CN104383960A - 钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法及其应用,本发明涉及钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法及其在氧化脱硫反应中的应用。本发明要解决现有氧化脱硫催化剂对于大分子噻吩类含硫化合物转化能力较低,以及制备催化剂的成本高的问题,而提供钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法及其应用。方法:一、制备氢型丝光沸石;二、酸处理丝光沸石;三、制备氢型的介孔丝光沸石;四、酸处理氢型的介孔丝光沸石;五、钛改性,制备钛改性的多级孔丝光沸石。本发明将多级孔沸石分子筛与钛元素结合,提供了活性中心和反应空间,允许二苯噻吩大分子反应,延长了催化剂的使用寿命。本发明制备钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂应用于氧化脱硫反应中。
Description
技术领域
本发明涉及钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法及其在氧化脱硫反应中的应用。
背景技术
近年来,运输燃油的脱硫技术成为了越来越热门的研究课题。硫化合物是原油中主要的杂质之一。因为两方面原因:其一,原油的品质下降,可开采利用的油中重质油比重越来越高,而重质油中含硫量更高。其二,全球环境污染问题重视程度与日俱增,从而越来越严格的规定导致燃油中硫含量必须降低。比如,在欧洲,从1999年硫含量为2000ppm剧降至2000年的500ppm,而今,其燃油中硫含量标准为低于10ppm。液体燃油中的硫化物会直接导致SO2和硫酸盐颗粒的排放,而存在环境污染问题且缩短发动机的使用寿命。SO2的存在还对于柴油机中的含氮氧化物及硫酸盐颗粒的处理技术不利。
目前研究较热的脱硫方法又三种:加氢脱硫(HDS),吸附脱硫(ADS)和氧化脱硫(ODS)。其中,氧化脱硫的反应条件较为温和,不需要消耗氢气,且对于噻吩类含硫有机物的脱硫效果突出,因此在深度脱硫中有着良好的发展前景。
发明内容
本发明要解决现有氧化脱硫催化剂对于大分子噻吩类含硫化合物转化能力较低,以及制备催化剂的成本高的技术问题,而提供钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法及其应用。
钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将10~25g硅源、1~3g铝源、3~5g NaOH和30~50mL去离子水混合均匀,然后在温度为150~200℃条件下晶化2~7d,得到钠型丝光沸石,再加入硝酸铵水溶液,交换2~4次,每次交换时间为1.5~3h,得到铵型丝光沸石,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型丝光沸石;其中,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:(15~30)mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到HNO3水溶液中,在温度为90~110℃条件下回流1.5~4h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120~140℃条件下干燥,然后在温度为450~600℃条件下煅烧4~8h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到NaOH水溶液中,在温度为60~70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为110~150℃条件下干燥,加入浓度为0.5~2mol/L的硝酸铵水溶液交换2~4次,每次交换1.5~3h,在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型的介孔丝光沸石,即完成了高活性环保低成本的傅氏烷基化催化剂—介孔丝光沸石的制备;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为1~4mol/L的HNO3水溶液中,在温度为90~130℃条件下保持18~30h,再在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为450~650℃条件下煅烧2~6h得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,加入步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石,混合均匀,在温度为60~80℃条件下蒸干溶剂,再在温度为400~600℃条件下煅烧2~6h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯或异丙醇钛,溶剂为无水甲醇、无水乙醇或环己烷;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为3~20%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:(0.5~5)mL。
另外,钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将10~25g硅源、1~3g铝源、3~5g NaOH和30~50mL去离子水混合均匀,然后在温度为150~200℃条件下晶化2~7d,得到钠型丝光沸石,再加入硝酸铵水溶液,交换2~4次,每次交换时间为1.5~3h,得到铵型丝光沸石,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型丝光沸石;其中,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:(15~30)mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到HNO3水溶液中,在温度为90~110℃条件下回流1.5~4h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120~140℃条件下干燥,然后在温度为450~600℃条件下煅烧4~8h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到浓度为0.05~3mol/L的NaOH水溶液中,在温度为60~70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为110~150℃条件下干燥,加入浓度为0.5~2mol/L的硝酸铵水溶液交换2~4次,每次交换1.5~3h,在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型的介孔丝光沸石,即完成了高活性环保低成本的傅氏烷基化催化剂—介孔丝光沸石的制备;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为1~4mol/L的HNO3水溶液中,在温度为90~130℃条件下保持18~30h,再在温度为110~150℃条件下干燥,得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,将步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石在真空条件下,控制温度为90~150℃,保持15~30h,再将酸处理的氢型的介孔丝光沸石加入到配制的混合溶液中,在温度为30~50℃条件下搅拌10~26h,然后过滤,用300~600mL无水乙醇洗涤,再用300~600mL去离子水洗涤,将滤出的固体在温度为100~130℃条件下干燥10~20h,再在温度为400~600℃条件下煅烧3~6h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、草酸氧钛钾或异丙醇钛,溶剂为无水甲醇、无水乙醇或环己烷;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为3~20%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:(15~30)mL。
