(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-07
(45)【発行日】2023-02-15
(54)【発明の名称】新規ゲルマノシリケート組成物及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C01B 37/00 20060101AFI20230208BHJP
B01J 20/18 20060101ALI20230208BHJP
B01J 20/30 20060101ALI20230208BHJP
B01J 29/03 20060101ALI20230208BHJP
B01J 29/70 20060101ALI20230208BHJP
B01J 37/10 20060101ALI20230208BHJP
C01B 39/48 20060101ALI20230208BHJP
【FI】
C01B37/00
B01J20/18 B
B01J20/30
B01J29/03 A
B01J29/03 Z
B01J29/70 A
B01J29/70 Z
B01J37/10
C01B39/48
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021110410
(22)【出願日】2021-07-01
(62)【分割の表示】P 2018535843の分割
【原出願日】2017-03-03
【審査請求日】2021-07-29
(32)【優先日】2016-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(32)【優先日】2016-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(32)【優先日】2016-03-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】508032284
【氏名又は名称】カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー
(73)【特許権者】
【識別番号】503148834
【氏名又は名称】シェブロン ユー.エス.エー. インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【氏名又は名称】杉村 憲司
(72)【発明者】
【氏名】ヨエル イー シュミット
(72)【発明者】
【氏名】マーク イー デイビス
(72)【発明者】
【氏名】ベン ダブリュー ボール
(72)【発明者】
【氏名】ジョン フン カン
(72)【発明者】
【氏名】ダン シエ
【審査官】佐藤 慶明
(56)【参考文献】
【文献】特表2014-516335(JP,A)
【文献】特表2004-511406(JP,A)
【文献】BUREL, L. et al.,Angewandte Chemie, International Edition,2013年12月27日,vol.53,pp.1360-1363,DOI:10.1002/anie.201306744
【文献】XU, H. et al.,Angewandte Chemie, International Edition,2013年12月27日,vol.53,pp.1355-1359,DOI:10.1002/anie.201306527
【文献】ROTH, W. J. et al.,Journal of the American Chemical Society,2011年04月01日,vol.133,pp.6130-6133,DOI:10.1021/ja200741r
【文献】LIU, X. et al.,Microporous and Mesoporous Materials,vol.190,2014年03月15日,pp.171-180,DOI:10.1016/j.micromeso.2014.02.010
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C01B 33/20 - 39/54
B01J 20/00 - 38/74
JSTPlus/JST7580/JSTChina(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
10員環及び14員環により規定される細孔を有する3次元骨格を有し、かつ、25から250までの範囲のSi/Ge比を有する、CIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項2】
2θ角で6.70°、7.34°、13.2°、18.74°、19.4°、19.98°、21.54°、22.44°、24.00°及び27.1
4°の10個の特性ピー
クを示す粉末X線回折(PXRD)パターンを示す、請求項1に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項3】
Mの1つ以上の格子酸化物を更に含み、前記Mは、Al、B、Fe、Ga、Hf
、Sn、Ti、V、Zn、Zr又はそれらの組み合わせであり、前記Mは、CIT-13格子中に15から250までの範囲内のSi/M比で存在する、請求項1または2に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項4】
前記Si/M比は25から250までの範囲内である、請求項3に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項5】
前記Mは、Al、B、Fe
、Sn、Ti、及び/又はZnである、請求項3または4に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項6】
1M硝酸アルミニウム水溶液に対して約54ppmの特性化学シフトを有する
27Al MAS NMRスペクトルと、テトラメチルシラン(TMS)に対して約-110ppm及び-115ppmに特性化学シフトを有する
29Si MAS NMRスペクトルとを示す、Alの酸化物を含む、請求項3~5のいずれか一項に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項7】
水素型である、請求項1に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項8】
水素型である、請求項3に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項9】
内部に金属カチオン塩、遷移金属、遷移金属酸化物、又は遷移金属塩を任意に含む微細孔を含む、請求項1に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項10】
内部に金属カチオン塩、遷移金属、遷移金属酸化物、又は遷移金属塩を含む微細孔を含む、請求項1に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項11】
内部に金属カチオン塩、遷移金属、遷移金属酸化物、又は遷移金属塩を任意に含む微細孔を含む、請求項3に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項12】
内部に金属カチオン塩、遷移金属、遷移金属酸化物、又は遷移金属塩を含む微細孔を含む、請求項3に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート。
【請求項13】
請求項1に記載のCIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケートを製造する方法であって、
4.5から10までの範囲のSi/Ge比を有するCIT-13トポロジーの前駆体結晶質微多孔性ゲルマノシリケートを、該ゲルマノシリケートの少なくとも一部が酸化ゲルマニウム脱離して25から250までの範囲のSi/Ge比を有するCIT-13ゲルマノシリケートを生成するのに充分な条件下で、濃鉱酸で処理することを含む、方法。
【請求項14】
4.5から10までの範囲のSi/Ge比を有する前記CIT-13トポロジーの前駆体結晶質微多孔性ゲルマノシリケートは水熱的に得られたものである、請求項
13に記載の方法。
【請求項15】
4.5から10までの範囲のSi/Ge比を有する前記CIT-13トポロジーの前駆体結晶質微多孔性ゲルマノシリケートを
、M(Mはアルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄
、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛
、ジルコニウム
又はそれらの組み合わせである)の存在下にて、該ゲルマノシリケートの少なくとも一部が酸化ゲルマニウム脱離して、25から250までの範囲のSi/Ge比を有し
、Mの1つ以上の格子酸化物を含み、15から250までの範囲内のSi/M比を有する、CIT-13トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケートを生成するのに充分な条件で、濃鉱酸に供することを更に含む、請求項
13に記載の方法。
【請求項16】
物質の化学変換または分離に作用する方法であって、
指定された、物質の化学変換または分離に作用するのに充分な条件下で、各原料を請求項1~
9のいずれか一項に記載の結晶質微多孔性ゲルマノシリケートと接触させることによって、
(a)低温にてCOを用いてDMEをカルボニル化すること;
(b)メタンを用いてNO
Xを還元すること;
(c)炭化水素をクラッキング、ハイドロクラッキング若しくは脱水素化すること;
(d)炭化水素原料を脱ロウすること;
(e)パラフィンを芳香族化合物へ転換すること;
(f)芳香族化合物原料を異性化若しくは不均化すること;
(g)芳香族炭化水素をアルキル化すること;
(h)アルケンをオリゴマー化すること;
(i)低級アルコールをアミノ化すること;
(j)炭化水素原料から低級アルカンを分離及び吸着すること;
(k)オレフィンを異性化すること;
(l)低分子量炭化水素から高分子量炭化水素を生成すること;
(m)炭化水素をリフォーミングすること;
(n)低級アルコール若しくは他の含酸素炭化水素を転換してオレフィン生成物(MTOを含む)を生成すること;
(o)過酸化水素を用いてオレフィンをエポキシ化すること;
(p)酸素の存在下でガス流中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減すること;
(q)窒素含有ガス混合物から窒素を分離すること;又は
(r)水素及び一酸化炭素を含有する合成ガスを炭化水素流へ転換すること;又は
(s)当初の炭化水素生成物中の有機ハロゲン化物の濃度を低減すること;
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願の相互参照]
本願は、2016年3月4日に出願された米国特許出願整理番号第62/303,60
4号、2016年6月1日に出願された米国特許出願整理番号第62/344,025号
、及び2016年12月30日に出願された米国特許出願整理番号第62/440,74
2号に対する優先権の利益を主張する。
【0002】
本発明は、新規なゲルマノシリケート組成物及びその製造方法を対象とする。具体的に
、本発明は、CIT-13と名付けられた10員環(10MR)及び14員環(14MR
)を有する超大細孔結晶質ゲルマノシリケート組成物から始まる変態の配列を開示する。
新たな物質には、CIT-13Pと名付けられた新たなフェロシリケート組成物、格子金
属酸化物が添加された又は添加されていないCIT-5及びCIT-13トポロジーの新
たな結晶質微多孔性高シリカ形ゲルマノシリケート類、並びに8員環(8MR)及び12
員環(12MR)並びに10員環をそれぞれ有するCIT-14及びCIT-15と名付
けられた新たな高シリカ形ゲルマノシリケート化合物が含まれる。本発明は、また、これ
らの新たなゲルマノシリケート組成物を製造する方法及び該組成物それら自体を開示する
。
【背景技術】
【0003】
ゼオライトは、不均一系触媒として重要な役割を果たし、様々な工業環境で用いられる
。初めに、これら材料は、ガソリン及びその他の燃料の製造用のより選択的且つロバスト
な触媒を探求する中で広く開発されて石油産業を支えてきた。現在では、これらの固体は
、構造及び化学組成に基づく特性を有し、特異的な大規模利用を扱うことのできる特別な
材料として浮上してきた。新しい材料を開発段階から商業的に実現可能な触媒とするまで
相当の努力を必要とする一方、現存する材料より優れているものが浮上する可能性がある
との希望を伴って新たな構造体の発見の余地が残されている。
【0004】
新しい材料の発見を目指す1つの目標は、次第に大きくなる細孔が、幾つかの触媒特性
を内部表面に保持しながら、オイルのアップグレードの分野でより大きな供給分子を扱う
ことができ得るという希望である。
【0005】
従って、依然として、興味対象は、それらの用途に使用するための新たな結晶相の発見
にある。本研究は、この領域の本技術分野における欠陥に対処することを目的とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、「新たなCIT-13トポロジーの結晶質ゲルマノシリケート材料及びその
製造方法」と称され2016年6月1日に出願された米国特許出願整理番号第15/16
9,816号に記載されている、近年報告されたCIT-13トポロジーを有する結晶質
微多孔性ゲルマノシリケートに由来する新たなゲルマノシリケート類を対象とする。この
参考出願は、参照により、CIT-13トポロジーの特徴並びにその材料の製造方法及び
使用方法を含む全ての目的のため、その全体が本明細書に援用される。これらCIT-1
3ゲルマノシリケート類は、ベンジル-イミダゾリウム有機構造指向剤を用いて水熱的に
製造され、10員環及び14員環(各々、6.2×4.5Åの細孔径、及び9.1×7.
2Åの細孔径)によって規定される細孔を有する三次元骨格を有するものとして特徴付け
られた。これらは、この構造様式を有する結晶質シリケートとして初めて知られたもので
ある。これらの構造は、その粉末X線回折(PXRD)パターン、単位格子パラメータ、
SEM顕微鏡写真、29Si-MAS NMR分光分析、及び吸着/脱着等温線によって
特徴付けられた。
【0007】
本発明は、3.8から10までの範囲のSi/Ge比を有するこれらCIT-13ゲル
マノシリケートを、様々な反応条件に供することによって、その構造を操作する方法を対
象とする。本発明はまた、当該操作に由来する生成物を対象とする。具体的に、その反応
は、様々な金属酸化物又はメタロイド酸化物の供給源の存在下又は非存在下で、熱、水蒸
気、及び/又は濃鉱酸若しくは希鉱酸を施して、新たなゲルマノシリケート組成物の配列
を提供することを含む。各事例において、その反応は、元の構造内の酸化ゲルマニウムを
激減させるか又は再構成し、幾つかの事例では、水熱合成によって達成可能なものよりも
高いSi/Ge比を有するCIT-13トポロジーのゲルマノシリケート類を生じる。こ
れらゲルマノシリケートは、(a)任意により、他の金属酸化物で置換されていてもよく
;(b)水熱合成によって達成可能なものと同一又はそれより高いSi/Ge比も有し、
任意により、他の金属酸化物で置換されていてもよい、CIT-5トポロジーのゲルマノ
シリケートであってもよく;(c)層剥離したcfi層を含むフィロシリケートであって
もよく;また(d)新規フィロシリケートのピラーリングとみられる反応及び集合からそ
れぞれ生じる、CIT-14及びCIT-15と名付けられた新たな構造体であってもよ
い。これら操作の相対的効果は、本発明の出発物ゲルマノシリケートの酸化ゲルマニウム
含有量に依存する。
図1を参照のこと。
【0008】
例えば、本発明の幾つかの実施形態は、CIT-13トポロジーの、約25から約25
0までの範囲内のSi/Ge比を有する、いわゆる、高シリカゲルマノシリケート類であ
る、結晶質微多孔性(形態IA及びIB)を含む。これらSi/Ge比は、米国特許出願
整理番号第15/169,816号に記載されたような、水熱合成により得られたCIT
-13構造体のもの(例えば、Si/Ge=3.8~10)よりも著しく高い。しかし、
これら新たな高シリカゲルマノシリケートのPXRDパターンは、それらが水熱法によっ
て調製されたものと構造的に類似していることを示す。PXRDパターンにおける唯一の
著しい相違点は、(200)及び(110)結晶学的平面の2θ値が僅かに高い値へシフ
トしていることであり、これは高シリカ構造体における酸化ゲルマニウムに富むD4R単
位の激減に一致する。
【0009】
他の実施形態は、金属又はメタロイドMの酸化物を更に含む、CIT-13トポロジー
(Si/Geが約50から約250までの範囲内である)の結晶質微多孔性高シリカゲル
マノシリケート(形態IB)を含み、ここで、該MはAl、B、Fe、Ga、Hf、Si、
Sn、Ti、V、Zn、Zr又はそれらの組み合わせであり、該Mは該CIT-13格子
中に約25から約250までの範囲内のSi/M比で存在する。
