KR100567106B1 - Synthesis of Cubic Mesoporous Molecular Sieve - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기공의 배열이 Ia3d 구조를 갖는 메조포러스 분자체 (mesoporous molecluar sieve) 물질의 새로운 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 구조 유도체 (structure-directing agent)로 양이온 계열의 계면활성제와 중성 계열의 계면활성제를 혼합하여 사용하였고, 실리카 원 (silica source)은 콜로이드 실리카인 Ludox HS40 (DuPont 사의 상품명임)와 수산화나트륨을 이용하여 제조한 규산염나트륨 수용액을 사용하였으며, 수열반응중에 반응물의 pH를 조절하여 반응물의 평형을 조절하는 새로운 제조 방법을 개발함으로써 기존의 방법에 비해 쉽고 재현성이 있을 뿐만 아니라 메조포러스 분자체 물질의 수율도 현격히 증진시킬 수 있었다. 또한, 본 발명의 방법은 메조포러스 분자체 물질의 골격 내에 실리콘 이외의 알루미늄이나 티타늄과 같은 다른 금속 원소를 치환시킨 분자체 물질도 제조가 가능하고, 제조과정중에 다양한 염효과를 이용하여 분자체 물질의 열안정성 및 수열 안정성을 현격하게 증진시킬 수 있다.The present invention relates to a novel process for the preparation of mesoporous molecluar sieve materials having pore arrays of Ia3d structures. In the present invention, a cationic surfactant and a neutral surfactant are used as a structure-directing agent, and the silica source is a colloidal silica Ludox HS40 (trade name of DuPont) and sodium hydroxide. Sodium silicate aqueous solution prepared by using the present invention was developed, and it was easier and more reproducible than the existing method by developing a new preparation method that controls the reaction equilibrium by controlling the pH of the reactants during hydrothermal reaction. Yields could also be significantly increased. In addition, the method of the present invention can also prepare a molecular sieve material in which the other metal elements such as aluminum or titanium other than silicon in the skeleton of the mesoporous molecular sieve material can be prepared, and the molecular sieve material using various salt effects during the manufacturing process The thermal stability and hydrothermal stability of can be significantly improved.
메조포러스 분자체, 양이온 계면활성제, 중성 계면활성제, 콜로이드 실리카, 수열반응Mesoporous molecular sieve, cationic surfactant, neutral surfactant, colloidal silica, hydrothermal reaction
Description
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 MCM-48 물질 즉, 5 SiO2 : 0.82 HTMABr : 0.18 C12H25O(C2H4O)4H : 1.25 Na2O : 400 H2O의 몰 조성을 갖는 반응 혼합물을 이용하여 100℃에서 상기 (A) - (G) 단계를 통하여 MCM-48 물질의 특징적인 X-선 회절 그래프이다.1 is MCM-48 material prepared in Example 1 of the present invention, that is, 5 SiO 2 : 0.82 HTMABr: 0.18 C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H: 1.25 Na 2 O: 400 H 2 O Characteristic X-ray diffraction graph of MCM-48 material through steps (A)-(G) at 100 ° C. using a reaction mixture having a molar composition of.
도 2는 도 1의 MCM-48 물질에 대하여 액체 질소 온도에서 구한 질소의 흡착-탈착 등온선이다.FIG. 2 is an adsorption-desorption isotherm of nitrogen obtained at liquid nitrogen temperature for the MCM-48 material of FIG. 1.
도 3은 도 2에서 보여준 질소의 흡착-탈착 등온선으로부터 BJH ((Barrett-Joyner-Halenda) 방법으로 구한 기공 크기 분포 곡선 (pore size distribution curve)이다.FIG. 3 is a pore size distribution curve obtained by BJH ((Barrett-Joyner-Halenda) method from the adsorption-desorption isotherm of nitrogen shown in FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제조방법 중에서 (E) 단계, 즉 일차적으로 수열반응시킨 반응혼합물을 상온으로 냉각시킨 후 산을 사용하여 혼합물의 pH를 맞추어 다시 수열반응시키는 단계를 생략하고 100℃에서 수열반응을 통하여 제조한 물질들의 X-선 회절 그래프이다. (a)는 x = 0.05이고, (b)는 0.11, (c)는 0.18, (d)는 0.25이다.Figure 4 in the production method of the present invention, the step (E), that is, the first hydrothermal reaction after cooling the reaction mixture to room temperature after omission of the hydrothermal reaction by adjusting the pH of the mixture using an acid again and hydrothermal reaction at 100 ℃ X-ray diffraction graph of the materials prepared through. (a) is x = 0.05, (b) is 0.11, (c) is 0.18, and (d) is 0.25.
도 5는 5 SiO2 : 0.82 HTMABr : 0.18 C12H25O(C2H4O) 4H : 1.25 Na2O : 400 H2O 의 몰 조성을 갖는 반응 혼합물을 100℃에서 수열 반응시키면서 단계별로 얻은 X-선 회절 그래프이다. (a)는 100℃에서 2 일동안 수열반응한 것이고, (b)는 (a)를 상온으로 냉각시키고 아세트산으로 pH를 10으로 맞춘 직후의 것, (c)는 (b)를 다시 100℃에서 2일동안 반응시킨 후의 것, (d)는 (b)를 100℃에서 30일동안 수열반응 시킨 것이고, (e)는 (c)를 다시 상온으로 냉각시킨 후 pH를 10으로 맞추어 주고 다시 2일동안 100℃에서 수열반응시킨 것이다.5 is a step by step while hydrothermally reacting a reaction mixture having a molar composition of 5 SiO 2 : 0.82 HTMABr: 0.18 C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H: 1.25 Na 2 O: 400 H 2 O It is an X-ray diffraction graph obtained. (a) is a hydrothermal reaction at 100 ° C. for 2 days, (b) immediately after cooling (a) to room temperature and adjusting the pH to 10 with acetic acid, and (c) (b) again at 100 ° C. After the reaction for 2 days, (d) is the hydrothermal reaction of (b) for 30 days at 100 ℃, (e) is cooled to room temperature (c) again after adjusting the pH to 10 and again 2 days Hydrothermal reaction at 100 ℃.
도 6은 MCM-48 물질을 합성할 때 NaCl을 첨가하여 제조한 시료들의 X-선 회절 그래프이다. (a)는 소성처리한 것이고, (b)는 각각을 증류수에 넣고 환류조건 하에서 12시간 동안 처리한 후의 것이다.6 is an X-ray diffraction graph of samples prepared by adding NaCl when synthesizing MCM-48 material. (a) is calcined, and (b) is each of which is placed in distilled water and treated for 12 hours under reflux conditions.
도 7은 도 5의 (c)까지 MCM-48 물질을 제조한 후에 알루미늄을 반응 혼합물에 첨가시킨 후 다시 수열 반응을 시켜 제조한 알루미늄 함량이 각각 다른 시료로부터 얻은 X-선 회절 그래프와 알루미늄-27 고체상 NMR 스펙트럼이다. (a)는 Si/Al = 40이고, (b)는 20, (c)는 10, (d)는 5이다.FIG. 7 is an X-ray diffraction graph and aluminum-27 obtained from samples having different amounts of aluminum, which were prepared by adding aluminum to the reaction mixture and then performing hydrothermal reaction until the MCM-48 material was prepared to (c) of FIG. 5. Solid phase NMR spectrum. (a) is Si / Al = 40, (b) is 20, (c) is 10, and (d) is 5.
