CN102040230B - 一种euo型分子筛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种EUO分子筛的制备方法。本发明方法在制备过程中加入适量的乙醇、丙二醇、甲醇和丙酮中的一种或几种作为有机溶剂,并往高压釜中充入高压惰性气体,在一定条件下进行分段式晶化,所得产物经过滤、洗涤至中性,烘干和焙烧得到EUO分子筛。通过加入有机溶剂,可以促进模板剂前体在水相中的溶解,促进模板剂的生成,从而提高了分子筛的晶化速度,显著缩短了分子筛的晶化时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种分子筛及其制备方法,具体的说是一种EUO型分子筛的制备方法。
背景技术
EUO结构分子筛是一种中孔高硅分子筛,具有一维网状微孔孔道结构,含有十元环直通孔道(孔口直径为0.58×0.41nm)及与之垂直联通的十二元环侧袋(尺寸为0.68×0.58×0.81nm)结构。由于孔道的特殊性,EUO结构分子筛在二甲苯异构,直链烷烃异构化,加氢脱蜡等反应中表现出优异的催化性能,具有良好的工业应用前景。
EUO结构分子筛包括EU-1、TPZ-3和ZSM-50分子筛,它们一般具有下述无水形式的化学式:1~100XO2:0~10T2O3:0~20R,X代表硅和/或锗,T代表至少一种选自铝、铁、镓、硼、钛、钒、锆、钼、砷、锑、铬和锰的元素。一般的,EUO结构分子筛的制备方法包括,在含水介质中,将一种元素X源、一种元素T源、一种碱金属源和一种起模板剂作用的含氮有机化合物混合起来。
欧洲专利EP 0042226最早提出EU-1分子筛及其制备方法。所采用的模板剂是聚亚甲基α-ω-二胺离子,或所述衍生物的降解产物或所述衍生物前体。EU-1分子筛的制备方法如下:将硅源、铝源、矿化剂、有机模板剂和水混合均匀,经过水热晶化,制得EU-1分子筛。
欧洲专利EP0051318描述了TPZ分子筛,使用了与合成EU-1分子筛所使用的同组模板剂。特别描述了1,6-N,N,N,N’,N’,N’-六甲基六亚甲基二铵化合物作为模板剂的制备方法。
欧洲专利EP0159845和美国专利USP4640829提出了ZSM-50分子筛,是使用二苯甲基二甲基铵衍生物作为模板剂合成的。
美国专利US4537754公开了一种EU-1分子筛及其制备方法。采用聚亚甲基α-ω-二胺离子的烷基化衍生物或其前身物作为分子筛的模板剂。所述的模板剂前体为母体二铵和醇或烷基卤化物。
以上公开的EUO结构分子筛的合成方法均使用了昂贵的模板剂。为了降低成本,后来改用便宜的模板剂前体合成分子筛,并在合成时加入晶种和无机盐。
美国专利US6514479和中国专利CN99127713.9公开了一种制备EUO分子筛的方法,采用模板剂前体合成分子筛,所用的前体为一元胺和二卤烷烃或烷烃二醇,实施例中采用三甲胺和二溴己烷为模板剂前体,合成时加入晶种和无机盐,缩短晶化时间。美国专利US6723301和US6616910公开了一种EUO结构分子筛的合成方法,采用二苯甲基二甲基铵和其衍生物作为模板剂,实施例中采用苄基二甲胺和卤化苄为模板剂前体,通过加入晶种和无机盐,缩短晶化时间。
模板剂前体加入分子筛凝胶中并不能起到分子筛晶化的模板效应,而且其前体是非极性的有机物,抑制了分子筛的矿化作用,总体上不利于分子筛的晶化。这样下来,EUO型分子筛的合成时间相应延长了。虽然加入了晶种和无机盐,缩短晶化时间,但是晶化时间仍然过长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进的EUO型分子筛的制备方法,同时提供一种高比表面积,大孔容的EUO型分子筛。本发明提供的EUO型分子筛制备方法,通过在晶化时加入有机溶剂,能够显著缩短晶化时间,提高分子筛的晶化速度。
本发明提供的EUO型分子筛的组成结构及物化特征为:分子筛为0.1~2μm的小颗粒片状聚集体;同时存在单个的小颗粒,单个小颗粒的尺寸为20~90nm,分子筛的硅铝比为15~80,比表面积为400~550m2/g,孔容为0.3~0.5cm3/g。
本发明提供的EUO分子筛的制备方法包括如下步骤:
(1)将铝源、硅源、碱、水和模板剂按一定配比充分混合均匀,凝胶中各组分按其氧化物计的摩尔比为:
SiO2/Al2O3=10~100;
R/SiO2=0.15~0.6;
Na2O/SiO2=0.2~0.4;
H2O/SiO2=10~50;
R代表模板剂,利用含一元胺的模板剂前体引入;
然后加入有机溶剂和晶种搅拌均匀,有机溶剂在合成凝胶中所占的体积比重为15%~50%,晶种与二氧化硅的质量比为S/SiO2=0.01~0.1,S代表晶种。
反应混合物凝胶合成后,优选往合成釜中充入高压惰性气体。
(2)晶化:将步骤(1)配制的反应混合物凝胶升温至60℃~140℃,恒温晶化1~6h;然后升温至160~200℃,并水热晶化72~192h;
(3)晶化完成后,经过滤、洗涤、干燥和焙烧制得EUO型分子筛。
其中,在步骤(1)中R代表模板剂,利用含一元胺的前体引入。所述的模板剂选自溴化六甲双铵衍生物或二苯甲基二甲基铵衍生物。当模板剂为溴化六甲双铵的衍生物时,其前体为1,6二溴己烷和三甲胺,或1,6己二醇和三甲胺,三甲胺和1,6二溴己烷或1,6己二醇的摩尔比为2~3;当模板剂为二苯甲基二甲基铵衍生物时,其前体为氯化苄和苄基二甲胺,或苄醇和苄基二甲胺,氯化苄或苄醇与苄基二甲胺的摩尔比为1~2。
步骤(1)中所述的有机溶剂选自乙醇、异丙醇、甲醇和丙酮中的一种或几种。所述的高压惰性气体为氮气、氦气或氩气,优选氮气。充入高压惰性气体后,使釜内压力达到0.1~0.4MPa。
在有机溶剂和高压惰性气体的共同作用下,在合成釜达到二段晶化温度时,压力可达到0.8~2MPa。
所述的铝源可以为硫酸铝、硝酸铝、烷氧基铝化合物、铝酸钠、氧化铝、氢氧化铝或铝溶胶中的一种或几种,优选为铝酸钠。所述的硅源可以为白碳黑、硅溶胶、水玻璃、硅酸或正硅酸乙酯,优选白碳黑或硅溶胶。
所述的晶种为EU-1分子筛。EU-1分子筛可以是焙烧的分子筛或未焙烧的分子筛,可以是钠型、铵型或氢型的分子筛,优选为未焙烧的EU-1分子筛。
步骤(2)中所述的水热晶化是将配制成的反应混合物凝胶置于耐压容器中在恒温状态下进行,即恒温晶化。水热晶化可以是静态晶化或动态晶化,也可以是间歇式动态晶化。
根据本发明提供的方法,其中步骤(2)中的晶化条件为:第一段晶化温度优选为80℃~120℃,晶化时间优选为2h~4h;第二段晶化温度优选为170℃~190℃,晶化时间优选为72h~168h。
对于本发明所提供的分子筛,可以使用常规的方法进行改性处理。将本发明所提供的分子筛通过与酸性物质(如硝酸铵、氯化铵等的水溶液)进行离子交换,可以制备氢型的分子筛。但是本发明并不局限于此种改性方法。
本发明所提供的分子筛可用于不同的烃类转化反应中尤其是聚合、芳构化、异构化等反应,例如对C8芳烃异构化反应表现出很高的反应活性。
与现有EUO型分子筛的制备方法相比较,本发明方法具有如下优点:
1、加入低沸点有机溶剂能够促进两种模板剂前体在水相中的溶解,促进模板剂的生成。同时在晶化时低沸点有机溶剂会产生极大的自生压;在此基础上高压惰性气体的充入也增加了水热晶化的自生压力,从而提高了分子筛的晶化速度,显著缩短了分子筛的晶化时间。
2、晶化时的高压环境,显著增加了溶液的过饱和度,分子筛的快速晶化,抑制了分子筛粒径的增大,从而增大了EUO型分子筛的比表面积和孔容。而且辅助溶剂的加入同时改变了合成胶体中介质的介电常数,也有利于高比表面积,大孔容EUO分子筛的合成。
3、同时本发明采用两段晶化过程,分段式晶化有利于模板剂前体在低温合成模板剂,同时低温段有利于分子筛导向剂的生成,增加分子筛晶种的密度,也有利于降低EUO型分子筛的粒度,从而有利于高比表面积,大孔容的EUO型分子筛的合成。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的分子筛的X-射线衍射(XRD)谱图。
图2为本发明实施例1制备的分子筛的扫描电镜(SEM)照片。
图3为本发明实施例2制备的分子筛的X-射线衍射(XRD)谱图。
图4为本发明实施例2制备的分子筛的扫描电镜(SEM)照片。
图5为本发明实施例3制备的分子筛的X-射线衍射(XRD)谱图。
图6为本发明实施例3制备的分子筛的扫描电镜(SEM)照片。