【0010】
これら高シリカゲルマノシリケートは、水熱的に得た約4.5から約10までの範囲の
Si/Ge比を有する元のCIT-13ゲルマノシリケートを、対応する金属又はメタロ
イド酸化物の供給源の存在下で、高温(例えば、170~225℃)にて、濃鉱酸(例え
ば、約1MのHNO3)で処理することによって調製することができる。幾つかの実施形
態では、例えばAl(NO3)3の場合のように、M酸化物の供給源が該鉱酸の供給源も
提供する。幾つかの特定の実施形態では、Mが、Al、B、Fe、Si、Sn、Ti及び
/若しくはZnであるか又はそれらを含み、最も好ましくはMがAlであるか又はAlを
含む。CIT-13トポロジーの高シリカアルミノゲルマノシリケートは、本明細書中に
おいて、1M硝酸アルミニウム水溶液を基準として約54ppmの特性化学シフトを有す
る27Al MAS NMRスペクトルを示し、且つテトラメチルシラン(TMS)を基準
として約-110ppm~-115ppmの特性化学シフトを有する29Si MAS N
MRスペクトルを示すものとして特徴付けられる。
【0011】
本発明の更に他の実施形態は、約3.8から約5.4までの範囲、好ましくは3.8か
ら5まで又は3.8から4.35までの範囲のSi/Ge比を有する、CIT-5トポロ
ジーの結晶質微多孔性の酸化ゲルマニウム豊富なゲルマノシリケート(形態II)を含む
。CIT-5トポロジーを有するこれら組成物は、CIT-13ゲルマノシリケートのト
ポタクティック類似体(又はCIT-13ゲルマノシリケートのトポタクティック再配列
)として記載されてもよく、その格子の酸化ゲルマニウムに富むD4Rユニットは、前者
(CIT-5ゲルマノシリケート)における酸化ゲルマニウムの二重ジグザグ鎖によって
置き換えられている。
【0012】
そのような構造体は、約3.8から約5.4までの範囲、好ましくは3.8から5まで
又は3.8から4.35までの範囲のSi/Ge比を有するゲルマノシリケートを、変態
をもたらすのに充分な時間、少なくとも約450℃~約1200℃の範囲の特定温度まで
加熱することによって調製することができ、該加熱は、任意により、水蒸気の段階的又は
同時利用(600℃~約1000℃、より好ましくは700℃~900℃の範囲の温度)
を用いてもよい。これら酸化ゲルマニウムに富むCIT-5ゲルマノシリケートを高温(
例えば、170~225℃)にて濃鉱酸(例えば、約1MのHNO3)で処理することで
、30から200までの範囲のSi/Ge比を有する、CIT-5トポロジーの高シリカ
ゲルマノシリケート(形態IIIA及びIIIB)の形成をもたらす。この濃鉱酸による
処理がM(Mは、Al、B、Fe、Ga、Hf、Si、Sn、Ti、V、Zn、Zr又は
それらの組み合わせである)の酸化物の供給源の存在を伴う場合、得られるSi/M比が
約25から250までの範囲となるように、追加のM酸化物が格子内に組み込まれる(形
態IIIB)。か焼が固定式チャンバで行われるか又は回転式チャンバで行われるか、か
焼のやり方は、得られる生成物のモルフォロジーに、また幾つかの事例では構造に、影響
するようである。回転式チャンバの使用が好ましいようである。
【0013】
本発明の更なる一種の実施形態は、約40からおよそ無限大まで又は約50から約10
0までの範囲にわたるSi/Ge比を有する、CIT-13Pと名付けられたフィロシリ
ケート(形態IV)を含む。これらは、CIT-13トポロジーの酸化ゲルマニウムに富
むゲルマノシリケート(Si/Ge=3.8から約4.5、5、5.4又は5.68まで
)の層剥離によって生じるシリカに富むcfi層を含む構造体として記載されてもよく、
酸化ゲルマニウムに富むD4R層が除去されて表面シラノール(Si-OH)基が残され
ている。実際、これらの構造体は、CIT-13トポロジー又はCIT-5トポロジーの
いずれか一方の酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケートを高温(例えば、90℃~1
20℃)にて希鉱酸(0.3M未満)と反応させることによって得ることができる。これ
らフィロシリケートCIT-13Pは、粉末X線回折(PXRD)パターンにおける2θ
角で約6.9°~約9°の範囲の主要ピークによって特徴付けられ、該主要ピークは、C
IT-13と名付けられた酸化ゲルマニウムに富む結晶質微多孔性ゲルマノシリケート組
成物の対応する主要ピークよりも高い角度である。更に、フィロシリケートにおけるこの
高い2θ角へのシフトは、D4Rユニットの除去、及びシリカに富むCfi層のさらに密
な積み重ねと一致している。
【0014】
これらフィロシリケート構造体は、トポタクティック再配列して、本明細書中でCIT
-14(形態VI)及びCIT-15(形態V)と名付けられた、新たな結晶質微多孔性
構造体を形成することもできる。これらの各々は、約25から無限大までの範囲にわたる
Si/Ge比を有する高シリカゲルマノシリケート骨格であり、Si/Ge比が75から
約150まで(CIT-14の場合)又は約50から約100まで(CIT-15の場合
)である特定の実施形態を含む。
【0015】
CIT-14構造体(形態IV)は、8員環及び12員環によって規定される細孔を有
する三次元骨格であるように見え、シリカに富むcfi層間に複数のシリカピラーを有す
る構造と一致するPXRDパターンによって特徴付けられている。
【0016】
CIT-14構造体は、CIT-13Pトポロジーのフィロシリケートを、濃鉱酸(例
えば、HCl、又は好ましくはHNO3)の存在下、約165℃~約225℃の範囲の1
点以上の温度にて12~48時間の範囲の一定時間シリカの供給源で処理して中間体組成
物を形成し、次いで該中間体組成物を単離し、CIT-14トポロジーの結晶質微多孔性
シリケート組成物を形成するように、か焼することによって、調製することができる。
【0017】
CIT-15構造体(形態V)は、10員環によって規定される細孔(細孔は5.6Å
×3.8Å)を有する三次元骨格を含み、PXRDパターンによって特徴付けられている
。CIT-15構造体は、CIT-13Pトポロジーのフィロシリケートを、400℃~
約950℃の範囲の温度にて、CIT-15トポロジーの結晶質微多孔性シリケート組成
物を形成するように、か焼することによって調製することができる。
【0018】
幾つかの態様では、CIT-13Pフィロシリケートは、本明細書中で記載される条件
下で、結晶学的により簡単な特徴付けである、CIT-14構造体及びCIT-15構造
体を提供する能力によって特徴付けられてもよい。
【0019】
これら実施形態の幾つかでは、結晶質微多孔性固体がその水素型で存在する。他の実施
形態では、結晶質微多孔性固体が、その微細孔内に少なくとも1種の金属カチオン塩又は
遷移金属若しくは遷移金属塩を含有している。
【0020】
これら触媒は、様々な有機変換及び無機変換で用いることができ、そのような変換とし
て下記が挙げられるが必ずしもこれらに限定されない:
(a)低温にてCOを用いてDMEをカルボニル化すること;
(b)メタンを用いてNOXを還元すること;
(c)炭化水素をクラッキング、ハイドロクラッキング若しくは脱水素化すること;
(d)炭化水素原料を脱ロウすること;
(d)パラフィンを芳香族化合物へ転換すること;
(e)芳香族化合物原料を異性化若しくは不均化すること;
(f)芳香族炭化水素をアルキル化すること;
(g)アルケンをオリゴマー化すること;
(h)低級アルコールをアミノ化すること;
(i)炭化水素原料から低級アルカンを分離及び吸着すること;
(j)オレフィンを異性化すること;
(k)低分子量炭化水素から高分子量炭化水素を生成すること;
(l)炭化水素をリフォーミングすること;
(m)低級アルコール若しくは他の含酸素炭化水素を転換してオレフィン生成物(MTO
を含む)を生成すること;
(n)過酸化水素を用いてオレフィンをエポキシ化すること;
(o)酸素の存在下でガス流中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減すること;
(p)窒素含有ガス混合物から窒素を分離すること;又は
(q)水素及び一酸化炭素を含有する合成ガスを炭化水素流へ転換すること;又は
(r)当初の炭化水素生成物中の有機ハロゲン化物の濃度を低減すること。
これら変換は、指定の変換に作用するのに充分な条件下で、それぞれの原料を本明細書中
に記載のいずれか1種以上の触媒と接触させることによって実現し得る。
【0021】
本願は、添付された図面と併せて読む場合に更に理解される。主題を説明する目的で、
主題の例示的実施形態が図面に示される;しかしながら、本発明の主題は、開示された特
定の方法、装置、及びシステムに限定されない。加えて、図面は、必ずしも実際の縮尺で
描かれてはいない。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【
図1】本発明で論じられる幾つかの変態のスキーム図を示す。
【
図2】EDSによって特徴付けられるCIT-13合成のためのゲル及びか焼生成物に関するSi/Ge比の関係(米国特許出願整理番号第15/169,816号出典)を示す。
【
図3】化学シフトを-104.6ppm(3.8%)、-107.31ppm(4.5%)、-110.47ppm(17.9%)、-113.05ppm(32.0%)、-116.06ppm(16.5%)、-118.03ppm(25.1%)に有する、か焼CIT-13(Si/Ge=5.0)のデコンボリューションした
29Si 8K MAS 固体NMRスペクトルを示す。実線が実際のスペクトルであり;点線が示したピークの和である(米国特許出願整理番号第15/169,816号出典)。
【
図4】水熱的に合成したCIT-13について理論的に得られる及び実験的に得られたPXRD代表データを示す。理論ピーク一覧については表10を参照のこと。
【
図5】シリカに富むCIT-13ゲルマノシリケートについての例示的PXRDデータを示す。具体的な詳細については表2を参照のこと。
【
図6】水熱的に合成したCIT-13と1M硝酸との反応から得られる生成物のモルフォロジーを図示する。具体的な詳細については表2を参照のこと。
【
図7A】水熱的に合成したCIT-13と1M硝酸との反応の生成物についてのPXRDパターンの全体を示し、該PXRDパターンは、硝酸処理後のより高い2θ角へのシフトを反映しており、Si/G比の増加に伴う結晶学的平面(200)及び(110)の収縮を示している。
【
図7B】水熱的に合成したCIT-13と1M硝酸との反応の生成物についてのPXRDパターンの選択したピークを示し、該PXRDパターンは、硝酸処理後のより高い2θ角へのシフトを反映しており、Si/G比の増加に伴う結晶学的平面(200)及び(110)の収縮を示している。
【
図8】CIT-13トポロジーにおける結晶学的平面(200)及び(110)の相対位置を図示する。
【
図9】Al(NO
3)
3を用いたCIT-13のアルミニウム化/酸化ゲルマニウム脱離の結果についての代表的データを示す。具体的な詳細については表3を参照のこと。
【
図10】アルミニウム化CIT-13ゲルマノシリケートについて、八面体アルミナを除去するための最初に形成したアルミニウム化生成物の洗浄の前及び後に得られた
2
7Al-MAS NMRデータを示す。上段のスペクトルは、約2/3のアルミナが骨格外に存在することを示した。Na
+による交換及び洗浄は、この骨格外の八面体アルミナの多くを除去した。
【
図11A】異なるアルミナ充填レベルでのCIT-13アルミノシリケートのデコンボリューション後の
29Si-8K MAS固体NMRスペクトルを示す。
【
図11B】異なるアルミナ充填レベルでのCIT-13アルミノシリケートのデコンボリューション後の
29Si-8K MAS固体NMRスペクトルを示す。
【
図12】硝酸によるCIT-13ゲルマノシリケート(Si/Ge=5)の酸化ゲルマニウム脱離後のFTIRスペクトルにおけるGe-O-Si非対称振動に関連していた約1000cm
-1の赤外ピークの除去を示す。
【
図13】熱及び任意により水蒸気の使用によるCIT-13ゲルマノシリケートからCIT-5ゲルマノシリケートへの変態に関連する変化の略図を示す。
【
図14】CIT-5ゲルマノシリケートに関連する細孔径チャネル次元の略図を示す。細孔データの出典はIZA構造データベースである。
【
図15】CIT-13ゲルマノシリケート(Si/Ge=3.78)のか焼/水蒸気処理に関連したPXRDパターンの変化を示す。
【
図16】B/Ge CIT-13ゲルマノシリケート(Si/Ge=3.92、B<1原子%)のか焼/水蒸気処理に関連したPXRDパターンの変化を示す。
【
図17】CIT-13ゲルマノシリケート(Si/Ge=6.38)のか焼/水蒸気処理に関連したPXRDパターンの変化の欠如を示す。
【
図18】CIT-13ゲルマノシリケートのか焼/水蒸気処理の間に観察されたPXRDパターンの変化を示し、CIT-5への不完全変態又は反応中間体の存在を示す。
【
図19】CIT-13ゲルマノシリケートのか焼/水蒸気処理後の生成物のモルフォロジーを示す。表5を参照のこと。
図19(A)は、固定式オーブン、Si/Ge=3.84(非変態)の結果を示す。
図19(B)は、回転式オーブン、Si/Ge=4.10(CIT-5)の結果を示す。
図19(C)は、回転式オーブン、Si/Ge=3.87(CIT-5)の結果を示す。
図19(D)は、固定式オーブン、Si/Ge=3.78(非変態)の結果を示す。
図19(E)は、回転式オーブン、Si/Ge=6.60(非変態)の結果を示す。
図19(F)は、固定式オーブン、Si/Ge=6.38(非変態)の結果を示す。
【
図20A】アルミナ含有量を変化させたCIT-13アルミノシリケートについてのPXRDパターンを示す。実施例1、2及び3の説明については表6及び7を参照のこと。
【
図20B】アルミナ含有量を変化させたCIT-13アルミノシリケートについてのPXRDパターンを示す。実施例1、2及び3の説明については表6及び7を参照のこと。
【
図21】表6の実施例1に記載されたCIT-5アルミノシリケートについての
2
7Al-MAS NMRスペクトルを示す。
【
図22】様々なSi/Ge比を有するCIT-13の処理に関連して観察されたPXRDパターン変化を示し、該変化は、層剥離/酸化ゲルマニウム脱離してCIT-13Pを形成していることを示す。
【
図23】CIT-13Pの理想的構造の略図を示す。
【
図24】一定のSi/Ge比の範囲にわたる、CIT-13Pフィロシリケートの調製に用いられた、前駆体CIT-13ゲルマノシリケートのPXRDパターンを示す。Y軸の数は、前駆体CIT-13ゲルマノシリケートのSi/Ge比である。
【
図25】
図24に係る前駆体から調製された対応するCIT-13PフィロシリケートのPXRDパターンを示す。か焼した前駆体を99℃にて24時間0.1M塩酸で処理した。Y軸の数は、前駆体CIT-13ゲルマノシリケートのSi/Ge比である。
【
図26A】水蒸気/か焼処理したCIT-13及びCIP-13Pについての
29Si MAS NMR及び
1H-
29Si CP MAS NMRの比較を示す。
【
図26B】水蒸気/か焼処理したCIT-13及びCIP-13Pについての
29Si MAS NMR及び
1H-
29Si CP MAS NMRの比較を示す。
【
図27】CIT-15の理論PXRDデータを示す。理論ピークの一覧は表10を参照のこと。
【
図28】CIT-15ゲルマノシリケートの細孔サイズチャネル寸法の略図を示す。
【
図29】CIT-15ゲルマノシリケートについて実験的に得られたPXRDパターンと理論PXRDパターンとの比較を示す。
【
図30】CIT-13PフィロシリケートからCIT-15ゲルマノシリケートへの変態に関連すると考えられる変化の略図を示す。点線の円は、事前調整の間のC
1-1
2アルキルアミンの(ページ内の)配置位置を表すと考えられる。
【
図31】様々なSi/Ge前駆体比でピラーリング条件下にてCIT-14ゲルマノシリケート化されたCIT-13Pの組織化に関連するPXRDパターンを示し、一定のSi/Ge比の範囲にわたるCIT-14ゲルマノシリケートのPXRDパターンの主要ピークの実質的定常性を示す。
【
図32】主要ピークの位置に関する前駆体Si/Ge比の影響を含む、CIT-14ゲルマノシリケートに関連するPXRDパターンを示す。表9を参照のこと。
【
図33A】CIT-14を表すと考えられる構造及びその理論PXRDデータを図示する。理論ピーク一覧については表10を参照のこと。
【
図33B】CIT-14を表すと考えられる構造及びその細孔チャネル寸法を図示する。
【
図34】CIT-13PフィロシリケートからCIT-14ゲルマノシリケートへの変態に関連すると考えられる変化の略図を示す。「SiO
2」は、シリカの供給源を表す。
【
図35】複数のQ
4環境を含む、CIT-14ゲルマノシリケートの代表的
29Si MAS NMRを示す。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明は、ゲルマノシリケートを含む結晶質微多孔性シリケートを含む新たな組成物、