본 발명은 입방형 메조포러스 분자체의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 기존의 방법에 비해 쉽고 재현성이 있을 뿐만 아니라 메조포러스 분자체 물질의 수율도 현격히 증진시킬 수 있고, 또한 메조포러스 분자체 물질의 골격 내에 실리콘 이외의 알루미늄이나 티타늄과 같은 다른 금속 원소를 치환시킨 분자체 물 질을 제조할 수 있으며, 제조과정 중에 다양한 염효과를 이용하여 분자체 물질의 열안정성 및 수열 안정성을 현격하게 증진시킬 수 있는 입방형 메조포러스 분자체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cubic mesoporous molecular sieve, and more particularly, it is not only easier and reproducible than the conventional method, but also significantly improves the yield of mesoporous molecular sieve material, and also mesoporous powder. Molecular sieve materials can be prepared by substituting other metal elements such as aluminum or titanium other than silicon in the backbone of its own material, and by using various salt effects during the manufacturing process, the thermal stability and hydrothermal stability of the molecular sieve material can be significantly improved. A method of making cubic mesoporous molecular sieves that can be enhanced.
1991년도에 모빌사의 연구진에 의하여 M41S 군 (M41S family)이라고 명명된 새로운 형태의 메조포러스 분자체 (mesoporous molecular sieve) 물질들이 제조되어 미합중국 특허 제 5,057,296호 및 제 5,102,643호 등에 발표된 이래로 이러한 메조포러스 분자체 물질에 대한 연구가 현재 전세계적으로 활발히 진행되고 있다.A new type of mesoporous molecular sieve material, named the M41S family, was produced by Mobil researchers in 1991 and has been published in US Pat. Nos. 5,057,296 and 5,102,643. Research into their own materials is currently active worldwide.
메조포러스 분자체 물질은 기존의 제올라이트나 AlPO 계통의 물질과 같이 기공의 크기가 1.5nm 이하인 미세기공성 분자체 (microporous molecular sieve) 물질과는 달리 그 기공의 크기를 메조포어 (mesopore)의 범위 (2∼30nm)로 확장시킴으로써 그 동안 분자체 물질의 응용에 있어서 제한이 되어왔던, 예를 들면 미세기공성 분자체 물질의 기공 크기보다 큰 크기를 갖는 분자들의 흡착 및 분리, 촉매전환 반응 등에 대한 분자체 물질의 응용이 가능하게 되었다.Mesoporous molecular sieve materials, unlike microporous molecular sieve materials with pore sizes of 1.5 nm or less, like conventional zeolite or AlPO-based materials, have mesopores in the range of mesopores (2 Molecular sieve material for adsorption and separation of molecules having a size larger than the pore size of the microporous molecular sieve material, catalytic conversion reaction, and the like, which have been limited in the application of molecular sieve material. Application of is now possible
모빌사에서 발표한 M41S 군에는 일차원의 메조포러스 기공이 벌집과 같은 육방 배열(hexagonal array)을 이루고 있는 MCM-41 물질과 메조포러스 기공이 Ia3d의 입방구조 (cubic structure)의 배열로 연결되어 있는 MCM-48 물질이 있다. M41S 군의 메조포러스 분자체 물질 중에서 그 응용 가능성이 크리라 예상되는 물질은 기공이 삼차원의 입방 구조 (cubic Ia3d)로 배열로 연결되어 있는 MCM-48 물질로 삼차원 기공 연결 구조 때문에 분자의 확산이 용이하고 코크 (cokes)의 형성이나 담지 금속의 소결 (sintering) 등으로 인한 기공 막힘 (pore blockage) 현상에 의한 비활성화 (deactivation)도 적으리라 기대된다. 그러나, 최근까지의 연구 내용들을 보면 M41S 군 중에서 일직선의 기공 구조를 갖는 MCM-41 물질에 대한 연구가 주류를 이루고 있고, 이보다 특성이 뛰어나리라 예상되는 MCM-48 물질에 대한 연구는 그다지 많지 않은 실정이다.In the M41S family announced by Mobil, MCM, in which one-dimensional mesoporous pores form a hexagonal array like a honeycomb, MCM-41 material and mesoporous pores are connected by an array of cubic structures of Ia3d. There are -48 substances. Among the mesoporous molecular sieve materials of the M41S group, the potential for application is the MCM-48 material whose pores are arranged in a cubic structure with cubic Ia3d. Deactivation due to pore blockage due to coke formation or sintering of the supported metal is expected to be low. However, the recent research shows that MCM-41 material with straight pore structure is the mainstream among the M41S group, and there are not many studies on MCM-48 material which is expected to be superior to this. to be.