图7为本发明实施例4制备的分子筛的X-射线衍射(XRD)谱图。
图8为比较例1制备的样品的X-射线衍射(XRD)谱图。
具体实施方式
本发明EUO型分子筛分子筛的物相测定采用的X-射线衍射仪为日本理学株式会社生产的D/max-2500型全自动旋转靶X-射线衍射仪。实验时,将样品研磨至300目以上压片,然后上机表征。实验条件:Cu靶,Kα辐射源,石墨单色器,工作电压40kV,管电流80mA,扫描范围为5-40°,扫描速度为8°/min,步长为0.1°。
本发明EUO型分子筛的SEM图在配备Oxford EDS的日本日立公司生产的JSM-6301F型扫描电子显微镜上进行。工作电压:20kV,工作距离:15mm,分辨率:1.5nm。具体方法如下:取干燥分子筛样品放入一定量的乙醇溶液中,用超声波分散制得悬浮液,将悬浮液滴加在带有碳膜的电镜铜网上,乙醇挥发后,在仪器上进行照射,得到分子筛的电镜图。
分子筛硅铝比测定采用化学分析法测定。分别测定分子筛中SiO2、Al2O3的含量,得到分子筛的总硅铝比。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
在烧杯中先后加入1.83g氢氧化钠、0.85g铝酸钠、87.7ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入40ml乙醇、18.3ml三甲胺、6.48ml 1,6-二溴己烷,搅拌10min,最后加入10.14g白碳黑和0.4g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。于烘箱中80℃加热3h,然后升温至180℃晶化96h。达到180℃时合成釜的压力为1.2MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h即得到EU-1分子筛。
EU-1分子筛的XRD谱图和扫描电镜照片如图1、2所示。从XRD谱图可以看出,谱图中,2θ=7.90°、8.80°、(23.11±4.2)°处的衍射峰为EU-1分子筛的主要特征峰。从扫描电镜照片上可以看出EU-1分子筛为片状的小颗粒聚集体,粒径为0.1~1.0μm,硅铝比为35,比表面积为445m2/g,孔容为0.40cm3/g。
实施例2
在烧杯中先后加入1.83g氢氧化钠、0.80g铝酸钠、87.7ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入14ml乙醇和20ml丙酮、18.3ml三甲胺、6.48ml 1,6-二溴己烷,搅拌10min,最后加入10.14g白碳黑和0.4g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。密闭后向合成釜中充入高压氮气至0.1MPa。于烘箱中70℃加热4h,然后升温至170℃晶化120h。达到170℃时合成釜的压力为0.9MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h即得到EU-1分子筛。
EU-1分子筛的XRD谱图和扫描电镜照片如图3、4所示。从XRD谱图可以看出,谱图中,2θ=7.90°、8.80°、(23.11±4.2)°处的衍射峰为EU-1分子筛的主要特征峰。说明合成样品为EU-1分子筛。从扫描电镜照片上可以看出EU-1分子筛为片状的小颗粒聚集体,粒径为0.1~1.2μm,硅铝比为30,比表面积为465m2/g,孔容为0.43cm3/g。
实施例3
在烧杯中先后加入5.93g氢氧化钠、3.81g铝酸钠、257ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入85ml乙醇、38.26ml苄基二甲胺、29.18ml氯化苄,搅拌10min,最后加入84.3g白碳黑和3.37g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。于烘箱中60℃加热3h,然后升温至180℃晶化96h。达到180℃时合成釜的压力为0.91MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h即得到ZSM-50分子筛。
