CN102249257A - Suz-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产suz-4分子筛方法 - Google Patents

Suz-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产suz-4分子筛方法 Download PDF

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Abstract

SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛的方法。将铝源、硅源、模板剂、碱源及水(含晶化母液)按比例混合,置于水热釜中,在100-200℃,动态晶化0.5-7天,将釜内所得物离心或过滤分离后,将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉;离心所得液体或滤液即为晶化母液。晶化母液循环用于、不同批次混合用于SUZ-4分子筛生产、晶种胶的生产和加入晶种胶的SUZ-4分子筛生产中。发明不但可减少硅源、碱源、有机模板剂投入量,降低SUZ-4分子筛的合成成本,还可降低废水排放量甚至实现废水零排放,因此是一种工艺先进、环境友好的SUZ-4分子筛的合成方法,便于工业上生产SUZ-4分子筛。

Description

SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛方法
技术领域
本发明属于硅、铝氧化物分子筛的技术领域。同时涉及废水循环利用的技术。
背景技术
SUZ-4分子筛是英国石油公司(BP)于1992年首次合成出来的一种新型分子筛(US19910768452)。它具有的三维孔道结构是由四、五、六、八和十元环组成的,其中包含十元环和八元环两种互相交叉孔道。XRD研究结果表明其骨架拓扑结构与Ferrierite(镁碱沸石)相类似。近年来,SUZ-4分子筛被广泛应用于催化的各个领域,如正丁烯异构化,催化乙烯二聚及选择催化还原汽车尾气中的NOx等,具有较好的实际应用前景。
用通常的分子筛合成方法制备SUZ-4分子筛,不仅需要加入大量模板剂,还需要大量碱源。合成过程中产生的母液中含有大量的碱源及有机模板剂,排放到环境中会对环境造成污染,危害人类的健康。
循环利用晶化母液合成分子筛,不但可以减少每次用于SUZ-4分子筛合成的硅源、碱源及有机模板剂新投入量,以降低SUZ-4分子筛的合成成本,还可降低含有机模板剂、碱源污染废水的排放或实现相应废水的零排放。
迄今为止,对于SUZ-4分子筛的合成,还没有关于将其晶化母液用于SUZ-4分子筛合成的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环利用SUZ-4分子筛晶化母液合成SUZ-4分子筛的制备方法。
本发明的技术方案由如下步骤实现:
a)晶化母液的来源:
将铝源、硅源、模板剂、碱源及水按一定比例混合,置于水热釜中,在100-200℃下,动态晶化一定时间(0.5-7天),离心或过滤分离后,将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉;离心所得液体或过滤所得滤液均为本发明所指的SUZ-4分子筛晶化母液。
所用的铝源、硅源分别以Al2O3和SiO2计时原料摩尔比为:
SiO2∶Al2O3∶碱源∶模板剂∶水=5~40∶0.5~2∶1.5~16∶0~6.0∶200~1400,
所述的水为去离子水和/或晶化母液,其中晶化母液为总用水质量的10~100%。
所述的晶化母液包括现有技术中合成或生产工艺所产生的SUZ-4分子筛晶化母液、本发明首批生产或次、后批生产SUZ-4分子筛所产生的晶化母液。
b)晶化母液在生产SUZ-4分子筛工艺中的应用:
将铝源、硅源、模板剂、碱源及水按比例混合,置于水热釜中,在100-200℃下,动态晶化0.5-7天,将釜内所得物离心或过滤分离后,将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉;
所述的铝源、硅源分别以Al2O3和SiO2计时,原料摩尔比为:
SiO2∶Al2O3∶碱源∶模板剂∶水=5~35∶0.5~2∶1.5~12∶0~4.0∶200~1400。
其中所述的水为晶化母液或去离子水和晶化母液的混合物,其中晶化母液为总用水质量的10~100%;
此晶化母液可以再次用于SUZ-4分子筛的合成,此种循环使用的晶化母液,还可以用不同批次混合使用。
