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JP2022008141A - Afx-type zeolite and production method thereof - Google Patents

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JP2022008141A
JP2022008141A JP2021094865A JP2021094865A JP2022008141A JP 2022008141 A JP2022008141 A JP 2022008141A JP 2021094865 A JP2021094865 A JP 2021094865A JP 2021094865 A JP2021094865 A JP 2021094865A JP 2022008141 A JP2022008141 A JP 2022008141A
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Japan
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afx
type zeolite
zeolite
particles
macropores
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Application number
JP2021094865A
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Japanese (ja)
Inventor
敬人 満留
Takahito Mitsutome
由紀夫 高木
Yukio Takagi
清彦 齊藤
Kiyohiko Saito
弘康 鈴鹿
Hiroyasu Suzuka
庸介 今仲
Yosuke IMANAKA
靖幸 伴野
Yasuyuki Tomono
祐太 本多
Yuta Honda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NE Chemcat Corp
University of Osaka NUC
Original Assignee
NE Chemcat Corp
Osaka University NUC
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Publication date
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  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

To provide an AFX-type zeolite of a novel shape which is expected to have high catalytic activity and durability.SOLUTION: There is provided an AFX-type zeolite. The AFX-type zeolite particle which is crystallized has a macropore on its surface. There is also provided a production method thereof.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、新規な形状のAFX型ゼオライトに関するものである。 The present invention relates to a novel form of AFX-type zeolite.

ゼオライトは、水等を吸着する吸着材、水を吸着する際に発熱する性質を利用したヒートポンプ材料、アルコールからの脱水等に使用されるゼオライト膜、細孔やカチオンサイトを利用した触媒材料等の産業用途に広く使用されており、古くからその存在を知られた機能性材料である。 Zeolites include adsorbents that adsorb water, heat pump materials that use the property of generating heat when adsorbing water, zeolite membranes that are used for dehydration from alcohol, and catalyst materials that use pores and cation sites. Widely used in industrial applications, it is a functional material whose existence has been known for a long time.

このような機能性材料としてのゼオライトの作用は、ゼオライトが有する様々な物性が寄与するものであるが、その中の一つとしては細孔の状態が挙げられる。ゼオライトにおける触媒反応等の作用においては、この細孔の作用によりガス等の物質拡散性が発揮され、触媒反応等の作用が促進される。 The action of zeolite as such a functional material is contributed by various physical characteristics of zeolite, and one of them is the state of pores. In the action of the catalytic reaction or the like in zeolite, the action of the pores exerts the diffusibility of a substance such as gas, and the action of the catalytic reaction or the like is promoted.

ゼオライトは結晶構造に由来した数ナノメートルのミクロ孔を有するが、ガス等の物質拡散性向上にはさらに大きな孔を出来るだけ多く形成されていることが好ましい。このようなガス等の物質拡散性の向上を目的として、結晶粒子にメソ孔を形成したゼオライトも提案されている(特許文献1)。特に、後述するような自動車排ガス浄化用触媒の場合、排ガスの流速が速い中で高効率に有害成分や環境負荷物質を浄化する必要があり、大きな細孔が多量に存在するゼオライトは、触媒成分として価値の高い材料であるといえる。 Zeolites have micropores of several nanometers derived from the crystal structure, but it is preferable that as many larger pores as possible are formed in order to improve the diffusivity of substances such as gas. Zeolites having mesopores formed in crystal particles have also been proposed for the purpose of improving the diffusivity of substances such as gas (Patent Document 1). In particular, in the case of a catalyst for purifying automobile exhaust gas as described later, it is necessary to purify harmful components and environmentally hazardous substances with high efficiency while the flow velocity of exhaust gas is high, and zeolite having a large number of large pores is a catalyst component. It can be said that it is a highly valuable material.

また、産業用の機能性材料としての価値はその耐久性も重要な要素である。ゼオライトは多様で過酷な条件下でも使用される機能性材料であるが、ゼオライトのような結晶性物質の耐久性は結晶としての強度が高いことが高耐久性につながる。すなわち、幾何学的に整った形状の結晶を有するゼオライトであれば高い耐久性を期待できる。後述するAFX型ゼオライトに関しては特許文献2(図2)、特許文献3にも開示されている。 In addition, its durability as a functional material for industrial use is also an important factor. Zeolites are functional materials that are used under a variety of harsh conditions, but the durability of crystalline substances such as zeolites is high because of their high crystal strength. That is, high durability can be expected if the zeolite has crystals having a geometrically arranged shape. The AFX-type zeolite described later is also disclosed in Patent Document 2 (FIG. 2) and Patent Document 3.

一方で、幾何学的に整った形状であることは、結晶の幾何学的な構成面が平滑であることでもある。結晶を構成する面が平滑であることは、結晶表面にガス拡散性向上に寄与できる大きな細孔が多く形成されている状態とは言い難い。言い換えると、高度に結晶化した幾何学的に整った形状のゼオライトは、高い耐久性を期待できるものの、ガス等の物質拡散性に劣る可能性がある。 On the other hand, having a geometrically arranged shape also means that the geometrically composed surface of the crystal is smooth. The fact that the surface constituting the crystal is smooth does not mean that many large pores that can contribute to the improvement of gas diffusivity are formed on the crystal surface. In other words, a highly crystallized, geometrically well-shaped zeolite can be expected to have high durability, but may be inferior in the diffusivity of substances such as gas.

また、触媒反応においては反応物は触媒と接触することで生成物へと転化するが、接触面が平滑な面だけで構成されている場合、粒子において反応に利用され易い領域は触媒粒子表面になり、反応物の触媒粒子内部へのアクセスが悪くなり易くもなる。この点に関しては、結晶性の悪いゼオライトであれば、結晶が崩れている箇所を起点にしてゼオライト粒子内部への反応物のアクセスも容易になるが、その場合前記の理由により耐久性の低下が懸念される。 Further, in the catalytic reaction, the reactants are converted into products by contacting with the catalyst, but when the contact surface is composed only of smooth surfaces, the region of the particles that is easily used for the reaction is on the surface of the catalyst particles. As a result, access to the inside of the catalyst particles of the reactants tends to be poor. Regarding this point, if the zeolite has poor crystallinity, it is easy to access the reactant to the inside of the zeolite particles starting from the place where the crystal is broken, but in that case, the durability is lowered due to the above reason. I am concerned.

ゼオライトの産業上の有用性は前記のとおりであるが、その重要な用途の一つとして環境触媒としての機能が挙げられる。環境触媒の用途としては、有害物質の吸着材や自動車等の内燃機関から排出される排ガス中に含まれる有害物質や環境負荷物質の浄化がある。 The industrial usefulness of zeolite is as described above, and one of its important uses is its function as an environmental catalyst. Applications of environmental catalysts include purification of harmful substances and environmentally hazardous substances contained in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as automobiles and adsorbents for harmful substances.

ゼオライトを使用した触媒による自動車等の内燃機関から排出される排ガス浄化としては、SCR(選択的還元:Selective Catalytic Reduction)触媒が知られている。SCRは、アンモニアやアンモニア前駆体である尿素水溶液を還元成分として使用し、還元成分と排ガス中のNOxをSCR触媒に接触させることで選択還元するものであり、特にディーゼル自動車から排出される排ガスの浄化に対して広く実施されており、排ガスの浄化における重要な技術の一つになっている。 An SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst is known as a catalyst for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile by using a catalyst using zeolite. SCR uses ammonia or an aqueous urea solution that is an ammonia precursor as a reducing component, and selectively reduces the reducing component and NOx in the exhaust gas by contacting them with the SCR catalyst. It is widely used for purification and is one of the important technologies for exhaust gas purification.

このようなSCRにおけるゼオライトの活性も前記のカチオンサイトの作用が寄与するものである。そして、更なる活性向上を目的とし、イオン交換により銅原子や鉄原子をカチオンサイトに導入することも広く実施されている(特許文献4)。 The activity of zeolite in such SCR is also contributed by the action of the above-mentioned cationic site. Then, for the purpose of further improving the activity, it is widely practiced to introduce a copper atom or an iron atom into a cation site by ion exchange (Patent Document 4).

SCR触媒に使用されるゼオライトとしては、結晶構造中の8員環による小細孔を有するゼオライトが高い性能を発揮することが知られている(特許文献5)。このような8員環による小細孔を有するゼオライトのうち、特に高活性なゼオライトの一つとして期待されているのがAFX型ゼオライトであり、特許文献5でも検討されており、特許文献1もこのAFX型ゼオライトの改良に関する発明である。なお、AFX型ゼオライトにおいても、触媒成分として実施するにあたっては特許文献4のようにイオン交換により銅原子や鉄原子がカチオンサイトに導入される。 As a zeolite used for an SCR catalyst, it is known that a zeolite having small pores due to an 8-membered ring in a crystal structure exhibits high performance (Patent Document 5). Among such zeolites having small pores with an 8-membered ring, AFX-type zeolite is expected as one of particularly highly active zeolites, which is also studied in Patent Document 5 and also in Patent Document 1. It is an invention concerning the improvement of this AFX type zeolite. Also in AFX-type zeolite, copper atoms and iron atoms are introduced into the cation site by ion exchange as in Patent Document 4 when it is carried out as a catalyst component.

このように、産業用途として高い価値が認められ広く実施もされているゼオライトであるが、今後、益々高まる環境への関心に伴い、特に環境触媒材料としてより高活性なものが求められている。 As described above, zeolites are recognized for their high value for industrial use and are widely used. However, with the increasing interest in the environment in the future, higher activity is required as an environmental catalyst material.

特開2017-128457号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-128457 特許第6430303号公報Japanese Patent No. 6430303 特開2018-140887号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-1408887 特許第2904862号Patent No. 2904862 特表2010-524677号公報Special Table 2010-524677

本発明は、高い触媒活性と耐久性が期待される新規な形状のAFX型ゼオライトを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an AFX-type zeolite having a novel shape, which is expected to have high catalytic activity and durability.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の有機構造規定剤(OSDA)を利用することにより新規な形状のAFX型ゼオライトを得られることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have found that an AFX-type zeolite having a novel shape can be obtained by using a specific organic structure defining agent (OSDA), and complete the present invention. I let you.

すなわち、本発明は、結晶化したAFX型ゼオライト粒子の表面に、マクロ細孔を有することを特徴とするAFX型ゼオライトである。 That is, the present invention is an AFX-type zeolite characterized by having macropores on the surface of crystallized AFX-type zeolite particles.

また、本発明は、シリカ源、アルミナ源、アルカリ金属水酸化物および下記一般式(1)

Figure 2022008141000002

(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立してアルキル基、Xはアンモニウムカチオンと塩を形成するカウンターアニオンを示す)で表される有機構造規定剤を含有する水溶液を、加圧加熱条件下で攪拌することを特徴とする上記のAFX型ゼオライトの製造方法である。 Further, the present invention relates to a silica source, an alumina source, an alkali metal hydroxide, and the following general formula (1).
Figure 2022008141000002

(In the formula (1), R 1 to R 4 each independently represent an alkyl group, and X represents a counter anion forming a salt with an ammonium cation), and the aqueous solution containing the organic structure defining agent is pressurized. The above-mentioned method for producing an AFX-type zeolite, which comprises stirring under heating conditions.

更に、本発明は、上記のAFX型ゼオライトを有効成分とすることを特徴とする触媒である。 Further, the present invention is a catalyst characterized by containing the above-mentioned AFX-type zeolite as an active ingredient.

本発明のAFX型ゼオライトは、結晶化しており、その表面にマクロ細孔を有していることでガス等の物質拡散性に優れる。また高い結晶性を備えることで高い耐久性も期待できる。これらの作用により、内燃機関から排出される排ガスの浄化に使用した場合、NH-SCR触媒成分としても長期間に渡り高い浄化性能を発揮することができる。 The AFX-type zeolite of the present invention is crystallized and has macropores on its surface, so that it has excellent diffusivity to substances such as gas. In addition, high durability can be expected by providing high crystallinity. Due to these actions, when used for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine, it can exhibit high purification performance for a long period of time even as an NH3 -SCR catalyst component.

N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物のDO溶液の1HNMRスペクトルデータを示す図である。図中の※は、内部標準(4,4-ジメチル-4-シラペンタン-1-スルホン酸)のピークである。It is a figure which shows the 1 HNMR spectral data of the D2O solution of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane- 2,3 : 5,6-dipyrrolidinium diiodide. * In the figure is the peak of the internal standard (4,4-dimethyl-4-silappentan-1-sulfonic acid). N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物のDO溶液の13CNMRスペクトルデータを示す図である。図中の※は、内部標準(4,4-ジメチル-4-シラペンタン-1-スルホン酸)のピークである。It is a figure which shows the 13 CNMR spectral data of the D2O solution of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane- 2,3 : 5,6-dipyrrolidinium diiodide. * In the figure is the peak of the internal standard (4,4-dimethyl-4-silappentan-1-sulfonic acid). OSDAとしてN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物を使用して合成された実施例1のAFX型ゼオライトの走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)写真である。AFX type zeolite of Example 1 synthesized using N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide as OSDA. It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of. 図3の部分拡大写真である。It is a partially enlarged photograph of FIG. 実施例1で製造したゼオライトのX線回折(XRD:X‐ray diffraction)パターンである。It is an X-ray diffraction (XRD) pattern of the zeolite produced in Example 1. OSDAとしてN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物を使用して合成された実施例2のAFX型ゼオライトの走査型電子顕微鏡写真である。The AFX-type zeolite of Example 2 synthesized using N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide as OSDA. It is a scanning electron micrograph. 図6の部分拡大写真である。It is a partially enlarged photograph of FIG. N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物と塩化物を使用して合成された実施例3のAFX型ゼオライトの走査型電子顕微鏡写真である。AFX type of Example 3 synthesized using N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium dihydrate and chloride. It is a scanning electron micrograph of zeolite. 図8の部分拡大写真である。It is a partially enlarged photograph of FIG. 実施例3のAFX型ゼオライトの断面の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the cross section of the AFX type zeolite of Example 3. FIG. N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物とフッ化物を使用して合成された実施例 4のAFX型ゼオライトの走査型電子顕微鏡写真である。AFX type of Example 4 synthesized using N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide and fluoride. It is a scanning electron micrograph of zeolite. 図11の部分拡大写真である。It is a partially enlarged photograph of FIG. 実施例4のAFX型ゼオライトの断面の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the cross section of the AFX type zeolite of Example 4. FIG. 実施例1のAFX型ゼオライト粒子の走査型透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)画像である。It is a scanning transmission electron microscope (STEM) image of the AFX type zeolite particle of Example 1. FIG. 図14の粒子におけるコンピュータ断層撮影(CT:Computed Tomography)画像である。FIG. 14 is a computed tomography (CT) image of the particles of FIG. 横軸にモード半径より小なる孔径域の細孔容積、縦軸にモード半径より小なる孔径域に対応するフラクタル次元をプロットした図である。It is the figure which plotted the fractal dimension corresponding to the pore volume of the pore diameter region smaller than the mode radius on the horizontal axis, and the fractal dimension corresponding to the pore diameter region smaller than the mode radius on the vertical axis.

本発明のAFX型ゼオライトは、結晶化した粒子の表面に、マクロ細孔を有するものである。 The AFX-type zeolite of the present invention has macropores on the surface of the crystallized particles.