並びに該組成物の製造方法及び使用方法を対象とする。
【0024】
本発明は、添付の図面及び実施例と関連させて下記の説明を参照することにより更に容
易に理解することができ、該図面及び実施例の全ては本開示の一部を構成する。本発明は
、本明細書で記載する又は示す特定の製品、方法、条件又はパラメータに限定されず、本
明細書で使用する用語は、ほんの一例として特定の実施形態を説明するためのものであっ
て、保護を請求する発明の限定を意図するものではない。同様に、特に具体的に明記しな
い限り、可能性のある作用機序若しくは作用形式又は改善理由に関するあらゆる記載は一
例にすぎず、本発明は、そのように示唆される作用機序若しくは作用形式又は改善理由の
正確さ又は不正確さによって制約を受けるものではない。本文全体を通して、本明細書の
記載は組成物並びに該組成物の製造方法及び使用方法に言及することが認識される、すな
わち、本開示が組成物並びに該組成物の製造方法及び使用方法に関連する特徴又は実施形
態を記載又はクレームする場合、そのような記載又はクレームは、該特徴又は実施形態を
各状況(すなわち、組成物、製造方法、及び使用方法)において拡張することを意図する
ことが理解される。処理方法が記載される場合、特に除外されない限り、更なる実施形態
として、単離されて、任意により、分子篩又はゼオライト合成に相当する様式で後処理さ
れた製品組成物を提供する。
【0025】
-水熱的に調製したCIT-13トポロジーのゲルマノシリケート組成物-
本発明は、近年報告されたCIT-13トポロジーを有する結晶質ゲルマノシリケート
相の分子篩に由来する新たなゲルマノシリケートを対象とする。このCIT-13トポロ
ジーは、2016年6月1日に出願された米国特許出願整理番号15/169,816号
に記載されており、該米国特許出願は、CIT-13トポロジーの特徴付け並びにCIT
-13トポロジーの物質の製造方法及び使用方法を含む全ての目的のため、参照により、
全体として本明細書に援用される。これら報告された結晶質微多孔性ゲルマノシリケート
CIT-13構造体は、ベンジル-イミダゾリニウム有機構造指向剤を用いて水熱的に調
製され、10員環及び14員環(細孔寸法は、それぞれ6.2×4.5Å及び9.1×7
.2Å)によって規定される細孔を有する3次元骨格を有するものとして特徴付けられ、
そのような構成を有する最初の公知の結晶質シリケートである。これら3.8から10ま
でのSi/Ge比にわたり調製された構造体(
図2を参照のこと)は、それらの粉末X線
回折(PXRD)パターン、単位格子パラメータ(表1)、SEM顕微鏡像、
29Si
MAS NMR分光スペクトル、及び多孔度測定データによって特徴付けられた。
29S
i MAS NMRスペクトルは、Si/Ge=5.0の場合に、複数のケイ素環境を示し
(
図3)、その複雑度は、シリカに富む層の間に配置された酸化ゲルマニウムに富むD4
Rユニットの存在に由来している(
図4の挿入図を参照のこと)。
【0026】
【0027】
本発明の議論の目的のため、これらの構造体は、シリカに富むcfi層に関して記載さ
れ、酸化ゲルマニウムに富むD4Rユニットによって結合されている、シリカ基の四面体
配列を含む(
図4の挿入図を参照のこと)。シリカに富むcfi層は、それらがcfi複
合基礎単位を構成する為にそのように呼ばれており、その名称は、CIT-5がその顕著
な例である骨格型CFIに由来する。「シリカに富む」という用語は、その理想シリカ格
子に存在している他の金属又はメタロイド酸化物の存在を考慮するために用いられる。
【0028】
本明細書の他の部分で示されるように、本明細書中で記載される変態は、一般に、これ
らシリカに富むcfi層の構造を保持し、このことは結晶学的に明らかであり、その生成
物の構造は、それらシリカに富むcfi層が互いに結び付けられている方法で相違する。
「結び付けられている」という用語は、前記シリカに富むcfi層を互いに離して平行に
又は部分的に平行に保つ位置での酸化ゲルマニウム又は他の酸化物の配列(例えば、D4
R、二重ジグザグ、ピラー化、若しくは他の層間配列)の結合を指す。そのような酸化物
結合が存在しない場合、幾つかの実施形態では、シリカに富むcfi層が、そうでなけれ
ば結合した酸化ゲルマニウム又は他の酸化物によって占められている位置の少なくとも幾
つかでシラノール(Si-OH)基を含む。
【0029】
本願は、約3.8から約10までの範囲のSi/Ge比を有するCIT-13と名付け
られた結晶質微多孔性ゲルマノシリケート組成物の変態によって得られる、新たなシリケ
ート組成物を開示する。それらのゲルマノシリケート前駆体もその格子内に他の金属又は
メタロイド酸化物を含有することがあるように、得られる生成物もまた、本明細書で記載
する変態の前又は後に、その格子内に同一の又は類似する金属又はメタロイド酸化物を含
有することがある。
【0030】
本明細書における議論のために、組成物全体の文脈において用いられる「酸化ゲルマニ
ウムに富む」という用語は、後述する層剥離に有利であるのに充分な酸化ゲルマニウムを
有するゲルマノシリケート組成物を指す。一般に、そのような層剥離は、Si/Geが約
5.68、5.4、5、4.4又は4.35未満であるCIT-5及びCIT-13トポ
ロジーのゲルマノシリケートで起こる。そうは言っても、Si及びGe分析の正確性に依
存して、幾つかの組成物は、更に高い見掛けの比率、例えば、5.4又は5.68と同じ
高さにSi/Ge比で層剥離することが認められている(例えば、
図24、25及び31
を参照のこと)。D4R又は二重ジグザグ基礎単位(例えば、「酸化ゲルマニウムに富む
」D4Rユニット)の文脈で用いられる場合は、酸化ゲルマニウム含有量が非常に高く、
Si/Ge比をゼロに近づけるか又は事実上殆どゼロとすることができる(すなわち、こ
れらのユニットは、事実上殆ど全体的に酸化ゲルマニウムである)。一方、組成物全体の
文脈上で用いられる場合、「シリカに富む」という用語は、恐らくは、結び付いているユ
ニットにおけるシリカ内容物が非常に難分解性(refractory)である為に、層剥離しにく
い組成物を指す。一般に、前記用語は、Si/Ge比が約5.4から約10までの範囲で
ある場合の文脈で用いられる。「高シリカ」という用語は、その上限を超過した、すなわ
ち、約10より大きいSi/Ge比を指す。この用語が用いられる本発明の組成物は、一
般に、約25から約250までの範囲、又はそれより高いSi/Ge比を有する。
【0031】
I.CIT-13トポロジーの高シリカゲルマノシリケート組成物(結晶形態IA及びI
B)を形成するための、シリカに富むCIT-13ゲルマノシリケートと濃鉱酸との反応
形態IA:本明細書で開示されている変態の中で、シリカに富むCIT-13ゲルマノ
シリケートを濃鉱酸で処理して得ることができる生成物である。これら新たな種類の第一
の物質は、約25から約250までの範囲のSi/Ge比を有する結晶質微多孔性高シリ
カCIT-13ゲルマノシリケートである実施形態を含む。これら物質のSi/Ge比は
、水熱結晶化から合成したCIT-13ゲルマノシリケートのSi/Ge比より高く、さ
らに、これら高シリカCIT-13ゲルマノシリケートのPXRDパターンは、これらが
、水熱法によって調製したCIT-ゲルマノシリケートと構造的に類似していることを示
している。PXRDパターンにおける有意な相違は、(200)及び(110)結晶学的
平面が高い2θ値へ僅かにシフトしていることのみであり、これは個々の構造における酸
化ゲルマニウムに富むD4Rユニットの相対量と一致している。
【0032】
形態IB:他の実施形態は、更にMの酸化物を含むCIT-13トポロジーの結晶質微
多孔性高シリカゲルマノシリケート(繰り返すと、約25から約250までの範囲のSi
/Ge比を有する)を含み、該Mは、Al、B、Fe、Ga、Hf、Si、Sn、Ti、
V、Zn、Zr又はそれらの組み合わせであり、該Mは、約15から約200まで、好ま
しくは約25から約250までの範囲のSi/M比でCIT-13格子内に存在する。
【0033】
これら高シリカCIT-13ゲルマノシリケートは、元の水熱的に得た約4.5から約
10までの範囲のSi/Ge比を有するCIT-13ゲルマノシリケートを、高温にて、
濃鉱酸で処理することによって調製することができる。特定の実施形態では、「濃鉱酸」
は、本明細書中の他の箇所で広く定義されるが、好ましい実施形態では、該鉱酸が0.9
~1.1Mの範囲の濃度の硝酸であるか又はそれを含む。同様に、「高温」という用語は
、他の箇所でも定義されているが、この文脈上では、約160℃~約230℃、好ましく
は約175℃~約195℃の範囲である。
【0034】
この変態は主に酸化ゲルマニウム脱離反応であるように見えるため、下の水熱的に得た
CIT-13ゲルマノシリケートが骨格、例えば、cfi層に他の金属又はメタロイド酸
化物を含有する場合、得られる高シリカCIT-13ゲルマノシリケートも当該特徴を含
む。
【0035】
拡張した実施形態では、これら高シリカCIT-13ゲルマノシリケートが、約15か
ら約250までの範囲のSi/Ge比を有し、Si/Ge比に関して、約15から約25
まで、約25から約50まで、約50から約75まで、約75から約100まで、約10
0から約125まで、約125から約150まで、約150から約200まで、及び約2
00から約250までのうちの1若しくは2以上の範囲又はそれより高い範囲(例えば、
酸化ゲルマニウムの完全な排除による)で記載されていてもよい。
【0036】
ある例示的な一連の代表実験では、シリカに富むCIT-13ゲルマノシリケート(S
i/Ge=5.03±0.48)を硝酸(1M)で190℃にて1~3日間処理した(表
2、
図5を参照のこと)。
【0037】
【0038】
各事例において、CIT-13骨格が保持された一方で、Si/Ge比は、得られた生
成物のモルフォロジーの変化に関連して5~25倍増加した(
図6)。より穏やかな処理
又は更に厳しい処理(曝露期間及び温度の両方によって)は、約15から約250までの
範囲又はより高い範囲を可能にし得る。
【0039】
高シリカCIT-13ゲルマノシリケートは、その低シリカ類似体と比較して、(20
0)及び(110)結晶学的平面に関連する回折ピークの高角度への予測シフトを含む、
CIT-13トポロジーと一致するPXRDパターンを示す。繰り返すと、高シリカCI
T-13ゲルマノシリケートのこれら結晶学的平面に関連する高い2θ回折ピークは、生
成物の高シリカCIT-13物質の該結晶学的平面の、下記の水熱処理した出発物質の該
平面より近接した間隔を反映する。
図7A、7B及び8を参照のこと。例えば、約120
のSi/Ge比を有する高シリカ組成物は、前記(200)及び(110)結晶学的平面
について2θ角で6.7°及び7.38°を示し、対応のシリカに富む物質(Si/Ge
=5)と比較して2θ角で約0.2°のシフトに相当する。
【0040】
高シリカCIT-13ゲルマノシリケートを金属又はメタロイド酸化物であるM酸化物
の供給源の存在下にて濃鉱酸で処理する場合、これら酸化物を、CIT-13組成物の酸
化ゲルマニウムに富むD4Rユニットの少なくとも一部と置き換えて、XIT-13格子
内に組み込むことができる。表3及び
図9を参照のこと。
【0041】
【0042】
この反応性は、シリカ含有量が高く且つゲルマノシリカCIT-13構造体への金属又
はメタロイド酸化物の組み込みを有する、新たな組成物を産出した。これら新たな構造体
も本発明の別個独立した実施形態と考えられる。幾つかの実施形態では、例えば、Al(
NO3)3の場合のように、M酸化物の供給源が酸の供給源も提供する。幾つかの具体的
な実施形態では、Mが、Al、B、Fe、Ga、Hf、Si、Sn、Ti、V、Zn、Z
r若しくはそれらの組み合わせであるか又はそれらを含み、好ましくはAl、B、Fe、
Si、Sn、Ti及び/若しくはZrであるか又はそれらを含み、最も好ましくはAlで
あるか又はAlを含む。CIT-13トポロジーの高シリカアルミノゲルマノシリケート
は、本明細書中で、上述するPXRDパターンを示す(繰り返すと、(200)及び(1
10)結晶学的平面に関連した回折ピークの移動を示す)ものとして特徴付けられている
。これらの場合では、高シリカCIT-13ゲルマノシリケートが、更にM酸化物を含み
、Si/M比が約15から約200まで、好ましくは約30から200まで、より好まし
くは約40から約70までの範囲である。
【0043】
特定の実施形態では、高シリカCIT-13ゲルマノシリケートが、アルミノシリケー
トでもあり(すなわち、アルミノゲルマノシリケートであり)、そこでアルミニウムが、
D4Rユニット若しくはcfi層において又はそれらの両方において、格子内に組み込ま
れている。CIT-13ゲルマノシリケートの
27Al MAS NMRスペクトルは、1
M硝酸アルミニウム水溶液に対して約54ppmに特徴的な化学シフトを示し、アルミニ
ウムの四面体環境と一致する。幾つかの実施形態では、アルミニウムシリケートが更に、
64.7ppm若しくは約64.7ppm及び/又は47.0ppm若しくは約47.0
ppmに追加の化学シフトを示す。
図10を参照のこと。他の実施形態では、幾つかのア
ルミニウムが、八面体アルミナとして、細孔構造の骨格外に付加的に存在している。この
骨格外アルミナの幾つか又は全部は、この目的に有用であることが既知の適切な酸で化学
洗浄することによって除去することができる。
【0044】
CIT-13アルミノシリケートは、テトラメチルシラン(TMS)に対して約-11
0ppm及び-115ppmに特徴的な化学シフトを有する
29Si MAS NMRスペ
クトルも示す。
図11Aを参照のこと。幾つかの事例では、シリカが環境内に十分に存在
している場合に、D4R配置内のSiに帰属する約-108ppmの追加のシフトを検出
する可能性がある。
図11Bの下側のスペクトルを参照のこと。
【0045】
赤外線スペクトルも、これら酸化ゲルマニウム脱離反応に伴う骨格の元素組成に関する
幾つかの洞察を提供することができる。幾つかの関連する系では、約1000cm
-1の
赤外線ピークがGe-O-Si非対称振動に関連付けられてきた。
図12に示すように、
このピークはCIT-13ゲルマノシリケート(Si/Ge=5)に表れ、HNO
3での
処理に際して除去又は移動させられる。
【0046】
II.CIT-13トポロジーの酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケートの反応
CIT-13ゲルマノシリケート中の酸化ゲルマニウムに富むD4R構造の易変性は、
該CIT-13組成の酸化ゲルマニウム含有量に応じて異なる、豊富な化学作用を提示す
る。酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケートのみを最初に考えると、これは、層剥離
を提供してフィロシリケート(本明細書中でCIT-13Pと名付けられている)を形成
することができるか、又はトポタクティック再配列を提供してVIT-5トポロジーの酸
化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケートを形成することができ、他の新たな組成物を更
に産生することができる。これらを、本明細書中で別々に議論する。
【0047】
A.鉱酸の添加無しに熱/水蒸気を施用するCIT-5トポロジーの酸化ゲルマニウムに
富むゲルマノシリケートの形成(結晶形態II)
Si/Ge比が約3.8から約5.4の範囲、好ましくは約3.8から約5、4.5若
しくは4.35までの範囲である、酸化ゲルマニウムに富むCIT-13ゲルマノシリケ
ートは、熱の存在下で(空気か焼)、任意により/付加的に、水蒸気の存在下で、トポタ
クティック的に再配列して、該CIT-13トポロジーを第一の既知のCIT-5トポロ
ジーへ変態する。
図13で図示するように、変態は、CIT-13構造体中の酸化ゲルマ
ニウムに富むD4Rユニットの少なくとも一部、好ましくは全部からCIT-5構造体中
の酸化ゲルマニウムの二重ジグザグ鎖配列への正味の再配列に一致する。従って、CIT
-13トポロジーのCIT-5トポロジーへの変態は、典型的且つ実際的に、前者のSi
/Ge比を後者において保存しつつ、シリカに富むcfi層には大きな影響を与えずに残
す。
図13でも図示するように、酸化ゲルマニウムに富むCIT-5ゲルマノシリケート
は、14員環細孔を保持し/含有し、10員環細孔が存在しないCIT-13前駆体とは
異なる。
【0048】
ある実施形態は、次いで、約3.8から約5.4までの範囲のSi/Ge比を有するか
、又は約3.8から約3.9まで、約3.9から約4.0まで、約4.0から約4.1ま
で、約4.1から約4.2まで、約4.2から約4.25まで、約4.25から約4.3
まで、約4.3から約4.35まで、約4.35から約4.3まで、約4.3から約4.
35まで、約4.35から約4.5まで、約4.5から約4.55まで、約4.55から
約4.6まで、約4.5から約4.65まで、約4.65から約4.7まで、約4.6か
ら約4.75まで、約4.75から約4.8まで、約4.7から約4.85まで、約4.