上述方法制备的钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂在氧化脱硫反应中的应用。
本发明的有益效果是:
本发明将多级孔沸石分子筛与钛元素结合,不仅可以提供活性中心,还能够提供足够的反应空间,允许二苯噻吩这类的大分子反应,同时分子筛的水热稳定性也能够延长催化剂的使用寿命。而无模板合成的丝光沸石,可以很大程度上的降低成本,增加了催化剂的应用潜力。
本发明进行钛改性后的材料仍然保持着介孔结构,并没有形成堵塞;制备的钛改性的多级孔丝光沸石的BET表面积大,并能维持微孔孔容。材料的催化活性优异,这是由于钛物种作为中心,使用双氧水作为氧化剂具有良好的催化活性,以及介孔结构的存在,提供了更多的反应空间,并加快了分子的传递速度。
本发明制备钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂应用于氧化脱硫反应中。
附图说明
图1为实施例和对比实验制备材料的XRD谱图,其中,曲线1代表对比实验一制备的丝光沸石催化剂;曲线2代表实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线3代表实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线4代表对比实验二制备的丝光沸石催化剂;
图2为实施例一制备钛改性的多级孔丝光沸石过程中各步骤中间材料的吸附等温线的变化谱图,其中曲线1代表步骤一得到的材料;曲线2代表步骤二得到的材料;曲线3代表步骤三得到的材料;曲线4代表步骤四得到的材料;
图3为实施例一和二制备材料的吸附等温线谱图,曲线1代表实施例一步骤四制备的酸处理的氢型的介孔丝光沸石;曲线2代表实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线3代表实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石;
图4为实施例和对比实验制备材料的氧化脱硫反应测试图,曲线1代表对比实验一制备的丝光沸石催化剂;曲线2代表实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线3代表实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线4代表对比实验二制备的丝光沸石催化剂。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将10~25g硅源、1~3g铝源、3~5g NaOH和30~50mL去离子水混合均匀,然后在温度为150~200℃条件下晶化2~7d,得到钠型丝光沸石,再加入硝酸铵水溶液,交换2~4次,每次交换时间为1.5~3h,得到铵型丝光沸石,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型丝光沸石;其中,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:(15~30)mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到HNO3水溶液中,在温度为90~110℃条件下回流1.5~4h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120~140℃条件下干燥,然后在温度为450~600℃条件下煅烧4~8h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到NaOH水溶液中,在温度为60~70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为110~150℃条件下干燥,加入浓度为0.5~2mol/L的硝酸铵水溶液交换2~4次,每次交换1.5~3h,在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型的介孔丝光沸石,即完成了高活性环保低成本的傅氏烷基化催化剂—介孔丝光沸石的制备;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为1~4mol/L的HNO3水溶液中,在温度为90~130℃条件下保持18-30h,再在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为450~650℃条件下煅烧2~6h得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,加入步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石,混合均匀,在温度为60~80℃条件下蒸干溶剂,再在温度为400~600℃条件下煅烧2~6h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯或者异丙醇钛,溶剂为无水甲醇、无水乙醇或者环己烷;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为3~20%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:(0.5~5)mL。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中硅源为硅酸、正硅酸乙酯或有机硅烷,铝源为偏铝酸钠或氧化铝。其它具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中硝酸铵水溶液的浓度为0.5~2mol/L。其它具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤二中HNO3水溶液的浓度为0.5~5mol/L。其它具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤三中NaOH水溶液的浓度为0.05~3mol/L。