(ゼオライトの結晶化)
ゼオライトが結晶化しているかどうかはXRDによる解析で得られた主要ピークの位置とチャートの形状から判別することができ、その結晶化の程度は回析ピークの鋭さについて半値幅等を用いて推定することでもできる。しかし、回析ピークについては測定時の試料の形状等の測定条件や、居雑物等他の成分の影響も受けピークのシフトやピーク幅に変化が起きやすく、XRDによる解析のみでは結晶化の程度の良否は判断し難い。特に本発明のAFX型ゼオライトはマクロ細孔を有するものであり、このマクロ細孔の存在もXRDピークの位置や形状に影響を与える要因となる場合がある。
(Crystalization of zeolite)
Whether or not the zeolite is crystallized can be determined from the position of the main peak obtained by the analysis by XRD and the shape of the chart, and the degree of crystallization is estimated by using the half width at half maximum for the sharpness of the diffraction peak. You can also do that. However, the diffraction peak is easily affected by the measurement conditions such as the shape of the sample at the time of measurement and other components such as household objects, and the peak shift and peak width are likely to change. It is difficult to judge whether the degree is good or bad. In particular, the AFX-type zeolite of the present invention has macropores, and the presence of these macropores may also be a factor that affects the position and shape of the XRD peak.

これに対してSEM等の電子顕微鏡を用いた視覚的な確認するものであれば、結晶粒子の形状を直接確認することが可能であり、整った結晶形状であれば構成元素の規則的な配列の結果生じる幾何学的な形状により結晶化が進んでいるかどうかの判別は確実なものといえる。後述することになるが、本発明のAFX型ゼオライトのマクロ細孔の確認についても、SEM画像による確認は確実な手法の一つであることから、SEMによる観察は本発明の実施において、結晶形状とマクロ細孔の観察が同時に行える効率的で望ましい手法であるといえる。 On the other hand, if it is visually confirmed using an electron microscope such as SEM, it is possible to directly confirm the shape of the crystal particles, and if it is a well-organized crystal shape, the regular arrangement of the constituent elements is possible. It can be said that it is certain to determine whether or not crystallization is progressing due to the geometrical shape resulting from. As will be described later, as for the confirmation of the macropores of the AFX-type zeolite of the present invention, the confirmation by the SEM image is one of the reliable methods. Therefore, the observation by the SEM is the crystal shape in the practice of the present invention. It can be said that this is an efficient and desirable method for observing macropores at the same time.

(高い結晶化の程度が必要である背景)
今般のゼオライトの主要用途の一つとして自動車排ガス浄化用のNH-SCR触媒があるのは前記のとおりである。NH-SCRは還元剤としてアンモニア、もしくはアンモニア前駆体としての尿素水溶液を使用する。アンモニアはNOxの主な構成要素であるNO、NOと反応して窒素と水を発生する。また、アンモニア前駆体としての尿素水溶液は[AdBlue(登録商標)]として濃度32.5wt%の水溶液として市場に普及している。この様に、NH-SCR触媒は還元成分由来で多量の水と接触するものであるが、これに更に燃料の燃焼によって生じた水も加わる。
(Background that requires a high degree of crystallization)
As mentioned above, one of the main uses of zeolites these days is the NH 3 -SCR catalyst for purifying automobile exhaust gas. NH 3 -SCR uses ammonia as a reducing agent or an aqueous urea solution as an ammonia precursor. Ammonia reacts with NO, N2O, which are the main components of NOx, to generate nitrogen and water. Further, an aqueous urea solution as an ammonia precursor is widely used in the market as an aqueous solution having a concentration of 32.5 wt% as [AdBlue (registered trademark)]. In this way, the NH 3 -SCR catalyst is derived from the reducing component and comes into contact with a large amount of water, but water generated by combustion of fuel is also added to this.

水自体は有害成分ではなく、大気中に排出されても問題がないことは言うまでもないが、ゼオライトに水と熱が同時に供給されると脱アルミネーションが誘発されゼオライト構造に水熱劣化を生じることが知られている(特公表2004-536756号公報)。しかし、自動車排ガス中にはこのような水熱劣化を誘発する要因に富んでいる。そのため、NH-SCR触媒には水熱耐久性に優れたゼオライトが使用されることが望ましいとされている。 It goes without saying that water itself is not a harmful component and there is no problem even if it is discharged into the atmosphere, but when water and heat are supplied to zeolite at the same time, dealumination is induced and the zeolite structure deteriorates due to hydrothermal deterioration. Is known (Special Publication No. 2004-536756). However, automobile exhaust gas is rich in factors that induce such water heat deterioration. Therefore, it is desirable to use zeolite having excellent hydrothermal durability for the NH 3 -SCR catalyst.

この様に水熱耐久性が高いゼオライトとしては、脱アルミネーションが起き難いという点では低アルミなゼオライト、すなわちゼオライト中のシリカ/アルミナ比率(SAR:Silica Alumina Ratio)が高いゼオライトと選択すれば良いという考え方もある(特許文献2:特表2010-524677号公報の[0043])。しかし、ゼオライトにおけるアルミ原子はカチオンサイトを形成するものであり、カチオンサイトは遷移金属交換サイトでもあり、ゼオライトが高活性であるうえで重要な因子である。特にNH-SCR触媒用では安易にSARの大きなゼオライトを選択することができない場合がある。 As a zeolite having such high hydrothermal durability, a zeolite having a low aluminum content, that is, a zeolite having a high silica / alumina ratio (SAR) in the zeolite, may be selected because dealumination is unlikely to occur. (Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-524677 [0043]). However, the aluminum atom in zeolite forms a cation site, and the cation site is also a transition metal exchange site, which is an important factor for the high activity of zeolite. Especially for NH 3 -SCR catalysts, it may not be possible to easily select a zeolite having a large SAR.

NH-SCR触媒に使用されるゼオライトでは所定量の銅や鉄等の遷移金属によるイオン交換が必要になることは、ゼオライトを使用したNH-SCR触媒に関する出願の多くに開示されている。このような理由から、NH-SCR触媒に使用されるゼオライトでは、SARが大きすぎず、かつ高い水熱耐久性も必要になる。このようなSARは触媒が使用される環境応じて適宜設定されるものであるが、5~100が好ましく、10~50がより好ましく、10~20が最も好ましい。そして、高い水熱安定性が得られる結晶化が進み整った粒子形状を有する高強度のゼオライトであることが好ましい。 The fact that zeolites used in NH 3 -SCR catalysts require ion exchange with a predetermined amount of transition metals such as copper and iron is disclosed in many of the applications relating to NH 3 -SCR catalysts using zeolites. For this reason, the zeolite used in the NH 3 -SCR catalyst requires that the SAR is not too large and that it has high hydrothermal durability. Such a SAR is appropriately set according to the environment in which the catalyst is used, but is preferably 5 to 100, more preferably 10 to 50, and most preferably 10 to 20. Further, it is preferable that the zeolite is a high-strength zeolite having a well-organized particle shape with advanced crystallization that can obtain high hydrothermal stability.

(ゼオライトの形状)
本発明のAFX型ゼオライトの形状は、結晶化したAFX型ゼオライト粒子の表面に、マクロ細孔を有する形状であれば特に限定されないが、例えば、結晶化した粒子の形状が、2つの多面体が、一つの赤道面を共有して結合した形状や双多角錐形が好ましい。2つの多面体が、一つの赤道面を共有して結合した形状としては、例えば、六角柱における2つの平行な底面が略半球状をした俵形等が挙げられる。また、双多角錐形としては、双六角錐形等が挙げられるが、双六角錐形が好ましい。
(Shape of zeolite)
The shape of the AFX-type zeolite of the present invention is not particularly limited as long as it has macropores on the surface of the crystallized AFX-type zeolite particles. A shape in which one equatorial plane is shared and connected, or a bipolyhedral pyramid is preferable. Examples of the shape in which two polyhedra share one equatorial plane and are connected to each other include a bale shape in which two parallel bottom surfaces of a hexagonal column are substantially hemispherical. Further, as the bi-polygonal pyramid, a bi-hexagonal pyramid or the like can be mentioned, but a bi-hexagonal pyramid is preferable.

なお、本発明の実施例におけるAFX型ゼオライトの一次粒子の形状は双六角錐形であったが、(マクロ細孔は有さない)この形状自体は特許文献3の図2においてもAFX型ゼオライトのSEM写真として開示されているものである。 The shape of the primary particles of the AFX-type zeolite in the examples of the present invention was a bihexagonal pyramid, but this shape itself (without macropores) is also the AFX-type zeolite in FIG. 2 of Patent Document 3. It is disclosed as an SEM photograph of.

(マクロ細孔)
本発明のAFX型ゼオライトは、一次粒子であるともいえるが、この粒子表面にはマクロ細孔を有する。このマクロ孔のサイズは、IUPACの定義するところによる。IUPACにおける定義とはすなわち、細孔直径が2nm未満の細孔がミクロ孔、細孔直径が2nm以上50nm以下の細孔がメソ孔、および、細孔直径が50nm超の細孔がマクロ孔である。このように本発明におけるAFX型ゼオライトのマクロ細孔は前記マクロ孔の定義に従って50nm超のものをいうが、好ましくは50nm~500nmである。また、マクロ細孔の幾何平均半径が25nm~250nmであり、好ましくは50nm~200nmであり、さらに好ましくは75nm~150nmである。なお、ここでマクロ細孔の幾何平均半径は、実施例に記載の通り、SEM写真から、任意の50個のマクロ細孔の長直径と短直径を測定し、その平均から算出したものである。このようなマクロ細孔の大きさは粒形に対するマクロ細孔の大きさを比率として表す事もでき、双角錘を構成する角錘の頂点間の長さに対して5~30%であることが好ましく、10~20%であることがより好ましい。マクロ細孔が適度に大きなことで後述する様に粒子内部への反応物、吸着物のアクセスが容易になり、大きすぎないことで粒子としての強度、すなわち触媒や吸着体として使用したときの耐久性が高いものになる。
(Macro pores)
The AFX-type zeolite of the present invention can be said to be primary particles, but has macropores on the surface of the particles. The size of this macrohole is as defined by IUPAC. The definition in IUPAC is that pores with a pore diameter of less than 2 nm are micropores, pores with a pore diameter of 2 nm or more and 50 nm or less are mesopores, and pores with a pore diameter of more than 50 nm are macropores. be. As described above, the macropores of the AFX-type zeolite in the present invention refer to those having a macropore of more than 50 nm according to the definition of the macropores, and are preferably 50 nm to 500 nm. The geometric mean radius of the macropores is 25 nm to 250 nm, preferably 50 nm to 200 nm, and more preferably 75 nm to 150 nm. Here, the geometric mean radius of the macropores is calculated from the average of the long and short diameters of 50 arbitrary macropores measured from the SEM photograph as described in the examples. .. The size of such macropores can also be expressed as a ratio of the size of macropores to the grain shape, and is 5 to 30% with respect to the length between the vertices of the vertices constituting the double horn. It is preferably 10 to 20%, and more preferably 10 to 20%. The moderately large macropores make it easy to access the reactants and adsorbents inside the particles, as will be described later, and the not too large, the strength of the particles, that is, the durability when used as a catalyst or adsorbent. It will be highly sexual.

本発明のAFX型ゼオライトを触媒としての用途に使用する場合、マクロ細孔を有することで反応物の拡散性が向上することは勿論であるが、他にもゼオライトの有効利用についても期待できる。ゼオライトを触媒反応に使用する場合、ゼオライト自体は不均一触媒として使用される。一般に、不均一触媒の反応において反応に最も貢献するのは触媒粒子表面に存在する活性点である。触媒表面の活性点が反応に貢献し易いことは反応物との接触が容易であるからで、この点は特に説明を要しないであろう。しかし、このことは触媒においてその粒子表面側と粒子中心側部分では、中心側の成分が充分に触媒反応に利用され難い状態であるといえる。しかし、本発明のAFX型ゼオライトにはマクロ細孔が形成されることで、反応物はゼオライト粒子中心側部分へのアクセスが容易であり、中心側部分が触媒反応に有効に利用される。 When the AFX-type zeolite of the present invention is used as a catalyst, it goes without saying that the diffusivity of the reactant is improved by having macropores, but other effective utilization of the zeolite can be expected. When zeolite is used in a catalytic reaction, the zeolite itself is used as a heterogeneous catalyst. In general, it is the active site present on the surface of the catalyst particles that contributes most to the reaction of the heterogeneous catalyst. The fact that the active site on the surface of the catalyst easily contributes to the reaction is because the contact with the reactant is easy, and this point does not need to be explained in particular. However, it can be said that this is a state in which the components on the center side of the catalyst are not sufficiently utilized for the catalytic reaction on the particle surface side and the particle center side portion. However, since macropores are formed in the AFX-type zeolite of the present invention, the reactant can easily access the central portion of the zeolite particles, and the central portion is effectively used for the catalytic reaction.

このようなマクロ細孔の作用は特に整った結晶形状を持つゼオライト、すなわち高度に結晶化し、結晶粒子面が平滑な平面だけであるゼオライト粒子を触媒として使用した場合、前述のとおり、ゼオライト粒子の中心側部分への反応物のアクセスが困難であった問題点を解消できることになる。このような本発明のAFX型ゼオライトにおけるマクロ細孔の作用は触媒としての用途に限り発揮されるものではなく、吸着性能を期待して使用されるゼオライトにおいても同様である。 When such a zeolite having a well-organized crystal shape, that is, a zeolite particle which is highly crystallized and has only a flat surface with a smooth crystal particle surface, is used as a catalyst, the action of such macropores is described above. It will be possible to solve the problem that it was difficult to access the reactant to the central part. The action of the macropores in the AFX-type zeolite of the present invention is not limited to the use as a catalyst, and the same applies to the zeolite used with the expectation of adsorption performance.

(内部空間)
本発明のAFX型ゼオライトは、上記のようにマクロ細孔を有するだけでなく、内部に空間を有することが望ましい。この空間は、空洞、微細な数nm~100nm程度の一次粒子が詰まった疎な状態、このような空洞と疎な状態が合わさっている状態、あるいは粒子の表面のマクロ細孔と粒子の内部の空間が繋がっていてマクロ細孔同士が粒子の内部の空間を介して粒子内部で繋がっている状態になっている。この空間は、上記細孔と繋がっていてもよいし、繋がっていなくてもよいが、繋がっていることが好ましく、空間があることでAFX型ゼオライトが中空粒子となるため、それ自身が膜状のゼオライト殻を持つことになる(以下、これを「ゼオライト膜中空粒子」ということもある)。
(Internal space)
It is desirable that the AFX-type zeolite of the present invention not only has macropores as described above, but also has a space inside. This space is a cavity, a sparse state filled with fine primary particles of several nm to 100 nm, a state where such a cavity and a sparse state are combined, or a macropore on the surface of the particle and the inside of the particle. The spaces are connected, and the macropores are connected inside the particle via the space inside the particle. This space may or may not be connected to the pores, but it is preferable that the space is connected, and the presence of the space causes the AFX-type zeolite to become hollow particles, so that the space itself is in the form of a film. It will have a zeolite shell (hereinafter, this may be referred to as "zeolite membrane hollow particles").