c)晶化母液在生产SUZ-4分子筛工艺中所用的晶种胶的制备:
按原料摩尔比为:SiO2∶Al2O3∶碱源∶模板剂∶水=5~40∶0.5~2∶1.5~16∶0~6.0∶200~1400,将铝源、硅源、模板剂、碱源及水按比例混合,置于水热釜中,在100-200℃下,动态晶化0.5~7天,冷却至室温所得白色浆状物或经放置后的下层白色胶状物均为晶种胶。
所述的水为晶化母液或晶化母液和去离子水的混合物,其中晶化母液为总用水质量的10~100%。
生产SUZ-4分子筛的步骤中加入晶种胶,晶种胶的加入量为合成SUZ-4分子筛所用原料混合物总质量的1%-80%。利用晶种胶合成SUZ-4分子筛,可大大减少有机模板剂的用量,缩短合成SUZ-4所需的晶化时间,在动态及静态晶化条件下均可合成SUZ-4分子筛。
本发明中,所述的硅源为分子筛合成领域中常用硅源,包括硅溶胶、二氧化硅、白炭黑、硅酸、水玻璃、硅胶或它们任意的混合物(见实例3,7,8);所述的铝源为分子筛合成领域中常用铝源,包括金属铝、拟薄水铝石、氧化铝、氢氧化铝、铝酸盐及各种铝盐(如硝酸铝)或它们的任意混合物(见实例3,4);所述的碱源为KOH、NaOH或它们混合物(见实例6,9,11,12);所述的模板剂为四乙基氢氧化铵,或四乙基氢氧化铵与其它有机铵(如四丙基氢氧化铵)的混合物(见实例6,9)。较佳的铝源为金属铝(见实例3)拟薄水铝石(见实例4)、氧化铝或氢氧化铝;较佳的硅源为硅溶胶(见实例3,7)白炭黑或硅酸(见实例8);较佳的碱源为KOH。
在本发明所涉及的步骤b)中,SUZ-4分子筛晶化母液可全部用于SUZ-4分子筛的合成(见实例3),也可部分(占所得晶化液总量的10-99%)用于SUZ-4分子筛的合成(见实例4,7),还可以用于晶种胶的制备(见实例5)。
在本发明所述的步骤a)和在步骤b)中,水热晶化温度及所需晶化时间可分别在100-200℃、0.5-7天内自由选择。(见实例2、7、8和10)。较佳晶化温度和所需晶化时间分别为140-180℃和1-4天。
在本发明所述的步骤a)和b)中,或在它们的任一步骤中,可不加入晶种(见实例4),也可另外加入晶种(见实例6~10)。加入的晶种可以是SUZ-4分子筛晶种胶,即在合成SUZ-4分子筛过程中任意时间段下的釜内所得白色浆状物(见实例5~9)或经放置后的下层呈白色胶状物(见实例9),也可以是SUZ-4分子筛晶体颗粒(见实例10)。当以NaOH为碱源时,在本发明所述的步骤a)和b)中,均必须借助加入晶种的办法实现SUZ-4分子筛的合成(见实例11,12)。
SUZ-4分子筛合成所产生的母液,其生成量及成分,依据SUZ-4分子筛合成原料的配比而发生改变。现由实例1结果分析,每制备3.8g SUZ-4分子筛,将产生36g的晶化母液。用于合成该分子筛投入的大部分碱源(~投入碱量的2/3)、模板剂(~投入模板剂量的3/5)和硅源(~投入硅源量的2/5)都含于其中。如不将其循环利用而排放于环境,将造成严重资源浪费。即约2/3投入量的碱、约3/5投入量的模板剂和约2/5投入量的硅源白白浪费。不仅如此,这些排放物将严重污染环境。因此,用本发明所述的循环利用SUZ-4分子筛晶化母液合成SUZ-4分子筛技术生产制备SUZ-4分子筛,不仅可使生产原料成本降低至一次性使用原料生产制备SUZ-4分子筛时的一半,还可避免污染环境。
本发明突出的特点在于循环利用SUZ-4分子筛晶化母液合成SUZ-4分子筛的方法。在SUZ-4分子筛合成中循环利用晶化母液,不但可以减少每次用于SUZ-4分子筛合成的硅源、碱源、有机模板剂新投入量,以降低SUZ-4分子筛的合成成本,还可降低含有机模板剂、碱源污染废水的排放或实现相应废水的零排放。该方法是一种环境友好的SUZ-4分子筛的合成方法,便于工业上大规模生产SUZ-4分子筛。
以下用具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1:SUZ-4分子筛的XRD谱图。
具体实施方式
一.母液来源实施例
实施例1
将0.20g铝片放于12g KOH水溶液(含16.1%的KOH)中,搅拌直至铝片完全溶解;将上述溶液与15.68g硅溶胶(含30%的SiO2)、5.68g四乙基氢氧化铵水溶液(含25%的四乙基氢氧化铵)及7.98g去离子水混合,形成白色凝胶(成分的摩尔比为SiO2∶Al2O3∶KOH∶模板剂∶H2O=21.2∶1∶7.9∶2.6∶498.6)后,再继续搅拌一个小时。将形成的凝胶转移至100ml可旋转的水热釜内,在20rpm的转速下,于150℃动态晶化4天,冷却、对釜内所得物过滤。将所得固体洗涤、干燥后得3.8g SUZ-4分子筛原粉。得到的SUZ-4分子筛不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图见图1。将过滤得到的滤液(36g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