其它具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将10~25g硅源、1~3g铝源、3~5g NaOH和30~50mL去离子水混合均匀,然后在温度为150~200℃条件下晶化2~7d,得到钠型丝光沸石,再加入硝酸铵水溶液,交换2~4次,每次交换时间为1.5~3h,得到铵型丝光沸石,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型丝光沸石;其中,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:(15~30)mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到HNO3水溶液中,在温度为90~110℃条件下回流1.5~4h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120~140℃条件下干燥,然后在温度为450~600℃条件下煅烧4~8h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到浓度为0.05~3mol/L的NaOH水溶液中,在温度为60~70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为110~150℃条件下干燥,加入浓度为0.5~2mol/L的硝酸铵水溶液交换2~4次,每次交换1.5~3h,在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型的介孔丝光沸石,即完成了高活性环保低成本的傅氏烷基化催化剂—介孔丝光沸石的制备;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为1~4mol/L的HNO3水溶液中,在温度为90~130℃条件下保持18~30h,再在温度为110~150℃条件下干燥,得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,将步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石在真空条件下,控制温度为90~150℃,保持15~30h,再将酸处理的氢型的介孔丝光沸石加入到配制的混合溶液中,在温度为30~50℃条件下搅拌10~26h,然后过滤,用300~600mL无水乙醇洗涤,再用300~600mL去离子水洗涤,将滤出的固体在温度为100~130℃条件下干燥10~20h,再在温度为400~600℃条件下煅烧3~6h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四乙酯,钛酸四丁酯,草酸氧钛钾或异丙醇钛,溶剂为无水甲醇、无水乙醇或环己烷;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为3~20%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:(15~30)mL。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式六不同的是:步骤一中硅源为硅酸、正硅酸乙酯或有机硅烷,铝源为偏铝酸钠或氧化铝。其它具体实施方式六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式六不同的是:步骤一中硝酸铵水溶液的浓度为0.5~2mol/L。其它具体实施方式六相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式六不同的是:步骤二中HNO3水溶液的浓度为0.5~5mol/L。其它具体实施方式六相同。
具体实施方式十:具体实施方式一和具体实施方式六制备的钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂在氧化脱硫反应中的应用。
采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将19.925g硅源、1.6726g铝源、3.266g NaOH和49mL去离子水混合均匀,然后在温度为180℃条件下晶化5d,得到钠型丝光沸石,再加入浓度为1mol/L的硝酸铵水溶液,交换3次,每次交换时间为2h,得到铵型丝光沸石(NH4-MOR),然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到氢型丝光沸石;其中,硅源为硅酸,铝源为偏铝酸钠,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:20mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到浓度为2mol/L的HNO3水溶液中,在温度为100℃条件下回流2h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120℃条件下干燥,然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:20mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到浓度为0.2mol/L的NaOH水溶液中,在温度为70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120℃条件下干燥,加入浓度为1mol/L的硝酸铵水溶液交换3次,每次交换2h,在温度为120℃条件下干燥,然后在温度为550℃条件下煅烧4h,得到氢型的介孔丝光沸石,即完成了高活性环保低成本的傅氏烷基化催化剂—介孔丝光沸石的制备;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:20mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为2mol/L的HNO3水溶液中,在温度为120℃条件下保持20h,再在温度为120℃条件下干燥,然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:20mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,加入步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石,混合均匀,在温度为60℃条件下蒸干溶剂,再在温度为450℃条件下煅烧5h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四丁酯,溶剂为无水甲醇;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为5%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:1.5mL。
对比实验一:
本对比实验钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将19.925g硅源、1.6726g铝源、3.266g NaOH和49mL去离子水混合均匀,然后在温度为180℃条件下晶化5d,得到钠型丝光沸石,再加入浓度为1mol/L的硝酸铵水溶液,交换3次,每次交换时间为2h,得到铵型丝光沸石(NH4-MOR),然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到氢型丝光沸石;其中,硅源为硅酸,铝源为偏铝酸钠,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:20mL;
二、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,加入步骤一得到的氢型丝光沸石,混合均匀,在温度为60℃条件下蒸干溶剂,再在温度为450℃条件下煅烧5h,得到丝光沸石催化剂;其中钛源为钛酸四丁酯,溶剂为无水甲醇;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为5%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:1.5mL。