ところで、膜状のゼオライトはゼオライト膜と言われ近年注目されている膜分離技術である。ゼオライト膜ではゼオライトの骨格構造に由来する細孔を利用して液体または気体から選択的に目的物を濾し分けることができる。本発明のAFXゼオライト粒子がゼオライト膜中空粒子であることで粒子表面から供給された反応物や吸着物を含む液体や気体から特定の成分を選択的にゼオライト粒子内部に供給し、反応物であれば粒子内部における触媒反応の選択率の向上が期待され、吸着物であれば粒子内部において成分が濃縮貯蔵されることが期待できる。成分を粒子内部に濃縮貯蔵されることで吸着系における成分濃度の均衡が崩れた際に粒子内部に貯蔵した成分を放出して吸着系における成分濃度の平衡を保つ吸蔵放出材としての機能が期待できる。ここで粒子表面にマクロ細孔があることで吸着物、反応物の粒子内部空間へのアクセスの促進が期待できる。また、粒子内部空間に貯蔵された成分が粒子外部に放出されるには中空状粒子の殻を透過する必要があるため、吸蔵した成分の放出の遅延作用も期待できる。このようなゼオライト膜中空粒子として期待される作用は粒子内部空間と粒子表面マクロ細孔が繋がっていない状態で特に促進されることが期待できる。 By the way, membrane-like zeolite is called a zeolite membrane and is a membrane separation technology that has been attracting attention in recent years. In the zeolite membrane, the target product can be selectively filtered out from a liquid or a gas by utilizing the pores derived from the skeleton structure of zeolite. Since the AFX zeolite particles of the present invention are hollow particles of a zeolite membrane, a specific component is selectively supplied to the inside of the zeolite particles from a liquid or gas containing a reactant or an adsorbent supplied from the particle surface, and the reactant may be. For example, it is expected that the selectivity of the catalytic reaction inside the particle will be improved, and if it is an adsorbent, the components will be concentrated and stored inside the particle. Expected to function as an occlusion release material that maintains the equilibrium of the component concentration in the adsorption system by releasing the component stored inside the particle when the balance of the component concentration in the adsorption system is disturbed by concentrating and storing the component inside the particle. can. Here, the presence of macropores on the surface of the particles can be expected to promote access to the internal space of the adsorbents and reactants. Further, since the component stored in the particle internal space needs to pass through the shell of the hollow particle in order to be released to the outside of the particle, it can be expected to delay the release of the occluded component. The expected action of such zeolite membrane hollow particles can be expected to be particularly promoted in a state where the particle internal space and the particle surface macropores are not connected.

一方で、本発明のAFX型ゼオライトの粒子の内部空間と粒子表面のマクロ細孔が繋がっている場合には、触媒反応や吸着において、内部空間のある内側からもゼオライト骨格構造由来の細孔を有効かつ迅速に利用することができる。 On the other hand, when the internal space of the AFX-type zeolite particles of the present invention and the macropores on the particle surface are connected, pores derived from the zeolite skeleton structure are formed from the inside of the internal space in the catalytic reaction or adsorption. It can be used effectively and quickly.

本発明のAFX型ゼオライトはNH-SCR触媒として使用することが出来るが、排ガス浄化用システムとして車両に実装されるNH-SCR触媒としては、他の成分との組成物として使用される。このような他の成分は特に限定されるものでは無いが、他の成分の粒子径と、本発明のAFX型ゼオライトの粒子内部空間と粒子表面マクロ細孔とは、それぞれ相関して以下のような作用を得ることができる。 The AFX-type zeolite of the present invention can be used as an NH 3 -SCR catalyst, but as an NH 3 -SCR catalyst mounted on a vehicle as an exhaust gas purification system, it is used as a composition with other components. Such other components are not particularly limited, but the particle size of the other components, the particle internal space of the AFX-type zeolite of the present invention, and the particle surface macropores correlate with each other as follows. Can be obtained.

自動車排ガス浄化用として実装されるNH-SCR触媒はゼオライトと他の成分を混合した触媒組成物を、ウオッシュコート法等を使用してハニカム構造体に被覆したものであり、本発明のAFX型ゼオライトにおいても同様である。この様な他の成分としては、還元成分である尿素を分解するために使用されるチタン、タングステン、セリウム、ジルコニウム等の酸化物、または少なくともそれらの一つを含む複合酸化物。NOxを一時的に吸蔵する為に使用されるバリウム、セリウム、ジルコニウム等の酸化物、または少なくともそれらの一つを含む複合酸化物。このような酸化物粒子同士、あるいはハニカム構造体と触媒組成物の定着を目的に配合されるシリカ、アルミナ、ジルコニア等のバインダー粒子等が挙げられる。 The NH 3 -SCR catalyst mounted for purifying automobile exhaust gas is a catalyst composition obtained by mixing zeolite and other components, which is coated on a honeycomb structure by using a wash coat method or the like, and is the AFX type of the present invention. The same applies to zeolite. Other such components include oxides such as titanium, tungsten, cerium, and zirconium used to decompose urea, which is a reducing component, or composite oxides containing at least one of them. Oxides such as barium, cerium, zirconium, etc. used for temporary occlusion of NOx, or composite oxides containing at least one of them. Examples thereof include binder particles such as silica, alumina, and zirconia that are blended between such oxide particles or for the purpose of fixing the honeycomb structure and the catalyst composition.

従来、このような他の粒子成分は適宜粒径を選択して使用されて来たが、本発明のAFX型ゼオライトにマクロ細孔が存在する場合、他の粒子の粒径がマクロ細孔よりも大きな場合と小さな場合それぞれで作用が期待できる。 Conventionally, such other particle components have been used by appropriately selecting the particle size, but when the AFX-type zeolite of the present invention has macropores, the particle size of the other particles is larger than that of the macropores. It can be expected to work in both large and small cases.

他の粒子の粒径がマクロ細孔よりも大きな場合、細孔の内部空間を塞ぐ事が無い為、排ガス中のNOxと、排ガス中に供給される尿素あるいは尿素が分解されたアンモニアが本発明のAFX型ゼオライト粒子の内部にまで容易にアクセス可能になる。そのため、NH-SCR触媒システムとしての浄化反応が迅速なものとなる。このような作用は、図13、図14、図15に表された様に粒子内部空間と粒子表面マクロ細孔が繋がっている場合に効果的である。 When the particle size of the other particles is larger than the macropores, the internal space of the pores is not blocked. Therefore, NOx in the exhaust gas and urea supplied in the exhaust gas or ammonia obtained by decomposing urea are the present invention. The inside of the AFX-type zeolite particles can be easily accessed. Therefore, the purification reaction as an NH 3 -SCR catalytic system becomes rapid. Such an action is effective when the particle internal space and the particle surface macropores are connected as shown in FIGS. 13, 14, and 15.

一方で、他の粒子の粒径がマクロ細孔よりも小さな場合、他の粒子が粒子表面マクロ細孔内に侵入し、マクロ細孔内には更に小さな反応成分の流路が形成される。このような流路の形成は反応場としてのマクロ細孔内におけるガス拡散性を向上させることができ、反応物の転化率、NH-SCR触媒システムであればその浄化率の向上を図る事ができる。また、還元成分としてSCR触媒に尿素が供給される場合、マクロ細孔内に形成された流路によって尿素成分の拡散性が増しアンモニアへの分解がより完全なものとなり、この場合も排ガス浄化性能の向上が見込まれる。また、このようなマクロ細孔内の流路を経て反応物がAFX型ゼオライトの骨格構造内にアクセスすることから、マクロ細孔内に侵入する粒子の粒径を調整すれば流路を長く設計することができ、反応物の量に対して反応にかける時間を長くなり反応物(NOx)の転化率(浄化率)の向上を図る事ができる。このような作用も、図13、図14、図15に表された様に粒子内部空間と粒子表面マクロ細孔が繋がっている場合に効果的である。 On the other hand, when the particle size of the other particles is smaller than the macropores, the other particles invade the macropores on the surface of the particles, and a flow path of a smaller reaction component is formed in the macropores. The formation of such a flow path can improve the gas diffusivity in the macropores as a reaction field, and improve the conversion rate of the reactants and the purification rate of the NH 3 -SCR catalyst system. Can be done. Further, when urea is supplied to the SCR catalyst as a reducing component, the diffusivity of the urea component is increased by the flow path formed in the macropores, and the decomposition into ammonia becomes more complete. Is expected to improve. Further, since the reactants access into the skeleton structure of the AFX-type zeolite through the flow path in the macropores, the flow path can be designed to be long by adjusting the particle size of the particles penetrating into the macropores. It is possible to increase the time required for the reaction with respect to the amount of the reactants and improve the conversion rate (purification rate) of the reactants (NOx). Such an action is also effective when the particle internal space and the particle surface macropores are connected as shown in FIGS. 13, 14, and 15.

このような他の粒子がマクロ細孔よりも大きな粒子と小さな粒子は併用してもよい。これにより、自動車毎に異なる多様な燃焼制御や尿素噴霧システムに対しNH-SCR触媒システムの最適化を図る事ができる。 Particles in which such other particles are larger than the macropores and particles in which the particles are smaller may be used in combination. This makes it possible to optimize the NH3 -SCR catalyst system for various combustion controls and urea spraying systems that differ from vehicle to vehicle.

自動車に実装するための触媒は、通常、スラリー化した触媒組成物をハニカム構造体にウオッシュコート法を用いて被覆して得たハニカム触媒として製造されるものであるが、本発明のAFX型ゼオライトをSCR触媒として自動車に実装するにあたっては、このような粒子内部空間と粒子表面マクロ細孔の作用を有効に利用するために、触媒組成物を調整してスラリー化するにあたってボールミル等の粉砕混合処理を行わず、粒形が保たれる様に攪拌翼等を使用した非粉砕混合処理により調整される事が望ましい。 The catalyst for mounting on an automobile is usually produced as a honeycomb catalyst obtained by coating a honeycomb structure with a slurryed catalyst composition by a wash coat method, but the AFX type zeolite of the present invention is produced. In order to effectively utilize the effects of the particle internal space and the particle surface macropores when mounting the catalyst as an SCR catalyst in an automobile, a crushing and mixing treatment using a ball mill or the like is performed when the catalyst composition is adjusted and made into a slurry. It is desirable to adjust by non-crushing and mixing treatment using a stirring blade or the like so that the grain shape is maintained.

ゼオライトが内部空間を有するかどうかは、公知の方法に従って確認することができ、例えば、ゼオライトをエポキシ等の樹脂で固めた後、研磨して出てきたゼオライトの断面をSEM等で確認すればよい。 Whether or not the zeolite has an internal space can be confirmed according to a known method. For example, after the zeolite is hardened with a resin such as epoxy, the cross section of the zeolite obtained by polishing may be confirmed by SEM or the like. ..

(粒子径)
本発明のAFX型ゼオライトを触媒や吸着材の様に粒子として使用する場合、その形状は粒子状であることが望ましいが、その粒子の大きさは特に限定されるものではなく、使用環境に応じて適宜選択されるものである。例えば、NH-SCR触媒に使用される場合、平均粒子径は0.1~500μmであることが好ましく、0.5~200μmであることがより好ましい。ある程度大きな結晶サイズであれば、触媒としての使用環境下での耐久性の向上も期待できる。このような平均粒子径はレーザー回析法による体積基準の平均粒子径をD50としたときの値であっても良いが、本発明のAFX型ゼオライトのSEM画像中の任意視野範囲における粒子の実測値の平均であっても良い。
(Particle size)
When the AFX-type zeolite of the present invention is used as particles like a catalyst or an adsorbent, the shape is preferably particulate, but the size of the particles is not particularly limited and depends on the usage environment. It is selected as appropriate. For example, when used in an NH 3 -SCR catalyst, the average particle size is preferably 0.1 to 500 μm, more preferably 0.5 to 200 μm. If the crystal size is large to some extent, it can be expected to improve the durability in the environment of use as a catalyst. Such an average particle size may be a value when the average particle size based on the volume by the laser diffraction method is D50, but the actual measurement of the particles in an arbitrary viewing range in the SEM image of the AFX type zeolite of the present invention. It may be the average of the values.

本発明のAFX型ゼオライトの結晶や粒子のサイズは、ゼオライトの合成条件を変化させることにより、調整することもできる。例えば、ゼオライトは、合成時の原料濃度を下げたり、攪拌速度を下げたり、結晶としての核発生時の温度を下げたり、合成時の圧力を下げたりするような、一般的に結晶となる核が生成し難い条件で合成することでゼオライトの結晶や粒子の大径化を図ることができるので、本発明もそれにならって合成条件を変化させればよい。 The size of the crystals and particles of the AFX-type zeolite of the present invention can also be adjusted by changing the conditions for synthesizing the zeolite. Zeolites, for example, generally crystallize nuclei, such as lowering the concentration of raw materials during synthesis, lowering the stirring speed, lowering the temperature at the time of nucleation as crystals, and lowering the pressure during synthesis. Since it is possible to increase the diameter of zeolite crystals and particles by synthesizing under conditions in which it is difficult to generate zeolite, the synthesis conditions may be changed accordingly in the present invention.

(AFX型の骨格構造)
本発明のAFX型ゼオライトはIZA(nternational Zeolite Association(国際ゼオライト学会))によりタイプ別にコード登録されているもののうちAFXで特定される骨格構造を有するものである。このAFX型ゼオライトは、前記AFX型ゼオライトの水以外の組成が、以下の式で表されるものである。
(AFX type skeletal structure)
The AFX-type zeolite of the present invention has a skeletal structure specified by AFX among those code-registered by type by IZA (international Zeolite Association (International Zeolite Society)). The composition of the AFX-type zeolite other than water of the AFX-type zeolite is represented by the following formula.

Figure 2022008141000003
Figure 2022008141000003

式中、Mは金属カチオン、aは1~10好ましくは2~8、bはMの価数、Qは前記(1)で表される化合物および/またはその塩に由来するカチオン、cは0.5~2好ましくは0.9~2、dは4~12好ましくは5~8を表す。上記組成式中のMは、通常Naカチオンである。また、上記組成は、AFX型ゼオライトのユニットセルあたりの組成を表す。 In the formula, M is a metal cation, a is preferably 1 to 10, b is a valence of M, Q is a cation derived from the compound represented by (1) and / or a salt thereof, and c is 0. .5-2 preferably 0.9-2, d represents 4-12 preferably 5-8. M in the above composition formula is usually a Na cation. Further, the above composition represents the composition per unit cell of the AFX type zeolite.

また、上記組成のAFX型ゼオライトは、粉末X線回折分析によって得られるXRDチャートにより以下の表の2θ値(°)を有するものである。また、2θ=21.77°±0.15°が最強線となる。 Further, the AFX-type zeolite having the above composition has a 2θ value (°) in the table below according to the XRD chart obtained by powder X-ray diffraction analysis. Further, 2θ = 21.77 ° ± 0.15 ° is the strongest line.

Figure 2022008141000004
Figure 2022008141000004

AFX型ゼオライトは自動車排ガス浄化用の触媒材料、特にNH-SCR触媒用の材料としてとして近年その性能の高さが注目されている構造のゼオライトであり、当業者からも活発に出願もされている(特公表2017-519627号公報、特公表2017-512630号公報、他多数)。 AFX-type zeolite is a zeolite having a structure that has been attracting attention in recent years as a catalyst material for purifying automobile exhaust gas, especially as a material for NH3 -SCR catalyst, and has been actively filed by those skilled in the art. (Special Publication No. 2017-519627, Special Publication No. 2017-512630, and many others).

