CN104229822A - 一种高比表面高硅铝比小晶粒y分子筛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛的制备方法,具体的合成步骤如下:首先在15~60℃下陈化0.5~48小时制得高硅晶化导向剂;其次将硅源、铝源、碱源和水及导向剂运用分段三步法制成最终晶化混合物,在一定温度下静止晶化一定时间,产物经过滤、洗涤、干燥,制得相对结晶度大于85%的高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛。利用本发明所述方法制备的产品具有良好的水热稳定性和催化活性。本发明采用无模板剂直接合成的方法得到,制备方法简单、原料易得且无环境污染,具有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及分子筛领域,尤其是涉及一种高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛的制备方法。
背景技术
具有八面沸石晶体结构的Y型分子筛作为催化剂活性组元或催化剂载体广泛应用于催化裂化等化学反应中。目前常规工业生产的NaY分子筛由于受到合成过程中化学条件的制约,生产的NaY分子筛骨架硅铝比通常在5.0左右,一般具有1000nm左右的晶粒尺寸。由于直接合成的NaY分子筛骨架硅铝比较低,稳定性较差,导致难以适应FCC装置苛刻的反应及老化条件。同时小晶粒的分子筛由于其具有的较高的晶内扩散速率和外比表面积,在提高转化大分子能力、减少产物的二次裂化及降低催化剂结焦等方面,表现出比常规尺寸的Y分子筛更好的性能。基于以上的优点,直接合成高比表面小晶粒的高硅铝比的八面沸石Y型分子筛引起了越来越多的重视。
目前将硅铝比大于6.0的Y型分子筛称为高硅Y型分子筛。当前广泛应用于重油裂化催化剂的高硅Y型分子筛一般采用脱铝或脱铝补硅等后处理法得到的,该法优点是容易工业化,缺点是工艺复杂、沸石结晶度损失较大、产品收率低及环境污染等。如果能直接合成高硅铝比的Y型沸石则可以一定程度的弥补以上的不足。直接法一步合成高硅铝比的八面沸石Y型分子筛早有报道,通常采用有机模板剂合成。在已公开的专利和文献中模板法直接合成高硅铝比Y型分子筛包括:USP4965059、USP4931267、USP5549881、USP4714601、EP0887310、CN1226875、CN1145278等提出以碳一到碳四的季铵碱或季铵盐等有机模板合成硅铝比在6.0-30.0的高硅铝比八面沸石,还有利用冠醚如15-冠醚-5、18-冠醚-6或其混合物作模板剂合成硅铝比大于6.0的高硅铝比八面沸石(Zeolites,1990;10:546-552,Zeolites,1992;12:160-166);USP5385171还公开了一种以聚乙二醇为模板剂制备八面沸石分子筛的方法,合成分子筛的硅铝比SiO2/Al2O3可以超过6.0。USP5637287公开了一种从母液中回收的四丙级氢氧化铵为模板剂制备SiO2/Al2O3大于6.0的八面沸石的方法。使用模板剂可以合成硅铝比大于6的八面沸石分子筛,最高可以达到12,优点是产品稳定,具有良好的水热稳定性,较高的表面酸强度,提高了Y分子筛的利用效率,缺点是有机模板剂的使用,生产成本大大提高,晶化周期长(大于7天),无法满足工业生产的需要。
在NaY分子筛的合成中,在投料硅铝比不变的情况下,为了增加产品NaY分子筛硅铝比,可以通过降低投料的碱度实现。但是投料碱度低,导致晶核形成困难,将使晶化诱导期延长,造成晶化时间的延长。为了缩短晶化时间,需要在增加投料硅铝比的同时增加投料碱度,这样又会造成产品NaY分子筛硅铝比增加很少,甚至不变。
USP4587115公开了先以硫酸铝和水玻璃制备出硅铝胶,再以此硅铝胶为原料,合成硅铝比为5.5~6.3的高硅Y型沸石的方法。JP8-245216公开了一种通过改变导向剂组成,合成硅铝比5以上,甚至可达6的Y型沸石的方法。RU2090902公开了采用比较高聚合态的无定形SiO2或硅溶胶为硅源,直接合成出硅铝比为5.2~7.5的高硅八面沸石。RuP2050902中利用结晶完毕的母液为原料,合成出硅铝比5.2~7.5的高硅八面沸石。CN1267345C公开了一种在反应混合物晶化一段时间后补加硅源合成硅铝比大于6.0高硅Y型沸石的方法。CN1785807A也公开了一种通过改变制备晶化条件,合成了硅铝比大于6.0,晶粒尺寸在400~600nm的高硅Y型沸石的方法,显示了比常规NaY更优的性能。文献{Chem.J.ChineseUniversities(高等学校化学学报)[J],2007,28(9):1634~1636)报道了以导向剂为硅源高温晶化合成硅铝比近6的Y型沸石,该方法为合成高硅Y提出了新思路,但合成的产品粒径大约1000nm。
开发不用模板剂,在现有工艺基础上通过改换硅源或铝源,调整反应物凝胶中硅源、铝源、碱、水的比例,同时调整晶化条件等直接合成硅铝比大于6的八面沸石分子筛的方法,成本较低,具有很强的竞争力。
发明内容
本发明的目的是提供一种高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛的制备方法,该方法成本低廉,工艺简单,能够直接合成。
为实现上述的发明目的,本发明采取的实施方式如下:
一种高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛的制备方法,其步骤包括:
(1)制备导向剂:将硅源、铝源、碱液及水按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=13~20:1:10~25:180~420的摩尔配比投料,搅拌均匀后,将混合物在15~60℃下剧烈搅拌老化0.5~48小时,制得澄清导向剂;
(2)三步制备晶化液:a、首先是初级凝胶的制备:将合成NaY需要的硅源、铝源按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.0~6.0:1:5~10:180~300的配比混合,其中导向剂的加入量按Al2O3计算占Al2O3摩尔总量的3~7%,该混合液在30~80℃下动态老化0.5~48h;b、追加一定量的硅源等反应原料液调节其物料配比制得次级凝胶,使次级凝胶量满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.2~7.0:1:6.0~20:180~360,温度控至70~100℃动态活化0.5~50h;c、再追加一定量的硅源,使最终凝胶摩尔比满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.5~8.0:1:6.8~25:200~420;