实施例二:
本实施例钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将19.925g硅源、1.6726g铝源、3.266g NaOH和49mL去离子水混合均匀,然后在温度为180℃条件下晶化5d,得到钠型丝光沸石,再加入浓度为1mol/L的硝酸铵水溶液,交换3次,每次交换时间为2h,得到铵型丝光沸石(NH4-MOR),然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到氢型丝光沸石;其中,硅源为硅酸,铝源为偏铝酸钠,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:20mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到浓度为2mol/L的HNO3水溶液中,在温度为100℃条件下回流2h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120℃条件下干燥,然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:20mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到浓度为0.2mol/L的NaOH水溶液中,在温度为70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120℃条件下干燥,加入浓度为1mol/L的硝酸铵水溶液交换3,每次交换2h,在温度为120℃条件下干燥,然后在温度为550℃条件下煅烧4h,得到氢型的介孔丝光沸石,即完成了高活性环保低成本的傅氏烷基化催化剂—介孔丝光沸石的制备;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:20mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为2mol/L的HNO3水溶液中,在温度为120℃条件下保持20h,再在温度为120℃条件下干燥,得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:20mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,将步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石在真空条件下,控制温度为120℃,保持20h,再将酸处理的氢型的介孔丝光沸石加入到配制的混合溶液中,在温度为30℃条件下搅拌10h,然后过滤,用500mL无水乙醇洗涤,再用500mL去离子水洗涤,将滤出的固体在温度为120℃条件下干燥12h,再在温度为450℃条件下煅烧5h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四丁酯,溶剂为无水甲醇;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为5%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:20mL。
对比实验二:
本对比实验钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,具体是按照以下步骤进行的
一、将19.925g硅源、1.6726g铝源、3.266g NaOH和49mL去离子水混合均匀,然后在温度为180℃条件下晶化5d,得到钠型丝光沸石,再加入浓度为1mol/L的硝酸铵水溶液,交换3次,每次交换时间为2h,得到铵型丝光沸石(NH4-MOR),然后在温度为550℃条件下煅烧5h,得到氢型丝光沸石;其中,硅源为硅酸,铝源为偏铝酸钠,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:20mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,将步骤二得到的氢型丝光沸石在真空条件下,控制温度为120℃,保持20h,再将氢型丝光沸石加入到配制的混合溶液中,在温度为30℃条件下搅拌10h,然后过滤,用500mL无水乙醇洗涤,再用500mL去离子水洗涤,将滤出的固体在温度为120℃条件下干燥12h,再在温度为450℃条件下煅烧5h,得到丝光沸石催化剂;其中钛源为钛酸四丁酯,溶剂为无水甲醇;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为5%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:20mL。
上述实施例制备材料的氮气吸附测试数据如表1所示:
表1氮气吸附测试
上述实施例和对比实验制备材料的XRD谱图如图1所示,其中,曲线1代表对比实验一制备的丝光沸石催化剂;曲线2代表实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线3代表实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线4代表对比实验二制备的丝光沸石催化剂;由图1可以看出,四种材料都具有丝光沸石的特征衍射峰,说明制备过程各个步骤的处理都没有破坏丝光沸石的骨架结构;另外四种材料中的XRD衍射结果中都没有看到金红石或锐钛矿的衍射结构,说明所采用的制备方法可以良好的分散钛物种,并没有形成钛氧化物的聚集。
实施例一制备钛改性的多级孔丝光沸石过程中各步骤中间材料的吸附等温线的变化谱图,如图2所示,其中曲线1代表步骤一得到的材料;曲线2代表步骤二得到的材料;曲线3代表步骤三得到的材料;曲线4代表步骤四得到的材料;由图2可以看出,由步骤一所合成的丝光沸石的为微孔丝光沸石,随着步骤二、三、四的不断进行,吸附等位线由Ⅰ型转位Ⅳ型,形成了多级孔。
上述实施例制备材料的吸附等温线谱图,如图3所示,曲线1代表实施例一步骤四制备的酸处理的氢型的介孔丝光沸石;曲线2代表实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线3代表实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石。由图3可以看出,在实施例一与实施例二进行钛改性后,材料仍然保持着介孔结构,并没有形成堵塞。结合表1可知,与实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石相比,实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石其BET表面积几乎没有下降,微孔孔容也得到了维持。说明实施例二的方法对于钛物种的分布更良好。
上述实施例和对比实验制备材料的氧化脱硫反应测试图,如图4所示,曲线1代表对比实验一制备的丝光沸石催化剂;曲线2代表实施例一制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线3代表实施例二制备的钛改性的多级孔丝光沸石;曲线4代表对比实验二制备的丝光沸石催化剂。由图4可以看出,实施例一与实施例二制备的材料其催化活性要优于对比实验一和对比试验二制备的材料。这是由于钛物种作为中心,使用双氧水作为氧化剂具有良好的催化活性,以及介孔结构的存在,提供了更多的反应空间。而实施例二制备的材料其催化活性要进一步高于实施例一所得的催化剂,体现了实施例二所涉及的条件的优越性。