(本発明のAFX型ゼオライトの確認方法)
本発明においては、ゼオライトがAFX型構造を有することはXRDによる解析で確認し、高い結晶化度を有することはSEMによる画像の観察により一次粒子の形状が整っていることから確認し、マクロ細孔があることはSEMによる画像の観察により確認する。後述する実施例においてもそのようにして本発明のAFX型ゼオライトが得られたことを確認している。
(Method for confirming AFX-type zeolite of the present invention)
In the present invention, it is confirmed by analysis by XRD that the zeolite has an AFX type structure, and it is confirmed by observing the image by SEM that the zeolite has a high crystallinity, and it is confirmed that the shape of the primary particles is in order. The presence of holes is confirmed by observing the image with SEM. It has been confirmed that the AFX-type zeolite of the present invention was obtained in this way also in the examples described later.

(本発明のAFX型ゼオライトの製法)
本発明のAFX型ゼオライトは、シリカ源、アルミナ源、アルカリ金属水酸化物および下記一般式(1)で表される有機構造規定剤(OSDA)を含有する水溶液を、加圧加熱条件下で攪拌する(水熱合成)ことにより製造することができる。
(Manufacturing method of AFX type zeolite of the present invention)
In the AFX type zeolite of the present invention, an aqueous solution containing a silica source, an alumina source, an alkali metal hydroxide and an organic structure defining agent (OSDA) represented by the following general formula (1) is stirred under pressurized heating conditions. It can be manufactured by (hydrothermal synthesis).

(シリカおよびアルミナ源)
原料として用いるシリカ源およびアルミナ源としては、シリカアルミナ比(SiO/Al、以降において「SAR」と称する場合がある。)が2以上50未満のアルミノ珪酸塩(Si-Al元素源)を少なくとも含むものである限り、公知のものを特に制限なく用いることができる。その種類は特に限定されない。ここで、アルミノ珪酸塩とは、ケイ酸塩中のケイ素原子の一部がアルミニウム原子に置き換えられた構造を有するものである。また、アルミノ珪酸塩の結晶形態については、特に制限するものではないが、非晶質でもよいし、FAUのようなゼオライト構造を有していてもよい。なお、アルミノ珪酸塩のシリカアルミナ比は、5以上40未満が好ましく、より好ましくは10以上30以下である。なお、本明細書において、アルミノ珪酸塩のシリカアルミナ比は、蛍光X線分析から求められる値を意味する。具体的には、Axios(スペクトリシス社)を用いて、試料約5gを20tで加圧成型したサンプルを測定に供し、得られたAlおよびSiOの質量%の結果からSARを算出した。
(Silica and alumina sources)
As the silica source and alumina source used as raw materials, an aluminosilicate (Si—Al element source) having a silica-alumina ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 , hereinafter sometimes referred to as “SAR”) of 2 or more and less than 50. ) Is included at least, and known substances can be used without particular limitation. The type is not particularly limited. Here, the aluminosilicate has a structure in which a part of silicon atoms in the silicate is replaced with aluminum atoms. The crystal morphology of the aluminosilicate is not particularly limited, but may be amorphous or may have a zeolite structure such as FAU. The silica-alumina ratio of the aluminosilicate is preferably 5 or more and less than 40, more preferably 10 or more and 30 or less. In the present specification, the silica-alumina ratio of the aluminosilicate means a value obtained from fluorescent X-ray analysis. Specifically, using Axios (Spectrisis), a sample obtained by pressure-molding about 5 g of a sample at 20 tons was subjected to measurement, and SAR was calculated from the results of mass% of Al 2 O 3 and SiO 2 obtained. did.

原料として用いるシリカ源およびアルミナ源としては、上述したSi-Al元素源を単独で使用可能であるが、Si源(ただし、前記Si-Al元素源に該当するものは除く。)やAl元素源(ただし、前記Si-Al元素源に該当するものは除く。)との併用であってもよく、また、Si元素源およびAl元素源の混合物をシリカ源およびアルミナ源として用いることもできる。例えば、シリカ源およびアルミナ源として、Si-Al元素源に、さらにSi元素源(但し、前記Si-Al元素源に該当するものは除く。)および/またはAl元素源(但し、前記Si-Al元素源に該当するものは除く。)を併用した態様であってもよい。これら原料の中でも、Si-Al元素源を単独で用いることが好ましい。 As the silica source and the alumina source used as raw materials, the above-mentioned Si—Al element source can be used alone, but the Si source (however, the one corresponding to the Si—Al element source is excluded) and the Al element source. (However, those corresponding to the Si—Al element source are excluded), and a mixture of the Si element source and the Al element source can also be used as the silica source and the alumina source. For example, as a silica source and an alumina source, a Si-Al element source, a Si element source (excluding those corresponding to the Si-Al element source) and / or an Al element source (however, the Si-Al element source). It may be a mode in which (excluding those corresponding to element sources) are used in combination. Among these raw materials, it is preferable to use the Si—Al element source alone.

Si元素源としては、例えば、沈降シリカ、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム(メタケイ酸ナトリウム、オルソ珪酸ナトリウム、珪酸ソーダ1号、2号、3号、4号等)、テトラエトキシシラン(TEOS)やトリメチルエトキシシラン(TMEOS)等のアルコキシシラン等が挙げられるが、これらに特に限定されない。ただし、本明細書において、SARが2以上20未満のアルミノ珪酸塩は、上述したSi-Al元素源に該当し、このSi元素源には含まれないものとする。 Examples of the Si element source include precipitated silica, colloidal silica, fumed silica, silica gel, sodium silicate (sodium metasilicate, sodium orthosilicate, sodium silicate No. 1, 2, 3, 4, etc.), tetraethoxy. Examples thereof include alkoxysilanes such as silane (TEOS) and trimethylethoxysilane (TMEOS), but the present invention is not particularly limited thereto. However, in the present specification, the aluminosilicate having a SAR of 2 or more and less than 20 corresponds to the above-mentioned Si—Al element source, and is not included in this Si element source.

なお、Si元素源は、1種を単独で、または2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。 As the Si element source, one type can be used alone, or two or more types can be used in any combination and ratio.

Al元素源としては、例えば、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、水酸化酸化アルミニウム、酸化アルミニウム等が挙げられるが、これらに特に限定されない。ただし、本明細書において、SARが2以上20未満のアルミノ珪酸塩は、上述したSi-Al元素源に該当し、このAl元素源には含まれないものとする。 Examples of the Al element source include, but are not limited to, aluminum hydroxide, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum oxide and the like. However, in the present specification, the aluminosilicate having a SAR of 2 or more and less than 20 corresponds to the above-mentioned Si—Al element source, and is not included in this Al element source.

なお、前記のSi元素源、Al元素源共には、1種を単独で、または2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。 As for both the Si element source and the Al element source, one type can be used alone, or two or more types can be used in any combination and ratio.

本発明のAFX型ゼオライトにおいても、SARは、2以上50未満であることが好ましく、10以上20未満であることがより好ましい。AFX型ゼオライトのSARは、上述したように、AFX型ゼオライトの製造においてSARが2以上50未満の範囲のアルミノ珪酸塩(Si-Al元素源)を使用することにより、上記範囲に調整することができる。 Also in the AFX-type zeolite of the present invention, the SAR is preferably 2 or more and less than 50, and more preferably 10 or more and less than 20. As described above, the SAR of the AFX-type zeolite can be adjusted to the above range by using an aluminosilicate (Si—Al element source) having a SAR of 2 or more and less than 50 in the production of the AFX-type zeolite. can.

ゼオライトはSiやAlをT元素とし、このT元素を中心にしたTO四面体構造を単位とした連続構造を有している。このTOの連続構造において三価のAl3+はカチオンサイトを形成してゼオライトの反応性や吸着性の向上に寄与する一方で、四面体の構造的な強度を低下させ、結晶形状を乱れたものにしてしまう恐れがある。本発明のAFX型ゼオライトが有するマクロ細孔を結晶形状の乱れとしてみれば、低SARであることはマクロ細孔形成要素の一つである可能性がある。しかし、ゼオライト構造の安定性(耐久性)の点ではSARは大きい方が望ましいが、SARが大きすぎると結晶形状が安定化してマクロ細孔が形成され難くなる恐れがある。本発明のAFX型ゼオライトではマクロ細孔が形成され、高活性と耐久性が共に期待できる程度なSAR値を有することが好ましい。 Zeolites have Si and Al as the T element, and have a continuous structure with the TO4 tetrahedral structure centered on the T element as a unit. In this continuous structure of TO 4 , trivalent Al 3+ forms cation sites and contributes to the improvement of the reactivity and adsorptivity of zeolite, while it reduces the structural strength of the tetrahedron and disturbs the crystal shape. There is a risk of making it a thing. Considering the macropores of the AFX-type zeolite of the present invention as disorder of crystal shape, low SAR may be one of the macropore-forming elements. However, it is desirable that the SAR is large in terms of the stability (durability) of the zeolite structure, but if the SAR is too large, the crystal shape may be stabilized and it may be difficult to form macropores. In the AFX-type zeolite of the present invention, it is preferable that macropores are formed and the SAR value is such that both high activity and durability can be expected.

(アルカリ金属水酸化物)
アルカリ金属水酸化物としては、アルカリ金属の水酸化物であれば特に限定されず、例えば、LiOH、NaOH、KOH、CsOH、RbOH等が挙げられる。これらの中でも、NaOH、KOHが好ましい。なお、アルカリ金属は、無機構造指向剤としても機能し得るため、結晶性に優れるAFX型ゼオライトが得られ易い傾向にある。
(Alkali metal hydroxide)
The alkali metal hydroxide is not particularly limited as long as it is an alkali metal hydroxide, and examples thereof include LiOH, NaOH, KOH, CsOH, and RbOH. Among these, NaOH and KOH are preferable. Since the alkali metal can also function as an inorganic structure-directing agent, it tends to be easy to obtain an AFX-type zeolite having excellent crystallinity.

アルカリ金属水酸化物は、1種を単独で、または2種以上を任意の組み合わせおよび比率で使用することができる。また、必要に応じてNaCl、KCl、LiCl、NaCO等のアルカリ金属塩の一種以上を、前記アルカリ金属水酸化物の一種以上と組合せて使用しても良い。 The alkali metal hydroxide may be used alone or in any combination and ratio of two or more. Further, if necessary, one or more alkali metal salts such as NaCl, KCl, LiCl, and Na 2 CO 3 may be used in combination with one or more of the alkali metal hydroxides.

(有機構造規定剤)
有機構造規定剤は下記一般式(1)で表されるものである。

Figure 2022008141000005
(Organic structure regulator)
The organic structure defining agent is represented by the following general formula (1).
Figure 2022008141000005

一般式(1)中、R~Rはそれぞれ独立してアルキル基、Xはアンモニウムカチオンと塩を形成するカウンターアニオンを示す。アルキル基としては炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のアルキル基を好適に挙げることができ、具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。これらのアルキル基の中でも、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1~2のアルキル基である。具体的には、アルキル基としては、好ましくはメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基であり、より好ましくはメチル基、エチル基であり、さらに好ましくはエチル基である。 In the general formula (1), R 1 to R 4 independently represent an alkyl group, and X represents a counter anion forming a salt with an ammonium cation. As the alkyl group, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms can be preferably mentioned, and specifically, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group and an n-butyl group. , Isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group and the like. Among these alkyl groups, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms is more preferable. Specifically, the alkyl group is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group or an isopropyl group, more preferably a methyl group or an ethyl group, and further preferably an ethyl group.

一般式(1)におけるアンモニウムカチオンと塩を形成するカウンターアニオンとしては、特に制限されず、無機アニオンであってもよく、有機アニオンであってもよい。上記カウンターアニオンとしては、例えば、水酸化物イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオン、ハロゲン化物イオン(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ギ酸イオン、酢酸イオン、クエン酸イオン、酒石酸イオン、シュウ酸イオン、フマル酸イオン、炭素数3~20の飽和または不飽和鎖状脂肪酸のアニオン等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは水酸化物イオン、ハロゲン化物イオンである。有機構造規定剤は一般式(1)で表されるものを1種または2種以上混合して使用してもよい。 The counter anion forming a salt with the ammonium cation in the general formula (1) is not particularly limited, and may be an inorganic anion or an organic anion. Examples of the counter anion include hydroxide ion, nitrate ion, sulfate ion, carbonate ion, hydrogen carbonate ion, halide ion (fluorine, chlorine, bromine, iodine), formate ion, acetate ion, citrate ion, and tartrate acid. Examples thereof include an ion, a oxalate ion, a fumarate ion, and an anion of a saturated or unsaturated chain fatty acid having 3 to 20 carbon atoms. Among these, hydroxide ion and halide ion are preferable. As the organic structure defining agent, one or a mixture of two or more kinds represented by the general formula (1) may be used.

一般式(1)で表される化合物の具体的なものとしては、N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物、N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物、N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二フッ化物、N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二塩化物、N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二臭化物等が挙げられる。 Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium dihydrate. Oxide, N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide, N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane -2,3: 5,6-dipyrrolidinium difluoride, N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dichloride, N'-tetraethylbicyclo [2.2] .2] Octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dibromide and the like.

上記したシリカ源、アルミナ源、アルカリ金属水酸化物および一般式(1)で表される有機構造規定剤は、水に溶解させ、水溶液とする。この水溶液はスラリーとなる。 The above-mentioned silica source, alumina source, alkali metal hydroxide and organic structure defining agent represented by the general formula (1) are dissolved in water to prepare an aqueous solution. This aqueous solution becomes a slurry.

(水)
上記で使用する水は、水道水、RO水、脱イオン水、蒸留水、工業用水、純水、超純水等からを所望性能に応じたものを使用すればよい。
(water)
The water used above may be tap water, RO water, deionized water, distilled water, industrial water, pure water, ultrapure water or the like according to the desired performance.

上記水溶液とする際の、各成分の水への配合方法は、各成分を別々に水へ溶解または分散させたものを混合してもよいし、全成分を水へ溶解または分散させてもよい。 As for the method of blending each component into water when preparing the above aqueous solution, one in which each component is separately dissolved or dispersed in water may be mixed, or all the components may be dissolved or dispersed in water. ..

上記溶解または分散の際には、公知の混合機や攪拌機、例えばボールミル、ビーズミル、媒体撹拌ミル、ホモジナイザー等を用いて湿式混合すればよい。なお、攪拌を行う場合、通常30~2000rpm程度の回転数で行うことが好ましく、より好ましくは50~1000rpmである。 At the time of the above dissolution or dispersion, a known mixer or stirrer, for example, a ball mill, a bead mill, a medium stirring mill, a homogenizer or the like may be used for wet mixing. In addition, when stirring is usually performed at a rotation speed of about 30 to 2000 rpm, more preferably 50 to 1000 rpm.