85から約4.9まで、約4.9から約4.95まで、約4.95から約5.0まで、約
5.0から約5.05まで、約5.05から約5.1まで、約5.1から約5.15まで
、約5.15から約5.2まで、約5.2から約5.25まで、約5.25から約5.3
まで、約5.3から約5.35まで、若しくは約5.35から約5.4までの範囲のうち
の2つ若しくは3つ以上のSi/Ge比の組み合わせを有するものとして特徴付けられる
場合がある、CIT-5トポロジーのゲルマノシリケートを提供する。
【0049】
CIT-13トポロジーからCIT-5トポロジーへの変態は主にCIT-13ゲルマ
ノシリケートのD4Rユニットに作用するように見えるため、CIT-5産物のcfi層
に含まれる金属又はメタロイド酸化物の含有量は、CIT-13前駆体を反映し且つそれ
から利用可能とすべきであることが、理解されるべきである。例えば、酸化ゲルマニウム
に富むCIT-5の格子骨格は、前駆体CIT-13物質から得られる、アルミニウム、
ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛若しくはジルコニ
ウムの酸化物、又はそれらの組み合わせ若しくは混合物を含有する場合がある。
【0050】
これら酸化ゲルマニウムに富むCIT-5ゲルマノシリケートとその純粋なシリケート
類似体とのPXRDデータの比較は、良好な相関性を示し、該CIT-5ゲルマノシリケ
ートと一致する。表4及び
図15~18を参照のこと。ある実施形態では、次いで、酸化
ゲルマニウムに富むCIT-5ゲルマノシリケートのPXRDが、少なくとも定性的にC
IT-5トポロジーの他の組成物と類似しており、幾つかの事例では、この結晶形態につ
いて表4で提供される特性ピークのうち少なくとも5つを含有することがある。典型的に
は金属置換類似体の場合のように、格子中の追加の金属又はメタロイド酸化物の存在も、
表4のPXRDパターンによって特徴付けられることがある。他の金属酸化物の置換に基
づき、正確な位置における幾つかの変動性が予想され、当業者はこれらの変動を認識する
ことができるであろう。
【0051】
【0052】
本明細書中の他の箇所でも記載されるように、これら酸化ゲルマニウムに富むCIT-
5ゲルマノシリケートを、約3.8から約5、4.5又は4.35までの範囲のSi/G
e比を有する酸化ゲルマニウムに富むCIT-13トポロジーをか焼及び/又は水蒸気処
理することによって調製してもよく、ある実施形態では、該酸化ゲルマニウムに富むCI
T-5ゲルマノシリケートを、これらの処理の産物として特徴付けてもよい。幾つかの実
施形態では、酸化ゲルマニウムに富むCIT-13ゲルマノシリケートを、空気中或いは
酸化環境下でか焼する。この事例では、か焼が、約500℃から約1200℃の範囲、よ
り好ましくは約700℃から約900℃の範囲の1又は2以上の温度で、転換を達成する
のに充分な時間、処理することを含んでもよく、該温度が、500℃から約600℃まで
、600℃から700℃まで、700℃から800℃まで、800℃から900℃まで、
900℃から1000℃まで、1000℃から1100℃まで、又は約1100℃から約
1200℃まで範囲の1又は2以上として特徴付けられてもよい。当該時間は、典型的に
は、6~72時間の範囲にわたることができるが、単に経済的な理由から、より短い時間
が一般に好ましい。繰りかえすが、これらの処理は、酸の存在は本明細書中で他の生成物
を産生するものとして記載されるため、酸物質の非存在下で行われる。
【0053】
トポタクティック変換を水蒸気の使用によって達成してもよく、幾つかの実施形態は、
水蒸気の使用それ自体を提供し、他の実施形態は、か焼後に水蒸気の使用を必要とする。
これら実施形態では、か焼に続いて水蒸気が施され、該水蒸気は、600℃~約1000
℃の範囲、好ましくは700℃~900℃の範囲の1又は2以上の温度で、自己圧力にて
提供される。
【0054】
CIT-13前駆体物質が合成される方法は、CIT-5トポロジーを形成する最終的
な変態に影響する。幾つかの事例では、異なる種類の反応器の使用が、異なるモルフォロ
ジーをもたらすことができ、異なる生成物をもたらすことすらできる。別の実施形態では
、CIT-13前駆体の合成が固定式オーブンで行われる。他の実施形態では、CIT-
13前駆体の合成が可動式オーブン、好ましくは回転チャンバで行われる。回転チャンバ
は、より細かい結晶が得られるようである。例えば、表5及び
図15~17を参照のこと
。表5に示されるように、回転オーブン内で処理したGeに富むCIT-13は580℃
でゲルマノシリケートCIT-5へ変態した(Si/Ge=3.87)(
図15)。80
0℃/8時間/T
バブラー=80℃の過酷な水蒸気処理プロセスの後ですら、元々の調製
した物質のCIT-5骨格は壊されなかった(
図17)。580℃にて6時間か焼しCI
T-13(Si/Ge=4.22)をCIT-13とCIT-5との間のいずれかに変態
させた後、PXRDプロフィールは、CIT-13ピーク及びCIT-5ピークの両方を
示した(
図18)。この段階は、単純に、CIT-13相とCIT-5相との混合物であ
り得る。あるいは、この段階は、CIT-13でもCIT-5でもない、辞書的に定義さ
れた中間体相とすることができる。この物質は、800℃/8時間のか焼の後に、完全に
CIT-5へ変態した。Geに乏しいCIT-13(Si/Ge=6.38)は、どの温
度でも相変態を示さなかった。800℃/8時間/T
バブラー=80℃の過酷な水蒸気処
理プロセスの後ですら、CIT-13骨格のままであった。他の実験はこれら制限を確か
めた。
図19A~19Fを参照のこと。
【0055】
【0056】
A1.CIT-5トポロジーの酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケートと鉱酸との連
続反応によるCIT-5トポロジーの高シリカゲルマノシリケート(結晶形態IIIA及
びIIIB)の形成
形態IIIA:これらCIT-5トポロジーの酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケ
ートをHNO3などの濃鉱酸で高温にて(例えば170~225℃)処理することは、特
性PXRDパターンによって確かめられるように、CIT-5骨格の保持を伴って、格子
の酸化ゲルマニウム脱離を生じる。これら変態の多くと同様に、加熱/水蒸気処理が繰り
返し行われて、Si/Ge比を増加させることができる。このことは、最初の高シリカゲ
ルマノシリケートがCIT-5トポロジーを有することを表している。これらCIT-5
トポロジーの高シリカゲルマノシリケートは、EDSによって測定して、25~250に
わたるSi/Ge比を示した。他の実施形態では、これら高シリカゲルマノシリケートは
、15から25まで、25から30まで、30から40まで、40から50まで、50か
ら60まで、60から70まで、70から80まで、80から90まで、100から11
0まで、110から120まで、120から130まで、130から140まで、140
から150まで、150から200まで、200から250まで、又はそれより高い範囲
のうちの1又は2以上の範囲のSi/Ge比を示すものとして記載されることがある。
【0057】
形態IIIB:これらCIT-5トポロジーの酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケ
ートを、他の金属又はメタロイド酸化物の供給源の付加的な存在下にて濃鉱酸で処理した
場合、それら酸化物をCIT-5格子内に組み込むことができる。幾つかの実施形態では
、該金属又はメタロイド酸化物Mを、Al、B、Fe、Ga、Hf、Si、Sn、Ti、
V、Zn、Zr又はそれらの組み合わせとすることができる。好ましい実施形態では、M
がAlである。幾つかの実施形態では、得られるSi/M比が約25から250までの範
囲であり、該物質は、15から25まで、25から30まで、30から40まで、40か
ら50まで、50から60まで、60から70まで、70から80まで、80から90ま
で、100から110まで、110から120まで、120から130まで、130から
140まで、140から150まで、150から200まで、200から250まで、又
はそれより高い範囲のうちの1又は2以上の範囲のSi/Ge比を示すものとして特徴付
けることができる。具体的な実施形態では、MがAlである、すなわち、生成物がCIT
-5トポロジーのアルミノゲルマノシリケートである。
【0058】
ある代表的な一連の実施例(表6及び7)では、酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリ
ケートCIT-5(酸可ゲルマニウムに富むゲルマノシリケートCIT-13(Z-1)
の変態によって生成した、Z-2)を、1Mの硝酸アルミニウムの存在下又は非存在下、
1Mの硝酸で185℃にて24時間処理した。CIT-5骨格を破壊することなく、酸化
ゲルマニウム脱離およびアルミニウム化を同時に行った。興味深いことに、状況次第で、
1Mの硝酸アルミニウム(w/o硝酸)のみで処理した場合に、De-CIT-5が破壊
された。いかなる特定の理論の正しさにも拘束されないが、1Mの硝酸アルミニウムのp
H(2.1~2.4)が、ゲルマノシリケートの等電点(約2として知られている)より
も高かったという事実から、当該酸のpHを維持することがそれら物質の調製において考
慮すべき重要事項であることが導き出され得る。
【0059】
【0060】
【0061】
各事例において、生成物は、CIT-5トポロジーを有する他のアルミノシリケート類
のものと一致したPXRDパターンを有した(
図20)。表6に示すように、混合物溶液
の組成に応じて、Si/Al比が37~170、Si/Ge比が33~47であった。最
終的に、
27Al MAS NMRは、アルミニウム原子が骨格内に組み込まれたことを示
した(
図21)。
【0062】
B.希鉱酸によるフィロシリケート(CIT-13P)(結晶形態IV)の形成
本発明の更なる実施形態は、CIT-13P(形態IV)と名付けられた、約40から
無限大までにわたるSi/Ge比を有するフィロシリケート類を含む。これらは、シリカ
に富むcfi層を含む構造体として説明してもよく、任意選択的に、酸化ゲルマニウムに
富むCIT-5(3.8~約5.4のSi/Ge比を有する前駆体)又はCIT-13ゲ
ルマノシリケート(3.8から約5.68、5.4、5若しくは4.5までのSi/Ge
比を有する)の層剥離から得ることができる。
図22を参照のこと。
【0063】
前記前駆体の酸化ゲルマニウムに富むD4R又は二重ジグザグ層は、対応する表面シラ
ノール(Si-OH)基の導入によって除去される。実際に、これらの構造体は、CIT
-13又はCIT-5(形態II)トポロジーの酸化ゲルマニウムに富むゲルマノシリケ
ートを、希鉱酸(<0.3M)と、中程度の高温(例えば、90~120℃)で反応させ
ることによって得ることができる。これらフィロシリケートCIT-13Pは、独立して
、シロキシ化したシリカに富むcfi層(CIT-13骨格の)から本質的になる(ゲル
マノ)シリケート組成物として説明してもよい。一方、
図23は、理想的な純粋シリカ構
造体を示し、幾つかの実施形態では、CIT-13Pが、残りの付着した酸化ゲルマニウ
ム単位を含む(50~100のSi/Ge比は1~2%のGeの存在を示す)。
【0064】
別の独立した実施形態では、フィロシリケートCIT-13P物質が、シリカに富むc
fi層の加水分解から生じる場合がある欠陥を含むか又は含まない(欠陥のレベルは、例
えば、3、2、1若しくは0.5%未満であり、1H-29Si CP MAS NMR及
び29Si CP MAS NMRによって検出される)。
【0065】
幾つかの実施形態では、CIT-13Pフィロシリケートが、約40から無限大までの
範囲のSi/Ge比を有する。その組成物は、その中間の比の範囲で、例えば、約40か
ら50まで、50から60まで、60から80まで、80から100まで、100から2
00まで、及び200から無限大までの比の1又は2以上の範囲として説明されてもよい
。
【0066】
これらフィロシリケートは、粉末X線回折(PXRD)パターンにおける約6.9°(
2θ)から約9°(2θ)の範囲の主要ピークによって特徴付けられる。
図24~25を
参照のこと。他の実施形態では、PXRDパターンにおける主要ピークが、約7.0±0
.2°(2θ)から約8.1±0.2°(2θ)までの範囲内のピークである。この主要
ピークは、該フィロシリケートを得られる酸化ゲルマニウムに富む結晶質微多孔性CIT
-13ゲルマノシリケート組成物の対応する主要ピークよりも高い角度であり、D4Rユ
ニットの除去およびシリカに富む積重したcfi層が積み重なっている更に密な充填と整
合する。この主要ピークの絶対位置には、多少のばらつきが認められる。このことは、ピ
ークは個々の層の積み重ねに対して帰属可能である、すなわち、各層は回折パターンを提
供するのに不十分であり、複数のフィロシリケート層が積み重なることによってのみ回折
パターンがみられると理解した場合に説明することができる。この場合、積み重ねは、フ
ィロシリケート層の間に存在し得る微量のインターカラント不純物(例えば、水)に対し
て非常に敏感なようであり、充填に影響し、そして回折ピークの位置に影響する。あるい
は、異なるレベルのシラノールペンダントが積み重ねの距離に影響を及ぼし得る。いずれ
の場合でも、積み重なった層のd間隔は約10.5Åから約11.5Åの範囲内である。
【0067】
図26A~Bに示されるように、フィロシリケートは、特徴的な
29Siおよび
1H-
29Si CP MAS NMRも示す。これらMAS及びCP-MASスペクトルに基づ
くと、δ=-113ppm、-105ppmおよび-94ppmの化学シフトはQ
4Si
、Q
3Si、およびQ
2Siに相当し、55%Q
4Siおよび45%Q
3Si環境(Q4
/Q3がおよそ1:1)を示す。
図23に示す理想的構造体であると仮定すると、66.
7%Q
4Siおよび33.3%Q
3Si環境(Q4/Q3=2:1)を有し得る。
【0068】
ある実施形態は、これら物質を作製する方法を提供する。他の実施形態は、それら方法
の施用により生じるこれら組成物を、当該組成物がCIT-13Pシリケートについて記
載されるものと異なる限りにおいて含む。
【0069】
これら方法としては、結晶質微多孔性CIT-5又はCIT-13ゲルマノシリケート
を、希鉱酸水溶液で高温にて処理することを含む方法が挙げられ、前記結晶質微多孔性C
IT-13ゲルマノシリケート組成物は、全部で約3.8から約4.35、4.5、5、
5.4又は5.68までの範囲のSi/Geを有する。得られるフィロシリケートCIT
-13Pは、本明細書中の他の箇所で記載するように、約40から実質的に無限大までの
範囲のSi/Ge比を示すことができる。つまり、ある実施形態では、酸化ゲルマニウム
が実質的に完全に除去される;すなわち、Si/Ge比が実質的に無限大である。他の実
施形態では、前記処理が検出可能な程度の酸化ゲルマニウムを有する組成物を提供する。
幾つかの実施形態では、前記処理が、約80℃~約120℃の範囲の温度で、好ましくは
12~72時間にわたる時間で行われる。約100℃で約24時間行う処理は、変態を達
成するのに十分であるようにみえる。これに関連して、鉱酸は、塩酸、硝酸、リン酸、及
び/又は硫酸を含み、好ましくは塩酸を含む。希鉱酸の規定は、本明細書中の他の箇所で
記載するように、本発明の全体を通して、0.05~約0.3の範囲、好ましくは約1の
濃度が許容できる変態(前駆体に対して65%超)を提供する。
【0070】
CIT-13Pシリケートは、本明細書中の他の箇所で記載するように、それらのCI
T-14及びCIT-15ゲルマノシリケートへ変態する能力によって特徴付けられても
よい。
【0071】
フィロシリケートCIT-13Pの後続反応による、集合し再組織化した/集合したゲル
マノシリケート組成物(CIT-14およびCIT-15)(結晶形態VおよびVI)
フィロシリケートCIT-13Pシリケート構造体は、トポタクティック再配列[(再
)組織化および(再)集合]して、本明細書中でCIT-14及びCIT-15と名付け
られた、新たな結晶質微多孔性構造体を形成することも可能である。これらCIT-14
及びCIT-15の各々は、高シリカゲルマノシリケート骨格を示し、約25から実質的
に無限大までにわたるSi/Ge比を有し、この比が70から約150まで(CIT-1
4の場合)又は約50から約100まで(CIT-15の場合)である実施形態を含む。
実際に、CIT-13骨格が、実質的に本来のシリカに富むcfi層を保持しながら、フ
ィロシリケート中間体を経てCIT-14及びCIT-15骨格のいずれか一方又は両方
へ全体的に変態し、時にADOR(集合(Assembly)-分解(Disassem
bly)-組織化(Organization)-再集合(Re-assembly))
と称される、圧縮及びピラーリング変態と一致する。
【0072】
B.1.CIT-15トポロジーのゲルマノシリケート組成物(結晶形態V)
CIT-15と名付けられた第1種の結晶質微多孔性シリケートは、トポタクティック
脱水と一致した条件を施すことによってCIT-13Pフィロシリケートから得ることが
できる。そのような方法を用いることで、CIT-15トポロジーの結晶質微多孔性ゲル
マノシリケート組成物が、本発明者らによって特徴付けられ、PXRDパターンについて
、また他の分析方法(NMRを含む)について定義付けることができる。
【0073】
これら組成物を調製することができる方法から独立して、ある実施形態では、CIT-
15ゲルマノシリケート(形態V)が下記のうちの少なくとも1つを示す:
(a)2θ角で8.15±0.2°、10.13±0.2°、12.80±0.2°、1
6.35±0.2°、19.03±0.2°、19.97±0.2°、20.33±0.
