CN1032803C - 小晶粒NaY分子筛的制备方法 - Google Patents

小晶粒NaY分子筛的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种关于小晶粒NaY分子筛的制备方法。其制备过程是：首先将不含导向剂的硅铝凝胶在80-180℃晶化1-10小时再投入导向剂，然后在90-100℃继续晶化5-25小时，直到晶化完全。其它制备步骤与常规NaY水热合成方法相同。本发明制得的小晶粒NaY分子筛与常规法制得的NaY分子筛比较具有相同的硅铝比和结晶度，但按本发明制得的NaY分子筛的晶粒(0.1-0.5微米)明显小于按常规方法制得的NaY分子筛的晶粒(0.8-1微米)。

Description

小晶粒NaY分子筛的制备方法
本发明属于分子筛合成技术，具体地说是关于小晶粒NaY分子筛的制备方法。
Y型分子筛晶粒变小以后，由于扩散原因可改善活性和选择性(EP0204236；APPLied Catalysis，55，1989，65-74)。EP0204236对小晶粒NaY分子筛和大晶粒NaY分子筛进行了比较，结果表明，前者对重油催化裂化有较高的活性和较好的选择性。因此，小晶粒NaY分子筛的制备技术越来越引起人们的重视。
关于小晶粒NaY分子筛的合成方法报导较多，归纳起来主要有：
1、提高晶化体系中NaY合成配方的碱度，增加导向剂用量(USP3,755,538；USP4,166,099)。该方法的缺点是增加了碱的用量，使体系中引入大量盐类，导致成本增高，产物的硅铝比下降。
2、改善导向剂。如导向剂中引入B、V、P、Co……等金属或通过控制导向剂老化时间、温度等因素改善导向剂。其缺点是产物的硅铝比低(USP3,755,538；KR8601-488B)。
3、加入分散介质。如向晶化体系中加入甲醇、乙醇、二甲基亚砜以及左右旋糖等作为分散介质进行NaY水热合成。其缺点是产物的硅铝比低，成本高(USP3,516,786；EP0,041,338)。
4、通过加速搅拌、低温成胶等方式制得小晶粒Y-型分子筛，其缺点是产物的硅铝比低、能耗高。(GB1,223,592；USP4,587,115；EP41，659)。
5、利用微波能加热制备小晶粒分子筛，缺点是能耗高，产物的硅铝比低(USP4,778,666)。
采用以上几种方法的共同特点是成本高，产物的硅铝比低。
USP3,639,099和USP3,671,191报导了常规NaY分子筛的制备方法。USP3,639,099专利所报导的NaY分子筛的制备步骤是：将硅酸钠溶液、铝酸钠溶液、硫酸铝溶液以及导向剂按照常规NaY水热合成配方进行混合，搅拌均匀，然后在100℃加热2-10小时进行晶化，再经过过滤、洗涤、干燥等步骤制得NaY分子筛产品。
本发明的目的是在不改变常规NaY合成配方、不加溶剂、不增加设备的情况下，提供一种小晶粒NaY分子筛的制备方法。
本发明所说的小晶粒NaY分子筛的制备方法步骤如下：
1、制备导向剂：将苛性比为1.0-3.0，最好是1.5-2.0的低碱偏铝酸钠溶液，浓度为30-50重％，最好是35-45重％的氢氧化钠溶液与模数为2.5-3.5、浓度为20-30重％，最好是模数为3.0-3.5、浓度为25-30重％的硅酸钠溶液混合搅拌均匀，在室温至70℃老化0.5-30小时制得摩尔组成为(11-18)Na2O∶Al2O3∶(10-17)SiO2∶(200-350)H2O，最好是(14-18)Na2O∶Al2O3∶(14-17)SiO2∶(300-350)H2O导向剂；
2、不含导向剂的硅铝凝胶的制备及其预处理：
将苛生比为1.0-3.0、最好是1.5-2.0的低碱偏铝酸钠溶液，Al2O3含量为0.085-0.095克/毫升的硫酸铝溶液和规格与步骤1相同的硅酸钠溶液按照摩尔组成为(2.5-6.6)Na2O∶Al2O3∶(7.6-16)SiO2∶(176-320)H2O，最好是(2.8-5.0)Na2O∶Al2O3∶(8.0-10)SiO2∶(150-230)H2O的NaY水热合成配方混合搅拌0.5小时，制得不含导向剂的硅铝凝胶，然后在80-180℃晶化1-10小时，最好是在90-180℃晶化2-6小时，冷却至室温；
3、将步骤1制得的导向剂与不含导向剂的硅铝凝胶混合搅拌均匀，导向剂的加入量为1-8％，最好是2-6％(以体系中总Al2O3摩尔数计)。然后在90-100℃继续晶化5-25小时，最好是98-100℃继续晶化8-20小时，过滤、洗涤、干燥制得硅铝比为5左右、晶粒大小为0.1-0.5微米的NaY分子筛产品。
本发明所说的小晶粒NaY分子筛的制备方法中所说的导向剂也可以这样制备：将苛性比为10-12的高碱偏铝酸钠溶液与模数为2.5-3.5、浓度为20-30重％，最好是模数为3.0-3.5、浓度为25-30重％的硅酸钠溶液混合搅拌均匀，在室温至70℃老化0.5-30小时，制得摩尔组成为(11-18)Na2O∶Al2O3∶(10-17)SiO2∶(200-350)H2O，最好是(14-18)Na2O∶Al2O3∶(14-17)SiO2∶(300-350)H2O的导向剂。
本发明所说的制备小晶粒NaY分子筛的方法与常规制备NaY分子筛的方法比较：具有相同的硅铝比和结晶度，但按本发明制得的NaY分子筛的晶粒(0.1-0.5微米)明显小于按常规方法制得的NaY分子筛的晶粒(0.8-1微米)。
本发明所说的制备小晶粒NaY分子筛的方法与已有技术比较：不需要提高NaY合成配方的碱度和导向剂的用量，也不需要加入分散介质和增加设备。具有设备简单、成本低、能耗低、不降低产品硅铝比等优点。
本发明所说的制备小晶粒NaY分子筛的方法中提及的硫酸铝溶液也可以用氯化铝、硝酸铝溶液代替。