이렇게 MCM-48 물질에 대한 연구가 활발하지 못한 이유는 기존의 모빌사에서 발표한 제법이 일반적이지 못하고 재현성이 미흡하기 때문으로 생각된다. 현재까지 많은 연구자들이 이에 공감하면서 합성이 용이하고 재현성 있는 제조방법을 개발하고자 연구를 수행하고 있다. 예를 들면, 1996년에 Huo 등이 Chemistry of Materials지, volume 8, page 1147에 여러 가지 실리카 원과 제미니 (gemini) 계면활성제를 사용하여 MCM-48 물질을 제조하였다고 발표하였고, 또 Kim 등은 1998년도에 Chemical Communication지, page 259-260에 발표한 콜로이드 실리카인 Ludox HS40 (DuPont 사의 상품명)을 실리카 원으로 사용하고 에탄올을 반응 혼합물에 첨가하여 수열반응시킴으로서 MCM-48 물질을 용이하게 제조할 수 있고, 특히 얻어진 MCM-48 물질의 입자가 결정이라고 보고하였다. 그러나 현재까지의 결과에 의하면 MCM-48의 합성법이 재현성이 부족한 이유는 MCM-48이 열역학적으로 안정한 상이 아니고 합성 용액내에서 반응 초기에 육방 구조물이나 불규칙성 메조포러스 분자체 물질이 형성되었다가 시간이 지나면서 MCM-48 물질이 형성되고 다시 시간이 지나면서 열역학적으로 안정한 층상 구조물 (lamellar structured material)로 상전이가 일어나기 때문이다. 즉, 재현성의 미흡은 기존의 MCM-48에 대한 제조방법들이 동역학적으로 조절되는 방법이기 때문이다. 이러한 관점에서 MCM-48의 제조를 열역 학적으로 조절할 수 있는 방법을 개발한다면 그 합성법이 용이할 뿐만 아니라 재현성이 뛰어나리라 예상되고 제조과정 중에 MCM-48 물질의 물성 개선을 위한 처리 즉, 촉매 활성점의 부가나 수열안정성의 증진 등을 도모할 수 있으리라 기대된다.The reason for the lack of research on MCM-48 materials is that the existing methods published by Mobil are not common and they are not reproducible. To date, many researchers have sympathized with this and have been conducting research to develop a method for easy synthesis and reproducibility. For example, in 1996, Huo et al. Reported in Chemistry of Materials,
따라서, 본 발명의 목적은 메조포러스 분자체 MCM-48 물질에 있어서 기존의 제조방법의 단점을 개선하여 제조방법을 일반화시키고, 또한 수율을 증진시킴으로써 전체적인 제조 단가를 절감할 수 있는 기공의 배열이 삼차원 Ia3d 입방 배열을 하는 메조포러스 분자체 물질 (mesoporous molecular sieve material)인 MCM-48 물질의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the shortcomings of the conventional manufacturing method in the mesoporous molecular sieve MCM-48 material to generalize the manufacturing method, and also to increase the yield by reducing the overall manufacturing cost of the three-dimensional array of pores The present invention provides a method for preparing an MCM-48 material, which is a mesoporous molecular sieve material having an Ia3d cubic array.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 제조조건의 조절을 통하여 분자체 기공 크기를 조절하고 또한 분자체 물질의 골격내에 여러가지 금속 원소를 치환시킨 물질의 제조방법 및 분자체 물질의 수열안정성을 증진시킬 수 있는 입방형 메조포러스 분자체의 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to adjust the molecular sieve pore size through the control of the production conditions and to improve the hydrothermal stability of the molecular sieve material and the method for producing a material in which various metal elements are substituted in the skeleton of the molecular sieve material. It is to provide a method for producing a cubic mesoporous molecular sieve.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조 방법은 (A) 계면활성제로서 하기 화학식 1로 표시되는 할로겐화알킬트리메틸암모늄과 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 중성계면활성제를 혼합하여 수용액을 제조하는 단계; (B) 규산염 나트륨 수용액 (sodium silicate solution)을 제조하는 단계; (C) 상기 (A) 단계의 혼합 용액에 상기 (B) 단계의 규산염 나트륨 수용액을 혼합하는 단계; (D) 상기 (C) 단계의 반응 혼합물을 1차 수열반응시키는 단계; (E) 상기 (D) 단계의 반응 혼합물을 상온으로 냉각시키고, 산을 이용하여 pH를 조절한 후 최종 목적하는 분자체 물질의 침전물을 형성할 수 있도록 2차 수열반응시키는 단계; (F) 상기 (E) 단계에서 형성된 분자체 물질의 침전물을 여과 및 세척, 건조시키는 단계; 및 (G) 상기 (F) 단계에서 여과 및 세척, 건조된 침전물을 소성 (calcination)시키는 단계로 이루어진다.The production method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of (A) preparing an aqueous solution by mixing a halogenated alkyltrimethylammonium represented by the formula (1) and a neutral surfactant represented by the formula (2) or (3) as a surfactant; (B) preparing a sodium silicate solution; (C) mixing the aqueous sodium silicate solution of step (B) with the mixed solution of step (A); (D) first hydrothermal reaction of the reaction mixture of step (C); (E) cooling the reaction mixture of step (D) to room temperature, adjusting the pH with an acid, and then performing a second hydrothermal reaction to form a precipitate of the final desired molecular sieve material; (F) filtering, washing and drying the precipitate of the molecular sieve material formed in step (E); And (G) calcining the precipitate precipitated by filtration and washing in step (F).
상기 식에서 R1, R2 및 R3는 서로 같거나 다르게 CH3 또는 CH 2CH3이고, R4는 12∼22의 탄소수를 갖는 알킬기고, X는 Cl 또는 Br이다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same as or different from each other and are CH 3 or CH 2 CH 3 , R 4 is an alkyl group having 12 to 22 carbon atoms, and X is Cl or Br.
상기 식에서 R은 8∼22의 탄소수를 갖는 알킬기고, n은 3∼20의 정수이다.In the formula, R is an alkyl group having 8 to 22 carbon atoms, n is an integer of 3 to 20.
상기 식에서 R은 8∼22의 탄소수를 갖는 알킬기이다.In the above formula, R is an alkyl group having 8 to 22 carbon atoms.
이하 본 발명을 하기 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples and accompanying drawings.
전술한 바와 같이, 메조포러스 분자체인 MCM-48 물질은 기공의 배열이 삼차원으로 Ia3d 입방구조를 갖는 물질로 일차원의 기공 연결 구조를 갖는 MCM-41 물질 에 비하여 응용성이 뛰어나리라 기대되는 물질이다. 메조포러스 분자체 물질은 일반적으로 계면활성제를 구조 유도체 (structure-directing agent)로 사용하는 액정 주형 경로를 통하여 제조되는데, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 양이온계열의 계면활성제와 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 중성계열의 계면활성제를 사용하였다.As described above, the MCM-48 material, which is a mesoporous molecular sieve, is a material having a three-dimensional Ia3d cubic structure, and is expected to have excellent applicability compared to an MCM-41 material having a one-dimensional pore connection structure. Mesoporous molecular sieve material is generally prepared through a liquid crystal template path using a surfactant as a structure-directing agent. In the present invention, the cationic surfactant and the following Chemical Formula 2 and Chemical Formula Neutral surfactants represented by 3 were used.
화학식 1
R1R2R3R4NXR 1 R 2 R 3 R 4 NX
상기 식에서 R1, R2 및 R3는 서로 같거나 다르게 CH3 또는 CH 2CH3이고, R4는 12∼22의 탄소수를 갖는 알킬기고, X는 Cl 또는 Br이다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same as or different from each other and are CH 3 or CH 2 CH 3 , R 4 is an alkyl group having 12 to 22 carbon atoms, and X is Cl or Br.
화학식 2
R(OCH2CH2)nOHR (OCH 2 CH 2 ) nOH
상기 식에서 R은 8∼22의 탄소수를 갖는 알킬기고, n은 3∼20의 정수이다.In the formula, R is an alkyl group having 8 to 22 carbon atoms, n is an integer of 3 to 20.
화학식 3
RNH2 RNH 2
상기 식에서 R은 8∼22의 탄소수를 갖는 알킬기이다.In the above formula, R is an alkyl group having 8 to 22 carbon atoms.