2°、23.79±0.2°、23.91±0.2°、24.10±0.2°、24.6
3±0.2°、25.77±0.2°、26.41±0.2°、27.75±0.2°、
34.73±0.2°及び37.78±0.2°の特性ピークのうちの少なくとも5つを
示す、粉末X線回折(XRD)パターン;
(b)
図27に示されるものと実質的に同一な粉末X線回折(XRD)パターン;又は
(c)表8に示されるものと実質的に等価な単位格子パラメータ。
【0074】
【0075】
実験的に決定するPXRDパターンは、理論的に予測されたものと優れた相関性を示し
、この特徴づけに対する優れた証拠を与えることに留意されたい。CIT-15ゲルマノ
シリケートは、10MRチャネルを含有する三次元骨格を含む。幾つかの実施形態では、
これらチャネルが5.6Å×3.8Åの寸法を有し、これら骨格内部の金属又はメタロイ
ド酸化物の含有量のばらつきがこれらの具体的な寸法に影響を及ぼすことが予想される。
図27を参照のこと。
【0076】
幾つかの実施形態では、結晶質CIT-15ゲルマノシリケートが、25から無限大ま
での範囲のSi/Ge比を有する。CIT-13Pフィロシリケート前駆体から調製する
場合、生成物のSi/Ge比は一般に前駆体のSi/Ge比を反映する。そこで、ある実
施形態では、Si/Ge比を、25から50まで、50から60まで、60から80まで
、80から100まで、100から200まで、及び200から無限大までの範囲の1又
は2以上について、例えば、50から100までの範囲について記載することができる。
【0077】
結晶質微多孔性CIT-15ゲルマノシリケートは、CIT-13Pフィロシリケート
をか焼することによって調製することができる。
図30を参照のこと。他の実施形態は、
これらの方法の施用で得られるそれら組成物を、該組成物がCIT-15ゲルマノシリケ
ートについて記載されるものと異なる限りにおいて含む。か焼温度は、本明細書中の他の
箇所で規定されているが、ここでのある特定の実施形態では、か焼が、約400℃から約
950℃の範囲の少なくとも1点の温度に前駆体物質を供することを含む。CIT-13
Pを580℃~750℃で6~8時間か焼することによって、良好な結果が達成されてい
る。トポタクティック圧縮は、CIT-13Pのような、末端シラノール基を含有する層
状物質を用いて引き起こすことができる。か焼によって、それら末端シラノール基が圧縮
し、水を放出して、Si-O-Si結合を形成する。このプロセスにおいて、二次元物質
が三次元骨格物質へ転換される。いかなる特定の理論の正しさにも拘束されることを意図
しないが、CIT-13Pフィロシリケートの微多孔性CIT-15ゲルマノシリケート
への転換は、このメカニズムによって操作されていると思われる。例えば
図30を参照の
こと。か焼の前に、CIT-13Pフィロシリケートに長鎖(C
1~12)アルキルアミ
ン、例えば、1-ヘプチルアミン又は1-オクチルアミンを挿入することが役立つことが
示されているが、必須ではない。繰り返すと、いかなる特定の理論の正しさにも拘束され
ることを意図しないが、これらアミンは、組織化に役立ち、か焼の前のCIT-13Pの
プレチャネル(例えば、
図30の点線の円で示されるような)の位置を確保すると思われ
る。
【0078】
B.2.CIT-14トポロジーのゲルマノシリケート組成物(結晶形態VI)
CIT-14ゲルマノシリケートと名付けられた、第2種の結晶質微多孔性シリケート
は、ピラーリングと一致する条件を施すことによってCIT-13Pフィロシリケートか
ら得ることができる。幾つかの実施形態では、これら結晶質微多孔性CIT-14ゲルマ
ノシリケートは、3.8から約5.68までの範囲のSi/Ge比を有するCIT-13
ゲルマノシリケートから得られたCIT-13Pフィロシリケートを、濃鉱酸の存在下で
高温にて、所望の変態を達成するのに充分な時間、シリル化剤と反応させることによって
調製されてもよい。一般的状況では、鉱酸の範囲は、本明細書中の他の箇所で記載するが
、ある付加的な実施形態では、濃鉱酸が、硝酸若しくは塩酸であるか又は硝酸若しくは塩
酸を含み、好ましくは、硝酸であるか又は硝酸を含み、約1Mから約1.5Mの範囲の濃
度、好ましくは1.25Mの濃度である。ある実施形態では、反応条件が、CIT-13
Pを、鉱酸の存在下、約165℃から約225℃の範囲の1又は2以上の温度、好ましく
は175℃で、自己圧力下、12時間から36時間の範囲、好ましくは18時間から24
時間の範囲の時間、シリカの供給源、例えば、シリル化剤と接触させ、次いで580℃~
750℃で6~10時間か焼することを含む。具体的な実施例では、シリル化剤が、その
ような構造体のピラーリングに有用であることが公知のものを含み、例えば、ジエトキシ
ジメチルシラン(DEDMS)及び/又は1,3-ジエトキシ-1,1,3,3-テトラ
メチルジシロキサン(DETMDS)が挙げられる。ある実施形態では、CIT-14シ
リケートが、約25から無限大に接近するが無限大(即ち、純粋なシリカ)でない値まで
にわたるSi/Ge比を有する。他の実施形態では、Si/Ge比が、約25から150
まで、又は約75から約150までの範囲であるものとして記載される。Si/Ge比の
範囲について、代表的なPXRDパターンを
図31に図示する。
【0079】
それらを調製した方法から独立して、これら新たなCIT-14ゲルマノシリケートは
、2θ角で7.7°、8.2°、13.1°、19.5°、21.1°、22.7°、及
び27.6°の特性ピークのうちの少なくとも5つを有する粉末X線回折(PRD)パタ
ーンを示す。物質の構造上の乱雑さのため、観察された回折ピークは広く、これらのピー
クに割り当てられる誤差は、2θ角で±0.5°である(表9、
図31及び32を参照の
こと)。他の実施形態では、これらのピークに割り当てられる誤差は、2θ角で±0.3
°である。ピラーリングによって調製した他の構造体およびそれらを作製できる方法と一
致して、これら新たな物質は、8員環及び12員環によって規定される細孔を有する3次
元骨格の観点から説明される。理論的構造に基づくと、該8員環及び該12員環は、それ
ぞれ4.0×3.4オングストローム及び6.9×5.4Åの寸法を有する(
図33を参
照のこと)。単離した生成物から同定したPXRDパターンは、この構造に付随する理論
値(ゼネラル・ユーティリティー・ラティス・プログラム(ゲイル、1997)によって
予測したもの)と同一ではないが、整合する、すなわち、シリカに富むcfi層を隔てて
いるシリカピラーを有する。
図33及び34を参照のこと。繰り返すが、PXRDパター
ンにおける当該相違は、構造体における構造上の乱雑さ及び/又は不完全なシリカピラー
リングによって説明することができる。この場合、CIT-14のバージョンを、
図33
A及び33Bに示す結晶学的パラメータの観点から説明してもよい。
【0080】
図35は、-108~-120の化学シフト領域内に少量のQ3Si種および複数のQ
4Si環境を示す代表的な
29Si MAS NMRを示す。
【0081】
【0082】
【0083】
微結晶質組成物への他の修飾
ある実施形態では、本開示で記載する結晶質微多孔性固体は、結晶形態IA、IB、I
I、IIIA、IIIB、IV、V及びVIを含み、それらの水素型で存在する。他の実
施形態では、形態IA、IB、II、IIIA、IIIB、IV、V及びVIの結晶質微
多孔性固体は、その微細孔内に少なくとも1つの金属カチオン塩又は遷移金属若しくはそ
の塩を含有する。他の具体的な実施形態では、金属カチオン塩が、K+、Li+、Rb+
、Ca2+、Cs+、Co2+、Cu2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Ni2+、
又はFe2+の塩であり、銅塩は、例えば、シュバイツァー試薬(二水酸化テトラアンミ
ン二水和銅[Cu(NH3)4(H2O)2](OH)2])、硝酸銅(II)、又は炭酸銅(II)を
含んでもよい。そのような金属カチオンは、例えば、この目的に適することが公知の技術
(例えば、イオン交換)を用いて組み込めばよい。
【0084】
他の実施形態では、微細孔が、遷移金属又は遷移金属酸化物を含有してもよい。それら
物質の添加は、例えば、化学蒸着又は化学沈殿によって達成されてもよい。ある独立した
実施形態では、遷移金属又は遷移金属酸化物が、6族、7族、8族、9族、10族、11
族又は12族の元素を含む。他の独立した実施形態では、遷移金属又は遷移金属酸化物が
、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、マンガン、クロム
、モリブデン、タングステン、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリ
ジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、又はそれらの混合物を含む。Fe、
Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、及びそれらの混
合物が好ましい。独立した実施形態では、アンモニウム水溶液又は金属塩又は化学蒸着物
質又は化学沈殿物質が、独立に、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr
、Be、Al、Ga、In、Zn、Ag、Cd、Ru、Rh、Pd、Pt、Au、Hg、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、又はR4-nN+Hnカチオン(式中、R
はアルキルであり、その細孔の少なくとも幾つかではn=0~4である)を含む。
【0085】
用語「遷移金属」は、本明細書中の他の箇所で定義しているが、ある他の独立した実施
形態では、遷移金属又は遷移金属酸化物が、6族、7族、8族、9族、10族、11族又
は12族の元素を含む。更に他の独立した実施形態では、遷移金属又は遷移金属酸化物が
、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、マンガン、クロム
、モリブデン、タングステン、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリ
ジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、又はそれらの混合物を含む。Fe、
Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、及びそれらの混
合物が好ましいドーパントである。
【0086】
他の実施形態では、任意にドープした結晶質個体を、空気中で、400℃から500℃
まで、500℃から600℃まで、600℃から700℃まで、700℃から800℃ま
で、800℃から900℃まで、900℃から1000℃まで、1000℃から1200
℃まで、500℃から約1200℃までの少なくとも1つの範囲として定義される温度で
、か焼する。いずれか特定の温度の選択は、場合によっては、別の結晶相への分解又は前
進的変態に関する、特定の固体の安定性によって制限される場合がある。
【0087】
触媒としての使用のための分子篩の修飾の他の方法は当業者に公知であり、当該追加の
修飾のいずれをも本開示の範囲内として考慮する。
【0088】
発明の組成物の使用-触媒的変換
様々な実施形態では、本明細書中で記載されるように、か焼、ドープ又は処理された、
本発明の結晶質微多孔性ゲルマノシリケート固体は、触媒として作用して、一連の化学変
換を仲介又は触媒する。そのような組成物と触媒反応との組み合わせは全て、それらが個
別に分けられて描写されているように、本開示の個々の実施形態として考慮される。その
ような変換は、個々の原料を本明細書中で記載する物質のいずれか1つの結晶質微多孔性
固体を含む触媒と、指定の変換に作用するのに充分な条件下で接触させることによる、低
温にてCOを用いたDMEのカルボニル化、メタンを用いたNOXの還元(例えば、排気
用途で)、クラッキング、ハイドロクラッキング、脱水素化、パラフィンの芳香族化合物
への転換、炭化水素原料の脱ロウ、MTO、芳香族化合物原料(例えば、キシレン)の異
性化、芳香族化合物原料(例えば、トルエン)の不均化、芳香族炭化水素のアルキル化、
アルケンのオリゴマー化、低級アルコールのアミノ化、低級アルカンの分離及び吸着、炭
化水素のハイドロクラッキング、炭化水素原料の脱ロウ、オレフィンの異性化、低分子量
炭化水素からの高分子量炭化水素の生成、炭化水素のリフォーミング、低級アルコール若
しくは他の含酸素炭化水素の転換によるオレフィン生成物の生成、過酸化水素を用いたオ
レフィンのエポキシ化、酸素の存在下におけるガス流中に含まれる窒素酸化物の含有量の
低減、又は、窒素含有ガス混合物からの窒素の分離を含んでもよい。これらゲルマノシリ
ケートが有用であると予想される用途の中で特に魅力的な用途としては、触媒的なクラッ
キング、ハイドロクラッキング、脱ロウ、アルキル化、並びに、オレフィン及び芳香族形
成反応が挙げられる。更なる用途としては、ガスの乾燥及び分離が挙げられる。
【0089】
具体的な実施形態は、ハイドロクラッキングプロセスを提供し、その各プロセスは、炭
化水素原料を、ハイドロクラッキング条件下で、本発明の結晶質微多孔性固体を、好まし
くは、大部分が水素型のものを含む触媒と接触させることを含む。
【0090】
更に他の実施形態は、炭化水素原料の脱ロウのためのプロセスを提供し、その各プロセ
スは、炭化水素原料を、脱ロウ条件下で、本発明の結晶質微多孔性固体を含む触媒と接触
させることを含む。更に他の実施形態は、ロウ様の炭化水素原料の脱ロウ生成物の粘度指
数を向上させるためのプロセスを提供し、その各プロセスは、ロウ様の炭化水素原料を、
異性化脱ロウ条件下で、本発明の結晶質微多孔性固体を含む触媒と接触させることを含む
。
【0091】
追加の実施形態は、C20+オレフィン原料からC20+潤滑油を製造するためのプロ
セスを含み、その各プロセスは、当該オレフィン原料を、異性化条件下で、少なくとも1
種の遷移金属触媒と本発明の結晶質微多孔性固体とを含む触媒を通して異性化することを
含む。
【0092】
ラフィネートを異性化脱ロウするためのプロセスも本発明に含まれ、その各プロセスは
、当該ラフィネート、例えば、ブライトストックを、追加の水素の存在下で、少なくとも
1種の遷移金属と本発明の結晶質微多孔性固体とを含む触媒と接触させることを含む。
【0093】
他の実施形態は、約350°Fを上回って沸騰し直鎖炭化水素及び僅かな分枝鎖炭化水
素を含有する炭水化物油原料を脱ロウするためのプロセスを提供し、その各プロセスは、
当該炭化水素油原料を、追加の水素ガスの存在下で約15~3000psiの水素圧にて
、少なくとも1種の遷移金属と本発明の結晶質微多孔性固体、好ましくは、大部分が水素
型のものとを含む触媒と接触させることを含む。
【0094】
潤滑油を調製するためのプロセスも本発明に含まれ、該プロセスは、ハイドロクラッキ
ングゾーンで炭化水素系原料をハイドロクラッキングして水素化分解油を含む流出物を得
ること、及び、当該水素化分解油を含む流出物を、少なくとも約400°Fの温度で約1
5psiから約3000psiまでの圧力で、追加の水素ガスの存在下、少なくとも1種
の遷移金属と本発明の結晶質微多孔性固体とを含む触媒を用いて、触媒的に脱ロウするこ
とを含む。
【0095】
炭化水素原料のオクタンを増加させて芳香族化合物の含有量が増加した生成物を製造す
るためのプロセスも本発明に含まれ、その各プロセスは、非分枝炭化水素及び僅かに分枝
した炭化水素を含み沸点範囲が約40℃超から約200℃未満である炭化水素系原料を、
芳香族化合物の転換条件下で、本発明の結晶質微多孔性固体を含む触媒と接触させること
を含む。これらの実施形態では、結晶質微多孔性固体が、該固体を塩基性金属で中和する
ことによって実質的に酸性度を持たないようにしたものが好ましい。本発明では、前記結
晶質微多孔性固体が遷移金属成分を含有する前記プロセスも提供される。
【0096】
本発明では、触媒的クラッキングプロセスも提供され、その各プロセスは、反応ゾーン
内の炭化水素原料を、触媒的クラッキング条件下で、水素を追加することなく、本発明の
結晶質微多孔性固体を含む触媒と接触させることを含む。そのような触媒的クラッキング
プロセスにおいて、前記触媒が、付加的な大細孔結晶質クラッキング成分を更に含むプロ
セスも、本発明に含まれる。
【0097】
本発明は、更に、C4~C7炭化水素を異性化するための異性化プロセスも提供し、そ
の各プロセスは、非分枝状C4~C7炭化水素及び僅かに分枝したC4~C7炭化水素を
含む供給物を、異性化条件下で、本発明の結晶質微多孔性固体を、好ましくは大部分を水
素型で含む触媒と接触させることを含む。前記結晶質微多孔性固体は、少なくとも1種の
遷移金属、好ましくは白金で含浸されていてもよい。前記触媒は、遷移金属の含浸後に高
温で水蒸気/空気混合気体中にてか焼されてもよい。
【0098】
本発明では、芳香族炭化水素をアルキル化するためのプロセスも提供され、その各プロ
セスは、本発明の結晶質微多孔性固体を、好ましくは大部分を水素型で含む触媒の存在下
、少なくともモル過剰量の芳香族炭化水素を、アルキル化条件下で、少なくとも部分的に
液相状態のC2~C20オレフィンと接触させることを含む。前記オレフィンは、C2~
C4オレフィンでもよく、前記芳香族炭化水素及び前記オレフィンは、それぞれ、約4:
1から約20:1までのモル比で存在してもよい。前記芳香族炭化水素は、ベンゼン、ト
ルエン、エチルベンゼン、キシレン又はそれらの混合物からなる群より選択されてもよい
。
【0099】
本発明によれば、更に、芳香族炭化水素をトランスアルキル化するためのプロセスが提
供され、該プロセスの各々は、本発明の結晶質微多孔性固体を、好ましくは大部分を水素
型で含む触媒の存在下、芳香族化合物を、トランスアルキル化条件下で、ポリアルキル芳
香族炭化水素と接触させることを含む。前記芳香族化合物及び前記ポリアルキル芳香族炭
化水素は、それぞれ、約1:1から約25:1までのモル比で存在してもよい。前記芳香
族炭化水素は、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、又はそれらの混合物か
らなる群より選択されてもよく、前記ポリアルキル芳香族炭化水素は、ジアルキルベンゼ
ンであってもよい。
【0100】
本発明によれば、更に、パラフィンを芳香族化合物に転換するプロセスが提供され、該
プロセスの各々は、パラフィンを、パラフィンが芳香族化合物へ転換する条件下で、本発
明の結晶質微多孔性固体を含む触媒であってガリウム、亜鉛、又はガリウム若しくは亜鉛
の化合物を含む触媒と接触させることを含む。
【0101】
本発明によれば、オレフィンを異性化するためのプロセスも提供され、その各プロセス
は、オレフィンを、オレフィンが異性化する条件下で、本発明の結晶質微多孔性固体を含
む触媒と接触させることを含む。
【0102】
本発明によれば、更に、キシレン異性体又はキシレン異性体とエチルベンゼンとの混合
物である芳香族C8流を含む異性化供給物を異性化するためのプロセスが提供され、オル
ト-、メタ-、及びパラ-キシレンがより平衡に近い比率で得られ、その各プロセスは、
当該供給物を異性化条件下で本発明の結晶質微多孔性固体を含む触媒と接触させることを
含む。
【0103】
本発明は、更に、オレフィンをオリゴマー化するためプロセスを提供し、その各プロセ
スは、オレフィン供給物をオリゴマー化条件下で本発明の結晶質微多孔性固体を含む触媒
と接触させることを含む。
【0104】
本発明は、低級アルコール及び他の含酸素炭化水素を転換するためのプロセスも提供し
、その各プロセスは、該低級アルコール(例えば、メタノール、エタノール、若しくはプ