实施例2
重复实例1,但将实例1中的原料摩尔配比由SiO2∶Al2O3∶KOH∶模板剂∶H2O=21.2∶1∶7.9∶2.6∶498.6改为33.3∶1∶14.7∶6.0∶796。具体为,将0.10g铝片溶于12g KOH水溶液(含16.1%的KOH)中。再将上述溶液与14g硅溶胶(含30%的SiO2)、7.7g四乙基氢氧化铵水溶液(含25%的四乙基氢氧化铵)及3g去离子水混合,形成白色凝胶。将形成的凝胶于170℃动态晶化3天,冷却、对釜内所得物过滤。将过滤得到的滤液(29g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
实施例3
将0.6g KOH溶于在实例1中所得36g SUZ-4分子筛晶化母液中后,再将0.20g的铝片放入其中,搅拌直至铝片完全溶解,形成溶液A;将10g硅溶胶(含30%的SiO2)、2.4g四乙基氢氧化铵水溶液(含25%的四乙基氢氧化铵)混合,形成溶液B。在剧烈搅拌溶液A的情况下,将溶液B加入其中,形成白色凝胶(成分的摩尔比为SiO2∶Al2O3∶KOH∶模板剂∶H2O=21∶1∶8∶3∶620)。继续搅拌一小时后,将形成的全部物质转移至100ml可旋转的水热釜内,在20rpm的转速下,于150℃动态晶化4天。将所得物冷却、离心分离。将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉。得到的SUZ-4分子筛不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将离心分离得到的上层液体(45g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
二.循环利用合成SUZ-4分子筛母液的实施例
实施例4
重复实例3,但所加的SUZ-4分子筛晶化母液为由实例3离心分离所得液体(从中取出36g),用以代替在实例3中所用的晶化母液。同时,以0.44g拟薄水铝石代替0.20g铝片。将用于合成SUZ-4分子筛的氢氧化钾、硅源、铝源、模板剂及上述母液混合形成凝胶后,晶化4天。将所得物冷却、过滤。将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉(3.8g)。所得SUZ-4分子筛不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将过滤得到的滤液(45g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
三.利用母液制备晶种胶的实施例
实施例5
按实例1进行反应物料配比,同时加入由实例4过滤得到的滤液9g,将上述所得物在水热釜内于150℃动态晶化2天,冷却至室温,开釜搅拌,得到的白色浆状物50g。将其中一部分直接作为促进SUZ-4分子筛合成的晶种胶使用,而将另一部分放置,取下层沉积的白色胶状物作为促进SUZ-4分子筛合成的晶种胶使用。
四.同时利用SUZ-4分子筛晶种和母液的实施例
实施例6
重复实例3,但所加SUZ-4分子筛晶化母液为由实例4过滤所得部分滤液(36g),用以代替在实例3中所用的晶化母液。同时,加入8g由实例5所得白色浆状物,且将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为2天。冷却、过滤釜内所得物。将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉。该分子筛原粉不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将过滤得到的滤液(51g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
实施例7