(3)合成高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛:将步骤(2)得到的最终凝胶升温至90~120℃进行晶化0.5~72小时,晶化完成后,再经过滤、洗涤、干燥,制得产品。
进一步,步骤(1)中硅源为水玻璃,铝源为偏铝酸钠,碱液为氢氧化钠溶液。
优选方案:其步骤包括:
(1)制备导向剂:将硅源、铝源、碱液及水按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=13~20:1:10~25:180~420的摩尔配比投料,搅拌均匀后,将混合物在15~35℃下剧烈搅拌老化0.5~48小时,制得澄清导向剂;
(2)三步制备晶化液:a、首先是初级凝胶的制备:将合成NaY需要的硅源、铝源按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.0~6.0:1:5~10:180~300的配比混合,其中导向剂的加入量按Al2O3计算占Al2O3摩尔总量的3~7%,该混合液在50~80℃下动态老化1~24h;b、追加一定量的硅源等反应原料液调节其物料配比制得次级凝胶,使次级凝胶量满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.2~7.0:1:6.0~20:180~360,温度控至70~100℃动态活化0.5~24h;c、再追加一定量的硅源,使最终凝胶摩尔比满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.5~8.0:1:6.8~25:200~420;
(3)合成高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛:将步骤(2)得到的最终凝胶升温至90~120℃进行晶化5~60小时,晶化完成后,再经过滤、洗涤、干燥,制得产品。
优选条件,上述方法中,步骤(2)中调节物料配比的硅源的加入量为溶液Al2O3摩尔量的0.1~2倍。进一步优选,步骤(2)中调节物料配比的硅源的加入量为溶液Al2O3摩尔量的0.1~1倍。
本发明的有益效果是:
1、利用本发明的制备方法,合成的NaY分子筛的骨架硅铝比(SiO2/Al2O3摩尔比)介于6.0~6.5之间,且平均粒径在300~800nm之间,总比表面达到680m2/g以上,具有良好的水热稳定性和催化活性。
2、本发明采用无模板剂直接合成的方法得到,制备方法简单、原料易得且无环境污染,在现有工业合成基础上可以实施,具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1的XRD图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做出说明。
实施例1
取水玻璃47.20g(比重1.259,SiO2含量250.5g/L,模数3.21)放入一三颈瓶中,加入偏铝酸钠(Al2O3含量2.9534mol/L,Na2O5.0000mol/L)2.65ml,NaOH固体(天津化工厂出品,纯度96%)4.60g,水10g,混合均匀后,于室温(30℃)强烈搅拌老化12h,即得所需透明凝胶导向剂,其摩尔配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=16:1:20:360。
NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.73:1:8.4:209配比合成:将30.7448g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为60℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠7.0002g、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)10.5565g和水8.384g,导向剂6g,搅拌均匀,老化6h,然后加入水玻璃2.4107g,NaOH溶液(3.4275mol/L)0.15ml,使投料配比变为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.93:1:9.0:217剧烈搅拌均匀,然后升温到90℃动态晶化3h,加入原料水玻璃8.0356g,NaOH溶液1.8215ml和H2O3.2875g,使最终凝胶配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=3.73:1:11:258。90℃静态继续晶化60h,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD经测定为6.52,相对结晶度为92%,平均尺寸为400nm,总比表面为712m2/g。
实施例2
原料和导向剂与实施例1相同。
NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.73:1:8.4:209配比合成:将30.7448g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为80℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠7.0002g、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)10.5565g和水8.384g,导向剂3.85g,搅拌均匀,老化4h,然后加入水玻璃2.4107g,NaOH溶液(3.4275mol/L)0.15ml,使投料配比变为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.93:1:9.0:217剧烈搅拌均匀,然后升温到120℃动态晶化10h,加入原料水玻璃8.0356g,NaOH溶液1.8215ml和H2O3.2875g,使最终凝胶配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=3.73:1:11:258。120℃静态继续晶化25h,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD经测定为6.18,相对结晶度为90%,平均尺寸为500nm,总比表面为685m2/g。