ロパノール)又は他の含酸素炭化水素を、本発明の結晶質微多孔性固体を含む触媒と、液
体生成物が生成する条件下で接触させることを含む。
【0105】
本発明によれば、酸素の存在下でガス流中に含有される窒素酸化物を低減するためのプ
ロセスも提供され、その各プロセスは、該ガス流を本発明の結晶質微多孔性固体を含む触
媒と接触させることを含む。該結晶質微多孔性固体は、窒素酸化物の低減を触媒すること
ができる金属又は金属イオン(コバルト、銅、若しくはそれらの混合物など)を含有して
もよく、該プロセスは化学量論的過剰量の酸素の存在下で行われてもよい。好ましい実施
形態では、前記ガス流が内燃機関の排気流である。
【0106】
合成ガス又は合成(用)ガスとも称される、水素及び一酸化炭素を含有する合成気体を
液状炭化水素燃料へ転換するためのプロセスも提供され、該プロセスは、本明細書で開示
するCIT-13骨格を有するいずれかのゲルマノシリケートおよびフィッシャー・トロ
プシュ触媒を含む触媒を用いる。そのような触媒は、米国特許第9,278,344号で
開示され、その該触媒及び該触媒の使用方法についての教示は、参照により、本明細書に
援用されるものとする。フィッシャー・トロプシュ成分は、8族~10族の遷移金属成分
(即ち、Fe、Ru、Os、Co、Rh、IR、Ni、Pd、Pt)を含み、好ましくは
、コバルト、鉄及び/又はルテニウムを含む。存在する触媒的に活性な金属の最適量は、
とりわけ、具体的な触媒的に活性な金属に左右される。典型的には、触媒中に存在するコ
バルトの量は、担持物質100質量部に対して1~100質量部であり、好ましくは、担
持物質100質量部に対して10~50質量部である。ある実施形態では、フィッシャー
・トロプシュ成分として、15~45質量%のコバルトが複合担持体(hybrid support)
に蒸着されている。別の実施形態では、20~45質量%のコバルトが複合担持体に蒸着
されている。触媒的に活性なフィッシャー・トロプシュ成分は、1種又は2種以上の金属
促進剤又は共触媒と一緒に触媒中に存在してもよい。前記促進剤は、特定の促進剤に関し
て、金属又は金属酸化物として提示されてもよい。適した促進剤としては、金属又は遷移
金属酸化物が挙げられ、ランタニド及び/若しくはアクチニド、又はランタニド酸化物及
び/若しくはアクチニド酸化物が挙げられる。金属酸化物促進剤に代えて又は加えて、触
媒は、7族(Mn、Tc、Re)及び/又は8~10族から選択される金属促進剤を含ん
でもよい。幾つかの実施形態では、フィッシャー・トロプシュ成分が、更に、白金、ルテ
ニウム、レニウム、銀、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるコバルト還元
促進剤を含む。複合担持体にフィッシャー・トロプシュ成分を蒸着させる方法は、可溶性
コバルト塩を含有する水溶液又は非水溶液を用いた含浸技術を含み、高度に選択的且つ活
性な混成合成ガス転換触媒を提供するために要求される必要な金属充填量及び分布を達成
するために、該水溶液又は非水溶液は、所望により、可溶性促進剤金属塩、例えば、白金
塩を更に含む。
【0107】
更に別のプロセス実施形態は、所望でないレベルの有機ハロゲン化物を含む当初の炭化
水素生成物中のハロゲン化物の濃度を低減するためのプロセスを含み、該プロセスは、炭
化水素生成物の少なくとも一部分を、CIT-13を含む、本明細書中で開示するいずれ
かのゲルマノシリケート構造体を含む組成物と、有機ハロゲン化物吸着条件下で接触させ
て、該炭化水素中のハロゲン濃度を低減させることを含む。当初の炭化水素生成物は、ハ
ロゲン含有酸性イオン液体を含むイオン液体触媒を用いる炭化水素転換プロセスによって
作製されたものであり得る。幾つかの実施形態では、当初の炭化水素生成物中の有機ハロ
ゲン化物含有量は50~4000ppmの範囲であり;他の実施形態では、該ハロゲン濃
度が低減されて40ppm未満である生成物を提供する。他の実施形態では、該生成物が
85%、90%、95%、97%又はそれ以上の低減を実現し得る。当初の炭化水素流は
、アルキル化物又はアルキル化ガソリンを含み得る。好ましくは、アルキル化炭化水素又
はアルキル化ガソリン生成物が接触の間に分解されない。米国特許第8,105,481
号明細書に記載の物質又はプロセス条件のいずれも、本発明の物質又はプロセス条件を説
明するために考慮される。米国特許第8,105,481号明細書は、少なくとも、その
ような変換(アルキル化及びハロゲン低減の両方)を達成するために用いられる方法及び
物質の教示について、参照により、援用されるものとする。
【0108】
更に別のプロセス実施形態は、炭化水素原料のオクタンを増加させて、高い芳香族化合
物含有量を有する生成物を生成するためのプロセスを含み、該プロセスは、約40℃超~
約200℃未満の沸点範囲を有する、非分枝状炭化水素及び僅かに分枝した炭化水素を含
む炭化水素系原料を、芳香族化合物転換条件下で触媒と接触させることを含む。
【0109】
これら数多くの変換のための具体的条件は、当業者に公知である。当該反応/変換のた
めの例示的条件は、国際公開第1999/008961号、米国特許第4,544,53
8号明細書、米国特許第7,083,714号明細書、米国特許第6,841,063号
明細書及び米国特許第6,827,843号明細書でも見出すことができ、これらの各々
は、少なくともこの目的のため、参照により、その全体が本明細書に援用されるものとす
る。
【0110】
触媒される反応の種類に応じて、結晶質微多孔性固体は、大部分が水素型であってもよ
く、部分的に酸性であってもよく、又は実質的に酸性でなくてもよい。当業者は、これら
条件を過度の努力なしに規定することができるであろう。本明細書で用いられる「大部分
が水素型である」とは、か焼(か焼に先立って、か焼前の物質のNH4
+による交換を含
んでもよい)の後、カチオン部位の少なくとも80%が水素イオン及び/又は希土類イオ
ンで占められていることを意味する。
【0111】
本発明のゲルマノシリケートは、ガス分離用の吸着体として用いてもよい。例えば、こ
れらゲルマノシリケートは、炭化水素トラップ、例えば、内燃機関汚染制御システムにお
けるコールド・スタート炭化水素トラップとして用いることもできる。具体的には、その
ようなゲルマノシリケートは、C3フラグメントの捕捉に特に有用であり得る。そのよう
な実施形態は、流入するガス流から低分子量炭化水素を捕捉するためのプロセス及び装置
を含むことがあり、該プロセスは、流入するガス流に対して低減した低分子量炭化水素濃
度を有する流出ガス流を提供するように、本明細書で開示するいずれかの結晶質微多孔性
ゲルマノシリケート組成物を含む組成物に、ガス流を通過させる又は通り抜けさせること
を含む。この文脈上において、用語「低分子量炭化水素」は、C1~C6の炭化水素又は
炭化水素フラグメントを指す。
【0112】
本発明のゲルマノシリケートは、炭化水素及び他の汚染物質を含有するコールド・スタ
ートエンジン排気ガス流を処理するためのプロセスに用いられてもよく、該プロセスは、
該エンジン排気ガス流を、炭化水素を優先的に吸着する本発明のゲルマノシリケート組成
物の1つを越えて通過させ水を越えて通過させて第一の排気流を提供することと、第一の
排気流を、触媒を通過させて、第一の排気流が含有する残留炭化水素及び他の汚染物質を
無害な生成物へ転換して、処理済の排気流を提供して大気中へ排出することと、を含む又
はそれらからなる。
【0113】
本発明のゲルマノシリケートは、ガスを分離するために用いることもできる。例えば、
これらは、低グレードの天然ガス流などの流体流から水、二酸化炭素、及び二酸化硫黄を
分離すること、並びに天然ガスから二酸化炭素を分離することに用いることができる。代
表的には、分子篩が、ガスを分離することにも強いられる膜の成分として用いられる。そ
のような膜の例は、米国特許第6,508,860号明細書で開示されている。
【0114】
上述したプロセスの各々について追加の対応する実施形態として、各プロセスについて
記載した物質を含む又は含有する装置又はシステムを含む実施形態が挙げられる。例えば
、ガストラップのガスでは、追加の実施形態は、輸送機関の排気ガス流路中に配置し得る
炭化水素トラップとして本技術分野で既知の装置を含む。そのような装置では、炭化水素
がトラップに吸着されて、エンジン及び排気が吸着に充分な温度に到達するまで保存され
る。該装置は、上述のプロセスに有用な、ゲルマノシリケート組成物を含む膜を含んでも
よい。
【0115】
用語
本開示において、単数形「a」、「an」及び「the」は、複数への言及を含み、特
定の数値への言及は、文脈上明白に他の意味を指す場合を除いて、少なくともその特定の
値への言及を含む。よって、例えば、「1つの物質」への言及は、複数の当該物質及び当
業者に既知の等価物などのうちの少なくとも1つへの言及である。
【0116】
値が記述子「約」の使用により近似値として表現される場合、その特定の値は別の実施
形態を形成するものと理解される。一般に、用語「約」の使用は、開示される主題によっ
て得られることが求められる所望の特性によって変動することができ、使用される特定の
文脈でその機能に基づいて解釈される、近似を示す。当業者は、これを型通りのこととし
て解釈することができるであろう。ある場合には、特定の値に対して使用される有効数字
の数は、単語「約」の程度を画定する1つの非限定的な方法であり得る。他の場合では、
一連の値で使用される漸次的変化を使用して、各値について用語「約」が利用可能な意図
する範囲を画定してもよい。存在する場合、全ての範囲は包括的であり、組み合わせ可能
なものである。すなわち、範囲内に記載の値への言及には、その範囲内の全ての値が含ま
れる。
【0117】
明確にするために、本明細書において別個の実施形態の文脈で説明される本発明の特定
の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことを理解されたい。
すなわち、明らかに相容れないか、または具体的に除外されない限り、それぞれ個々の実
施形態は、任意の他の実施形態(単数または複数)と組み合わせ可能であるとみなされ、
そのような組み合わせは別の実施形態であるとみなされる。逆に、簡潔にするために、単
一の実施形態の文脈で説明される本発明の様々な特徴は、別個に、または任意の部分的組
み合わせで提供されてもよい。最後に、一実施形態は、一連の工程の一部として、または
より一般的な構造の一部として説明され得るが、各前記工程は、他と組み合わせ可能な、
それ自体で独立した実施形態とも考えられ得る。
【0118】
移行語「含む」、「から本質的になる」、および「からなる」は、特許用語で一般的に
認められている意味を暗示することを意図している;すなわち、(i)「含む」は、「挙
げられる」、「含有する」、または「を特徴とする」と同義語であり、包括的または非限
定的であり、追加の言及されていない要素または方法の工程を排除しない;(ii)「~か
らなる」は、請求項で特定されていないあらゆる要素、工程、または成分を除外する;な
らびに(iii)「から本質的になる」は、特定の物質または工程、および特許請求された
発明の「基本的かつ新規な特徴(単数または複数)に大きく影響しないもの」に対する特
許請求の範囲を限定する。語句「含む」(またはその等価物)に関連して説明される実施
形態は、実施形態として、「からなる」および「から本質的になる」に関連して独立して
説明されるものも提供する。「から本質的になる」に関連して提供されるこれらの実施形
態では、基本的かつ新規な特徴(単数または複数)とは、有意な収率でゲルマノケイ酸塩
組成物を提供する方法または組成物/システムの容易な操作性(または列挙された成分の
みを使用するシステムの能力)である。
【0119】
用語「有意な生成物収率」は、本明細書に記載のような生成物収率を反映することを意
図しているが、20%超も含み、指定された場は、この用語は、元の基質の量に対して1
0%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、または90%以上の
収率も意味し得る。
【0120】
リストが提示される場合、別段に記載されていない限り、そのリストのそれぞれ個々の
要素、およびそのリストの全ての組み合わせは、別個の実施形態であると理解されるべき
である。例えば、「A、B、又はC」として示される実施形態のリストは、実施形態、「
A」、「B」、「C」、「A若しくはB」、「A若しくはC」、「B若しくはC」、又は
「A、B、若しくはC」を、個別の実施形態、ならびにC1-3として含むものと解釈さ
れるべきである。
【0121】
本明細書を通じて、関連技術分野の当業者に理解されるように、単語は、それらの通常
の意味が与えられるべきである。しかし、誤解を避けるために、特定の用語の意味を具体
的に定義または明確にする。
【0122】
本明細書で使用される用語「アルキル」は、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロ
ピル、n-ブチル、イソブチル、tert‐ブチルなどの直鎖、分岐、または環式飽和炭
化水素基を指すが、典型的には必ずしも1~約6個の炭素原子を含む必要はない。
【0123】
用語「芳香族」は、芳香族性のヒュッケル則4n+2を満たす環部位を指し、アリール
(すなわち、炭素環式)およびヘテロアリール構造の両方を含む。
【0124】
用語「ハロゲン化物」は従来の意味で使用され、塩化物、臭化物、フッ化物またはヨウ
化物を指す。
【0125】
「低級アルコール」または低級アルカンは、1~10個の炭素を有し、直鎖または分岐
であり、好ましくは1~6個の炭素原子を有し、好ましくは直鎖であるアルコールまたは
アルカンをそれぞれ指す。メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタ
ノール、およびヘキサノールが、低級アルコールの例である。メタン、エタン、プロパン
、ブタン、ペンタン、およびヘキサンが、低級アルカンの例である。
【0126】
特に定めのない限り、本明細書で用いる用語「高温」は、典型的には約170℃から約
230℃までの範囲内の少なくとも1つの温度を指す。用語「か焼」は、より高温に保持
することである。特に定めのない限り、か焼は、約450℃から約1200℃までの範囲
内の1又は2以上の温度に言及する。用語「層剥離温度」は、約150℃未満の温度、好
ましくは約80℃から約120℃までの範囲の温度を含意することを意図する。
【0127】
本明細書中で「金属又はメタロイドの供給源」又は「金属又はメタロイドの酸化物」で
用いられる用語「金属又はメタロイド」は、周期表の4族、5族、6族、13族、14族
、及び15族の元素を指す。これら元素は、分子篩において典型的には酸化物としてみら
れ、例えば、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ素、スズ、チタン
、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【0128】
反応混合物用の酸化ケイ素の典型的な供給源としては、ケイ素のアルコキシド、水酸化
物、若しくは酸化物、又はそれらの組み合わせを含む。例示化合物としては、ケイ酸塩(
ケイ酸ナトリウムを含む)、シリカヒドロゲル、ケイ酸、フュームドシリカ、コロイダル
シリカ、オルトケイ酸テトラアルキル類、シリカ水酸化物、又はそれらの組み合わせも挙
げられる。ケイ酸ナトリウム又はテトラオルトケイ酸塩類、例えば、オルトケイ酸テトラ
エチル(TEOS)、ジエトキシジメチルシラン(DEDMS)及び/又は1,3-ジエ
トキシ-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(DETMDS)が好ましい供給源
である。
【0129】
酸化ゲルマニウムの供給源としては、個別のGeO4
4-イオン、GeO(OH)3
-、
GeO2(OH)2
2-、[(Ge(OH)4)8(OH)3]3-を含有するオルトゲルマニウム
酸アルカリ金属類M4GeO4、又はGe(OH)4を含む二酸化ゲルマニウムの天然供給
源、又はそれらのアルコキシド若しくはカルボキシル化誘導体が挙げられる。
【0130】
反応混合物用の酸化アルミニウムの典型的な供給源としては、アルミン酸塩、アルミナ
、アルミニウムコロイド、アルミニウムアルコキシド、シリカゾルで覆われた酸化アルミ
ニウム、Al(OH)3などの水和アルミナゲル、及びアルミン酸ナトリウムが挙げられる
。酸化アルミニウムの供給源は、アルミニウムのアルコキシド、水酸化物、若しくは酸化
物、又はそれらの組み合わせを含んでもよい。また、アルミナの供給源は、他のリガンド
類、例えば、アセチルアセトネート、カルボキシレート、及びオキサレートを含んでもよ
く;そのような化合物は水熱合成又はゾル-ゲル合成において有用であることが周知であ
る。酸化アルミニウムの更なる供給源としては、AlCl3、Al(OH)3、Al(NO
3)3、及びAl2(SO4)3などのアルミニウム塩類が挙げられる。
【0131】
酸化ホウ素、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化鉄、酸化スズ、酸化チタン、酸化イ
ンジウム、酸化バナジウム、及び/又は酸化ジルコニウムの供給源は、アルミニウム及び
ケイ素対応部分に対応する形態で加えることができる。
【0132】
本明細書中で用いる用語「鉱酸」は、分子篩ゼオライト合成で通常用いられる無機酸、
例えば、HCl、HBr、HF、HNO3又はH2SO4を指す。シュウ酸及び他の強有
機酸を鉱酸の代わりに用いてもよい。一般に、HCl及びHNO3が好ましい鉱酸である
。本明細書全体を通じて鉱酸に関して用いられる用語「濃(い)」及び「希(い)」は、
それぞれ、0.5Mを超える濃度及び0.5M未満の濃度を指す。幾つかの実施形態では
、用語「濃(い)」は、0.5Mから0.6Mまで、0.6Mから0.7Mまで、0.7
Mから0.8Mまで、0.8Mから0.9Mまで、0.9Mから1.0Mまで、1.0M
から1.1Mまで、1.1Mから1.2Mまで、1.2Mから1.3Mまで、1.3Mか
ら1.4Mまで、1.4Mから1.5Mまで、1.5Mから1.6Mまで、1.6Mから
1.7Mまで、1.7Mから1.8Mまで、1.8Mから1.9Mまで、及び1.9Mか
ら2.0Mまで、又はそれより高い範囲のうちの1又は2以上の濃度を指す。本明細書中
で記載する実験において、好ましい実施形態では、濃酸は0.9~1.1Mの組成範囲に
あるものを指す。同様に、用語「希(い)」は、0.5Mから0.4Mまで、0.4Mか
ら0.3Mまで、0.3Mから0.2Mまで、0.2Mから0.15Mまで、0.15M
から0.1Mまで、及び0.1Mから0.05Mまでの範囲の1又は2以上の濃度を指す
。本明細書中で記載する実験において、好ましい実施形態では、希酸は、0.5Mから0
.15Mまでの組成範囲にあるものを指す。
【0133】
用語「CIT-5」トポロジーは、一組の一次元超大14員環細孔を有する米国特許第
6,040,258号明細書及び米国特許第6,043,179号明細書に記載されるも
のに類似する結晶質組成物を記載する。純粋なケイ酸塩及びアルミノシリケートCIT-
5物質は、非常に高価な有機構造指向剤(-)-N-水酸化メチルスパルテイニウムを用
いて調製される。ワグナー・Pら、Chem. Comm.,1997m21790218
0を参照のこと。用語「CIT-13」トポロジーは、一組の直交配向した14員環細孔
を有する米国特許出願整理番号第15/169,816号明細書に記載されたものと類似
する結晶質微多孔性組成物を記載する。用語「フィロシリケート」は、シリカ含有酸化物
の2次元層状構造体を指す。
【0134】
