CN104495870A - 一种金属改性sapo-34分子筛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属改性SAPO-34分子筛,具体为先采用四乙基氢氧化铵和吗啉的混合模板剂,添加适当的硅源、铝源和磷源等通过控制预晶化和晶化条件,并且添加了适当比例的羧甲基纤维素钠,得到SAPO-34分子筛滤饼和母液,再将金属盐和母液混合生成金属络合物,最后在金属络合物和SAPO-34分子筛滤饼中添加糊精后离心分离得到滤饼,后将滤饼与氯化铵进行离子交换得到金属改性SAPO-34分子筛原粉,经焙烧得到金属改性SAPO-34分子筛;本发明的工艺能有效保持SAPO-34分子筛规则的孔道结构和较大的比表面积,能对其酸性和孔口大小进行有效的调节将微孔的比例提高到90%左右,将甲醇制烯烃反应的乙烯丙烯选择性提高到94%左右,本发明的工艺能使金属在SAPO-34分子筛中均匀分布,且能降低母液处理的难度。
Description
技术领域
本发明涉及分子筛技术领域,具体涉及一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法。
背景技术
SAPO-34分子筛是目前公认的最佳MTO催化剂,该催化剂面临的主要问题是由于积碳造成的催化寿命较低,而且低碳烯烃选择性较低。低碳烯烃选择性主要受分子筛骨架中酸性中心的强度和数目的影响,酸性较强的酸性中心有利于烷烃分子的生成,酸性较弱的酸性中心则影响甲烷的转化率;目前改变酸性中心强度和数目的方式主要有两种,在SAPO-34分子筛骨架中引入金属离子或者改变分子筛骨架硅的配位环境及相对含量;其中通过在SAPO-34分子筛骨架中引入金属离子不仅可以改变其酸性强度,而且可以修饰孔道,得到适宜孔径及适宜酸性强度的分子筛,进而达到提高SAPO-34分子筛低碳烯烃选择性,从而达到提高其催化性能的目的。但是目前的方法引入的金属含量较少,并且集中,不能很好的分散于SAPO-34分子筛中。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的是提供一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:
一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于20~30℃下搅拌1~2小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为0.8~1.2:0.8~1.2:0.2~0.4:1.5~2.5:50~70;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:2~4;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于140~160℃下预晶化20~24小时,然后将升温至160~180℃晶化40~50小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.01~0.05:100;
(3)将步骤(2)所得母液和金属盐混合,于20~30℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述金属盐为镍、钴或铜金属的硫酸盐或硝酸盐中的一种;所述金属盐、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.4~0.8:0.05~0.1:0.05~0.1:100;
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用0.5~1.5mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得金属改性SAPO-34分子筛原粉置于500~600℃马弗炉中焙烧4~8小时,得到金属改性SAPO-34分子筛。
为进一步实现本发明的目的,还可以采用以下技术方案:
优选的,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3。
优选的,预晶化的温度为150℃,时间为22小时;晶化的温度为170℃,时间为45小时。
优选的,金属盐为硝酸钴。
优选的,硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100。
进一步优选的,一种钴金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于25℃下搅拌1.5小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5: SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为1.0:1.0:0.3:2.0:65;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于150℃下预晶化22小时,然后将升温至170℃晶化45小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.03:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硝酸钴混合,于25℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100。
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用1.0mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧5小时,得到钴金属改性SAPO-34分子筛。
本发明的优点在于:
本发明彻底改变了现有的金属改性SAPO-34分子筛的工艺,现有的工艺一般为在原料中直接添加金属盐合成金属改性SAPO-34分子筛,或者先合成SAPO-34分子筛,再通过浸渍或离子交换的方式合成金属改性SAPO-34分子筛;本发明先采用四乙基氢氧化铵和吗啉的混合模板剂,添加适当的硅源、铝源和磷源等通过控制预晶化和晶化条件,并且添加了适当比例的羧甲基纤维素钠,得到SAPO-34分子筛滤饼和母液,再将金属盐和母液混合生成金属络合物,最后在金属络合物和SAPO-34分子筛滤饼中添加糊精后离心分离,得到滤饼后将其与氯化铵进行离子交换得到金属改性SAPO-34分子筛原粉,经焙烧得到金属改性SAPO-34分子筛;
相比现有的在原料中直接添加金属盐的工艺,本发明的工艺能有效保持SAPO-34分子筛规则的孔道结构和较大的比表面积,能对SAPO-34分子筛的酸性和孔口大小进行有效的调节将微孔的比例提高到90%左右,将甲醇制烯烃反应的乙烯丙烯选择性提高到94%左右;本发明通过添加羧甲基纤维素钠有效降低了晶化反应的温度,减少了SAPO-34分子筛的合成时间;同时本发明采用母液中的模板剂和金属离子形成络合物添加到SAPO-34分子筛中,不仅能使金属在SAPO-34分子筛中均匀分布,而且能有效降低SAPO-34分子筛母液处理的难度。
具体实施方式
一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于20~30℃下搅拌1~2小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为0.8~1.2:0.8~1.2:0.2~0.4:1.5~2.5:50~70;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:2~4;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于140~160℃下预晶化20~24小时,然后将升温至160~180℃晶化40~50小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.01~0.05:100;