Claims (10)
1.钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的:
一、将10~25g硅源、1~3g铝源、3~5g NaOH和30~50mL去离子水混合均匀,然后在温度为150~200℃条件下晶化2~7d,得到钠型丝光沸石,再加入硝酸铵水溶液,交换2~4次,每次交换时间为1.5~3h,得到铵型丝光沸石,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型丝光沸石;其中,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:(15~30)mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到HNO3水溶液中,在温度为90~110℃条件下回流1.5~4h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120~140℃条件下干燥,然后在温度为450~600℃条件下煅烧4~8h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到NaOH水溶液中,在温度为60~70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为110~150℃条件下干燥,加入浓度为0.5~2mol/L的硝酸铵水溶液交换2~4次,每次交换1.5~3h,在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型的介孔丝光沸石;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为1~4mol/L的HNO3水溶液中,在温度为90~130℃条件下保持18~30h,再在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为450~650℃条件下煅烧2~6h得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,加入步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石,混合均匀,在温度为60~80℃条件下蒸干溶剂,再在温度为400~600℃条件下煅烧2~6h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯或者异丙醇钛,溶剂为无水甲醇、无水乙醇或环己烷;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为3~20%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:(0.5~5)mL。
2.根据权利权利要求1所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤一中硅源为硅酸、正硅酸乙酯或有机硅烷,铝源为偏铝酸钠或氧化铝。
3.根据权利权利要求1所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤一中硝酸铵水溶液的浓度为0.5~2mol/L。
4.根据权利权利要求1所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤二中HNO3水溶液的浓度为0.5~5mol/L。
5.根据权利权利要求1所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤三中NaOH水溶液的浓度为0.05~3mol/L。
6.钛改性的多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂的制备方法,其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的:
一、将10~25g硅源、1~3g铝源、3~5g NaOH和30~50mL去离子水混合均匀,然后在温度为150~200℃条件下晶化2~7d,得到钠型丝光沸石,再加入硝酸铵水溶液,交换2~4次,每次交换时间为1.5~3h,得到铵型丝光沸石,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型丝光沸石;其中,所述交换过程中钠型丝光沸石与硝酸铵水溶液的固液比为1g:(15~30)mL;
二、将步骤一得到的氢型丝光沸石加入到HNO3水溶液中,在温度为90~110℃条件下回流1.5~4h,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为120~140℃条件下干燥,然后在温度为450~600℃条件下煅烧4~8h,得到酸处理的丝光沸石;其中,所述的氢型丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
三、将步骤二中得到的酸处理的丝光沸石,加入到浓度为0.05~3mol/L的NaOH水溶液中,在温度为60~70℃条件下搅拌均匀,用去离子水洗涤至滤液呈中性,再在温度为110~150℃条件下干燥,加入浓度为0.5~2mol/L的硝酸铵水溶液交换2~4次,每次交换1.5~3h,在温度为110~150℃条件下干燥,然后在温度为500~550℃条件下煅烧2~6h,得到氢型的介孔丝光沸石;其中,所述的酸处理的丝光沸石与NaOH水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
四、将步骤三中得到的氢型的介孔丝光沸石加入到浓度为1~4mol/L的HNO3水溶液中,在温度为90~130℃条件下保持18~30h,再在温度为110~150℃条件下干燥,得到酸处理的氢型的介孔丝光沸石,所述的氢型的介孔丝光沸石与HNO3水溶液的固液比为1g:(20~40)mL;
五、将钛源与溶剂混合均匀,配制成混合溶液,将步骤四得到的酸处理的氢型的介孔丝光沸石在真空条件下,控制温度为90~150℃,保持15~30h,再将酸处理的氢型的介孔丝光沸石加入到配制的混合溶液中,在温度为30~50℃条件下搅拌10~26h,然后过滤,用300~600mL无水乙醇洗涤,再用300~600mL去离子水洗涤,将滤出的固体在温度为100~130℃条件下干燥10~20h,再在温度为400~600℃条件下煅烧3~6h,得到钛改性的多级孔丝光沸石;其中钛源为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、草酸氧钛钾或异丙醇钛,溶剂为无水甲醇、无水乙醇或环己烷;钛源中钛元素与介孔丝光沸石质量比为3~20%,介孔丝光沸石与溶剂的固液比为1g:(15~30)mL。
7.根据权利权利要求6所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤一中硅源为硅酸、正硅酸乙酯或有机硅烷,铝源为偏铝酸钠或氧化铝。
8.根据权利权利要求6所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤一中硝酸铵水溶液的浓度为0.5~2mol/L。
9.根据权利权利要求6所述的钛改性的多级孔丝光沸石的制备方法,其特征在于步骤二中HNO3水溶液的浓度为0.5~5mol/L。
10.如权利要求1和权利要求6制备的钛改性的多级孔丝光沸石的应用,其特征在于该多级孔丝光沸石作为氧化脱硫催化剂在氧化脱硫反应中的应用。
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