下面的实施例将本发明作进一步说明。
                         实例1
将2.2克NaAlO2(上海试剂二厂，分析纯，Al2O3 47.4重％，Na2O52.6重％，苛性比＝1.83)溶于15毫升去离子水中，制得低碱偏铝酸钠溶液。再将8.7克氢氧化钠(北京化工厂，分析纯，＞96％)溶于10毫升去离子水中，制得浓度为45重％的氢氧化钠溶液，混合两溶液，再加入50克硅酸钠溶液(南京无机化工厂，比重＝1.23克/毫升，模数＝3.0，浓度26.68重％)，搅拌均匀，在室温下老化24小时，制得摩尔组成为17.4Na2O∶Al2O3∶16.3SiO2∶346H2O的导向剂。
按照摩尔组成为3.7Na2O∶Al2O3∶9.1SiO2∶220H2O的NaY水热合成配方将9克规格与上述相同的NaAlO2溶于去离子水中制得低碱偏铝酸钠溶液，11.1克Al2(SO3)4·18H2O(天津市化学试剂三厂，化学纯)溶于去离子水中制得Al2O3含量为0.087毫克/毫升，比重＝1.23克/毫升的硫酸铝溶液，总去离子水量为114毫升。在155克规格与上述相同的硅酸钠溶液中，依次加入上述两溶液，搅拌0.5小时，制得不含导向剂的硅铝凝胶。将该硅铝凝胶置于不锈钢反应釜中，加热至140℃晶化2小时，冷却至室温。
取15克上述制得的导向剂，加入到事先经过140℃晶化的不含导向剂的硅铝凝胶中，混合搅拌均匀，导向剂的加入量为3％(以体系中总Al2O3摩尔数计)，然后在98℃继续晶化15小时，过滤、洗涤、干燥，制得小晶粒NaY分子筛产品，其分析结果见表1。
                   对比例1
导向剂的摩尔组成和NaY水热合成配方同例1，只是导向剂不是滞后加入，晶化条件为98℃22小时，产品分析结果见表1。
                    表1
Figure C9210566100081
                    实例2
将61.2毫升高碱偏铝酸钠溶液(长岭炼油厂催化剂厂，比重＝1.33克/毫升，Na2O 274.8克/升，Al2O3 41.6克/升，苛性比＝10.86)和112.6克规格与例1相同的硅酸钠溶液，混合搅拌1小时，在35℃老化8小时，制得摩尔组成为15.7Na2O∶Al2O3∶15SiO2∶321.8H2O的导向剂。
按照摩尔组成为2.8Na2O∶Al2O3∶8.4SiO2∶221H2O的NaY水热合成配方，将229.5克规格与例1相同的硅酸钠溶液，44毫升低碱偏铝酸钠溶液(长岭炼油厂催化剂厂，比重＝1.20克/毫升，Na2O150克/升，Al2O3 101.2克/升，苛性比＝2.44)和60毫升规格与例1相同的硫酸铝溶液以及102毫升去离子水混合搅拌均匀，制得不含导向剂的硅铝凝胶，然后在98℃晶化5.5小时，冷却至室温。
取39.2克上述制得的导向剂加入到事先经过98℃晶化的不含导向剂的硅铝凝胶中，混合搅拌均匀，导向剂的加入量为5％(以体系中总Al2O3摩尔数计)，然后在98℃继续晶化10小时，其它制备步骤同例2，所得产品的分析结果见表2。
                     对比例2
导向剂的摩尔组成和NaY水热合成配方同实例2，只是导向剂不滞后加入，晶化条件为98℃、15小时，其它制备步骤同实例2，产品分析结果见表2。
                      表2
实例3
导向剂摩尔组成以及NaY水热合成配方同实例2，只是不含导向剂的硅铝凝胶事先在180℃晶化2小时以后冷却至室温，再加入导向剂，在98℃继续晶化12小时，其它制备步骤同实例2，产品分析结果见表3。
                        表3
                        实例4
将4.5克NaAlO2(上海试剂二厂，分析纯，Al2O3 50.9重％，Na2O 49.1重％，苛性比＝1.55)溶于25克去离子水中制得低碱偏铝酸钠溶液，将17.7克规格与例1相同的氢氧化钠溶解在25克去离子水中制得浓度为39.80重％的氢氧化钠溶液，混合两溶液，在搅拌下加入100克规格与例1相同的硅酸钠溶液，在60℃老化1小时，制得摩尔组成为16Na2O∶Al2O3∶15SiO2∶321H2O的导向剂。
按照摩尔组成为4Na2O∶Al2O3∶8.3SiO2∶187H2O的NaY水热合成配方，将13.2克规格与上述相同的NaAlO2溶于去离子水中制成低碱偏铝酸钠溶液。将7.5克规格与例1相同的Al2(SO4)3·18H2O溶于去离子水中，制成硫酸铝溶液，总去离子水量为66毫升。在186克规格与例1相同的硅酸钠溶液中，依次加入上述两溶液，混合搅拌0.5小时，制得不含导向剂的硅铝凝胶，然后在140℃晶化2小时，冷却至室温。
将上述制得的事先经过140℃晶化的不含导向剂的硅铝凝胶倒入盛有27.3克上述制得的导向剂的烧杯中，混合搅拌均匀，导向剂的加入量为4.4％(以体系中总Al2O3摩尔数计)，然后在98℃继续晶化13小时，其它制备步骤同实例1，所得产品分析结果见表4。
                  对比例3
导向剂的摩尔组成和NaY水热合成配方同实例4，只是导向剂不滞后加入，晶化条件为98℃，15小时，其它制备步骤同实例4，产品分析结果见表4。
                  表4
Figure C9210566100131
                     实例5
导向剂摩尔组成和NaY冰热合成配方同实例4，只是不含导向剂的硅铝凝胶在98℃晶化6小时以后，冷却至室温，再加导向剂，在98℃继续晶化12小时，其它制备步骤同实例1，所得产品的分析结果见表5。
                     表5
Figure C9210566100141