水溶液中の各成分の含有量は、反応性や取扱性等を考慮して適宜設定することができ、特に限定されないが、ゼオライト合成時における全体的な水シリカ比(HO/SiOモル比)が、通常5以上100以下であり、好ましくは6以上50以下、より好ましくは7以上40以下とする。水シリカ比が上記好ましい範囲内にあることで、水溶液の調製時あるいはこれに続く加圧加熱条件下での撹拌が容易となり、取扱性が高められるとともに、副生物や不純物結晶の生成が抑制されて高い収率が得られ易い傾向にある。 The content of each component in the aqueous solution can be appropriately set in consideration of reactivity, handleability, etc., and is not particularly limited, but the overall water-silica ratio (H 2 O / SiO 2 mol) at the time of zeolite synthesis. The ratio) is usually 5 or more and 100 or less, preferably 6 or more and 50 or less, and more preferably 7 or more and 40 or less. When the water-silica ratio is within the above-mentioned preferable range, stirring is facilitated at the time of preparing the aqueous solution or under the subsequent pressurized heating conditions, the handleability is improved, and the formation of by-products and impurity crystals is suppressed. It tends to be easy to obtain a high yield.

一方、水溶液中の水酸化物イオン/シリカ比(OH/SiOモル比)についても、適宜設定することができ、特に限定されないが、通常0.10以上0.90以下であり、好ましくは0.15以上0.50以下、さらに好ましくは0.20以上0.40以下である。水酸化物イオン/シリカ比が上記の好ましい範囲内にあることで、結晶化が進行し易く、高温環境下或いは高温曝露後において熱的な耐久性に優れるAFX型ゼオライトが得られ易い傾向にある。 On the other hand, the hydroxide ion / silica ratio (OH / SiO 2 molar ratio) in the aqueous solution can also be appropriately set and is not particularly limited, but is usually 0.10 or more and 0.90 or less, preferably 0.10 or more. It is 0.15 or more and 0.50 or less, more preferably 0.20 or more and 0.40 or less. When the hydroxide ion / silica ratio is within the above preferable range, crystallization tends to proceed easily, and AFX-type zeolite having excellent thermal durability tends to be easily obtained in a high temperature environment or after high temperature exposure. ..

また、水溶液中のアルカリ金属の含有量についても、適宜設定することができ、特に限定されないが、アルカリ金属(M)の酸化物換算のモル比、すなわちアルカリ金属酸化物/シリカ比(MO/SiOモル比)が、通常0.01以上0.50以下であり、好ましくは0.05以上0.30以下である。アルカリ金属酸化物/シリカ比が上記の好ましい範囲内にあることで、鉱化作用による結晶化が促進されるとともに、副生物や不純物結晶の生成が抑制されて高い収率が得られ易い傾向にある。 Further, the content of the alkali metal in the aqueous solution can be appropriately set and is not particularly limited, but is not particularly limited, but is the molar ratio of the alkali metal (M) in terms of oxide, that is, the alkali metal oxide / silica ratio (M 2 O). / SiO 2 molar ratio) is usually 0.01 or more and 0.50 or less, preferably 0.05 or more and 0.30 or less. When the alkali metal oxide / silica ratio is within the above-mentioned preferable range, crystallization by mineralization is promoted, and the formation of by-products and impurity crystals is suppressed, so that a high yield tends to be easily obtained. be.

他方、水溶液中の有機構造規定剤/シリカ比(有機構造規定剤/SiOモル比)についても、適宜設定することができ、特に限定されないが、通常0.05以上0.40以下であり、好ましくは0.07以上0.30以下、さらに好ましくは0.09以上0.25以下である。有機構造規定剤/シリカ比が上記の好ましい範囲内にあることで、結晶化が進行し易く、高温環境下或いは高温曝露後において熱的な耐久性に優れるAFX型ゼオライトが低コストで得られ易い傾向にある。 On the other hand, the organic structure-determining agent / silica ratio (organic structure-determining agent / SiO 2 molar ratio) in the aqueous solution can also be appropriately set and is not particularly limited, but is usually 0.05 or more and 0.40 or less. It is preferably 0.07 or more and 0.30 or less, and more preferably 0.09 or more and 0.25 or less. When the organic structure-defining agent / silica ratio is within the above-mentioned preferable range, crystallization is likely to proceed, and AFX-type zeolite having excellent thermal durability in a high-temperature environment or after high-temperature exposure can be easily obtained at low cost. There is a tendency.

(種晶)
また、上記水溶液には、結晶化の促進等の観点から、所望の骨格構造を有するアルミノ珪酸塩のシード結晶(種晶)をさらに含有させてもよい。シード結晶を配合することにより、所望の骨格構造の結晶化が促進され、高品質なアルミノ珪酸塩が得られ易い傾向にある。ここで用いるシード結晶としては、所望の骨格構造を有するものである限り、特に限定されない。シード結晶としては、例えば、CHA、AEI、ERI、AFXの少なくとも一つの骨格構造を有するアルミノ珪酸塩のシード結晶を用いることができる。なお、ここでいうシード結晶は、アルカリの作用によりバラバラにされ、OSDAにより再構築されることから、本発明が目的としているAFX型と異なるものでもよいことは言うまでもない。
(Seed crystal)
Further, the aqueous solution may further contain seed crystals (seed crystals) of aluminosilicate having a desired skeletal structure from the viewpoint of promoting crystallization and the like. By blending seed crystals, crystallization of a desired skeletal structure is promoted, and high-quality aluminosilicates tend to be easily obtained. The seed crystal used here is not particularly limited as long as it has a desired skeletal structure. As the seed crystal, for example, a seed crystal of aluminosilicate having at least one skeletal structure of CHA, AEI, ERI, and AFX can be used. Needless to say, the seed crystal referred to here may be different from the AFX type, which is the object of the present invention, because it is disintegrated by the action of alkali and reconstructed by OSDA.

なお、ここで用いるシード結晶は、別途合成したアルミノ珪酸塩のみならず、市販のアルミノ珪酸塩を用いることができる。もちろん、天産品のアルミノ珪酸塩を用いることもでき、本発明により合成されたAFX型ゼオライトをシード結晶として用いることもできる。なお、シード結晶のカチオンタイプは特に限定されず、例えばナトリウム型、カリウム型、アンモニウム型、プロトン型等を用いることができる。 As the seed crystal used here, not only a separately synthesized aluminosilicate but also a commercially available aluminosilicate can be used. Of course, a natural aluminosilicate can also be used, and the AFX-type zeolite synthesized according to the present invention can also be used as a seed crystal. The cation type of the seed crystal is not particularly limited, and for example, sodium type, potassium type, ammonium type, proton type and the like can be used.

ここで用いるシード結晶の粒子径(D50)は、特に限定されないが、所望の結晶構造の結晶化を促進する観点からは、比較的に小さい方が望ましく、通常0.5nm以上5μm以下、好ましくは1nm以上3μm以下、より好ましくは2nm以上1μm以下である。なお、シード結晶の配合量は、所望する結晶性に応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、水溶液中のSiOの質量を基準として、0.05~30質量%が好ましく、より好ましくは0.1~20質量%、さらに好ましくは0.5~10質量%である。 The particle size (D 50 ) of the seed crystal used here is not particularly limited, but is preferably relatively small from the viewpoint of promoting crystallization of a desired crystal structure, and is usually 0.5 nm or more and 5 μm or less, preferably. Is 1 nm or more and 3 μm or less, more preferably 2 nm or more and 1 μm or less. The blending amount of the seed crystal can be appropriately set according to the desired crystallinity, and is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 30% by mass based on the mass of SiO 2 in the aqueous solution. It is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass.

また、シード結晶のシリカアルミナ比は任意であるが、混合物のシリカアルミナ比と同一または同程度であることが好ましく、かかる観点からは、シード結晶のシリカアルミナ比は、5以上50以下が好ましく、より好ましくは8以上40未満、さらに好ましくは10以上30未満である。 The silica-alumina ratio of the seed crystal is arbitrary, but it is preferably the same as or about the same as the silica-alumina ratio of the mixture. From this viewpoint, the silica-alumina ratio of the seed crystal is preferably 5 or more and 50 or less. It is more preferably 8 or more and less than 40, and further preferably 10 or more and less than 30.

(水熱合成)
上記のようにして得られた水溶液は、次に加圧加熱条件下で攪拌する(水熱合成)。
(Hydrothermal synthesis)
The aqueous solution obtained as described above is then stirred under pressurized heating conditions (hydrothermal synthesis).

この水熱合成で用いる反応容器は、水熱合成に用い得る密閉式の耐圧容器であれば公知のものを適宜用いることができ、その種類は特に限定されない。例えば、攪拌装置、熱源、圧力計、および安全弁を備えるオートクレーブ等の密閉式の耐熱耐圧容器が好ましく用いられる。なお、AFX型ゼオライトの結晶化は、上述した混合物(原料組成物)を静置した状態で行ってもよいが、得られるAFX型ゼオライトの均一性を高める観点から、上述した混合物(原料組成物)を攪拌混合した状態で行ってもよい。このとき、通常30~2000rpm程度の回転数で行うことが好ましく、より好ましくは50~1000rpmである。また、結晶粒径を制御する等の目的で、撹拌を断続的に行ってもよい。 As the reaction vessel used for this hydrothermal synthesis, a known one can be appropriately used as long as it is a closed pressure-resistant vessel that can be used for hydrothermal synthesis, and the type thereof is not particularly limited. For example, a closed heat resistant pressure resistant container such as an autoclave equipped with a stirrer, a heat source, a pressure gauge, and a safety valve is preferably used. The crystallization of the AFX-type zeolite may be carried out in a state where the above-mentioned mixture (raw material composition) is allowed to stand, but from the viewpoint of improving the uniformity of the obtained AFX-type zeolite, the above-mentioned mixture (raw material composition) is used. ) May be performed in a state of stirring and mixing. At this time, it is usually preferable to carry out the rotation at a rotation speed of about 30 to 2000 rpm, and more preferably 50 to 1000 rpm. Further, stirring may be performed intermittently for the purpose of controlling the crystal grain size and the like.

水熱合成の加熱温度は、特に限定されないが、得られるAFX型ゼオライトの結晶性や経済性等の観点から、通常100℃以上200℃以下、好ましくは120℃以上190℃以下、より好ましくは150℃以上180℃以下である。 The heating temperature for hydrothermal synthesis is not particularly limited, but is usually 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 120 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, more preferably 150, from the viewpoint of crystallinity and economic efficiency of the obtained AFX-type zeolite. ° C or higher and 180 ° C or lower.

水熱合成の処理時間は、十分な時間をかけて結晶化させればよく、特に限定されないが、得られるアルミノ珪酸塩の結晶性や経済性等の観点から、通常1時間以上20日間以下、好ましくは4時間以上15日以下、より好ましくは12時間以上10日以下である。 The treatment time for hydrothermal synthesis may be crystallization over a sufficient period of time and is not particularly limited, but is usually 1 hour or more and 20 days or less from the viewpoint of crystallization and economic efficiency of the obtained aluminosilicate. It is preferably 4 hours or more and 15 days or less, and more preferably 12 hours or more and 10 days or less.

水熱合成の加圧圧力は、特に限定されず、反応容器内に投入した混合物を上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。このとき、必要に応じて、窒素やアルゴン等の不活性ガスを容器内に導入してもよい。 The pressurizing pressure for hydrothermal synthesis is not particularly limited, and the spontaneous pressure generated when the mixture charged in the reaction vessel is heated to the above temperature range is sufficient. At this time, if necessary, an inert gas such as nitrogen or argon may be introduced into the container.

かかる水熱処理を行うことで、結晶化したAFX型ゼオライトを得ることができる。このとき、必要に応じて、固液分離処理、水洗処理、例えば大気中50~150℃程度の温度で水分を除去する乾燥処理等を常法に従って行ってもよい。 By performing such hydrothermal treatment, crystallized AFX-type zeolite can be obtained. At this time, if necessary, a solid-liquid separation treatment, a water washing treatment, for example, a drying treatment for removing water at a temperature of about 50 to 150 ° C. in the air may be performed according to a conventional method.

(後処理)
かくして得られるAFX型ゼオライトは、マクロ細孔内等に有機構造規定剤やアルカリ金属等を含んでいる場合がある。そのため、必要に応じて、これらを除去する除去工程を行うことが好ましい。有機構造規定剤やアルカリ金属等の除去は、常法に従い行うことができ、その方法は特に限定されない。例えば、酸性水溶液を用いた液相処理、アンモニウムイオンを含有する水溶液を用いた液相処理、有機構造規定剤の分解成分を含んだ薬液を用いた液相処理、レジン等を用いた交換処理、焼成処理等を行うことができる。これらの処理は、任意の組み合わせで行うことができる。これらの中でも、有機構造規定剤やアルカリ金属等の除去は、製造効率等の観点から、焼成処理が好ましく用いられる。
(Post-processing)
The AFX-type zeolite thus obtained may contain an organic structure-regulating agent, an alkali metal, or the like in the macropores or the like. Therefore, it is preferable to perform a removal step for removing these, if necessary. The removal of the organic structure defining agent, the alkali metal and the like can be carried out according to a conventional method, and the method is not particularly limited. For example, liquid phase treatment using an acidic aqueous solution, liquid phase treatment using an aqueous solution containing ammonium ions, liquid phase treatment using a chemical solution containing a decomposition component of an organic structure defining agent, exchange treatment using a resin or the like, It is possible to perform a firing process or the like. These processes can be performed in any combination. Among these, a firing treatment is preferably used for removing the organic structure defining agent, the alkali metal, and the like from the viewpoint of production efficiency and the like.

焼成処理における処理温度(焼成温度)は、使用原料等に応じて適宜設定でき、特に限定されないが、結晶性を維持するとともに構造規定剤やアルカリ金属等の残存割合を低減する等の観点から、通常300℃以上1000℃以下、好ましくは400℃以上900℃以下、より好ましくは430℃以上800℃以下、さらに好ましくは480℃以上750℃以下である。なお、焼成処理は、酸素含有雰囲気で行うことが好ましく、例えば大気雰囲気で行えばよい。 The processing temperature (calcination temperature) in the firing process can be appropriately set according to the raw materials used, etc., and is not particularly limited, but from the viewpoint of maintaining crystallinity and reducing the residual ratio of the structural regulator, alkali metal, etc. It is usually 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, more preferably 430 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and further preferably 480 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. The firing treatment is preferably performed in an oxygen-containing atmosphere, for example, in an atmospheric atmosphere.

焼成処理における処理時間(焼成時間)は、処理温度および経済性等に応じて適宜設定でき、特に限定されないが、通常0.5時間以上72時間以下、好ましくは1時間以上48時間以下、より好ましくは3時間以上40時間以下である。 The treatment time (baking time) in the firing treatment can be appropriately set according to the treatment temperature, economic efficiency, etc., and is not particularly limited, but is usually 0.5 hours or more and 72 hours or less, preferably 1 hour or more and 48 hours or less, more preferably. Is 3 hours or more and 40 hours or less.

