bei der Synthese eingeschlossenen Gastmoleküle bleiben bis zu sehr hohen Temperaturen eingeschlossen, wenn ihre kinetischen Durchmesser t>3 Å sind, weil die 6er-Ringe Öffnungen von ca. 2,9 Å haben.In the synthesis of the new compounds, the amines and ammonium compounds were used or their thermal decomposition products and / or other additives that are are in the educational phase and beyond the educational phase in the enclosed space, enclosed in the hollow cages of the compounds according to the invention. This at The guest molecules included in the synthesis remain up to very high temperatures included if their kinetic diameters are t> 3 Å, because the 6-rings Have openings of approximately 2.9 Å.

Die neuen Verbindungen können daher als thermisch s bile, säure- und wasserbeständige Speicher für Stoffe dienen, deren Moleküle oder Ionen kinetische Durchmesser zwischen 3 und 9 Å besitzen. Z.B. können bei der Kernenergieerzeugung gebildete radioaktive Edelgase wie Ar, Kr und Xe auf diese Weise gebunden und sicher gelagert werden. Wegen der im Vergleich zum Zeolith 5 A [K.Körting, Physikal. Blätter 36 (1980), 1713 höheren thermischen Stabilität sind die hier erstmals synthetisierten Verbindungen besonders gut für die nukleare Entsorgung geeignet.The new compounds can therefore as thermally s bile, acid and Water-resistant stores are used for substances whose molecules or ions are kinetic Have a diameter between 3 and 9 Å. E.g. in the case of nuclear power generation formed radioactive noble gases like Ar, Kr and Xe bound and safe in this way be stored. Because of the compared to zeolite 5 A [K.Körting, Physikal. leaves 36 (1980), 1713 higher thermal stability are those synthesized here for the first time Compounds particularly well suited for nuclear waste disposal.

Eine weitere Anwendung ergibt sich für die kleinen gasförmigen Spezies He, Ne, H2 und MH3, , deren kinetischer Durchmesser <3 Å ist. Diese Moleküle können bei mittleren Temperaturen unter Druck in die vorher synthetisierte und entgaste Phase eingebracht und durch weitere Temperaturerhöhung, insbesondere bei niedrigeren Gasdrucken, wieder vertrieben werden.Another application arises for the small gaseous species He, Ne, H2 and MH3, whose kinetic diameter is <3 Å. These molecules can at medium temperatures under pressure in the previously synthesized and degassed Phase introduced and by further increasing the temperature, especially at lower Gas printing, to be marketed again.

Diese reversible Gasaufnahme und -abgabe ergibt sich aus der Tatsache, dass der kinetische Durchmesser dieser Spezies so klein ist, dass sie oberhalb einer gewissen Temperatur durch die Ringe der Hohlkäfige hindurchtreten können.This reversible gas uptake and release results from the fact that the kinetic diameter of this species is so small is that they pass through the rings of the hollow cages above a certain temperature can.

Die neuen Einschlussverbindungen können daher als Molekularsiebe zur Abtrennung der Gase mit sehr kleinen Moleküldurchmessern verwendet werden, die von den Zeolithen nicht,selektiv adsorbiert werden.The new inclusion compounds can therefore be used as molecular sieves Separation of gases with very small molecular diameters can be used by the zeolites are not selectively adsorbed.

Während Figur 1 eine schematische Darstellung der Gesamtstruktur der kubischen Hochtemperaturform der Einschlussverbindungen 136 [(Si1-xTx)O2] . (24 - y) M ist, zeigt Figur 2 die Verknüpfung der [512] -Käfige mit [51264]-Käfigen. L e e r s e i t eWhile Figure 1 is a schematic representation of the overall structure of high-temperature cubic form of the inclusion compounds 136 [(Si1-xTx) O2]. (24 - y) M, FIG. 2 shows the linkage of the [512] cages with [51264] cages. L. e e r e i t e

Claims (6)

Kristalline Einschlussverbindungen von Siliziumdioxid, Verfahren zur Herstellung und Verwendung P A T E N T A N S P R Ü C H E 1.) Kristalline, den Gashydraten vom Strukturtyp II analog gebaute Einschlussverbindungen vonSiliziumdioxid der Formel 136 [(Si1-xTx)O2-] . (24 - y)M, worin T ein tetraedrisch durch Sauerstoff koordiniertes Atom, x einen Zahlenwert von # 0,1, y einen Zahlenwert von 0#y#24 und M Atome, Moleküle und/oder Ionen mit kinetischen Durchmessern nach Lennard-Jones ## 9 A bedeuten.Crystalline Inclusion Compounds of Silicon Dioxide, Process for Production and use P A T E N T A N S P R Ü C H E 1.) Crystallines, the gas hydrates Inclusion compounds of silicon dioxide of the formula similarly built of structure type II 136 [(Si1-xTx) O2-]. (24-y) M, where T is a tetrahedrally coordinated by oxygen Atom, x a numerical value of # 0.1, y a numerical value of 0 # y # 24 and M atoms, molecules and / or ions with kinetic diameters according to Lennard-Jones ## 9 A mean. 2.) Kristalline Einschlussverbindungen nach Anspruch 1, worin T die Atome B, Al, Ge, Ti oder P bedeutet.2.) Crystalline inclusion compounds according to claim 1, wherein T the Means atoms B, Al, Ge, Ti or P. 3.) Verfahren zur Herstellung der Einschlussverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man basische SiO2 -haltige Lösungen mit SiO2 -Gehalten # 0,01 m und Base: SiO2 -Verhältnissen zwischen 0,4:1 und 20:1 bei Uberatmosphärischen Drücken auf Temperaturen oberhalb 1200C erhitzt.3.) A method for producing the inclusion compounds according to claim 1, characterized in that basic SiO2 -containing solutions with SiO2 contents # 0.01 m and base: SiO2 ratios between 0.4: 1 and 20: 1 for uranium atmospheres Pressing heated to temperatures above 1200C. 4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Basizität der Lösungen durch Amine erzeugt.4.) The method according to claim 3, characterized in that the Basicity of the solutions produced by amines. 5.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man auf eine Temperatur oberhalb 170°C erhitzt.5.) The method according to claim 3, characterized in that on heated to a temperature above 170 ° C. 6.) Verwendung der Einschlussverbindungen nach Anspruch 1, als Mittel zur Absorption und Speicherung von Atomen, Molekülen und/oder Ionen mit kinetischen Durchmessern nach Lennard-Jones # # 9 Å.6.) Use of the inclusion compounds according to claim 1, as a means for the absorption and storage of atoms, molecules and / or ions with kinetic Lennard-Jones diameters # # 9 Å.
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