ZSM-50分子筛的XRD谱图和扫描电镜照片如图5、6所示。从XRD谱图可以看出,谱图中,2θ=7.90°、8.80°、(23.11±4.2)°处的衍射峰为ZSM-50分子筛的主要特征峰。说明合成样品为ZSM-50分子筛。从扫描电镜照片上可以看出ZSM-50分子筛为片状的小颗粒聚集体,ZSM-50分子筛的粒径为0.1~0.9μm,硅铝比为60,比表面积为455m2/g,孔容为0.39cm3/g。
实施例4
在烧杯中先后加入5.73g氢氧化钠、3.9g铝酸钠、357ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入50ml乙醇、30ml异丙醇、38.26ml苄基二甲胺、29.18ml氯化苄,搅拌10min,最后加入84.3g白碳黑和3.37g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。密闭后向合成釜中充入高压氮气至0.2MPa。于烘箱中100℃加热3h,然后升温至185℃晶化96h。达到185℃时合成釜的压力为1.01MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h即得到ZSM-50分子筛。
ZSM-50分子筛的XRD谱图如图7所示。从XRD谱图可以看出,谱图中,2θ=7.90°、8.80°、(23.11±4.2)°处的衍射峰为ZSM-50分子筛的主要特征峰。说明合成样品为ZSM-50分子筛。ZSM-50分子筛的颗粒尺寸为0.2~1.2μm,硅铝比为57,比表面积为465m2/g,孔容为0.41cm3/g。
实施例5
在烧杯中先后加入5.93g氢氧化钠、4.1g铝酸钠、347ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入85ml异丙醇、38.26ml苄基二甲胺、29.18ml氯化苄,搅拌10min,最后加入84.3g白碳黑和3.37g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。密闭后向合成釜中充入高压氮气至0.2MPa。于烘箱中130℃加热3h,然后升温至180℃晶化96h。达到180℃时合成釜的压力为0.91MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h即得到ZSM-50分子筛。颗粒尺寸为0.2~1.4μm,ZSM-50分子筛的硅铝比为65,比表面积为444m2/g,孔容为0.38cm3/g。
实施例6
在烧杯中先后加入1.70g氢氧化钠、0.80g铝酸钠、80ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入50ml乙醇、24ml三甲胺、6.48ml 1,6-二溴己烷,搅拌10min,最后加入10.14g白碳黑和0.4g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。密闭后向合成釜中充入高压氮气至0.2MPa。于烘箱中120℃加热3h,然后升温至185℃晶化110h。达到185℃时合成釜的压力为1.4MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h即得到EU-1分子筛。EU-1分子筛的颗粒尺寸0.1~1.0μm,硅铝比为32,比表面积为431m2/g,孔容为0.36cm3/g。
对比例1
在烧杯中先后加入1.70g氢氧化钠、0.80g铝酸钠、80ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入24ml三甲胺、6.48ml 1,6-二溴己烷,搅拌10min,最后加入10.14g白碳黑和0.4g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。于烘箱中180℃晶化192h。达到180℃时合成釜的压力为0.63MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h,即得到EU-1分子筛。EU-1分子筛粒径为0.5~1.2μm,硅铝比为34,比表面积为395m2/g,孔容为0.21cm3/g。