상기 양이온 계열의 계면활성제의 예로는 브롬화도데실트리메틸암모늄 (dedecyltrimethylammonium bromide), 브롬화테트라데실트리메틸암모늄 (tetradecyltrimethylammonium bromide), 염화헥사데실트리메틸암모늄 (hexadecyltrimethyl ammonium chloride), 브롬화헥사데실트리메틸암모늄 (HTMABr, hexadecyltrimethylammonium bromide), 브롬화옥타데실트리메틸암모늄 (octadecyltrimethylammonium bromide), 브롬화도코실트리메틸암모늄 (docosyltrimethylammonium bromide), 염화아이코실트리메틸암모늄 (eicosyltrimethylammonium chloride), 또는 브롬화헥사데실트리에틸암모늄 (HTEABr, hexadecyltrimethylammonium bromide) 등이 있고, 중성계열의 계면활성제로는 도데실폴리에틸렌에테르 (dodecyl polyethylene ether, C12H25O(C2H 4O)nH, n = 3∼10), 헥사데실폴리에틸렌에테르 (hexadecyl polyethylene ether, C16H33O(C2H4O)nH, n = 3∼20), Tritox X-100 (CH3C(CH 3)2CH2C(CH3)2C6H4O(C2H4O)10H), 도데실아민 (docylamine), 또는 헥사데실아민 (hexadecylamine) 등이 있다.Examples of the cation-based surfactants include dodecyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethyl ammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium bromide, and hexadecyltrimethylammonium bromide. ), Octadecyltrimethylammonium bromide, docosyltrimethylammonium bromide, icocosyltrimethylammonium chloride, or hexadecyltrimethylammonium bromide (HTEABr, hexadecyltrimethylammonium, etc.). As the surfactant of the series, dodecyl polyethylene ether (C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) nH, n = 3 to 10), hexadecyl polyethylene ether (C 16 H 33 O (C 2 H 4 O) nH, n = 3-20), Tritox X-100 (CH 3 C (CH 3 ) 2 CH 2 C (CH 3 ) 2 C 6 H 4 O (C 2 H 4 O) 10 H), dodecylamine, or hexadecylamine.
상기 (A)에서 (G) 단계들은 본 발명의 내용에서 사용된 순수 실리카 골격으로 이루어진 MCM-48 물질의 제조 방법이다.Steps (A) to (G) above are methods for preparing MCM-48 material consisting of pure silica backbone used in the context of the present invention.
상기 (A) 단계에서 화학식 1로 표시되는 할로겐화알킬트리메틸암모늄 1몰을 기준으로 하여 상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 중성계열의 계면활성제의 양은 0.03 내지 0.95몰을 사용하는 것이 바람직하고, 사용되는 물의 양은 상기 화학식 1로 표시되는 할로겐화알킬트리메틸암모늄 1몰을 기준으로 하여 100 내지 1000 몰이 바람직하다.The amount of the neutral surfactant represented by
상기 (B) 단계에서 기술된 규산염 나트륨 수용액의 제조방법은 본 출원인이 1996년 11월 8일과 1997년 2월 26일에 각각 대한민국에 특허 출원되어 현재 계류 중인 대한민국 특허 출원 제 96-52841호 및 제 97-6051호의 내용이 참조된 것으로 콜로이드 실리카 (colloidal silica)인 Ludox HS40 (40 wt% SiO2, DuPont) 또는 발연 실리카 (fummed silica)를 수산화 나트륨 수용액과 혼합하여 제조하는 것으로 수산화 나트륨과 실리카의 몰비는 0.5∼0.6이 바람직하며, 최종 제조된 규산염 나트륨 수용액 내에서 실리카 (SiO2)의 함량이 10 내지 20중량% 정도가 바람직하다.The method for preparing the aqueous sodium silicate solution described in step (B) is Korean Patent Application Nos. 96-52841 and No. 8 pending on November 8, 1996 and February 26, 1997, respectively. Reference is made to 97-6051, which is prepared by mixing a colloidal silica, Ludox HS40 (40 wt% SiO 2 , DuPont) or fummed silica, with an aqueous sodium hydroxide solution to provide a molar ratio of sodium hydroxide to silica. 0.5 to 0.6 is preferable, and the content of silica (SiO 2 ) in the finally prepared aqueous sodium silicate solution is preferably about 10 to 20% by weight.
상기 (C) 단계에서는 (A) 단계의 계면활성제 용액을 자력교반장치를 이용하여 상온에서 격렬히 교반시키면서 (B) 단계에서 제조된 규산염 나트륨 수용액을 천천히 첨가한다. 이때 첨가되는 규산염 나트륨 수용액의 양은 상기 화학식 1로 표시되는 할로겐화알킬트리메틸암모늄 1몰을 기준으로 하여 실리카가 3∼6몰이 되게 하는 것이 바람직화고, 규산염 나트륨 수용액을 첨가한 후에 반응 혼합물을 상온에서 1 내지 2시간 동안 교반시키는 것이 좋다.In the step (C) while slowly stirring the surfactant solution of step (A) at room temperature using a magnetic stirring device, the aqueous sodium silicate solution prepared in step (B) is slowly added. In this case, the amount of the aqueous sodium silicate solution added is preferably such that the silica is 3 to 6 mol based on 1 mol of the alkyltrimethylammonium halide represented by the formula (1), and the reaction mixture is added at room temperature after the aqueous sodium silicate solution is added. Stir for 2 hours.
상기 (D) 단계에서 1차 수열반응 온도는 50∼120℃가 바람직하며, 반응 시간은 1∼6 일이 적당하다.In the step (D), the first hydrothermal reaction temperature is preferably 50 to 120 ° C., and the reaction time is preferably 1 to 6 days.
상기 (E) 단계에서 사용하는 산은 아세트산, 염산 또는 황산 등이 적당하고 농도는 1∼3 M 용액이 바람직하다. 또한 이 단계에서 반응 혼합물의 pH를 10∼11로 맞추는 것이 적당하고, 2차 수열반응 온도는 상기 (D) 단계와 동일하며 수열반응 시간은 1∼10 일이 적당하다. 상기 (E) 단계는 필요에 따라서 생략 또는 두차례 이상 실시할 수 있다. 상기 (F) 단계에서 제조된 침전물을 여과 장치를 통하여 여과한 후 증류수를 사용하여 2 내지 3 차례 세척하고, 약 100℃에서 5 내지 20 시간동안 건조시키는 것이 좋다.The acid used in step (E) is preferably acetic acid, hydrochloric acid or sulfuric acid, and the concentration is preferably 1 to 3 M solution. In this step, it is appropriate to adjust the pH of the reaction mixture to 10 to 11, the second hydrothermal reaction temperature is the same as in step (D), and the hydrothermal reaction time is 1 to 10 days. Step (E) may be omitted or performed two or more times as necessary. The precipitate prepared in step (F) is filtered through a filtration device, and then washed 2 to 3 times using distilled water, and dried at about 100 ℃ for 5 to 20 hours.
마지막으로, 상기 (G) 단계는 제조된 MCM-48 내부에 존재하는 계면활성제를 제거하는 단계로서 질소 및 산소 또는 공기 분위기 하에서 500 내지 900℃ 사이의 온도 조건으로 하여 1 내지 10 시간 정도 소성 처리하는 것이 바람직하다.Finally, step (G) removes the surfactant present in the prepared MCM-48 and calcinates for 1 to 10 hours at a temperature condition between 500 and 900 ° C. under nitrogen, oxygen, or air atmosphere. It is preferable.