炭化水素流中に存在する、またはバイオマス流の他の供給源から得られることが知られ
ているアルコール、アルデヒド、カルボン酸、エーテルおよび/またはケトンを含有する
成分を指すと炭化水素処理の技術分野で知られている用語「含酸素炭化水素」または「含
酸素物」(例えば、発酵糖からのエタノール)。
【0135】
用語「分離する」または「分離された」は、当業者に理解されるように、固体生成物質
を、その物質を生成する反応条件に伴う他の出発物質、または共生成物もしくは副生成物
(不純物)から物理的に分割または単離することを含意する限り、それらの通常の意味を
持つ。そのように、それは、当業者が少なくとも生成物の存在を認識して特定の行動をと
り、それを出発物質および/または副生物もしくは副産物から分離または単離すると推測
する。絶対純度は必須ではないが、好ましい。用語がガス処理の文脈で使用される場合、
用語「分離する」または「分離された」は、当業者には明らかであるように、吸着による
、またはサイズもしくは物理的特性もしくは化学的特性に基づく透過によるガスの分割を
含意する。
【0136】
別段に示されない限り、用語「単離された」は、少なくとも溶媒、または出発物質、共
生成物、もしくは副産物などの他の不純物を含まないように、他の成分から物理的に分離
されたことを意味する。いくつかの実施形態では、単離された結晶質物質は、例えば、そ
の調製物を生じさせる反応混合物から、混合相共生成物から、またはその両方から分離さ
れた際に、単離されたと考えられる。これらの実施形態のいくつかにおいて、純粋なゲル
マノケイ酸塩(組み込まれたOSDAを有するまたは有さない構造を含む)を、記載の方
法から直接製造することができる。ある場合には、結晶相を互いに分離することができな
いことがあり、その場合、用語「単離された」は、その原料組成物からの分離を指すこと
ができる。
【0137】
用語「微孔性」は、IUPAC表記法によれば、2nm未満の細孔径を有する物質を指
す。同様に、用語「マクロ多孔性」は、50nmを超える細孔径を有する物質を指す。そ
して、用語「メソ多孔性」は、その細孔径が微孔性とマクロ多孔性の中間である物質を指
す。本開示の文脈内では、物質の特性および用途は、細孔サイズおよび次元性、ケージ寸
法ならびに物質組成などの骨格の特性に依存する。このため、多くの場合、所望の用途で
最適性能を提供するのは単一の骨格および組成物だけである。
【0138】
「任意の」または「任意に」は、後に説明される状況が起こっても起こらなくてもよい
ことを意味し、そのためその説明は、その状況が起こる場合と、起こらない場合とを含む
。例えば、語句「任意に置換されている」は、非水素置換基が所与の原子上に存在しても
存在しなくてもよいことを意味し、したがって、その説明は、非水素置換基が存在する構
造と、非水素置換基が存在しない構造とを含む。
【0139】
用語「方法(単数または複数)」および「過程(単数または複数)」は、本開示内で交
換可能であると考えられる。
【0140】
本明細書で使用される用語「結晶質微孔性固体」または「結晶質微孔性ゲルマノケイ酸
塩」は、分子の寸法、すなわち2nm未満の非常に規則的な細孔構造を有する結晶構造体
である。結晶質微孔性固体の細孔に入ることができる種の最大サイズは、チャネルの寸法
によって制御される。これらの用語は、特にCIT-13組成物を指すこともある。
【0141】
本明細書中で用いる用語「ピラーリング」は、一般に、実質的に平行な結晶質シリケー
ト層の間に安定な金属酸化物構造体(いわゆる「ピラー」)を導入するプロセスを指す。
金属酸化物構造体は、分子寸法の層間隔によって創出されているシリケート層を分離して
おく。前記用語は、一般に、粘土化学分野の文脈で用いられており、特に触媒として用い
られる、粘土及びゼオライトの当業者によく理解されている。
【0142】
用語「シリケート(ケイ酸塩)」は、その骨格内にケイ酸塩(または酸化ケイ素)を含
む任意の組成物を指す。それは、例えば、純粋シリカ(すなわち、骨格内に他の検出可能
な金属酸化物が存在しない)、アルミノシリケート、ホウシリケート、フェロシリケート
、ゲルマノシリケート、スズシリケート、チタノシリケート、または亜鉛シリケート構造
体を包含する一般的な用語である。用語「ゲルマノシリケート」は、その骨格内に酸化ケ
イ素および酸化ゲルマニウムを含む任意の組成物を指す。「純粋シリケート」又は「純粋
ゲルマノシリケート」などの用語「純粋」は、これら組成物が、実際に可能である限り、
それぞれ、シリカのみ、又は酸化ゲルマニウム及びシリカを含有することを内包し、骨格
内の他の金属酸化物はいずれも不可避の意図しない不純物として存在する。ゲルマノシリ
ケートは、「純粋ゲルマノシリケート」であってもよく、または他の金属若しくはメタロ
イド酸化物で任意に置換されていてもよい。同様に、アルミノシリケート、ホウシリケー
ト、フェロシリケート、スズシリケート、チタノシリケート、または亜鉛シリケート構造
体との用語は、酸化ケイ素と、それぞれ、アルミニウム、ホウ素、鉄、スズ、チタン、及
び亜鉛の酸化物とを含有する組成物である。「任意に置換されている」と説明する場合、
それぞれの骨格は、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、鉄、
スズ、チタン、インジウム、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、または親骨格にまだ含有
されていない原子又は酸化物のうちの1つ又は2つ以上に置換した他の原子又は酸化物を
含んでいてもよい。
【0143】
本明細書で用いられる用語「遷移金属」は、周期表のdブロック中のいずれかの元素を
指し、周期表上の3族~12族の元素が挙げられる。実務上は、f-ブロックのランタニ
ド列及びアクチニド列も、遷移金属と考えられ「内部遷移金属」と呼ばれる。この遷移金
属の定義は、3族及び12族の元素も包含する。ある他の独立した実施形態では、遷移金
属又は遷移金属酸化物が、6族、7族、8族、9族、10族、11族、又は12族の元素
を含む。更に別の独立した実施形態では、遷移金属又は遷移金属酸化物が、スカンジウム
、イットリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、マンガン、クロム、モリブデン、
タングステン、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケ
ル、パラジウム、白金、銅、銀、金、又はそれらの混合物を含む。Fe、Ru、Os、C
o、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、及びそれらの混合物が、好まし
いドーパントである。
【0144】
以下の実施形態の一覧は、前述の説明を置き換えるまたは取って代わるのではなく、補
完することを意図している。
【0145】
実施形態1:結晶質微多孔性の、任意により水熱的に得られた、CIT-13ゲルマノ
シリケートから、少なくとも1回の変態を経て得られる又は得ることができる、結晶質シ
リケート組成物。本実施形態の態様では、前記結晶質シリケート組成物が、それらに帰す
る1又は複数の反応の生成物である。本実施形態の別の態様では、前記結晶質シリケート
が、それを調製するために用いられると説明された方法から独立している(すなわち、そ
れらはいずれか他の手法によって生成されてよい)。本実施形態のある態様では、CIT
-13ゲルマノシリケートが3.8から10までの範囲のSi/Ge比を有する。他の態
様では、任意により水熱的に得られたCIT-13ゲルマノシリケートが米国特許出願整
理番号第15/169,816号に記載されたものである。本明細書中で説明するように
、CIT-13ゲルマノシリケートは、酸化ゲルマニウムに富むD4Rユニットによって
接続され且つ空間的に分離されたシリカに富むcfi層を含み、前記D4Rユニットは本
明細書中で説明する条件下で修飾に供される。本実施形態の別の態様では、変態という用
語が、CIT-13構造体の酸化ゲルマニウム脱離及び酸化ゲルマニウムD4Rユニット
のトポタクティック再配列を指す。本実施形態のある態様では、前記結晶質組成物が微多
孔性であり、他の態様では、微多孔性でない。
【0146】
実施形態2:更に金属又はメタロイドMの酸化物を少なくとも1種含み、該Mが、アル
ミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛又はジ
ルコニウムである、実施形態1の結晶質シリケート組成物。本実施形態の好ましい態様で
は、Mがアルミニウムである。本実施形態のある態様では、前記少なくとも1種の酸化物
が、前駆体である、結晶質微多孔性の、任意により水熱的に得られた、CIT-13ゲル
マノシリケートのものと一致するレベルで、前記結晶質シリケート組成物中に存在する(
すなわち、Si/M比が同一又は類似である)。本実施形態の他の態様では、前記少なく
とも1種の酸化物が、前駆体である、結晶質微多孔性の、任意により水熱的に得られた、
CIT-13ゲルマノシリケートのものと比べて豊富に、前記結晶質シリケート組成物中
に存在する(すなわち、結晶質シリケート組成物中のSi/M比が前駆体の場合よりも少
なくとも2倍高い)。
【0147】
実施形態3:微多孔性であり、前記結晶質微多孔性の、任意により水熱的に得られた、
CIT-13ゲルマノシリケートの酸化ゲルマニウム脱離の結果物である、実施形態1又
は2の結晶質シリケート組成物。
【0148】
実施形態4:微多孔性であり、約25から約250までの範囲のSi/Ge比を有する
、実施形態1~3のいずれかの結晶質シリケート組成物。本実施形態のある態様では、前
記Si/Ge比が、約25から約50まで、約50から約100まで、約100から約1
25まで、約125から約150まで、約150から約200まで、約200から約25
0まで、約250から約500まで、約500から無限大までの範囲、又はこれら範囲の
2又は3以上の組み合わせにある。本実施形態のある態様では、前記結晶質シリケート組
成物が、濃鉱酸を、4.5から10までの範囲のSi/Ge比を有するシリカに富むCI
T-13ゲルマノシリケートと、この変態について本明細書中で説明する条件下で反応さ
せることによって調製されたものである。本実施形態の更に他の態様では、前記結晶質シ
リケート組成物が、
図7に示されるような、(200)結晶学的平面及び(110)結晶
学的平面に関連するピークを有するPXRDパターンを示す。
【0149】
実施形態5:更に金属又はメタロイドMの酸化物を少なくとも1種含み、該Mが、アル
ミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ素、スズ、チタン、バナジウム、亜
鉛又はジルコニウムであり、Si/M比が約25~約250の範囲である、実施形態4に
記載の結晶質シリケート組成物。本実施形態のある態様では、前記Si/M比が、約25
から約50まで、約50から約100まで、約100から約125まで、約125から約
150まで、約150から約200まで、約200から約250まで、約250から約5
00まで、約500から無限大までの範囲、又はこれら範囲の2又は3以上の組み合わせ
にある。本実施形態のある態様では、前記結晶質シリケート組成物が、濃鉱酸、及び金属
又はメタロイド酸化物の供給源を、4.5から10までの範囲のSi/Ge比を有するシ
リカに富むCIT-13ゲルマノシリケートと、この変態について本明細書中で説明する
条件下で反応させることによって調製されたものである。本実施形態のある態様では、前
記結晶質シリケート組成物が、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ
素、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛又はジルコニウムの少なくとも1種の酸化物を含む
ユニットによって連結されたシリカに富むcfi層を有するものとして特徴付けられ得る
。
【0150】
実施形態6:微多孔性アルミノシリケートである、実施形態1~5のいずれかの結晶質
シリケート組成物。
【0151】
実施形態7:1M硝酸アルミニウム水溶液に対して、四面体Al部位に相当する約54
.1ppmの特性化学シフトを有する
27Al MAS NMRスペクトルを示す、実施形
態5又は6の結晶質シリケート組成物。本実施形態の更なる態様では、前記アルミノシリ
ケートが、更に、例えば、
図10に示されるように、更なる四面体部位に相当する、64
.7ppm若しくは約64.7ppm及び/又は47.0ppm若しくは約47.0pp
mに化学シフトを示し、任意により、八面体部位に相当する、6.7ppm若しくは約6
.7ppm、0.5ppm若しくは約0.5ppm、-1.1ppm若しくは約-1.1
ppm、及び/又は-7.1ppm若しくは約-7.1ppmに化学シフトを有する。
【0152】
実施形態8:テトラメチルシラン(TMS)に対して約-110ppm及び-115p
pmに特性化学シフトを有する
29Si MAS NMRスペクトルを示す、実施形態5~
7のいずれかの結晶質シリケート組成物。本実施形態のある態様では、
29Si MAS
NMRスペクトルが
図11A及び11Bに示す特徴を含む。
【0153】
実施形態9:CIT-5トポロジーと約3.8~約5の範囲のSi/Ge比とを有する
結晶質微多孔性ゲルマノシリケート組成物を含む、実施形態1又は2の結晶質シリケート
組成物。本実施形態のある態様では、前記Si/Ge比が、約3.8から約4まで、約4
から約4.2まで、約4.2から約4.4まで、約4.4から約4.6まで、約4.6か
ら約4.8まで、又は約4.8から約5までの範囲の少なくとも1つにある。
【0154】
実施形態10:前記結晶質微多孔性CIT-5ゲルマノシリケートが、同一又は類似の
Si/Ge比を有するゲルマニウムに富むCIT-13ゲルマノシリケートのトポタクテ
ィック再配列から得られる、実施形態9の結晶質シリケート組成物。本実施形態のある態
様では、前記結晶質シリケート組成物が、個々の実質的に平行なシリカ含有cfi層を接
続し保持している酸化ゲルマニウムの二重ジグザグ鎖を含むものとして説明され得る。
【0155】
実施形態11:CIT-5トポロジーを有する前記ゲルマノシリケート組成物が、CI
T-13組成物と名付けられた約3.8から約5までの範囲のSi/Ge比を有する結晶
質微多孔性CIT-13ゲルマノシリケート組成物に対し、鉱酸の実質的な非存在下で、
熱、水蒸気、又は熱及び水蒸気の両方を作用させることによって調製される、実施形態9
又は10の結晶質シリケート組成物。
【0156】
実施形態12:CIT-5トポロジーと約25から約250までの範囲のSi/Ge比
とを有する結晶質微多孔性ゲルマノシリケート組成物を含む、実施形態1又は2の結晶質
シリケート組成物。本実施形態のある態様では、前記Si/Ge比が、約5から約10ま
で、約10から約20まで、約20から約30まで、約30から約40まで、約40から
約50まで、約50から約100まで、約100から約150まで、約150から約20
0まで、約200から約250までの範囲の少なくとも1つにある。本実施形態のある態
様では、前記CIT-5ゲルマノシリケートが、鉱酸と、約4.8から約5までの範囲の
Si/Ge比を有する又は実施形態9~11のいずれかに記載される酸化ゲルマニウムに
富むCIT-5ゲルマノシリケートとの反応から得られる。
【0157】
実施形態13:更に金属又はメタロイドMの酸化物を少なくとも1種含み、該Mが、ア
ルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ素、スズ、チタン、バナジウム、
亜鉛又はジルコニウムであり、Si/M比が約25から約250までの範囲である、実施
形態12の結晶質シリケート組成物。本実施形態のある態様では、前記Si/M比が、約
25から約50まで、約50から約100まで、約100から約125まで、約125か
ら約150まで、約150から約200まで、約200から約250まで、約250から
約500まで、約500から無限大までの範囲、又はこれら範囲の2又は3以上の組み合
わせにある。本実施形態のある態様では、前記結晶質シリケート組成物が、濃鉱酸、及び
金属又はメタロイド酸化物の供給源と、実施形態9~11のいずれかの酸化ゲルマニウム
に富むCIT-5ゲルマノシリケートとの、本変態について説明された条件下での反応に
よって調製されたものである。本実施形態の他の態様では、前記結晶質シリケート組成物
が、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ素、スズ、チタン、バナジ
ウム、亜鉛又はジルコニウムの少なくとも1種の酸化物を含むユニットによって連結され
たシリカに富むcfi層を有するものとして特徴付けられ得る。
【0158】
実施形態14:CIT-13Pと名付けられ、約30から約250まで、又は約50か
ら約100までの範囲にあるSi/Ge比を有するシロキシ化シリカに富むcfi層を含
むフィロシリケートである、実施形態1又は2の結晶質シリケート組成物。本実施形態の
ある態様では、前記フィロシリケートが、積み重ねられた場合に、2θ角で約6°~約9
°の範囲内にある2つの主要ピークによって特徴付けられるPXRDパターンを示す。本
実施形態の他の態様では、前記フィロシリケートが、か焼に際してゲルマノシリケートC
IT-15へ変態する。本実施形態の更に他の態様では、前記フィロシリケートが、ピラ
ーリング条件下でゲルマノシリケートCIT-14へ変態する。
【0159】
実施形態15:前記フィロシリケートが、PXRDパターンにおいて2θ角で約7.2
(±0.2)°~約8.2(±0.2)°の範囲内にある2つの主要ピークを示す、実施
形態14の結晶質シリケート組成物。
【0160】
実施形態16:
図26に示される化学シフトを示す
29Si及び
1H-
29Si CP
MAS NMRスペクトルを示す、実施形態14又は15の結晶質シリケート組成物。本
実施形態のある態様では、Q4/Q3ピークの相対強度が2:1から1:1までの範囲内
である。
【0161】
実施形態17:CIT-14と名付けられ、約25から無限大までの範囲のSi/Ge
比を有する結晶質微多孔性ゲルマノシリケートである、実施形態1又は2の結晶質シリケ
ート組成物。ある態様では、前記Si/Ge比が、約25から約50まで、約50から約
75まで、約75から約100まで、約100から約150まで、約150から約250
まで、約250から約500まで、又は約500から無限大(すなわち、酸化ゲルマニウ
ムを含まない)までの範囲の少なくとも1つによって規定される。ある態様では、前記C
IT-14ゲルマノシリケートが、表9の特性ピーク値のうちの少なくとも5つを有する
PXRDパターンを示す。本実施形態のある態様では、前記PXRDパターンが、実質的
に
図32又は
図33に示される通りである。本実施形態の他の態様では、前記CIT-1
4ゲルマノシリケートが、本明細書中の他の箇所で説明されるピラーリング合成によって
得られる。
【0162】
実施形態18:CIT-14と名付けられ、8員環及び12員環によって規定される細
孔チャネルを有する三次元ネットワークを含む、実施形態1、2及び17のいずれかの結
晶質シリケート組成物。本実施形態のある態様では、前記8員環及び12員環の細孔チャ
ネル寸法が、それぞれ、4.0×3.4Å及び6.9×5.4Åである。
【0163】
実施形態19:CIT-14と名付けられ、下記(a)~(b)の少なくとも1つを示
す、実施形態1、2、17及び18のいずれかの結晶質シリケート組成物:
(a)
図34(A)に示される、2θ角で7.55±0.2°、8.06±0.2°、1
2.79±0.2°、18.82±0.2°、19.04±0.2°、20.67±0.