实施例3
取水玻璃43.08g(比重1.259,SiO2含量250.5g/L,模数3.21)放入一三颈瓶中,加入偏铝酸钠(Al2O3含量2.9534mol/L,Na2O5.0000mol/L)4.79ml,NaOH固体(天津化工厂出品,纯度96%)9.770g,水9.70g,混合均匀后,于室温(30℃)强烈搅拌老化12h,即得所需透明凝胶导向剂,其摩尔配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=13:1:10:180。
NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1:1:5:180配比合成:将24.90g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为80℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠2.52ml、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)14.00g和水24g,导向剂6.0g,搅拌均匀,老化4h,然后加入水玻璃11.10g,硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)5.00g。使投料配比变为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.2:1:6.0:180剧烈搅拌均匀,然后升温到100℃动态晶化1h,加入原料水玻璃4.90g,H2O3.00g,使最终凝胶配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.5:1:6.8:200。100℃静态继续晶化36h,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD经测定为6.18,相对结晶度为90%,平均尺寸为500nm,总比表面为685m2/g。
实施例4
取水玻璃47.00g(比重1.259,SiO2含量250.5g/L,模数3.21)放入一三颈瓶中,加入偏铝酸钠(Al2O3含量2.9534mol/L,Na2O5.0000mol/L)2.11ml,NaOH固体(天津化工厂出品,纯度96%)5.44g,水10.40g,混合均匀后,于室温(30℃)强烈搅拌老化12h,即得所需透明凝胶导向剂,其摩尔配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=20:1:20:420。
NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=6:1:10:300配比合成:将26.830g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为50℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠1.862g、NaOH固体2.50g硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)8.50g和水23.00g,导向剂8g,搅拌均匀,老化12h,然后加入水玻璃66.97g,硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)8.50g,使投料配比变为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=7:1:20:360剧烈搅拌均匀,然后升温到100℃动态晶化10h,加入原料水玻璃22.20g,使最终凝胶配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=8:1:25:420。100℃静态继续晶化36h,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD经测定为6.02,相对结晶度为91%,平均尺寸为700nm,总比表面为650m2/g。
对比例1
各原料来源和导向剂的制备同实施例1。
将NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.73:1:8.4:209配比合成:将30.7448g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为60℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠7.0002g、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)10.5565g和水8.384g,导向剂3.85ml,搅拌均匀,老化6h,然后升温至100℃静态晶化36小时,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD测得NaY分子筛产品的硅铝比为5.82,相对结晶度为99%,平均晶粒尺寸为650nm。
对比例2
各原料来源和导向剂的制备同实施例1。
将NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.73:1:8.4:209配比合成:将30.7448g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为60℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠7.0002g、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)10.5565g和水8.384g,导向剂3.85ml,搅拌均匀,老化6h,然后加入水玻璃等反应原料使凝胶配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=3.73:1:11:258,然后升温至100℃静态晶化36小时,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD测得NaY分子筛产品的硅铝比为6.0,相对结晶度为102%,平均晶粒尺寸为550nm。
对比例3