对比例2
在烧杯中先后加入1.70g氢氧化钠、0.80g铝酸钠、80ml蒸馏水,搅拌均匀,再加入22ml三甲胺、6ml 1,6-二溴己烷,搅拌10min,最后加入10.14g白碳黑和0.4g未焙烧的EU-1分子筛晶种,搅拌1小时后装入合成釜。密闭后向合成釜中充入高压氮气至0.3MPa。于烘箱中180℃晶化180h。达到180℃时合成釜的压力为0.82MPa。将所得到的产物过滤,用蒸馏水洗涤至中性,干燥,在550℃下焙烧5h。即得到EU-1分子筛。EU-1分子筛粒径为0.7~1.3μm,硅铝比为34,比表面积为385m2/g,孔容为0.20cm3/g。
Claims (10)
1.一种EUO分子筛的制备方法,包括:
(1)将铝源、硅源、碱、水和模板剂按一定配比混合均匀,凝胶中各组分按其氧化物计的摩尔比为:
SiO2/Al2O3=10~100;R/SiO2=0.15~0.6;Na2O/SiO2=0.2~0.4;H2O/SiO2=10~50;
然后加入有机溶剂和晶种搅拌均匀,有机溶剂在凝胶中所占的体积比重为15%~50%,晶种与二氧化硅的质量比为S/SiO2=0.01~0.1,S代表晶种;其中R代表模板剂,利用含一元胺的模板剂前体引入,所述模板剂为溴化六甲双铵衍生物或二苯甲基二甲基铵衍生物;
(2)晶化:将步骤(1)配制的反应混合物凝胶升温至60℃~140℃,恒温晶化1~6h;然后升温至160~200℃,并恒温晶化72~192h;
(3)晶化完成后,经过滤、洗涤、干燥和焙烧制得EUO型分子筛。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的有机溶剂选自乙醇、异丙醇、甲醇和丙酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(2)晶化前往合成釜内充入高压惰性气体。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述的惰性气体为氮气、氦气或氩气,惰性气体的压力为0.1~0.4MPa。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,当合成釜达到二段晶化温度时,釜内压力达到0.8~2MPa。
6.根据权利要求1所述的制备方法啊,其特征在于,所述的铝源选自硫酸铝、硝酸铝、烷氧基铝化合物、铝酸钠、氧化铝、氢氧化铝和铝溶胶构成的一组物质。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的硅源为白碳黑、硅溶胶、水玻璃、硅酸或正硅酸乙酯。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法,其特征在于,所述的硅源为白碳黑或硅溶胶。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步的骤(2)中第一段晶化温度为80℃~120℃,晶化时间为2h~4h,第二段晶化温度为170℃~190℃,晶化时间为72h~168h。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,当模板剂为溴化六甲双铵衍生物时,模板剂前体为1,6-二溴己烷和三甲胺,或1,6-己二醇和三甲胺,三甲胺和1,6-二溴己烷或1,6-己二醇的摩尔比为2~3;当模板剂为二苯甲基二甲基铵衍生物时,模板剂前体为氯化苄和苄基二甲胺,或苄醇和苄基二甲胺,氯化苄或苄醇与苄基二甲胺的摩尔比为1~2。
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2009
- 2009-10-21 CN CN200910204288A patent/CN102040230B/zh active Active
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