Claims (9)

1.一种小晶粒NaY分子筛的制备方法，是一种按照常规NaY合成配方，并与常规NaY分子筛具有相同的硅铝比和结晶度的水热合成法，其特征在于：首先将不含导向剂的硅铝凝胶在80～180℃晶化1～10小时再投入导向剂，然后在90～100℃继续晶化，可制得0.1～0.5微米的小晶粒NaY分子筛，其制备步骤是：
(1)将苛性比为1.0-3.0的低碱偏铝酸钠溶液，浓度为30-50重％的氢氧化钠溶液以及模数为2.5-3.5、浓度为20-30重％的硅酸钠溶液混合搅拌均匀，在室温至70℃老化0.5-30小时，或将苛性比为10-12的高碱偏铝酸钠溶液，模数为2.5-3.5、浓度为20-30重％的硅酸钠溶液混合搅拌均匀，在室温至70℃老化0.5-30小时，制得摩尔组成为(11-18)Na2O∶Al2O3∶(10-17)siO2∶(200-350)H2O的导向剂；
(2)将苛性比为1.0-3.0的低碱偏铝酸钠溶液，Al2O3含量为0.085-0.095克/毫升的硫酸铝溶液与规格和(1)相同的硅酸钠溶液，按照摩尔组成为(2.5-6.6)Na2O∶Al2O3∶(7.6-16)SiO2∶(176-320)H2O的NaY水热合成配方混合搅拌0.5小时，制得不含导向剂的硅铝凝胶，在80-180℃晶化1-10小时，冷却至室温；
(3)将(1)制得的导向剂与(2)制得的不含导向剂的硅铝凝胶混合搅拌均匀、导向剂的加入量为1-8％(以体系中总Al2O3摩尔数计)，然后在90-100℃继续晶化5-25小时，过滤、洗涤、干燥，制得硅铝比为5左右，晶粒大小为0.1-0.5微米的小晶粒NaY子筛。
2.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于：(1)、
(2)所说的低碱偏铝酸钠溶液的苛性比为1.5-2.0，
(1)所说的氢氧化钠溶液的浓度为35-45重％。
3.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于：所说的硅酸钠溶液的模数为3.0-3.5，浓度为25-30重％。
4.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于：所说的导向剂的摩尔组成为：(14-18)Na2O∶Al2O3∶(14-17)SiO2∶(300-350)H2O。
5.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于(2)所说的NaY水热合成配方为：(2.8-5.0)Na2O∶Al2O3∶(8.0-10)SiO2∶(150-230)H2O。
6.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于(2)所说的不含导向剂的硅-铝凝胶在90-180℃晶化2-6小时，冷却至室温。
7.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于(3)所说的导向剂的加入量为2-6％(以体系中总Al2O3摩尔数计)。
8.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于：(3)所说的加入导向剂以后继续晶化温度为98-100℃。
9.根据权利要求1所说的制备方法，其特征在于：(3)所说的加入导向剂以后继续晶化时间为8-20小时。
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