(用途)
本発明のAFX型ゼオライトの用途は限定されるものではなく種々の触媒用途が挙げられるが、例えば、内燃機関から排出される排ガスの浄化等の自動車触媒用途が好ましいものとして挙げられる。このような自動車触媒用途としては前記のNH-SCR触媒の他、SCR同様にNOxを浄化しつつディーゼルエンジンの排ガス中から煤等の微粒子成分を濾しとるためのフィルター触媒(SCRoFと言われることもある)、NH-SCR触媒でNOxの浄化に使用し切れなかったNHを酸化処理するためのNH-SCR後段酸化触媒(AMOX、またはSlip-DOCと言われることも有る)などにも使用することができる。なお、これらSCR触媒はディーゼルエンジン用に限らず、ガソリンエンジン用に使用するもので有っても良い。また、SCR触媒の他、ガソリン自動車から排出される排ガス中のNOx、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)を浄化するための三元触媒(TWC:Three Way Catalyst)、このようなTWCをフィルター化してガソリンエンジン排ガス中の煤を捕集して浄化するGPF(Gasoline Particulate Filter)や、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを問わず、排ガス中のHCを一時的に吸着するために使用されるHC-trap(Hydro Carbon Trap)触媒に使用しても良い。
(Use)
The application of the AFX-type zeolite of the present invention is not limited, and various catalyst applications can be mentioned. For example, an automobile catalyst application such as purification of exhaust gas discharged from an internal combustion engine is preferable. In addition to the NH 3 -SCR catalyst described above, such automobile catalyst applications include a filter catalyst (SCRoF) for filtering out fine particles such as soot from the exhaust gas of a diesel engine while purifying NOx like SCR. (There is also), NH 3 -SCR post-stage oxidation catalyst (sometimes called AMOX or Slip-DOC) for oxidizing NH 3 that could not be used for NOx purification with NH 3 -SCR catalyst, etc. Can also be used. It should be noted that these SCR catalysts are not limited to those used for diesel engines, and may be used for gasoline engines. In addition to the SCR catalyst, a three-way catalyst (TWC) for purifying NOx, hydrocarbons (HC), and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas emitted from gasoline vehicles, such TWC. GPF (Gasoline Particulate Filter) that collects and purifies soot in gasoline engine exhaust gas, and HC used to temporarily adsorb HC in exhaust gas regardless of whether it is a gasoline engine or diesel engine. -May be used as a trap (Hydro Carbon Trap) catalyst.

前記のような自動車触媒用途では、触媒成分は金属板あるいはコージェライトなどの耐熱性無機酸化物をハニカム状に成形した構造担体の表面に被覆したり、ハニカム構造体を構成する隔壁内部に含侵することで構造触媒(モノリス触媒、ハニカム触媒ということもある)として使用される。本発明のゼオライトも触媒成分の一つとしてこのようなハニカム構造体に使用できることは言うまでもない。また、本発明のゼオライトを他の触媒成分と組み合わせて触媒組成物とし、この触媒組成物と他の触媒組成物とを組み合わせてハニカム構造体の排ガス流れ方向の前方部分や後方部分の一部や、積層被覆する場合はその上層か下層の一部に使用しても良い。 In the above-mentioned automobile catalyst applications, the catalyst component coats the surface of a structural carrier formed into a honeycomb shape by a heat-resistant inorganic oxide such as a metal plate or cordierite, or invades the inside of a partition wall constituting the honeycomb structure. By doing so, it is used as a structural catalyst (sometimes called a monolith catalyst or a honeycomb catalyst). Needless to say, the zeolite of the present invention can also be used in such a honeycomb structure as one of the catalyst components. Further, the zeolite of the present invention is combined with other catalyst components to form a catalyst composition, and this catalyst composition is combined with another catalyst composition to form a part of the front portion or the rear portion of the honeycomb structure in the exhaust gas flow direction. , In the case of laminated coating, it may be used for a part of the upper layer or the lower layer thereof.

また、本発明のAFX型ゼオライトについては、必要に応じ、触媒としての反応性向上を目的に鉄や銅などの遷移金属、あるいは白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属を、公知の手法で添加しても良い。 Further, with respect to the AFX-type zeolite of the present invention, if necessary, a transition metal such as iron or copper or a noble metal such as platinum, palladium or rhodium is added by a known method for the purpose of improving the reactivity as a catalyst. Is also good.

このような遷移金属や貴金属を添加したAFX型ゼオライトは、銅や鉄などの遷移金属を添加したものであれば前記のNH-SCR、SCRoF、Slip-DOC等の用途に用いることができ、貴金属を添加したものであればTWC、GPF、HC-trap等の用途に用いることができる。 The AFX-type zeolite to which such a transition metal or a noble metal is added can be used for the above-mentioned NH3 -SCR, SCRoF, Slip-DOC and the like as long as it is to which a transition metal such as copper or iron is added. If it is added with a noble metal, it can be used for applications such as TWC, GPF, and HC-trap.

以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

=有機構造指向剤の製造=
本発明の実施例に使用されるOSDAは、N,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジン(分子量246.39)を水素化し、N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物を得、このヨウ化物をイオン交換することで得られるN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物である。
= Manufacture of organic structure directional agents =
The OSDA used in the examples of the present invention hydrogenates N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] octo-7-en-2, 3: 5,6-dipyrrolidine (molecular weight 246.39). , N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide, obtained by ion exchange of this iodide, N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide.

[合成例1]
N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物の合成: 特開2016-169139号公報に準じて合成したN,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジン(分子量246.39)370.0gをイソプロピルアルコール(IPA)変成アルコール1,200mLに溶解し、5%パラジウム炭素触媒(エヌ・イー ケムキャット社製 K-type含水品)を乾燥質量換算で31.08g(パラジウムとして基質の1.0mol%相当)を加え、50℃常圧の水素で190時間反応させた。ガスクロマトグラフィー(GC)による基質の転化率は99%以上であった。これを濾別して触媒を除いたあと、撹拌しながらヨウ化エチル516.0g(分子量155.11、2.2当量)を滴下した。窒素雰囲気下で16時間おだやかに還流した後、放冷後ろ過し、アセトンで洗浄して乾燥することで、目的物であるN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物の白色粉末703.0g(収率90%)を得た。得られた白色粉末のH-NMRおよび13C-NMRを以下に示す。また、N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物のDO溶液のH-NMRスペクトルデータを図1に示し、13C-NMRスペクトルデータを図2に示す。
[Synthesis Example 1]
Synthesis of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide: N, synthesized according to JP-A-2016-169139. 370.0 g of N'-diethylbicyclo [2.2.2] octo-7-en-2,3: 5,6-dipyrrolidine (molecular weight 246.39) was dissolved in 1,200 mL of isopropyl alcohol (IPA) modified alcohol. Add 31.08 g (equivalent to 1.0 mol% of the substrate as palladium) in terms of dry mass to a 5% palladium carbon catalyst (K-type water-containing product manufactured by N.E. Chemcat), and hydrogen at 50 ° C. and normal pressure for 190 hours. It was reacted. The conversion rate of the substrate by gas chromatography (GC) was 99% or more. This was separated by filtration to remove the catalyst, and then 516.0 g of ethyl iodide (molecular weight 155.11, 2.2 eq) was added dropwise with stirring. After gently refluxing for 16 hours in a nitrogen atmosphere, the mixture is allowed to cool, filtered, washed with acetone and dried to obtain the desired product N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2]. ] Octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide white powder 703.0 g (yield 90%) was obtained. The 1 H-NMR and 13 C-NMR of the obtained white powder are shown below. In addition, 1 H - NMR spectral data of a D2O solution of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide is shown in FIG. 13 C-NMR spectrum data is shown in FIG.

H-NMR (400MHz, DO) δ: 3.82 (dd, 4H), 3.49 (q4, 4H), 3.38 (q4, 4H), 3.33 (d, 4H), 2.69 (m, 4H), 1.80 (s, 2H), 1.64 (s, 4H), 1.36 (t, 6H), 1.31 (t, 6H).13C-NMR(100Hz, DO) δ: 65.00(×4), 58.51(×2), 54.41(×2), 40.11(×4), 28.33(×2), 14.86(×2), 11.01(×2), 10.17(×2) 1 1 H-NMR (400MHz, D 2 O) δ: 3.82 (dd, 4H), 3.49 (q4, 4H), 3.38 (q4, 4H), 3.33 (d, 4H), 2 .69 (m, 4H), 1.80 (s, 2H), 1.64 (s, 4H), 1.36 (t, 6H), 1.31 (t, 6H). 13 C-NMR (100Hz, D2O) δ: 65.00 (× 4), 58.51 (× 2 ), 54.41 (× 2), 40.11 (× 4), 28.33 (×) 2), 14.86 (x2), 11.01 (x2), 10.17 (x2)

なお、上記ガスクロマトグラフィーの条件は、以下のとおりであった。
装置名:GCMS-QP2010(島津製作所社製)
カラム : SHIMADZU製 SH-Rtx-200MS
キャリアガス : ヘリウム
全流量:98.9mL/min
カラム流量:2.56mL/min
温度:カラムオーブンを40℃から300℃まで10℃/minずつ昇温した。その後300℃の状態で10min間保持した。
The conditions for the gas chromatography were as follows.
Device name: GCMS-QP2010 (manufactured by Shimadzu Corporation)
Column: SH-Rtx-200MS manufactured by SHIMADZU
Carrier gas: Total helium flow rate: 98.9 mL / min
Column flow rate: 2.56 mL / min
Temperature: The column oven was heated from 40 ° C to 300 ° C in increments of 10 ° C / min. After that, it was held at 300 ° C. for 10 minutes.

また、上記NMRの測定条件は、以下のとおりであった。
装置名:Ascend4000(BRUKER社製)
測定方法:H-NMRおよび13C-NMRは、試料を重水に溶解して測定した。
Moreover, the measurement conditions of the above NMR were as follows.
Device name: Ascend4000 (manufactured by BRUKER)
Measuring method: 1 1 H-NMR and 13 C-NMR were measured by dissolving the sample in heavy water.

[合成例2]
N,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジンの合成:
合成例1におけるN,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジンは、以下の手法によっても合成することができる。
[Synthesis Example 2]
N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] Oct-7-en-2, 3: 5,6-Dipyrrolidine synthesis:
The N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] octo-7-en-2,3: 5,6-dipyrrolidin in Synthesis Example 1 can also be synthesized by the following method.

(1)触媒の調製:Pt-V/HAP
アセトン90mLにエヌ・イーケムキャット社製Pt(acac)(白金アセチルアセトナート、0.4mmol)とシグマアルドリッチ社のVO(acac)(バナジルアセチルアセトナート、0.4mmol)とを加え、室温で30分撹拌した。さらに和光純薬社のHAP(商品名「リン酸三カルシウム」)1.0gを加えて室温で4時間撹拌した。得られた混合物から溶媒をロータリーエバポレータで除去し、淡緑色の粉末を得た。得られた粉末を110℃で終夜乾燥した。さらに、乾燥した粉末をメノウ鉢で粉砕し、大気中で、3時間、300℃で焼成し、濃灰色の粉末(Pt-V/HAP)を得た。
(1) Preparation of catalyst: Pt-V / HAP
To 90 mL of acetone, add Pt (acac) 2 (platinum acetylacetonate, 0.4 mmol) manufactured by N.E. Chemcat and VO (acac) 2 (vanadyl acetylacetonate, 0.4 mmol) manufactured by Sigma-Aldrich, and at room temperature. The mixture was stirred for 30 minutes. Further, 1.0 g of HAP (trade name "tricalcium phosphate") manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. The solvent was removed from the resulting mixture with a rotary evaporator to give a pale green powder. The obtained powder was dried at 110 ° C. overnight. Further, the dried powder was pulverized in an agate pot and calcined in the air at 300 ° C. for 3 hours to obtain a dark gray powder (Pt-V / HAP).

(2)N,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジンの合成
このようにして得られたPt-V/HAPを0.3g、特開2016-169139号公報記載の方法に準じて合成したN,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-テトラカルボニルジイミド0.3mmol、和光純薬社のモレキュラーシーブス4Å 0.1gを50mLのステンレス製オートクレーブに加え、溶媒である1,2-ジメトキシエタン(DME)5mLを加えて、反応温度150℃、水素圧5MPaの下で48時間水素化反応を行った。反応後、GC-MSを用いてN,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジンの収率を測定したところ、収率77%であった。合成例2の生成物が合成例1と同じOSDA前駆体となる化合物であることは、合成例1と同様に、単離成分のNMR測定により確認された。
(2) Synthesis of N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidin 0.3 g of Pt-V / HAP thus obtained, JP-A-2016. N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] octo-7-en-2,3: 5,6-tetracarbonyldiimide 0.3 mmol synthesized according to the method described in -169139, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Add 0.1 g of Molecular Sieves 4 Å to 50 mL of stainless steel autoclave, add 5 mL of the solvent 1,2-dimethoxyethane (DME), and hydrogenate at a reaction temperature of 150 ° C. and a hydrogen pressure of 5 MPa for 48 hours. Was done. After the reaction, the yield of N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidin was measured using GC-MS, and the yield was 77%. It was confirmed by NMR measurement of the isolated component that the product of Synthesis Example 2 was the same compound that became the OSDA precursor as Synthesis Example 1.

[合成例3]
N,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジンの合成:
合成例2の他、N,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-ジピロリジンは以下の手法によっても合成することができる。
[Synthesis Example 3]
N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] Oct-7-en-2, 3: 5,6-Dipyrrolidine synthesis:
In addition to Synthesis Example 2, N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] Oct-7-en-2, 3: 5,6-dipyrrolidine can also be synthesized by the following method.

(1)触媒の調製:Rh-Mo/HAP
蒸留水80mlの入った100mlナスフラスコに、エヌ・イー ケムキャット社製(K[RhCl])・3HOaqを0.2mmol加え、3分間超音波処理を行った後、強攪拌しながら和光純薬社のHAP(商品名「リン酸三カルシウム」)1.0gを加えて80℃まで加熱し、この状態で15時間攪拌した後、1.5時間静置して室温まで放冷した。放冷した前記溶液に(NHMo24・4HOaq(40mM)を25ml(Mo含有量:1.0mmol)滴下した後、50℃まで加熱した後3時間攪拌した。攪拌後濾過し、蒸留水を約1L用いて濾過洗浄を行った。濾過洗浄を行った濾物を120℃で8時間以上乾燥し、Rh-Mo/HAPを得た(Rh:0.2mmol/g、Mo:0.017mmol/g)。
(1) Preparation of catalyst: Rh-Mo / HAP
To a 100 ml eggplant flask containing 80 ml of distilled water, 0.2 mmol of 3H 2 Oaq manufactured by N.E. 1.0 g of HAP (trade name "tricalcium phosphate") manufactured by Kojun Yakuhin Co., Ltd. was added and heated to 80 ° C., and the mixture was stirred in this state for 15 hours and then allowed to stand for 1.5 hours to cool to room temperature. 25 ml (Mo content: 1.0 mmol) of (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24.4H 2 Oaq (40 mM) was added dropwise to the allowed to cool solution, and the mixture was heated to 50 ° C. and then stirred for 3 hours. After stirring, the mixture was filtered, and the mixture was filtered and washed using about 1 L of distilled water. The filtered and washed filtrate was dried at 120 ° C. for 8 hours or more to obtain Rh-Mo / HAP (Rh: 0.2 mmol / g, Mo: 0.017 mmol / g).