重复实例3,但所加SUZ-4分子筛晶化母液为混合母液。该混合母液由实例3所得部分晶化母液(9g)和实例6所得部分晶化母液(27g)构成。同时,加入8g由实例5所得白色浆状物,且将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为2天。将用于合成SUZ-4分子筛的氢氧化钾、硅源、铝源、模板剂、SUZ-4分子筛晶种胶及上述母液混合形成凝胶后,晶化2天。冷却、过滤釜内所得物。将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉。该分子筛原粉不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将过滤得到的滤液(51g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
实施例8
重复实例3,但以3.0g白炭黑(SiO2)代替硅溶胶作为硅源,并提高晶化温度。同时,所加SUZ-4分子筛晶化母液为由实例7过滤所得部分滤液(36g),用以代替在实例3中所用的晶化母液。同时,加入8g由实例5所得白色浆状物,且将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为2天。将用于合成SUZ-4分子筛的氢氧化钾、上述硅源、铝源、模板剂、SUZ-4分子筛晶种胶及上述母液混合形成凝胶后,于170℃动态晶化2天。得到的SUZ-4分子筛不含杂晶,其结晶度为95%。将过滤得到的滤液(44g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
实施例9
重复实例3,但所加SUZ-4分子筛晶化母液为由实例8过滤所得部分滤液(36g),用以代替在实例3中所用的晶化母液,且以四乙基氢氧化铵水溶液与四丙基氢氧化铵水溶液的混合液体2.5g(含四乙基氢氧化铵24%)为模板剂,用以代替在实例3中所用的模板剂。同时,加入2.4g由实例5所得的白色胶状物,且将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为2天。将用于合成SUZ-4分子筛的氢氧化钾、硅源、铝源、上述模板剂、SUZ-4分子筛晶种胶及上述母液混合形成凝胶后,晶化2天。冷却、过滤釜内所得物。将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉。该分子筛原粉不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将过滤得到的滤液(46g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成
实施例10
重复实例3,但所加SUZ-4分子筛晶化母液为由实例2过滤所得29g滤液,用以代替在实例3中所用的晶化母液,且将原料摩尔配比由SiO2∶Al2O3∶KOH∶模板剂∶H2O=21∶1∶8∶3∶620改为33.3∶1∶14.7∶6.0∶896。同时,加入0.70g由实例1所得的SUZ-4分子筛晶体。此外,将晶化温度由150℃提高到170℃,将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为1天。将釜内水热晶化所得物过滤,对所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉。该分子筛原粉不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将过滤得到的滤液回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
五.使用NaOH为碱源制备SUZ-4分子筛的实例
实施例11
重复实例1,但用11g NaOH水溶液(含10.5%的NaOH)代替实例1中的12g KOH水溶液。同时,加入8g由实例5所得白色浆状物,且将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为2天。将用于合成SUZ-4分子筛的上述碱源、硅源、铝源、模板剂及上述晶种胶混合形成凝胶,在水热釜中晶化至指定的时间后,冷却、过滤。将过滤得到的滤液(42g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。
实施例12
