CN102897794A - 一步合成氢型微孔-介孔复合的sapo-34分子筛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机多级孔材料的合成技术领域,具体涉及一种一步合成氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛的方法。其是将硅源、铝源、磷源、模板剂和去离子水混合,搅拌后将制得的液体装入反应釜中,密闭后在自生压力下进行恒温晶化,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,干燥后将得到氢型微孔-介孔复合SAPO-34分子筛原粉在空气中焙烧,去除原粉中的模板剂,从而得到氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛。用该分子筛作为由甲醇制取低碳烯烃的催化剂,可以提高反应过程中的扩散和传质速率,降低结炭速率,尽可能的获得长的催化剂寿命和高的乙烯丙烯的选择性,在工业催化中会有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无机多级孔材料的合成技术领域,具体涉及一种一步合成氢型微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛的方法。
背景技术
微孔-介孔复合分子筛具有微孔和介孔双级孔道,它克服了微孔分子筛较小孔径的同时,又克服了介孔分子筛稳定性差的缺点,使其具备了微孔和介孔的双重优点,高的比表面积,发达的多级空隙结构,使其在扩散、传质等方面优于微孔分子筛;适宜的酸中心分布和较强的稳定性(热稳定性和水热稳定性)使其强于介孔分子筛。
到目前为止,研究者在合成多级孔分子筛方面已经摸索出多种方法。其中典型的有后处理脱铝的方法、硬模板合成法和软模板合成法等。后处理脱铝的方法,即通过高温热处理(Johan C.Groen,Weidong Zhu,Sander Brouwer,et al.J.Am.Chem.Soc.,2007,129(2)∶355-360)、碱处理(Suzuki Tetsuo,OkuharaToshio.Micro.Meso.Mater,2001,43(1)∶83-89.)等手段使得分子筛骨架脱硅脱铝产生介孔。硬模板法,是指在沸石合成的晶化过程中,包裹在可移除的硬模板上,并通过硬模板的移除,得到孔壁晶化的介孔材料。专利CN 1749161A采用硬模板的方法合成出了孔壁为MFI、BEA、NaY或MOR晶体结构的微孔-介孔复合孔结构。软模板法即是通过无机前驱物与有机模板剂分子自组装形成无机-有机复合介孔结构,然后去除模板剂得到相应的介孔材料。软模板大多是双亲分子形成的有序聚集体(包括结构可变性大的柔性有机分子、表面活性剂胶束、微乳液等),其形状多样且一般都很容易构筑,不需要复杂的设备。2006年Ryoo用一种有机硅表面活性剂[(CH3O)3SiC3H6N(CH3)2C16H33]Cl(TPHAC)作为软模板剂,一步合成了MFI(Minkee.Choi,Hae Sung Cho,Rajendra Srivastava,Chithravel Venkatesan,Dae-Heung Choi,Ryong Ryoo,Nat.Mater.,2006,5,718.)、LTA结构(Minkee Choi,Rajendra Srivastava,Ryong Ryoo,Chem.Commun.2006,4380-4382)及AIPO4-n系列(Rajendra Srivastava,MinkeeChoi,Ryong Ryoo,Chem.Commun.,2006,4489-4491)的微介孔复合分子筛。2012年Wilhelm Schwieger等人报道了采用TPHAC作介孔模板剂合成出了FAU型的NaX分子筛纳米片(Alexandra Inayat,Isabel Knoke,ErdmannSpiecker,and Wilhelm Schwieger,Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,1-5)。专利CN 101121533A用三乙胺和孔道调节剂作模板剂合成出了微介孔复合的SAPO-34。因此软模板法可以组装成孔道有序、孔径可调、具有较高的热稳定性和比表面积的有序介孔材料,这种方法简单、操作方便、成本低廉等优点而引起了人们广泛的重视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢型的微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛的制备方法,由该方法制备的分子筛作为由甲醇制取低碳烯烃的催化剂,可以提高反应过程中的扩散和传质速率,降低结炭速率,尽可能的获得长的催化剂寿命和高的乙烯丙烯的选择性,预期在工业催化中会有广阔的应用前景。
本发明所述的氢型的微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛在合成中采用四乙基氢氧化铵(TEAOH)作为微孔模板剂,用有机硅表面活性剂(十八烷基二甲基三甲氧硅丙基氯化铵(STSAC)),表面活性剂在提供硅源的同时又充当介孔模板剂,并且通过灼烧移除模板剂时直接获得氢型的多级孔分子筛。
本发明所述的一种氢型的微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛的制备方法,其步骤如下:
(1)将硅源、铝源、磷源、模板剂和去离子水混合,搅拌后制得均一分散的白色泥浆状液体;
硅源按理论生成SiO2量计,铝源按理论生成Al2O3量计,磷源按理论生成P2O5量计,液体中各成份的摩尔比为:
SiO2:Al2O3=0.2~1.0:1,
P2O5:Al2O3=0.6~2.0:1,
有机模板剂:Al2O3=2.4~5.2:1,
H2O:Al2O3=70~200:1;
(2)将上述泥浆状液体装入反应釜中,密闭后在自生压力下进行恒温晶化,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,再在80~120℃空气中干燥1~3天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉;
(3)将氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉在空气中焙烧,去除原粉中的模板剂,从而得到氢型的微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛。
所述硅源为白炭黑、硅酸乙酯(TEOS)、硅溶胶或有机硅(十八烷基二甲基三甲氧硅丙基氯化铵(STSAC))中的一种或多种的混合。
所述铝源为异丙醇铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝或拟薄水铝石。
所述磷源为磷酸,且质量百分含量为85%。
所述模板剂为三乙胺(TEA)、二乙胺(DEA)、吗啉(MOR)、四乙基氢氧化铵(TEAOH)、十八烷基二甲基三甲氧硅丙基氯化铵(STSAC)中的一种或多种;本发明优选为十八烷基二甲基三甲氧硅丙基氯化铵(STSAC)和其他模板剂中的一种或多种混合使用。
所述步骤(2)中晶化条件为首先在60~90℃条件下晶化24~36小时,再在180~220℃条件下晶化48~96小时,或者直接在180~220℃条件下晶化24~120小时。
所述步骤(3)焙烧的条件为在空气中450~650℃条件下焙烧2~15小时,升温速率按1~2℃/min。
附图说明