(2)OSDA前駆体:N,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジンの合成:
このようにして得られたRh-Mo/HAPを0.3g、特開2016-169139号公報記載の方法に準じて合成したN,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3:5,6-テトラカルボニルジイミド0.3mmol、和光純薬社のモレキュラーシーブス4Å 0.1gを50mLのステンレス製オートクレーブに加え、溶媒である1,2-ジメトキシエタン(DME)5mLを加えて、反応温度160℃、水素圧5MPaの下で48時間水素化反応を行った。反応後、GC-MSを用いてN,N’-ジエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジンの収率を測定したところ、収率60%であった。合成例3の生成物が目的とする合成例1と同じOSDA前駆体化合物であることは、合成例1と同様に、単離成分のNMR測定により確認された。
(2) OSDA precursor: N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] Octane-2, 3: 5,6-Dipyrrolidine synthesis:
0.3 g of Rh-Mo / HAP thus obtained was synthesized according to the method described in JP-A-2016-169139. N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] Oct-7- En-2,3: 5,6-tetracarbonyldiimide 0.3 mmol, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Molecular Sieves 4Å 0.1 g was added to a 50 mL stainless steel autoclave, and the solvent 1,2-dimethoxyethane (DME) 5 mL. Was added, and a hydrogenation reaction was carried out for 48 hours under a reaction temperature of 160 ° C. and a hydrogen pressure of 5 MPa. After the reaction, the yield of N, N'-diethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidin was measured using GC-MS, and the yield was 60%. It was confirmed by NMR measurement of the isolated component that the product of Synthesis Example 3 was the same OSDA precursor compound as the target Synthesis Example 1 as in Synthesis Example 1.

[合成例4]
OSDA:N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物の合成:
合成例1で得られたN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物(分子量558.62)120.0gを水800mLに溶解し、ダイヤイオンSA10AOH(三菱ケミカル社製)800.0gを投入し室温で48時間撹拌することでイオン交換を行った。ろ過および洗浄後、ろ液と洗浄液を合せて質量が379.9gとなるまで濃縮し、19.26質量%のN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物(分子量340.55)を得た。
[Synthesis Example 4]
OSDA: N, N, N', N'-Tetraethylbicyclo [2.2.2] Octane-2, 3: 5,6-Dipyrrolidinium Dihydride Synthesis:
120.0 g of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide (molecular weight 558.62) obtained in Synthesis Example 1 was added. Ion exchange was performed by dissolving in 800 mL of water, adding 800.0 g of iodide SA10AOH (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and stirring at room temperature for 48 hours. After filtration and washing, the filtrate and washing liquid are combined and concentrated to a mass of 379.9 g, and 19.26% by mass of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane- 2,3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide (molecular weight 340.55) was obtained.

[実施例1]
AFX型ゼオライトの合成:
合成例4のN,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物9.43質量%の水溶液20.0gに4.8%水酸化ナトリウム溶液19.0g、FAU型ゼオライト(SAR17)11.0g、水70.0gを反応装置内で16時間撹拌保持した。この水溶液の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記混合物の組成は重量比率である。
[Example 1]
Synthesis of AFX type zeolite:
4 in 20.0 g of an aqueous solution of N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide of Synthesis Example 4 in an amount of 9.43% by mass. 19.0 g of an 0.8% sodium hydroxide solution, 11.0 g of FAU-type zeolite (SAR17), and 70.0 g of water were stirred and held in the reactor for 16 hours. The composition of this aqueous solution is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following mixture is a weight ratio.

SiO
0.059 Al
0.075 OSDA
0.075 Na
40.00 H
SiO 2
0.059 Al 2 O 3
0.075 OSDA
0.075 Na 2 O
40.00 H 2 O

その後、反応装置の内圧が0.65MPaになるまで昇温し、その状態で216時間撹拌保持した。この水熱処理後の生成物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥した生成物を大気雰囲気中600℃で焼成した。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライトが主に双六角錐形の結晶であり、その結晶表面にマクロ細孔があり、SEM画像の10μm四方における粒子を確認したところ、どれも粒径は1μm程度であり整った結晶形と粒径であることが分かった。SEM写真を図3および図4に示す。また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物はAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。XRDチャートを図5に、回析ピークを表2に示す。また、得られたAFX型ゼオライトの蛍光X線分析を行ったところSARは16.1であった。また、生成物のSEM写真から、任意の50個のマクロ細孔の長直径と短直径を計測した結果を利用して、マクロ細孔の半径に関する数値を算出した。長直径と短直径から算出した幾何平均半径の平均値は85.2nm、最大値は118.1nm、最小値は56.2nmであった。 Then, the temperature was raised until the internal pressure of the reactor reached 0.65 MPa, and the mixture was kept stirred in that state for 216 hours. The product after this hydrothermal treatment was solid-liquid separated, the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water, and the product dried at 105 ° C. was calcined at 600 ° C. in the air atmosphere. When SEM observation was performed on this, zeolite was mainly a bihexagonal pyramidal crystal, and there were macropores on the crystal surface, and when particles in 10 μm square of the SEM image were confirmed, the particle size was 1 μm in each case. It was found that the crystal shape and particle size were moderate and well-organized. SEM photographs are shown in FIGS. 3 and 4. Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite. The XRD chart is shown in FIG. 5, and the diffraction peaks are shown in Table 2. Moreover, when the fluorescent X-ray analysis of the obtained AFX-type zeolite was performed, the SAR was 16.1. In addition, the numerical value regarding the radius of the macropore was calculated by using the result of measuring the long diameter and the short diameter of any 50 macropores from the SEM photograph of the product. The average value of the geometric mean radius calculated from the long diameter and the short diameter was 85.2 nm, the maximum value was 118.1 nm, and the minimum value was 56.2 nm.

Figure 2022008141000006
Figure 2022008141000006

[実施例2]
AFX型ゼオライトの合成:
N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二ヨウ化物(分子量558.62)124.0g、4.8質量%水酸化ナトリウム溶液524.0g、FAU型ゼオライトCBV712(ゼオリスト社製、シリカアルミナ比SAR10.9)170.0g、水134.0gをポリエチレンビーカー内で72時間撹拌した。この水溶液の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記水溶液の組成は重量比率である。
[Example 2]
Synthesis of AFX type zeolite:
N, N, N', N'-Tetraethylbicyclo [2.2.2] Octane-2, 3: 5,6-dipyrrolidinium diiodide (molecular weight 558.62) 124.0 g, 4.8 mass% hydroxide 524.0 g of sodium solution, 170.0 g of FAU-type zeolite CBV712 (silica-alumina ratio SAR10.9) manufactured by Zeolist, and 134.0 g of water were stirred in a polyethylene beaker for 72 hours. The composition of this aqueous solution is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following aqueous solution is a weight ratio.

SiO
0.092 Al
0.105 OSDA2+
0.302 Na
0.210 I
0.302 OH
17.78 H
SiO 2
0.092 Al 2 O 3
0.105 OSDA 2+
0.302 Na +
0.210 I-
0.302 OH-
17.78 H 2 O

次いで、この原料組成物(混合物)を300cc内筒テフロン(登録商標)のステンレス製密閉耐圧容器4個に分けて入れ、170℃で40時間静置保持した。この水熱処理後の生成物をまとめて固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライトが主に双六角錐形の結晶であり、その結晶表面にマクロ細孔があり、実施例1同様にSEM画像により観察したところ、巨大なクラスラー化した粒子を除き、結晶化した粒子の粒径はどれも2μm程度であることが分かった。SEM写真を図6および図7に示す。また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物は実施例2と同様にAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。また、蛍光X線分析によるSARは10.7であった。また、生成物のSEM写真から、任意の50個のマクロ細孔の長直径と短直径を計測した結果を利用して、マクロ細孔の半径に関する数値を算出した。長直径と短直径から算出した幾何平均半径の平均値は141.6nm、最大値は212.3nm、最小値は57.8nmであった。 Next, this raw material composition (mixture) was divided into four stainless steel airtight pressure-resistant containers of 300 cc inner cylinder Teflon (registered trademark) and kept standing at 170 ° C. for 40 hours. The products after this hydrothermal treatment were collectively solid-liquid separated, and the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to obtain a product. When SEM observation was performed on this, zeolite was mainly a dihexagonal pyramidal crystal, and there were macropores on the crystal surface. It was found that the particle size of each crystallized particle was about 2 μm except for. SEM photographs are shown in FIGS. 6 and 7. Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite as in Example 2. The SAR by fluorescent X-ray analysis was 10.7. In addition, the numerical value regarding the radius of the macropore was calculated by using the result of measuring the long diameter and the short diameter of any 50 macropores from the SEM photograph of the product. The average value of the geometric mean radius calculated from the long diameter and the short diameter was 141.6 nm, the maximum value was 212.3 nm, and the minimum value was 57.8 nm.

[実施例3]
AFX型ゼオライトの合成(塩化物共存):
21.35質量%N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物(分子量340.55)溶液41.9g、4.8質量%水酸化ナトリウム溶液43.5g、塩化ナトリウム3.0g、FAU型ゼオライトHSZ-350HUA(東ソー社製、シリカアルミナ比SAR11.1)24.6g、水87.0gをポリエチレンビーカー内で24時間撹拌した。この水溶液の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記水溶液の組成は重量比率である。
[Example 3]
Synthesis of AFX type zeolite (coexistence of chloride):
21.35% by mass N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide (molecular weight 340.55) solution 41.9 g, 4.8% by mass sodium hydroxide solution 43.5 g, sodium chloride 3.0 g, FAU type zeolite HSZ-350HUA (manufactured by Toso Co., Ltd., silica-alumina ratio SAR11.1) 24.6 g, water 87.0 g in a polyethylene beaker. The mixture was stirred for 24 hours. The composition of this aqueous solution is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following aqueous solution is a weight ratio.

SiO
0.090 Al
0.076 OSDA2+
0.298 Na
0.148 Cl
0.302 OH
26.06 H
SiO 2
0.090 Al 2 O 3
0.076 OSDA 2+
0.298 Na +
0.148 Cl-
0.302 OH-
26.06 H 2 O

次いで、この原料組成物(混合物)を300cc内筒テフロンのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、170℃で144時間静置保持した。この水熱処理後の生成物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライトが主に双六角錐形の結晶であり、その結晶表面にマクロ細孔があり、実施例1同様にSEM画像により観察したところ、巨大なクラスラー化した粒子を除き、結晶化した粒子の粒径はどれも1.7μm程度であることが分かった。SEM写真を図8および図9に示す。また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物はAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。また、蛍光X線分析によるSARは10.4であった。 Next, this raw material composition (mixture) was placed in a stainless steel closed pressure-resistant container with a 300 cc inner cylinder Teflon and kept standing at 170 ° C. for 144 hours. The product after this hydrothermal treatment was separated into solid and liquid, and the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to obtain a product. When SEM observation was performed on this, zeolite was mainly a dihexagonal pyramidal crystal, and there were macropores on the crystal surface. It was found that the particle size of all the crystallized particles was about 1.7 μm except for. SEM photographs are shown in FIGS. 8 and 9. Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite. The SAR by fluorescent X-ray analysis was 10.4.

上記AFX型ゼオライトの結晶をエポキシ樹脂で固めた後、アイエムティー株式会社製 自動研磨機(KIRIME Rana-3)を使用し研磨して出てきたゼオライトの断面をSEMで観察した。断面のSEM写真を図10に示す。これにより実施例3のAFX型ゼオライト粒子には表面にマクロ細孔が、その内部には空洞があることが分かった。 After the crystals of the AFX-type zeolite were hardened with an epoxy resin, the cross section of the zeolite produced by polishing with an automatic polishing machine (KIRIME Rana-3) manufactured by MIT Co., Ltd. was observed by SEM. An SEM photograph of the cross section is shown in FIG. From this, it was found that the AFX-type zeolite particles of Example 3 had macropores on the surface and cavities inside.

[実施例4]
AFX型ゼオライトの合成(フッ化物共存):
21.35質量%N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物(分子量340.55)溶液7.5g、4.8質量%水酸化ナトリウム溶液3.9g、フッ化ナトリウム0.4g、FAU型ゼオライトHSZ-350HUA(東ソー社製、シリカアルミナ比SAR11.1)3.3g、水11.2gをポリエチレンビーカー内で24時間撹拌した。この水溶液の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記水溶液の組成は重量比率である。
[Example 4]
Synthesis of AFX type zeolite (coexistence of fluoride):
21.35 mass% N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide (molecular weight 340.55) solution 7.5 g, 4.8 mass% sodium hydroxide solution 3.9 g, sodium fluoride 0.4 g, FAU type zeolite HSZ-350HUA (manufactured by Toso Co., Ltd., silica-alumina ratio SAR 11.1) 3.3 g, water 11.2 g in a polyethylene beaker. Was stirred for 24 hours. The composition of this aqueous solution is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following aqueous solution is a weight ratio.

SiO
0.090 Al
0.101 OSDA2+
0.300 Na
0.200 F
0.302 OH
25.10 H
SiO 2
0.090 Al 2 O 3
0.101 OSDA 2+
0.300 Na +
0.200 F-
0.302 OH-
25.10 H 2 O

次いで、この原料組成物(混合物)を50cc内筒テフロンのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、170℃で144時間静置保持した。この水熱処理後の生成物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライトが主に双六角錐形の結晶であり、その結晶表面にマクロ細孔があり、実施例1同様にSEM画像により観察したところ、巨大なクラスラー化した粒子を除き、結晶化した粒子の粒径はどれも1.5μm程度であることが分かった。
SEM写真を図11および図12に示す。また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物はAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。また、蛍光X線分析によるSARは10.6であった。
Next, this raw material composition (mixture) was placed in a stainless steel airtight pressure vessel of 50 cc inner cylinder Teflon and kept standing at 170 ° C. for 144 hours. The product after this hydrothermal treatment was separated into solid and liquid, and the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to obtain a product. When SEM observation was performed on this, zeolite was mainly a dihexagonal pyramidal crystal, and there were macropores on the crystal surface. It was found that the particle size of the crystallized particles was about 1.5 μm.
SEM photographs are shown in FIGS. 11 and 12. Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite. The SAR by fluorescent X-ray analysis was 10.6.

上記AFX型ゼオライトの結晶をエポキシ樹脂で固めた後、アイエムティー株式会社製 自動研磨機 KIRIME Rana-3を使用し研磨して出てきたゼオライトの断面をSEMで観察した。断面のSEM写真を図13に示す。これにより実施例4のAFX型ゼオライト粒子にも表面にマクロ細孔が、その内部には空洞があることが分かった。 After the crystals of the AFX-type zeolite were hardened with an epoxy resin, the cross section of the zeolite produced by polishing with an automatic polishing machine KIRIME Rana-3 manufactured by IMT Co., Ltd. was observed by SEM. An SEM photograph of the cross section is shown in FIG. As a result, it was found that the AFX-type zeolite particles of Example 4 also had macropores on the surface and cavities inside.

また、実施例1における異なる粒子についてSTEMにより観察した画像を図14に、この粒子の所定断面のCT画像を図15に示す。図14でも粒子表面にはマクロ細孔が形成されていることが分かり、図15でも粒子表面マクロ細孔は粒子内部の深く、中空が確認されている粒子中心にまで延びている事がわかる。 Further, FIG. 14 shows an image of different particles observed by STEM in Example 1, and FIG. 15 shows a CT image of a predetermined cross section of the particle. In FIG. 14, it can be seen that macropores are formed on the particle surface, and in FIG. 15, it can be seen that the macropores on the particle surface extend deep inside the particle to the center of the particle where the hollowness is confirmed.