取水玻璃47.20g(比重1.259,SiO2含量250.5g/L,模数3.21)放入一三颈瓶中,加入偏铝酸钠(Al2O3含量2.9534mol/L,Na2O5.0000mol/L),NaOH固体(天津化工厂出品,纯度96%)8.480g,水10g,混合均匀后,于室温(30℃)强烈搅拌老化12h,即得所需透明凝胶导向剂,其摩尔配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=18:1:20:360。
将NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.73:1:8.4:209配比合成:将30.7448g水玻璃放置于一三颈甁中,控制烧瓶内温度为60℃,快速搅拌下加入偏铝酸钠7.0002g、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)10.5565g和水8.3840g,导向剂3.85ml,搅拌均匀,然后升温至100℃静态晶化36小时,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD测得NaY分子筛产品的硅铝比为5.3,相对结晶度为98%,平均晶粒尺寸为850nm。
对比例4
重复常规方法制备NaY分子筛催化剂。
常规导向剂的配制:取水玻璃47.20g(比重1.259,SiO2含量250.5g/L,模数3.21)放入一三颈瓶中,加入偏铝酸钠(Al2O3含量2.9534mol/L,Na2O5.0000mol/L),NaOH固体(天津化工厂出品,纯度96%)8.480g,水10g,混合均匀后,于室温(15℃)强烈搅拌老化12h,即得所需澄清凝胶导向剂,其摩尔配比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=16:1:15:230。
将NaY合成按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.73:1:8.4:209配比合成:将30.7448g水玻璃放置于烧杯中,快速搅拌下加入偏铝酸钠7.0002g、硫酸铝(Al2(SO4)3比重1.273Al2O389.6g/L)10.5565g和水8.3840g,导向剂3.85ml,搅拌均匀,然后升温至100℃静态晶化36小时,然后过滤、洗涤、干燥得NaY分子筛产品。XRD测得NaY分子筛产品的硅铝比为5.1,相对结晶度为98%,平均晶粒尺寸为1000nm。
以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛的制备方法,其步骤包括:
(1)制备导向剂:将硅源、铝源、碱液及水按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=13~20:1:10~25:180~420的摩尔配比投料,搅拌均匀后,将混合物在15~60℃下剧烈搅拌老化0.5~48小时,制得澄清导向剂;
(2)三步制备晶化液:a、首先是初级凝胶的制备:将合成NaY需要的硅源、铝源按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.0~6.0:1:5~10:180~300的配比混合,其中导向剂的加入量按Al2O3计算占Al2O3摩尔总量的3~7%,该混合液在30~80℃下动态老化0.5~48h;b、追加一定量的硅源等反应原料液调节其物料配比制得次级凝胶,使次级凝胶量满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.2~7.0:1:6.0~20:180~360,温度控至70~100℃动态活化0.5~50h;c、再追加一定量的硅源,使最终凝胶摩尔比满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.5~8.0:1:6.8~25:200~420;
(3)合成高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛:将步骤(2)得到的最终凝胶升温至90~120℃进行晶化0.5~72小时,晶化完成后,再经过滤、洗涤、干燥,制得产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中硅源为水玻璃,铝源为偏铝酸钠,碱液为氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:其步骤包括:
(1)制备导向剂:将硅源、铝源、碱液及水按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=13~20:1:10~25:180~420的摩尔配比投料,搅拌均匀后,将混合物在15~35℃下剧烈搅拌老化0.5~48小时,制得澄清导向剂;
(2)三步制备晶化液:a、首先是初级凝胶的制备:将合成NaY需要的硅源、铝源按照Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.0~6.0:1:5~10:180~300的配比混合,其中导向剂的加入量按Al2O3计算占Al2O3摩尔总量的3~7%,该混合液在50~80℃下动态老化1~24h;b、追加一定量的硅源等反应原料液调节其物料配比制得次级凝胶,使次级凝胶量满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.2~7.0:1:6.0~20:180~360,温度控至70~100℃动态活化0.5~24h;c、再追加一定量的硅源,使最终凝胶摩尔比满足Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=1.5~8.0:1:6.8~25:200~420;
(3)合成高比表面高硅铝比小晶粒Y分子筛:将步骤(2)得到的最终凝胶升温至90~120℃进行晶化5~60小时,晶化完成后,再经过滤、洗涤、干燥,制得产品。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中调节物料配比的硅源的加入量为溶液Al2O3摩尔量的0.1~2倍。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中调节物料配比的硅源的加入量为溶液Al2O3摩尔量的0.1~1倍。
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