图1:本发明实施例1制备的氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛广角(4°~40°)XRD图,表明本发明制备的产物是SAPO-34的纯相。
图2:本发明实施例1制备的氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛小角(0.6°~6°)XRD图,表明本发明所制的产物中含有介孔。
图3:本发明实施例1所得的氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛氮气吸附-脱附曲线(a图)和BJH孔分布曲线(b图)。
具体实施方式
下面通过实施例进行详述本发明,但并不只限这些例子。
实施例1
(1)将1.2g硅酸乙酯、0.2g STSAC、22g TEAOH、8.2g研磨好的异丙醇铝、3.9g磷酸和36g去离子水混合,搅拌后制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:1.0P2O5:0.28SiO2:2.6TEAOH:0.02STSAC:100H2O;
(2)将上述白色泥浆状液体装入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭后在自生压力下于180℃晶化120小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在80℃空气中干燥3天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉4.2g;
(3)将步骤(2)得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率1℃/min,600℃焙烧10h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛3.3g,最终产率为63%。
经X射线粉末衍射表征见图1和图2,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布见图3,且测得BET比表面积为619m2g-1,介孔孔径为3.3nm。数据表明材料具有微孔和介孔,同时具有较大的比表面积。
实施例2
(1)将3.0gSTSAC、22gTEAOH、8.2g研磨好的异丙醇铝、3.9g磷酸和36g去离子水混合,制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:1.0P2O5:0.3STSAC:2.6TEAOH:100H2O;
(2)搅拌均匀后装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭,然后先在自生压下60℃晶化36小时,后在220℃晶化48小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在100℃空气中干燥2天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉4.0g;
(3)将步骤(4)得到氢型的微孔-介孔复合的的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率1℃/min,450℃焙烧15h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛3.0g,产率为57.3%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为392m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例3
(1)将2.4g硅酸乙酯、0.4gSTSAC、44gTEAOH、8.2g研磨好的异丙醇铝、7.8g磷酸和72g去离子水混合,制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:2.0P2O5:0.28SiO2:5.2TEAOH:0.02STSAC:200H2O;
(2)搅拌均匀后装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭,然后先在自生压下60℃晶化24小时,后在180℃晶化96小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在100℃空气中干燥2天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉7.5g;
(3)将步骤(4)得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率2℃/min,650℃焙烧2h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛5.9g,产率为39.8%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布见图3基本相似,测得BET比表面积为645m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例4
(1)将1.2g硅酸乙酯、0.2gSTSAC、22gTEAOH、8.2g研磨好的异丙醇铝、2.4g磷酸和36g去离子水混合,制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:0.6P2O5:0.28SiO2:2.6TEAOH:0.02STSAC:100H2O;
(2)搅拌均匀后装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭,然后先在自生压下85℃晶化36小时,后在200℃晶化48小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在120℃空气中干燥1天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉3.4g;
(3)将步骤(4)得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率2℃/min,600℃焙烧10h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛2.1g,产率为51.2%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为527m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例5
按照实施例1的各个步骤及条件,但是将各组分的摩尔比调整为1.0Al2O3:2.0P2O5:0.94SiO2:4.0TEAOH:0.06STSAC:70H2O;最后得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛5.5g,产率为61.7%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为487m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例6