도 1은 하기 실시예 1에서 제조된 MCM-48 물질 즉, 5 SiO2 : 0.82 HTMABr : 0.18 C12H25O(C2H4O)4H : 1.25 Na2O : 400 H2O의 몰 조성을 갖는 반응 혼합물을 이용하여 100℃에서 상기 (A) - (G) 단계를 통하여 MCM-48 물질의 특징적인 X-선 회절 그래프이다. 도 1의 (a)는 소성 처리전이고, (b)는 소성 처리후의 경우이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 소성 처리 전후에 따라 약 5% 정도의 구조의 수축만이 있을 뿐 X-선 회절 그래프는 Ia3d의 입방 구조로 표시될 수 있는 (211) 및 (220), (321), (400), (420), (322), (422), (431), (521), (440), (611), (541), (631), (543) 등의 피크를 낮은 각도 영역에서 보여준다. 이와 같이 본 발명의 제조 방법으로 제조한 MCM-48 물질의 경우 매우 뛰어난 구조적 균일성을 갖음을 도 1의 X-선 회절 그래프에서 볼 수 있다.1 is a MCM-48 material prepared in Example 1, that is, 5 SiO 2 : 0.82 HTMABr: 0.18 C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H: 1.25 Na 2 O: mole of 400 H 2 O Characteristic X-ray diffraction graph of MCM-48 material through steps (A)-(G) at 100 ° C. using a reaction mixture having a composition. (A) of FIG. 1 is before baking processing, (b) is a case after baking processing. As can be seen in Figure 1, there is only about 5% contraction of the structure before and after the firing treatment, and the X-ray diffraction graphs (211) and (220), (which can be represented by the cubic structure of Ia3d) ( Peaks such as 321, 400, 420, 322, 422, 431, 521, 440, 611, 541, 631, and 543. Shown in the low angle region. As described above, the MCM-48 material prepared by the manufacturing method of the present invention has very excellent structural uniformity in the X-ray diffraction graph of FIG. 1.
도 2는 도 1의 MCM-48 물질에 대하여 액체 질소 온도에서 구한 질소의 흡착-탈착 등온선인데 P/P0가 0.3 근처에서 질소의 흡착량의 갑작스러운 전이를 보여준다. 도 2와 같은 질소의 흡착-탈착 등온선은 IUPAC 정의에 의하면 형태 Ⅳ의 등온선으로써 메조포러스 분자체 물질의 특징적인 것이다. 본 발명에서 제조된 MCM-48 물질들에 대하여 이와 같은 질소 흡착 결과로부터 구한 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 표면적 (surface area)은 제조 방법에 따라 약간씩의 차이는 있지만 1000 ±100 m2g-1의 값을 갖는다.FIG. 2 is an adsorption-desorption isotherm of nitrogen obtained at liquid nitrogen temperature for the MCM-48 material of FIG. 1, showing a sudden transition of the adsorption amount of nitrogen near P / P0 of 0.3. The adsorption-desorption isotherm of nitrogen as shown in FIG. 2 is characteristic of mesoporous molecular sieve material as the isotherm of Form IV according to the IUPAC definition. Difference slightly in accordance with the respect to the MCM-48 material prepared in invention such a BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area determined from nitrogen adsorption results (surface area) is a production method, but 1000 ± 100 m 2 g - It has a value of 1 .
도 3은 도 2에서 보여준 질소의 흡착-탈착 등온선으로부터 BJH ((Barrett-Joyner-Halenda) 방법으로 구한 기공 크기 분포 곡선 (pore size distribution curve)이다. 도 3에 의하면 본 발명의 실시에 1에서 제조한 MCM-48 물질의 기공 크기는 2.4 nm이고, 대단히 좁은 기공 크기 분포 곡선 (중간 높이에서 선폭이 1 nm 이하)을 보여주는 것으로 보아 메조포러스 분자체 물질의 기공 구조가 매우 균일하다는 것을 알 수 있다.Figure 3 is a pore size distribution curve obtained by the BJH ((Barrett-Joyner-Halenda) method from the adsorption-desorption isotherm of nitrogen shown in Figure 2. According to Figure 3 prepared in Example 1 of the present invention The pore size of one MCM-48 material is 2.4 nm and shows a very narrow pore size distribution curve (line width less than 1 nm at medium height), indicating that the pore structure of the mesoporous molecular sieve material is very uniform.
도 4는 하기 실시예 2에서 볼 수 있듯이 본 발명의 제조방법 중에서 (E) 단계, 즉 1차 수열반응시킨 반응혼합물을 상온으로 냉각시킨 후 산을 사용하여 혼합물의 pH를 맞추어 다시 수열반응시키는 단계를 생략하고 약 100℃에서 수열반응을 통하여 제조한 물질들의 X-선 회절 그래프들이다. 반응 혼합물은 5 SiO2 : (1-x) HTMABr : x C12H25O(C2H4O)4H : 1.25 Na2O : 400 H2O (x는 0∼0.25)의 초기 몰조성을 갖게 제조하였고, 도 4에 표시된 바와 같이 수열 반응 시간에 따라 생성된 침전물의 X-선 회절 그래프를 얻었다. 도 4에서 보면 반응 초기, 즉 100℃에서 4 일 경과할 때까지는 중성 계면활성제인 C12H25O(C2H4O)4H의 양이 증진할수록 얻어진 메조포러스 물질의 구조는 육방배열을 갖는 MCM-41에서 본 발명에 따른 입방 구조를 갖는 MCM-48로, x = 0.25 에서는 층상구조를 갖는 라멜라 물질로 그 구조들이 얻어짐을 알 수 있다. 이러한 이유는, 전술한 바와 같이, 메조포러스 분자체 물질이 계면활성제가 이루는 액정 구조에 의해 그 구조가 변하게 되는데, 이때 실리케이트 음 이온과 계면활성제의 머리 부분의 상호작용 정도가 대단히 중요한 역할을 차지한다. 양이온 계열만의 계면활성제를 사용할 때에 비하여 중성 계열의 계면활성제가 첨가되게 되면 실리케이트 음이온과 전체 계면활성제의 머리 부분의 상호작용 정도가 약해지게 되고 이에 의하여 도 4에서 볼 수 있는 구조의 전이가 일어나게 되는 것이다. 그러나, 도 4에서 알 수 있듯이 중성 계면활성제의 양을 조절하여 본 발명에 따른 MCM-48 물질이 얻어지는 조건에서도 수열 반응 시간이 경과함에 따라 다시 층상 구조로의 전이가 일어난다. 이러한 현상은 기존의 MCM-48의 제조방법에서도 일반적으로 일어나는 것으로 이로 인하여 보통 MCM-48을 제조할 때는 이러한 반응 중간에 정확히 반응을 멈추어야하고, 따라서 MCM-48의 제조가 용이하지 못하게 된 것이다. 이러한 구조의 전이 현상은 수열반응이 진행하면서 부산물로 생성된 수산화나트륨으로 인하여 반응 혼합물의 pH가 증진되면서 일어나는 것이다. 따라서 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하고자 상기 제조 방법의 (E) 단계와 같이 반응 중간에 반응 혼합물의 pH를 산을 사용하여 낮추어 줌으로써 층상구조로의 전이를 막고자 하였다.4 is a step (E) in the manufacturing method of the present invention as shown in Example 2 below, that is, the first hydrothermal reaction of the reaction mixture was cooled to room temperature, the step of hydrothermal reaction again by adjusting the pH of the mixture using an acid X-ray diffraction graphs of materials prepared through hydrothermal reaction at about 100 ° C. are omitted. The reaction mixture has an initial molar composition of 5 SiO 2 : (1-x) HTMABr: x C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H: 1.25 Na 2 O: 400 H 2 O (x is 0 to 0.25) It was prepared to have, and X-ray diffraction graph of the precipitate produced according to the hydrothermal reaction time as shown in FIG. 4 shows that the structure of the mesoporous material obtained by increasing the amount of the neutral surfactant C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H until the initial reaction, that is, until 4 days at 100 ℃ elongated the hexagonal arrangement It can be seen that MCM-41 having a cubic structure according to the present invention in MCM-41 having a structure of lamellar material having a layered structure at x = 0.25. For this reason, as described above, the structure of the mesoporous molecular sieve material is changed by the liquid crystal structure of the surfactant, wherein the degree of interaction between the silicate anion and the head of the surfactant plays a very important role. . When neutral surfactants are added as compared to the case of using only cationic surfactants, the degree of interaction between the silicate anions and the heads of the entire surfactants is weakened, resulting in a transition of the structure shown in FIG. 4. will be. However, as shown in FIG. 4, even when the MCM-48 material according to the present invention is obtained by controlling the amount of the neutral surfactant, the transition to the layered structure occurs as the hydrothermal reaction time elapses. This phenomenon generally occurs in the conventional method of manufacturing MCM-48. Therefore, when manufacturing MCM-48, the reaction must be stopped exactly in the middle of the reaction, thus making MCM-48 difficult to manufacture. The transition phenomenon of this structure occurs as the pH of the reaction mixture is increased due to the sodium hydroxide produced as a by-product during the hydrothermal reaction. Therefore, in the present invention, in order to overcome such disadvantages, the pH of the reaction mixture was lowered using an acid in the middle of the reaction as in step (E) of the preparation method to prevent the transition to the layered structure.