重复实例3,但所加SUZ-4分子筛晶化母液为由实例11过滤所得部分滤液(36g),用以代替在实例3中所用的晶化母液,且用0.40g NaOH代替实例3中的0.60g KOH。同时,加入2.4g由实例5所得的白色胶状物,且将合成SUZ-4分子筛的动态晶化时间改为2天。将用于合成SUZ-4分子筛的碱源、硅源、铝源、模板剂、SUZ-4分子筛晶种胶及上述母液混合形成凝胶后,晶化2天。冷却、过滤釜内所得物。将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉。该分子筛原粉不含杂晶,其结晶度为100%。其XRD谱图与图1相似。将过滤得到的滤液(45g)回收用于下步SUZ-4分子筛的合成。

Claims (6)

1.SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛的方法,其特征在于以生产SUZ-4分子筛时所产生的晶化母液,部分或全部代替去离子水生产SUZ-4分子筛的方法,其步骤为:
将铝源、硅源、模板剂、碱源及水按比例混合,置于水热釜中,在100-200℃下,动态晶化0.5-7天,将釜内所得物离心或过滤分离后,将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉;
其中:所述硅源为硅溶胶、二氧化硅、白炭黑、硅酸、水玻璃、硅胶中的一种或一种以上的任意比例混合物;所述的铝源为金属铝、拟薄水铝石、氧化铝、氢氧化铝、铝酸盐及铝盐中的一种或一种以上的任意比例混合物;所述模板剂为四乙基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵与四丙基氢氧化铵混合物;所述的碱源为KOH、NaOH或它们混合物;所述的水为晶化母液或去离子水和晶化母液的混合物,其中晶化母液为总用水质量的10~100%;所述晶化母液为任何生产SUZ-4分子筛时离心所得液体或滤液;
所述的铝源、硅源分别以Al2O3和SiO2计时,原料摩尔比为:
SiO2∶Al2O3∶碱源∶模板剂∶H2O=5~35∶0.5~2∶1.5~12∶0~4.0∶200~1400。
2.根据权利要求1所述SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛的方法,其特征在于所述生产SUZ-4分子筛时所产生的晶化母液为按下述步骤生产SUZ-4分子筛工艺所得:
所述的铝源、硅源分别以Al2O3和SiO2计时,原料摩尔比为:
SiO2∶Al2O3∶碱源∶模板剂∶水=5~40∶0.5~2∶1.5~16∶0~6.0∶200~1400,
所述的水为去离子水和/或晶化母液,其中晶化母液为总用水质量的10~100%;
其步骤为:将铝源、硅源、模板剂、碱源及水按比例混合,混合物置于水热釜中,在100-200℃下,动态晶化0.5-7天,将釜内所得物离心或过滤分离后,将所得固体洗涤、干燥后得SUZ-4分子筛原粉;离心所得液体或滤液为晶化母液。
3.根据权利要求1所述SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛的方法,其特征在于所述用晶化母液部分或全部代替去离子水生产SUZ-4分子筛的方法,其中包括晶化母液部分或全部代替去离子水用于生产SUZ-4分子筛所用的晶种胶的制备;所述晶种胶为生产SUZ-4分子筛步骤中,动态晶化的过程中任意时间段下的釜内所得白色浆状物或胶状物;制备中所用的水为去离子水和/或晶化母液,其中晶化母液为总用水质量的10~100%。
4.根据权利要求3所述SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于制备生产SUZ-4分子筛所用的晶种胶的方法,其特征在于晶种胶按如下方法制备:
按原料摩尔比为:SiO2∶Al2O3∶碱源∶模板剂∶去离子水=5~40∶0.5~2∶1.5~16∶0~6.0∶200~1400,将铝源、硅源、模板剂、碱源及水按比例混合,置于水热釜中,在100-200℃下,动态晶化0.5~7天,冷却至室温所得白色浆状物或经放置后的下层白色胶状物均为晶种胶。
5.根据权利要求1所述SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛的方法,其特征在于用晶化母液部分或全部代替去离子水生产SUZ-4分子筛的步骤中加入晶种胶,晶种胶的加入量为合成SUZ-4分子筛所用原料混合物总质量的1%-80%。
6.根据权利要求1或3所述SUZ-4分子筛生产中晶化母液循环用于生产SUZ-4分子筛的方法,其特征在于所述的晶化母液循环使用包括用不同批次晶化母液任意比例混合使用。
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