2°、22.07±0.2°、24.36±0.2°、27.01±0.2°及び27.
48±0.2°の特性ピークのうちの少なくとも5つを示す、粉末X線回折(XRD)パ
ターン;又は
(b)
図32若しくは
図33に示されるものと実質的に同一の粉末X線回折(XRD)パ
ターン。
【0164】
実施形態20:3次元骨格を含み10員環によって規定される細孔チャネルを有するC
IT-15トポロジーの結晶質微多孔性ゲルマノシリケート組成物である、実施形態1又
は2の結晶質シリケート組成物。本実施形態のある態様では、該CIT-15ゲルマノシ
リケートが、本明細書中で説明されるように、CIT-13Pの物質のか焼から得られる
。
【0165】
実施形態21:下記(a)~(c)の少なくとも1つを示す、実施形態1、2及び20
のいずれかの結晶質シリケート組成物:
(a)2θ角で8.15±0.2°、10.13±0.2°、12.80±0.2°、1
6.35±0.2°、19.03±0.2°、19.97±0.2°、20.33±0.
2°、23.79±0.2°、23.91±0.2°、24.10±0.2°、24.6
3±0.2°、25.77±0.2°、26.41±0.2°、27.75±0.2°、
34.73±0.2°及び37.78±0.2°の特性ピークのうちの少なくとも5つを
示す、粉末X線回折(XRD)パターン;
(b)
図28若しくは
図31に示されるものと実質的に同一の粉末X線回折(XRD)パ
ターン;又は
(c)下記に示すものと実質的に等価な単位格子パラメータ。
【0166】
【0167】
実施形態22:2θ角で8.15±0.2°、10.13±0.2°、12.80±0
.2°、16.35±0.2°、19.03±0.2°、19.97±0.2°、20.
33±0.2°、23.79±0.2°、23.91±0.2°、24.10±0.2°
、24.63±0.2°、25.77±0.2°、26.41±0.2°、27.75±
0.2°、34.73±0.2°及び37.78±0.2°の特性ピークのうちの少なく
とも10個を示す粉末X線回折(XRD)パターンを示す、実施形態21の結晶質シリケ
ート組成物。
【0168】
実施形態23:約25から無限大までの範囲のSi/Ge比を有する、実施形態20~
22のいずれかの結晶質シリケート組成物。ある態様では、前記Si/Ge比が、約25
から約50まで、約50から約75まで、約75から約100まで、約100から約15
0まで、約150から約250まで、約250から約500まで、又は約500から無限
大(すなわち、酸化ゲルマニウムを含まない)までの範囲の少なくとも1つによって規定
される。
【0169】
実施形態24:水素型である、実施形態1~23のいずれかの結晶質シリケート組成物
。
【0170】
実施形態25:微細孔内に、金属カチオン塩、遷移金属、遷移金属酸化物、又は遷移金
属塩を更に含む、実施形態1~13及び17~23のいずれかの結晶質微多孔性シリケー
ト又はゲルマノシリケート組成物。本実施形態のある態様では、前記金属カチオン塩、遷
移金属、遷移金属酸化物、又は遷移金属塩が、この目的のために本明細書中の他の箇所で
説明されるいずれかである。
【0171】
実施形態26:実施形態1~13及び17~25のいずれかの結晶質微多孔性シリケー
ト組成物を含む、触媒。
【0172】
実施形態27:有機変換に作用する方法であって、
指定の有機変換に作用するのに充分な条件下で、各原料を実施形態26の触媒と接触さ
せることによって、
(a)低温にてCOを用いてDMEをカルボニル化すること;
(b)メタンを用いてNOXを還元すること;
(c)炭化水素をクラッキング、ハイドロクラッキング若しくは脱水素化すること;
(d)炭化水素原料を脱ロウすること;
(d)パラフィンを芳香族化合物へ転換すること;
(e)芳香族化合物原料を異性化若しくは不均化すること;
(f)芳香族炭化水素をアルキル化すること;
(g)アルケンをオリゴマー化すること;
(h)低級アルコールをアミノ化すること;
(i)炭化水素原料から低級アルカンを分離及び吸着すること;
(j)オレフィンを異性化すること;
(k)低分子量炭化水素から高分子量炭化水素を生成すること;
(l)炭化水素をリフォーミングすること;
(m)低級アルコール若しくは他の含酸素炭化水素を転換してオレフィン生成物(MTO
を含む)を生成すること;
(n)過酸化水素を用いてオレフィンをエポキシ化すること;
(o)酸素の存在下でガス流中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減すること;
(p)窒素含有ガス混合物から窒素を分離すること;又は
(q)水素及び一酸化炭素を含有する合成ガスを炭化水素流へ転換すること;又は
(r)当初の炭化水素生成物中の有機ハロゲン化物の濃度を低減すること;
を含む、方法。
【0173】
実施形態28:約3.8から約5.4までの範囲のSi/Ge比を有する結晶質微多孔
性CIT-13ゲルマノシリケート組成物を、該CIT-13ゲルマノシリケートがCI
T-5トポロジーのゲルマノシリケート組成物へ転換するのに充分な時間、約450℃か
ら約1200℃までの範囲の温度で、任意により水蒸気の存在下で、ただし鉱酸の非存在
下で、か焼することを含む、方法。本実施形態のある態様では、該CIT-5ゲルマノシ
リケートのSi/Ge比が、前記CIT-13ゲルマノシリケートのSi/Ge比と同一
又は類似する。本実施形態のある態様では、前駆体CITの合成が固定式オーブン内で行
われる。他の態様では、前記合成が、移動式チャンバ、好ましくは回転式オーブン内で行
われる。本実施形態の他の態様では、か焼が水蒸気の存在下で行われる。ある態様では、
か焼が、水蒸気を施す前又は後に、好ましくは600℃から約1000℃までの範囲の温
度、好ましくは700℃から900℃までの範囲の温度で行われる。ある態様では、前記
CIT-5ゲルマノシリケートを単離する。
【0174】
実施形態29:前記CIT-5ゲルマノシリケートを、該CIT-5ゲルマノシリケー
トの少なくとも一部が酸化ゲルマニウム脱離して、約25から約250までの範囲のSi
/Ge比を有するCIT-5ゲルマノシリケートを生成するのに充分な条件下で(例えば
、175℃~190℃で24時間)、濃鉱酸に供することを更に含む、実施形態28の方
法。他の態様では、生成物CIT-5ゲルマノシリケートを単離する。
【0175】
実施形態30:前記CIT-5ゲルマノシリケートを、金属又はメタロイド酸化物Mの
供給源の存在下にて、該CIT-5ゲルマノシリケートの少なくとも一部が酸化ゲルマニ
ウム脱離して、約25から約250までの範囲のSi/Ge比を有し且つ約25から約2
50までの範囲のSi/M比を有するCIT-5ゲルマノシリケートを生成するのに充分
な条件下で(例えば、175℃~190℃で24時間)、濃鉱酸に供することを更に含み
、該Mが、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ素、スズ、チタン、
バナジウム、亜鉛又はジルコニウムであり、好ましくはアルミニウムである、実施形態2
8の方法。他の態様では、生成物CIT-5ゲルマノシリケートを単離する。
【0176】
実施形態31:約4.5から約10までの範囲のSi/Ge比を有する結晶質微多孔性
CIT-13ゲルマノシリケート組成物を、該CIT-13ゲルマノシリケートの少なく
とも一部が酸化ゲルマニウム脱離して、約25から約250までの範囲のSi/Ge比を
有するCIT-13ゲルマノシリケートを生成するのに充分な条件下で(例えば、175
℃~190℃で24時間)、濃鉱酸(例えば、約1M)で処理することを含む、方法。他
の態様では、生成物CIT-13ゲルマノシリケートを単離する。
【0177】
実施形態32:前記CIT-13ゲルマノシリケートを、金属又はメタロイド酸化物M
の供給源の存在下にて、該CIT-13ゲルマノシリケートの少なくとも一部が酸化ゲル
マニウム脱離して約25から約250までの範囲のSi/Ge比を有し且つ約25から約
250までの範囲のSi/M比を有するCIT-13ゲルマノシリケートを生成するのに
充分な条件下で(例えば、175℃~190℃で24時間)、濃鉱酸に供することを更に
含み、該Mが、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、ハフニウム、鉄、ケイ素、スズ、チタ
ン、バナジウム、亜鉛又はジルコニウムであり、好ましくはアルミニウムである、実施形
態31の方法。他の態様では、生成物CIT-13ゲルマノシリケートを単離する。
【0178】
実施形態33:約3.8から約5.4までの範囲のSi/Ge比を有する結晶質微多孔
性CIT-13ゲルマノシリケート組成物を、本明細書中の他の箇所で説明するように、
該CIT-13ゲルマノシリケートの少なくとも一部が層剥離してCIT-13Pを形成
するのに充分な条件下で(例えば、90℃~110℃で24時間)、希鉱酸(例えば、約
0.1M)で処理することを含む、方法。他の態様では、生成物CIT-13Pゲルマノ
シリケートを単離する。
【0179】
実施形態34:前記CIT-13Pを、CIT-15トポロジーのゲルマノシリケート
を形成するのに充分な条件下で(例えば、C1~12アルキルアミンの存在下又は非存在
下で、580℃~750℃で6~8時間)、か焼することを更に含む、実施形態33の方
法。
【0180】
実施形態35:前記CIT-13Pを、ピラーリング反応に一致する条件に供すること
、例えば、アルコキシ化中間体を形成する条件下で(例えば、175℃で18~24時間
)、シリカ供給源の存在下にて濃(例えば、約1Mの)鉱酸で処理した後、CIT-14
ゲルマノシリケートを形成するのに充分な条件下で(例えば、580℃~750℃で6~
8時間)、該アルコキシ化中間体をか焼することを更に含む、実施形態34の方法。
【実施例】
【0181】
以下の実施例は、これら新規な物質を特徴付けることに用いられる実験方法を提供し、
また本開示内に記載の概念のいくつかを例示する。各実施例は、本明細書の本論のこの箇
所及び他の箇所で提供されるもの両方を含めて、組成物、調製および使用方法の特定の個
々の実施形態を提供すると考えられるが、それら実施例のいずれも、本明細書に記載のよ
り一般的な実施形態を限定するものとみなされるべきではない。
【0182】
以下の実施例では、使用される数(例えば量、温度など)に関して正確さを保証するた
めの努力をしたが、いくらかの実験誤差および偏差が考慮されるべきである。別段に指示
がない限り、温度は℃であり、圧力は大気圧またはそれに近い圧力である。
【0183】
[例1:材料及び方法]
特に断りのない限り、全ての試薬は、商業的供給元から購入し、受け取ったままで使用
した。特に断りのない限り、全ての反応は、火炎乾燥したガラス製品中において、アルゴ
ン雰囲気下で行った。水酸化物イオン交換は、1meq/mLの交換容量を有するOH型
スチレン-ジビニルベンゼン(DVB)-マトリックスイオン交換樹脂(DOWEX(商標
)MARATHON(商標)A)を用いて行った。滴定は、滴定剤として0.01MのH
Clを使用するMETTLER-Toledo DL22自動滴定装置を用いて行った。
全ての液体NMRスペクトルは、500MHz Varian分光計で記録した。液体N
MRスペクトルは、Varian Mercury分光計で記録した。
【0184】
全ての粉末X線回折特性評価は、CuKα放射線を用いてRigaku MiniFl
ex II回折計で行った。
【0185】
固体29Si MAS NMRスペクトルおよび固体27Al MAS NMRスペクトル
は、Bruker DSX-500分光計(11.7T)およびBruker 4mm M
ASプローブを使用して得た。スペクトル動作周波数は、2μsの90°パルス長及び1
秒のサイクル遅延時間を用い、29Si核について99.4MHzおよび27Al核につ
いて78.2MHzであった。スペクトルは、29Siについては外部テトラメチルシラ
ン(TMS)標準を、27Alについては1Mの硝酸アルミニウム水溶液を基準とした。
試料は、29Si MAS及びCP MAS NMR実験では8kHzで、27Al MAS
では12kHzで回転させた。
【0186】
試料のSi/Al比及びSi/Ge比を決定するために、Oxford X-Max S
DD X線エネルギー分散型分光計(EDS)システムを用いた。全ての粉末X線回折(
PXRD)特性評価は、CuKα放射線を用いてRigaku MiniFlex II回
折計で行った。か焼したゼオライト資料の元素分析は、EDSを用いて行った。
【0187】
試料の元素比を決定するために、SEM分析を、Oxford X-Max SDD X
線エネルギー分散型分光計(EDS)システムを備えたZEISS 1550 VP FE
SEMで行った。
【0188】
[例2:CIT-13Pの調製]
新たにか焼した100mgのCIT-13を0.1NのHCl水溶液160mL中に分
散させた。この混合液を99℃で24時間撹拌した。その後、固体を濾過して室温で乾燥
させた。この層剥離の収率は、典型的には約60~70%である。CIT-13Pの中間
層回折に相当するXRDピークは、約8.19~8.20°であった(d4rの完全な除
去)。
【0189】
当業者に理解されるように、本発明の多くの修正形態および変形形態がこれらの教示に
照らして可能であり、その全てが本明細書により考慮される。本明細書に引用される全て
の参考文献は、少なくとも提示された文脈におけるそれらの教示のために、参照により本
明細書に援用される。