도 5는 이러한 결과를 보여주는 것으로 5 SiO2 : 0.82 HTMABr : 0.18 C12H25O(C2H4O)4H : 1.25 Na2O : 400 H2O의 몰 조성을 갖는 반응 혼합물을 100℃에서 수열 반응시키면서 단계별로 그 X-선 회절 그래프를 얻은 것이다. (a)는 100℃에서 2일 동안 반응시킨 것이고, (b)는 이를 상온으로 냉각시켜 pH를 10으로 조절한 직후, (c)는 다시 100℃에서 2일 동안 더 반응 시킨 후, (d)는 100℃에서 30일 동 안 반응시킨 후이고, (e)는 (c)에서 상기 제조방법 중 (E) 단계를 한번더 반복한 경우이다. 도 5에서 보면 초기에 형성된 MCM-48 구조에 비하여 pH를 맞추게 되면 주 피크의 세기가 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 pH가 낮아짐으로 인하여 반응 용액에 있던 실리케이트 음이온들이 무정형 실리카로 침전하기 때문이다. 이를 다시 100℃에서 수열 반응시키면 초기의 X-선 회절 그래프에 비하여 피크의 분해능과 세기가 월등히 증진되었음을 알 수 있고, 이는 pH가 낮아짐에 따라 형성되었던 무정형 실리카들이 다시 MCM-48 구조로 생성되었음을 의미한다. 따라서 pH를 조절하는 것은 단순히 반응을 멈추게 하여 구조의 전이를 막는 것이 아니라, MCM-48 구조가 형성될 수 있는 최적 조건을 만들어 줌으로써 반응의 평형을 조절한다는 것을 의미한다. (d)의 X-선 회절 그래프에서 보면 한달동안 100℃에서 반응시켜도 구조가 안정하다는 것을 보여준다. 또한 pH를 조절하고 수열반응시키는 과정을 한번 더 반복하여도 (e)와 같이 구조적 균일성이 뛰어난 MCM-48 물질을 제조할 수 있었다. 여기에서 또 중요한 사실은 pH를 조절함으로써 생성물의 수율을 증진시킬 수 있다는 점이다. 초기에 얻어진 MCM-48 물질의 수율은 사용한 실리카 양을 기준으로 49%에 불과하였는데 비하여 pH 조절과 재반응을 거치면 78%로 이를 한번더 반복하면 83%로 그 수율이 증진되었다. 기존의 방법이 계면활성제 1몰을 기준으로 대략 0.8 몰의 실리카가 MCM-48 물질로 만들어지는데 비하여, 본 발명에서는 4 몰 이상의 실리카를 MCM-48 물질로 전환시킬 수 있어서 제조 단가를 훨씬 절감시킬 수 있고 또한 반응 평형을 열역학적으로 조절할 수 있게 되어 MCM-48 물질의 제조를 기존의 방법에 비하여 용이하게 할 수 있었다. 본 발명에서는 이러한 원리를 이용 하여 다양한 종류의 양이온 계열의 계면활성제와 중성계열의 계면활성제를 그 양과 종류를 조합시킴으로써 상술한 바와 같이 유사한 결과를 얻을 수 있었고 하기 표 1에 이러한 결과들을 요약하여 기술하였다.FIG. 5 shows these results: a reaction mixture having a molar composition of 5 SiO 2 : 0.82 HTMABr: 0.18 C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H: 1.25 Na 2 O: 400 H 2 O at 100 ° C. The X-ray diffraction graph was obtained step by step while undergoing hydrothermal reaction. (a) is the reaction for 2 days at 100 ℃, (b) immediately after cooling it to room temperature to adjust the pH to 10, (c) is further reacted for 2 days at 100 ℃, (d) Is after the reaction for 30 days at 100 ℃, (e) is the case of repeating step (E) of the production method once more in (c). In Figure 5 it can be seen that the intensity of the main peak is reduced when the pH is adjusted compared to the initially formed MCM-48 structure. This is because the silicate anions in the reaction solution precipitate to amorphous silica due to the lower pH. Hydrothermal reaction at 100 ℃ again showed that the resolution and intensity of the peak were significantly improved compared to the initial X-ray diffraction graph, which means that the amorphous silicas formed as the pH was lowered were formed into the MCM-48 structure again. do. Thus, adjusting the pH does not simply stop the reaction to prevent the transition of the structure, but rather to control the equilibrium of the reaction by creating the optimal conditions under which the MCM-48 structure can be formed. The X-ray diffraction graph in (d) shows that the structure is stable even if reacted at 100 ° C. for one month. In addition, even if the pH control and hydrothermal reaction were repeated once more, MCM-48 material having excellent structural uniformity could be prepared as shown in (e). Another important fact here is that by adjusting the pH, the yield of the product can be enhanced. The yield of MCM-48 material initially obtained was only 49% based on the amount of silica used, and the yield was increased to 78% after pH adjustment and re-reaction, and to 83% when repeated once more. Compared to the conventional method, about 0.8 mole of silica is made of MCM-48 material based on 1 mole of surfactant, in the present invention, it is possible to convert more than 4 moles of silica to MCM-48 material, thereby further reducing manufacturing costs. In addition, the reaction equilibrium can be controlled thermodynamically to facilitate the preparation of the MCM-48 material as compared to conventional methods. In the present invention, similar results were obtained by combining the amounts and types of various kinds of cationic surfactants and neutral surfactants using these principles, and the results are summarized in Table 1 below. .