按照实施例1的各个步骤及条件,但是将各组分的摩尔比调整为1.0Al2O3:0.6P2O5:0.19SiO2:2.4TEAOH:0.01STSAC:70H2O;最后得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛1.6g,产率为40.2%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为393m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例7
(1)将1.1g硅溶胶(质量分数为30%)、0.2gSTSAC、22gTEAOH、8.2g研磨好的异丙醇铝、3.9g磷酸和36g去离子水混合,制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:1.0P2O5:0.28SiO2:2.6TEAOH:0.02STSAC:100H2O;
(2)搅拌均匀后装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭,然后先在自生压下90℃晶化24小时,后在220℃晶化48小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在80℃空气中干燥3天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉4.3g;
(3)将步骤(4)得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率1℃/min,600℃焙烧10h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛3.4g,产率为64.9%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为524m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例8
(1)将0.34g白炭黑、0.2gSTSAC、22gTEAOH、8.2g研磨好的异丙醇铝、3.9g磷酸和36g去离子水混合,制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:1.0P2O5:0.28SiO2:2.6TEAOH:0.02STSAC:100H2O;
(2)搅拌均匀后装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭,然后先在自生压下90℃晶化24小时,后在180℃晶化96小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在120℃空气中干燥1天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉4.2g;
(3)将步骤(4)得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率1℃/min,600℃焙烧10h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛3.0g,产率为57.3%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为553m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
实施例9
(1)将1.2g硅酸乙酯、0.2gSTSAC、22gTEAOH、3.1g拟薄水铝石(含三氧化二铝66%)、3.9g磷酸和36g去离子水混合,制得均一分散的白色泥浆状液体,此时制成的液体的摩尔比为:1.0Al2O3:1.0P2O5:0.28SiO2:2.6TEAOH:0.02STSAC:100H2O;
(2)将上述白色泥浆状液体装入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,密闭后在自生压力下于220℃晶化24小时,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,在100℃空气中干燥2天,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛原粉4.4g;
(3)将步骤(4)得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34原粉在空气中采用升温速率1℃/min,600℃焙烧10h,去除原粉中的模板剂,得到氢型的微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛3.2g,产率为61.1%。其X射线粉末衍射图与图1,图2基本相同,氮气吸附-脱附等温曲线和介孔孔径分布与图3基本相似,测得BET比表面积为506m2g-1,介孔孔径为3.3nm。
Claims (8)
1.一步合成氢型微孔-介孔复合的SAPO-34分子筛的方法,其步骤如下:
(1)将硅源、铝源、磷源、模板剂和去离子水混合,搅拌后制备得到均一分散的白色泥浆状液体;磷源按理论生成P2O5量计,硅源按理论生成SiO2量计,铝源按理论生成Al2O3量计,该液体中各成份的摩尔比为SiO2:Al2O3=0.2~1.0:1,P2O5:Al2O3=0.6~2.0:1,有机模板剂:Al2O3=2.4~5.2:1,H2O:Al2O3=70~200:1;
(2)将上步骤液体装入反应釜中,密闭后在自生压力下进行恒温晶化,待晶化完毕后,固体产物经抽滤,用去离子水洗涤至中性,再在80~120℃空气中干燥,得到氢型微孔-介孔复合SAPO-34分子筛原粉;
(3)将氢型微孔-介孔复合SAPO-34分子筛原粉在空气中焙烧,去除原粉中的模板剂,从而得到氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34分子筛。
2.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:硅源为白炭黑、硅酸乙酯TEOS、硅溶胶或十八烷基二甲基三甲氧硅丙基氯化铵STSAC;或者硅源为STSAC和其它硅源中的一种或多种的混合。
3.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:铝源为异丙醇铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝或拟薄水铝石。
4.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:磷源为磷酸。
5.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:模板剂为三乙胺TEA、二乙胺DEA、吗啉MOR、四乙基氢氧化铵TEAOH、十八烷基二甲基三甲氧硅丙基氯化铵STSAC中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:步骤(2)中晶化条件为首先在60~90℃条件下晶化24~36小时,再在180~220℃条件下晶化48~96小时。
7.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:步骤(2)中的晶化条件为在180~220℃条件下晶化24~120小时。
8.如权利要求1所述的一种氢型微孔-介孔复合的多级孔SAPO-34-H分子筛的制备方法,其特征在于:步骤(3)中焙烧的条件为在空气中450~650℃条件下焙烧2~15小时,升温速率按1~2℃/min。
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