日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 41(2): 57-63 (2024)
doi:10.20731/zeoraito.41.2.57

解説解説

Znイオン交換MFI型ガロアルミノシケートゼオライトによるエタンの脱水素芳香族化Dehydroaromatization of Ethane over Zn Ion Exchanged MFI Type Galloaluminosilicate Zeolite

1名古屋工業大学生命・応用化学類Department of Life Science and Applied Chemistry, Nagoya Institute of Technology ◇ 〒466–8555 愛知県名古屋市昭和区御器所町

2大阪大学大学院基礎工学研究科化学工学領域Division of Chemical Engineering, Graduate School of Engineering Science, Osaka University ◇ 〒560–8531 大阪府豊中市待兼山町1–3

受理日:2024年1月25日Accepted: January 25, 2024
発行日:2024年4月15日Published: April 15, 2024
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エタン脱水素芳香族化反応による芳香族炭化水素は,今後の需要増を見据えた反応系の1つといえる。本反応系では,Znイオン交換MFI型アルミノシリケートゼオライト(Zn/[Al]-MFI)が,ZnイオンとAlサイト由来のブレンステッド酸点の協奏的な効果により優れた触媒活性を示す一方,その高いブレンステッド酸強度がコーク形成を促し,急速な触媒失活に繋がることが知られている。本研究では,Alサイト由来のブレンステッド酸点よりも弱い酸強度を示すGaに着目し,Alの一部をGaに置換,またZnイオン交換したZnイオン交換MFI型ガロアルミノシリケート(Zn/[Ga,Al]-MFI)の新規合成法を開発した。[Al]-MFIとMFI型ガロシリケート([Ga]-MFI)ではZnイオンへの交換挙動が異なり,[Al]-MFIではH+からZnイオンへの交換が進む一方,[Ga]-MFIでは進みづらいことを見出した。この差異を利用することで,[Ga,Al]-MFI内のAlサイトのH+を優先的にZnイオンへ交換することができた。このように開発したZn/[Ga,Al]-MFIは,エタン脱水素芳香族化反応において,高い触媒活性と安定性を兼ね備えた触媒であった。本研究結果は,軽質アルカンの有用化合物への転換の1つであるエタン脱水素芳香族化反応でのゼオライト触媒の新しい設計指針といえる。

Ethane dehydroaromatization (EDA) reaction is one of the promising processes to meet the growing demand of aromatics in the future. Zn ion exchanged MFI type aluminosilicate zeolite (Zn/[Al]-MFI) shows high activity on EDA reaction. Zn ion and Brønsted acid derived from Al sites contribute to the high activity on EDA reaction, but excess strong acid sites promote coke formation, leading to rapid deactivation. Herein, we have developed a new synthesis method for Zn ion exchanged MFI type galloaluminosilicate zeolite (Zn/[Ga,Al]-MFI). The coke formation was suppressed by partially substituting Al with Ga since acidity derived from Ga sites are weaker than that derived from Al sites. We found the different Zn ion exchange phenomena between [Al]-MFI and MFI type gallosilicate zeolite ([Ga]-MFI). Although Zn ion exchange successfully proceed over H+ containing [Al]-MFI, the ion exchange over H+ containing [Ga]-MFI was hardly occurred. This finding leaded to selective ion exchange from H+ to Zn2+ derived from Al site over H+ containing [Ga,Al]-MFI. Developed Zn/[Ga,Al]-MFI was the ideal catalyst to achieve both high catalytic activity and stability on EDA reaction. Our work provides a new design direction of zeolite catalysts on EDA reaction, which can contribute to the progress on the transformation of light alkanes to value-added chemicals.

キーワード:MFI型ゼオライト;ガロアルミノシケート;Znイオン交換;エタン脱水素芳香族化;BTX合成

Key words: MFI zeolite; galloaluminosilicate; Zn ion exchange; ethane dehyroaromatization; BTX synthesis

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