또한, 하기 표 2는 양이온계 계면활성제의 탄소 사슬의 길이를 변화시키면서 합성한 결과를 요약한 것으로 사슬의 길이가 증진하면서 형성된 MCM-48 물질의 격자 상수, 즉 기공의 크기가 증진된다는 것을 알 수 있었다.In addition, Table 2 summarizes the results of synthesis by changing the length of the carbon chain of the cationic surfactant, it can be seen that the lattice constant, that is, the pore size of the MCM-48 material formed as the length of the chain is improved there was.
도 6은 실시예 3과 같이 MCM-48 물질의 수열 안정성에 미치는 염의 효과를 보여준다. 이러한 과정은 본 출원인의 출원한 특허출원 제 97-6051호에 기재된 방법과 유사하게 MCM-48 물질의 수열 안정성을 증진시키기 위하여 염효과를 사용한 것이다. 염을 첨가하지 않고 제조한 MCM-48 물질의 경우, 도 6에서 알 수 있듯이 100℃의 끓는 물 속에서 12시간 처리하면 골격 내의 실리케이트가 물에 의해 가수분해되어 그 구조가 완전히 붕괴된다. 염이 수열 반응 혼합물에 첨가되게 되면 끓는 물 속에서 12시간 동안 처리하여도 그 구조가 많이 변하지 않는 것으로 보아 염의 첨가에 의해 MCM-48 물질의 수열 안정성이 매우 증가함을 알 수 있다. 이 때 첨가되는 염의 양은 계면활성제 1몰당 2∼3몰이 적당하였다.6 shows the effect of salt on the hydrothermal stability of MCM-48 materials as in Example 3. FIG. This process uses the salt effect to enhance the hydrothermal stability of the MCM-48 material, similar to the method described in Applicant's Patent Application No. 97-6051. In the case of the MCM-48 material prepared without addition of salts, as shown in FIG. 6, after 12 hours of treatment in boiling water at 100 ° C., the silicate in the skeleton is hydrolyzed by water to completely disintegrate its structure. When salt is added to the hydrothermal reaction mixture, the structure does not change much after 12 hours in boiling water, indicating that the hydrothermal stability of MCM-48 material is greatly increased by the addition of salt. At this time, the amount of salt added was suitably 2-3 mol per mol of surfactant.
도 7은 실시예 4와 같이 도 5의 (c)까지 MCM-48 물질을 제조한 후에 알루미늄을 반응 혼합물에 첨가시킨 후 다시 수열반응시켜 제조한 알루미늄 함량이 각각 다른 시료로부터 얻은 X-선 회절 그래프와 알루미늄-27 고체상 NMR 스펙트럼이다. 알루미늄원은 소듐 알루미네이트 (sodium aluminate) 또는 염화알루미늄 (AlCl3) 등이 적당하였다. 도 7에서 알 수 있듯이 골격 구조내에 금속이 치환되어도 MCM-48 물질의 구조는 그대로 유지되었다. 치환된 알루미늄의 양은 Si/Al 비율이 5까지로 기존의 방법이 15인 것이 비하여 알루미늄 함량을 증진시킬 수 있었고, 알루미늄-27 고체상 NMR 스펙트럼에서 볼 수 있듯이 사면체 배위를 갖는, 즉 대부분의 알루미늄이 골격 내에 첨가되었음을 알 수 있었다. 유사한 방법으로 티타늄의 경우 Si/Ti 비율이 최대 15, 주석의 경우 Si/Sn 비율이 최대 20, 구리의 경우 Si/Cu 비율이 최대 20까지 구조의 균일성이 뛰어난 금속치환된 MCM-48 물질을 제조할 수 있었다.FIG. 7 is an X-ray diffraction graph obtained from samples having different amounts of aluminum, which are prepared by adding aluminum to the reaction mixture and then hydrothermally reacting the MCM-48 material to (c) of FIG. And aluminum-27 solid-state NMR spectra. The source of aluminum was sodium aluminate or aluminum chloride (AlCl 3 ). As can be seen in FIG. 7, the structure of the MCM-48 material was maintained even when a metal was substituted in the skeleton structure. The amount of substituted aluminum was able to enhance the aluminum content with the Si / Al ratio up to 5 compared to the conventional method 15, and as shown in the aluminum-27 solid-state NMR spectrum, the tetrahedral coordination, ie, most of the aluminum skeleton It was found that it was added in. In a similar manner, metal-substituted MCM-48 materials with excellent uniformity of structure can be obtained, with up to 15 Si / Ti ratios for titanium, up to 20 Si / Sn ratios for tin, and up to 20 Si / Cu ratios for copper. Could be manufactured.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 제조방법을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the production method of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1Example 1
용액 A는 3.5g의 브롬화헥사데실트리메틸암모늄과 0.84g의 C12H25O(C2H 4O)3H을 40.4g의 증류수에 용해시켜 제조하였다. 용액 B는 9.4g의 Ludox HS40 (콜로이드 실리카, DuPont사의 상품명)에 31g의 1.0 M 수산화나트륨 수용액을 혼합한 후, 80℃에서 2시간 동안 가열하여 제조하였다. 용액 A를 폴리프로필렌 병에 넣고 자력 교반장치를 이용하여 강력하게 교반시키면서 용액 B를 한방울씩 떨어뜨리면서 두 용액을 상온에서 1시간 동안 혼합하였다. 반응 혼합물을 100℃에서 2일동안 반응시킨 후 상온으로 냉각하였다. 30wt%의 초산 수용액을 사용하여 반응 혼합물의 pH가 10이 되게 중화시킨 후 다시 100℃에서 2일 동안 반응시켰다. 이 냉각-중화-수열 반응 과정을 한차례 더 실시하였다. 이렇게 얻은 물질은 X-선 회절 그래프는 도 1과 같고 각 단계별로 얻은 X-선 회절 그래프는 도 5와 같다. 얻어진 MCM-48 물질의 수율은 사용한 실리카 양을 기준으로 83%이었으며, 소성처리 후에 얻는 BET 표면적은 989m2/g이었다.Solution A was prepared by dissolving 3.5 g of hexadecyltrimethylammonium bromide and 0.84 g of C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 3 H in 40.4 g of distilled water. Solution B was prepared by mixing 31 g of 1.0 M aqueous sodium hydroxide solution with 9.4 g of Ludox HS40 (colloidal silica, manufactured by DuPont) and heating at 80 ° C. for 2 hours. The solution A was placed in a polypropylene bottle and the two solutions were mixed at room temperature for 1 hour while dropping the solution B dropwise while stirring vigorously using a magnetic stirrer. The reaction mixture was reacted at 100 ° C. for 2 days and then cooled to room temperature. The reaction mixture was neutralized to a pH of 10 using 30 wt% aqueous acetic acid and then reacted at 100 ° C. for 2 days. This cooling-neutralization-hydrothermal reaction process was carried out one more time. Thus obtained material is X-ray diffraction graph is shown in FIG. 1 and the X-ray diffraction graph obtained in each step is shown in FIG. The yield of the obtained MCM-48 material was 83% based on the amount of silica used, and the BET surface area obtained after calcining was 989 m 2 / g.