[参考例1]
FAU型ゼオライトの脱アルミ:
FAU型ゼオライトHSZ-350HUA(東ソー社製、シリカアルミナ比SAR11.1)400.0g、60質量%硝酸(富士フイルム和光純薬社製)84.0g、水4Lの混合物をSUS316ビーカー内で24時間撹拌した。混合物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。蛍光X線分析によるSARは14.0であった。
[Reference Example 1]
FAU-type zeolite dealuminum:
FAU type zeolite HSZ-350HUA (manufactured by Tosoh, silica-alumina ratio SAR11.1) 400.0 g, 60 mass% nitric acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 84.0 g, 4 L of water in a SUS316 beaker for 24 hours It was stirred. The mixture was solid-liquid separated, the resulting solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to give the product. The SAR by X-ray fluorescence analysis was 14.0.

[実施例5]
AFX型ゼオライトの合成:
21.35質量%N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物(分子量340.55)溶液35.0g、4.8質量%水酸化ナトリウム溶液36.0g、参考例1で得たSAR14.0のFAU型ゼオライト21.0g、水108.0gをSUS316ビーカー内で24時間撹拌した。この混合物の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記水溶液の組成は物質量比率である。
[Example 5]
Synthesis of AFX type zeolite:
21.35% by mass N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dihydroxide (molecular weight 340.55) solution 35.0 g, 36.0 g of a 4.8 mass% sodium hydroxide solution, 21.0 g of the SAR14.0 FAU-type zeolite obtained in Reference Example 1, and 108.0 g of water were stirred in a SUS316 beaker for 24 hours. The composition of this mixture is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following aqueous solution is the amount of substance ratio.

SiO
0.071 Al
0.080 OSDA2+
0.158 Na
0.318 OH
35.15 H
SiO 2
0.071 Al 2 O 3
0.080 OSDA 2+
0.158 Na +
0.318 OH-
35.15 H 2 O

次いで、この原料組成物(混合物)を300cc内筒テフロンのステンレス製密閉耐圧容器に入れ、170℃で144時間静置保持した。この水熱処理後の生成物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライトが主に双六角錐形の結晶であり、その結晶表面にマクロ細孔があり、実施例1同様にSEM画像により観察したところ、巨大なクラスラー化した粒子を除き、結晶化した粒子の粒径はどれも0.8μm程度であることが分かった。
また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物はAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。また、蛍光X線分析によるSARは13.4であった。生成物のSEM写真から、任意の50個のマクロ細孔の長直径と短直径を計測した結果を利用して、マクロ細孔の半径に関する数値を算出した。長直径と短直径から算出した幾何平均半径の平均値は77.2nm、最大値は212.3nm、最小値は57.8nmであった。
Next, this raw material composition (mixture) was placed in a stainless steel closed pressure-resistant container with a 300 cc inner cylinder Teflon and kept standing at 170 ° C. for 144 hours. The product after this hydrothermal treatment was separated into solid and liquid, and the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to obtain a product. When SEM observation was performed on this, zeolite was mainly a dihexagonal pyramidal crystal, and there were macropores on the crystal surface. It was found that the particle size of all the crystallized particles was about 0.8 μm except for.
Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite. The SAR by fluorescent X-ray analysis was 13.4. From the SEM photograph of the product, the numerical value regarding the radius of the macropore was calculated by using the result of measuring the long diameter and the short diameter of any 50 macropores. The average value of the geometric mean radius calculated from the long diameter and the short diameter was 77.2 nm, the maximum value was 212.3 nm, and the minimum value was 57.8 nm.

[比較例1]
AFX型ゼオライトの合成:
20.0質量%1,1‘-(1,4-ブタンジイル)ビス(1-アゾニア-4-アザビシクロ[2.2.2]オクタン二水酸化物(セイケム社製分子量314.47)溶液310.0g、48質量%水酸化ナトリウム溶液99.0g、FAU型ゼオライトCBV-720(ゼオリスト社製、シリカアルミナ比SAR30.0)139.0gの混合物を全質量400.0gとなるまで濃縮した。
このときの混合物の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記混合物の組成は物質量比率である。
[Comparative Example 1]
Synthesis of AFX type zeolite:
20.0 mass% 1,1'-(1,4-butanjiyl) bis (1-azonia-4-azabicyclo [2.2.2] octane dihydroxide (molecular weight 314.47) solution 310. A mixture of 0 g, 48 mass% sodium hydroxide solution 99.0 g, and FAU type zeolite CBV-720 (Zeolist, silica-alumina ratio SAR30.0) 139.0 g was concentrated to a total mass of 400.0 g.
The composition of the mixture at this time is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following mixture is the amount of substance ratio.

SiO
0.033 Al
0.100 OSDA2+
0.602 Na
0.802 OH
5.06 H
SiO 2
0.033 Al 2 O 3
0.100 OSDA 2+
0.602 Na +
0.802 OH-
5.06 H 2 O

次いで、この原料組成物(混合物)を300cc内筒テフロンのステンレス製密閉耐圧容器に2分割して入れ、140℃で96時間静置保持した。この水熱処理後の生成物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライト粒子にはマクロ細孔は確認されなかった。
また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物はAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。また、蛍光X線分析によるSARは7.5であった。
Next, this raw material composition (mixture) was placed in a 300 cc inner cylinder Teflon stainless steel airtight pressure vessel in two portions and kept at 140 ° C. for 96 hours. The product after this hydrothermal treatment was separated into solid and liquid, and the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to obtain a product. When SEM observation was performed on this, no macropores were confirmed in the zeolite particles.
Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite. The SAR by fluorescent X-ray analysis was 7.5.

[比較例2]
AFX型ゼオライトの合成:
19.47質量%N,N,N’,N’-テトラエチルビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3:5,6-ジピロリジニウム二水酸化物(分子量340.55)溶液580.0g、48質量%水酸化ナトリウム溶液28g、FAU型ゼオライトCBV712(ゼオリスト社製、シリカアルミナ比SAR10.9)265.0g、水542.0gをポリエチレンビーカー内で24時間撹拌した。このときの混合物の組成は、SiOを1としたとき次のとおりである。下記混合物の組成は物質量比率である。
[Comparative Example 2]
Synthesis of AFX type zeolite:
19.47 mass% N, N, N', N'-tetraethylbicyclo [2.2.2] octane-2,3: 5,6-dipyrrolidinium dihydrate (molecular weight 340.55) solution 580.0 g, 28 g of 48 mass% sodium hydroxide solution, 265.0 g of FAU-type zeolite CBV712 (silica-alumina ratio SAR10.9) manufactured by Zeolist, and 542.0 g of water were stirred in a polyethylene beaker for 24 hours. The composition of the mixture at this time is as follows when SiO 2 is 1. The composition of the following mixture is the amount of substance ratio.

SiO
0.092 Al
0.102 OSDA2+
0.104 Na
0.308 OH
18.35 H
SiO 2
0.092 Al 2 O 3
0.102 OSDA 2+
0.104 Na +
0.308 OH-
18.35 H 2 O

次いで、この原料組成物(混合物)を1.2Lのステンレス製オートクレーブに入れ、300rpmで撹拌しながら160℃で240時間静置保持した。この水熱処理後の生成物を固液分離し、得られた固相を十分量の水で洗浄し、105℃で乾燥して生成物を得た。これについてSEM観察を行ったところ、ゼオライト粒子にはマクロ細孔は確認されなかった。
また、これについて粉末X線回折分析を行ったところ、生成物はAFX型ゼオライトの単相であることが確認された。また、蛍光X線分析によるSARは10.7であった。
Next, this raw material composition (mixture) was placed in a 1.2 L stainless steel autoclave and kept standing at 160 ° C. for 240 hours while stirring at 300 rpm. The product after this hydrothermal treatment was separated into solid and liquid, and the obtained solid phase was washed with a sufficient amount of water and dried at 105 ° C. to obtain a product. When SEM observation was performed on this, no macropores were confirmed in the zeolite particles.
Further, when powder X-ray diffraction analysis was performed on this, it was confirmed that the product was a single phase of AFX-type zeolite. The SAR by fluorescent X-ray analysis was 10.7.

[フラクタル次元]
フラクタル次元は粗密を表す概念で、部分的に疎な平面図形のフラクタル次元は、直線の1次元と平面の2次元の間の数値をとることが知られている。同様に多孔体のような疎な立体については2以上3以下のフラクタル次元をとることが知られている。実在する多孔体のフラクタル次元のフラクタル次元の算出について、水銀圧入法による細孔分布測定のデータを用いて算出する方法が知られている(参考文献:Applied Surface Science 253 (2006) 1349-1355)。水銀圧入法では、段階的に水銀の圧力を上げていくとそれにつれて水銀が多孔体に圧入されていく体積が増加していく。n段階目の水銀の圧力をP、(n-1)段目からn段目にしたときに増加した水銀の圧入体積をΔV、とすると、n段目までに水銀がした仕事Wは次式で表される。
[Fractal dimension]
The fractal dimension is a concept that expresses coarseness, and it is known that the fractal dimension of a partially sparse plane figure takes a numerical value between one dimension of a straight line and two dimensions of a plane. Similarly, it is known that a sparse solid such as a porous body has a fractal dimension of 2 or more and 3 or less. Regarding the calculation of the fractal dimension of the fractal dimension of an existing porous body, a method of calculating the fractal dimension using the data of the pore distribution measurement by the mercury intrusion method is known (reference: Applied Surface Science 253 (2006) 1349-1355). .. In the mercury press-fitting method, as the pressure of mercury is gradually increased, the volume of mercury press-fitted into the porous body increases accordingly. Assuming that the pressure of mercury in the n-th stage is P n and the press-fit volume of mercury increased when the pressure of mercury in the n-th stage is changed from the (n-1) stage to the n-th stage is ΔV n , the work W n that the mercury has done up to the n-th stage is Is expressed by the following equation.

Figure 2022008141000007
Figure 2022008141000007

に対応する細孔半径をrとすると、フラクタル次元Dfは次式のプロットの傾きに相当することが知られている。 It is known that the fractal dimension Df corresponds to the slope of the plot of the following equation, where rn is the pore radius corresponding to P n .

Figure 2022008141000008
Figure 2022008141000008

また、フラクタル次元の算出は、細孔の全領域で行うよりも、領域を分割して行うことが推奨されている。
水銀圧入法による細孔分布測定を行った実施例1、実施例2、実施例5、比較例1、比較例2について、それぞれの細孔分布のモード半径を基準に2分割してモード半径より小なる孔径域のフラクタル次元を求めた結果を表3に示す。
Further, it is recommended that the calculation of the fractal dimension is performed by dividing the region rather than performing the calculation in the entire region of the pores.
For Example 1, Example 2, Example 5, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 in which the pore distribution was measured by the mercury intrusion method, the pore distribution was divided into two parts based on the mode radius of each pore distribution, and the mode radius was used. Table 3 shows the results of obtaining the fractal dimension of the small pore size region.

Figure 2022008141000009
Figure 2022008141000009

また、横軸にモード半径より小なる孔径域の細孔容積、縦軸にモード半径より小なる孔径域に対応するフラクタル次元をプロットすると図16のようになる。D=0.5833V+1.8833であらわされる直線と比較して、マクロ孔を有しているAFX型ゼオライトは、D< 0.5833V+1.8833となり、マクロ孔を有しないAFX型ゼオライトと比較してフラクタル次元が小さいことが示唆された。 Further, the fractal dimension corresponding to the pore volume in the pore diameter region smaller than the mode radius is plotted on the horizontal axis and the fractal dimension corresponding to the pore diameter region smaller than the mode radius is plotted on the vertical axis as shown in FIG. Compared with the straight line represented by D f = 0.5833V m + 1.8833, the AFX type zeolite having macropores has D f <0.5833V m +1.8833, and the AFX type having no macropores. It was suggested that the fractal dimension is smaller than that of zeolite.

本発明のAFX型ゼオライトは、従来のAFX型ゼオライトと同様に、各種の用途に利用することができ、特に内燃機関から排出される排ガスの浄化に利用できる。 The AFX-type zeolite of the present invention can be used for various purposes like the conventional AFX-type zeolite, and can be particularly used for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

Claims (10)

結晶化したAFX型ゼオライト粒子の表面に、マクロ細孔を有することを特徴とするAFX型ゼオライト。 AFX-type zeolite characterized by having macropores on the surface of crystallized AFX-type zeolite particles. 結晶化した粒子の形状が、2つの多面体が、一つの赤道面を共有して結合した形状である請求項1記載のAFX型ゼオライト。 The AFX-type zeolite according to claim 1, wherein the crystallized particles have a shape in which two polyhedra are bonded by sharing one equatorial plane. 結晶化した粒子の形状が、双多角錐形である請求項1記載のAFX型ゼオライト。 The AFX-type zeolite according to claim 1, wherein the crystallized particles have a bi-polygonal pyramid shape. 粒子の内部に空間を有するものである請求項1~3の何れか1項に記載のAFX型ゼオライト。 The AFX-type zeolite according to any one of claims 1 to 3, which has a space inside the particles. AFX型ゼオライト粒子中に含まれる酸化物換算のケイ素とアルミニウムが、シリカ/アルミナのモル比で2以上50未満である請求項1~4の何れか1項に記載のAFX型ゼオライト。 The AFX-type zeolite according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxide-equivalent silicon and aluminum contained in the AFX-type zeolite particles are 2 or more and less than 50 in terms of the molar ratio of silica / alumina. マクロ細孔の幾何平均半径が、25nm~250nmである請求項1~5の何れか1項に記載のAFX型ゼオライト。 The AFX-type zeolite according to any one of claims 1 to 5, wherein the geometric mean radius of the macropores is 25 nm to 250 nm. 粒子の内部の空間と、粒子の表面のマクロ細孔が繋がっているものである請求項4~6の何れか1項に記載のAFX型ゼオライト。 The AFX-type zeolite according to any one of claims 4 to 6, wherein the space inside the particles and the macropores on the surface of the particles are connected. シリカ源、アルミナ源、アルカリ金属水酸化物および下記一般式(1)
Figure 2022008141000010

(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立してアルキル基、Xはアンモニウムカチオンと塩を形成するカウンターアニオンを示す)で表される有機構造規定剤を含有する水溶液を、加圧加熱条件下で攪拌することを特徴とする請求項1~7の何れか1項に記載のAFX型ゼオライトの製造方法。
Silica source, alumina source, alkali metal hydroxide and the following general formula (1)
Figure 2022008141000010

(In the formula (1), R 1 to R 4 each independently represent an alkyl group, and X represents a counter anion forming a salt with an ammonium cation), and the aqueous solution containing the organic structure defining agent is pressurized. The method for producing an AFX-type zeolite according to any one of claims 1 to 7, wherein the mixture is stirred under heating conditions.
請求項1~7の何れか1項に記載のAFX型ゼオライトを有効成分とすることを特徴とする触媒。 A catalyst comprising the AFX-type zeolite according to any one of claims 1 to 7 as an active ingredient. NH-SCR触媒用である請求項9記載の触媒。 The catalyst according to claim 9, which is for an NH 3 -SCR catalyst.
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