실시예 2Example 2
상기 실시예 1에서 (E) 단계, 즉 1차 수열반응시킨 반응혼합물을 상온으로 냉각시킨 후 산을 사용하여 혼합물의 pH를 맞추어 다시 수열반응시키는 단계를 생략하고 100℃에서 수열반응을 실시하면서 시간에 따라 제조된 물질들의 X-선 회절 값을 측정하였다. 반응 혼합물은 5 SiO2 : (1-x) HTMABr : x C12H25O(C 2H4O)4H : 1.25 Na2O : 400 H2O (x는 0∼0.25)의 초기 몰조성을 갖게 제조하였고, 반응물들의 양은 하기 표 3과 같다. 이렇게 얻은 시료들의 X-선 회절 그래프를 도 4에 도시하였다.In Example 1, step (E), that is, the reaction mixture of the first hydrothermal reaction was cooled to room temperature, and then the step of adjusting the pH of the mixture again using an acid to omit the hydrothermal reaction and performing hydrothermal reaction at 100 ° C. The X-ray diffraction values of the materials prepared according to the above were measured. The reaction mixture has an initial molar composition of 5 SiO 2 : (1-x) HTMABr: x C 12 H 25 O (C 2 H 4 O) 4 H: 1.25 Na 2 O: 400 H 2 O (x is 0 to 0.25) Was prepared, and the amount of reactants is shown in Table 3 below. An X-ray diffraction graph of the samples thus obtained is shown in FIG. 4.
실시예 3Example 3
본 발명의 제조과정중 (A)-(E) 단계는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 즉, 용액 A를 폴리프로필렌 병에 넣고 자력 교반장치를 이용하여 강력하게 교반시키면서 용액 B를 한방울씩 떨어뜨리면서 두 용액을 상온에서 1 시간 동안 혼합하였다. 반응 혼합물을 100℃에서 2 일동안 반응시킨 후 상온으로 냉각하였다. 30wt%의 초산 수용액을 사용하여 반응 혼합물의 pH가 10이 되게 중화시킨 후 다시 100℃에서 2일 동안 반응시켰다. 반응물을 냉각시킨 후에 NaCl을 전체 계면활성제 1 몰당 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 및 7.0 몰로 각각 첨가한 후, 100℃에서 10일동안 수열반응시켰다. 나머지 제조 방법은 실시예 1과 동일하다. 이렇게 얻은 물질들에 대하여 소성 처리한 후 환류 조건 하의 끓는 물 속에서 12 시간 동안 처리하여 수열안정성 을 측정하였다. 그 결과는 도 6에 나타내었다.Steps (A)-(E) of the present invention were performed in the same manner as in Example 1. That is, the solution A was put in a polypropylene bottle and the two solutions were mixed at room temperature for 1 hour while dropping the solution B dropwise while stirring vigorously using a magnetic stirrer. The reaction mixture was reacted at 100 ° C. for 2 days and then cooled to room temperature. The reaction mixture was neutralized to a pH of 10 using 30 wt% aqueous acetic acid and then reacted at 100 ° C. for 2 days. After cooling the reaction, NaCl was added at 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, and 7.0 moles per mole of total surfactant, respectively, followed by hydrothermal reaction at 100 ° C for 10 days. The remaining manufacturing method is the same as in Example 1. The obtained materials were calcined and then treated in boiling water under reflux conditions for 12 hours to determine hydrothermal stability. The results are shown in FIG.
실시예 4Example 4
상기 제조과정 (A)-(E) 단계는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 즉, 용액 A를 폴리프로필렌 병에 넣고 자력 교반장치를 이용하여 강력하게 교반시키면서 용액 B를 한방울씩 떨어뜨리면서 두 용액을 상온에서 1 시간 동안 혼합하였다. 반응 혼합물을 100℃에서 2일동안 반응시킨 후 상온으로 냉각시켰다. 30wt%의 초산 수용액을 사용하여 반응 혼합물의 pH가 10이 되게 중화시킨 후, 다시 100℃에서 2일 동안 반응시켰다. 반응물을 냉각시킨 후에 10wt% 소듐 알루미네이트 수용액을 이용하여 전체 실리카 1몰당 알루미늄이 0.025, 0.05, 0.1 및 0.2몰이 되도록 각각 첨가한후 100℃에서 7일동안 수열반응시켰다. 나머지 제조 방법은 실시예 1과 동일하다. 이렇게 제조한 알루미늄이 골격 내에 치환된 MCM-48 물질에 대한 소성 처리 후의 X-선 회절 그래프와 알루미늄-27 고체상 NMR 스펙트럼은 도 7과 같다.The manufacturing process (A)-(E) step was performed in the same manner as in Example 1. That is, the solution A was put in a polypropylene bottle and the two solutions were mixed at room temperature for 1 hour while dropping the solution B dropwise while stirring vigorously using a magnetic stirrer. The reaction mixture was reacted at 100 ° C. for 2 days and then cooled to room temperature. The reaction mixture was neutralized to have a pH of 10 using 30 wt% aqueous acetic acid, and then reacted at 100 ° C. for 2 days. After the reaction was cooled, aluminum was added in an amount of 0.025, 0.05, 0.1, and 0.2 mol per mol of the total silica using 10 wt% aqueous sodium aluminate solution, followed by hydrothermal reaction at 100 ° C. for 7 days. The remaining manufacturing method is the same as in Example 1. The X-ray diffraction graph and the aluminum-27 solid-state NMR spectrum after the calcination process for the MCM-48 material in which the aluminum thus manufactured was substituted in the skeleton are shown in FIG. 7.
전술한 바와 같이, 본 발명은 열역학적 평형 상태에서 MCM-48의 제조방법을 개발함으로써 기존의 방법으로는 용이하지 않았던 MCM-48의 제조를 일반화시켰으며 계면활성제 1몰당 수율을 기존에 비하여 현저히 증진시킴으로써 그 제조단가도 크게 절감할 수 있었다. 또한, 본 발명의 방법은 평형상태에 있기 때문에 수열 반응 중에 염효과 부가와 금속의 첨가가 용이한 새로운 합성법이다.
As described above, the present invention generalizes the preparation of MCM-48, which was not easy by the conventional method, by developing a manufacturing method of MCM-48 in a thermodynamic equilibrium state, and by significantly increasing the yield per mole of the surfactant compared to the conventional method. The manufacturing cost was also greatly reduced. In addition, the method of the present invention is a novel synthesis method that is easy to add salt effect and metal addition during hydrothermal reaction because it is in equilibrium.
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