(3)将步骤(2)所得母液和金属盐混合,于20~30℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述金属盐为镍、钴或铜金属的硫酸盐或硝酸盐中的一种;所述金属盐、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.4~0.8:0.05~0.1:0.05~0.1:100;
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用0.5~1.5mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得金属改性SAPO-34分子筛原粉置于500~600℃马弗炉中焙烧4~8小时,得到金属改性SAPO-34分子筛。
为进一步实现本发明的目的,还可以采用以下技术方案:
优选的,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3。
优选的,预晶化的温度为150℃,时间为22小时;晶化的温度为170℃,时间为45小时。
优选的,金属盐为硝酸钴。
优选的,硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100。
进一步优选的,一种钴金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于25℃下搅拌1.5小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5: SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为1.0:1.0:0.3:2.0:65;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于150℃下预晶化22小时,然后将升温至170℃晶化45小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.03:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硝酸钴混合,于25℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100。
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用1.0mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧5小时,得到钴金属改性SAPO-34分子筛。
实施例1
一种铜金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于30℃下搅拌2小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为0.8:0.8:0.2:1.5:50;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:2;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于160℃下预晶化24小时,然后将升温至180℃晶化50小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.05:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硝酸铜混合,于30℃搅拌2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至60℃搅拌6小时后,得到混合液;所述硝酸铜、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.8:0.05:0.1:100;
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼加入到0.5mol·L-1的氯化铵溶液中,滤饼与氯化铵溶液的质量比为1:10,在30℃下搅拌100分钟后进行离心分离,得到滤饼,将滤饼用水洗涤,于90℃烘箱中烘干1小时,得到铜金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得铜金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧4小时,得到铜金属改性SAPO-34分子筛。
实施例2
一种镍金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于20℃下搅拌1小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为1.2:1.2:0.4:2.5:70;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:4;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于140℃下预晶化20小时,然后升温至160℃晶化40小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.01:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硫酸镍混合,于20℃搅拌1小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50℃搅拌4小时后,得到混合液;所述硫酸镍、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.4:0.1:0.05:100;
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼加入到1.5mol·L-1的氯化铵溶液中,滤饼与氯化铵溶液的质量比为1:10,在25℃下搅拌50分钟后进行离心分离,得到滤饼,将滤饼用水洗涤,于110℃烘箱中烘干2小时,得到镍金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得镍金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧8小时,得到镍金属改性SAPO-34分子筛。
实施例3
一种钴金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于25℃下搅拌1.5小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为1.0:1.1:0.3:2.0:55;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:2.5;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于145℃下预晶化21小时,然后将升温至165℃晶化48小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.04:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硝酸钴混合,于24℃搅拌1.5小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至55℃搅拌4.5小时后,得到混合液;所述硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.5:0.08:0.06:100。
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼加入到0.8mol·L-1的氯化铵溶液中,滤饼与氯化铵溶液的质量比为1:8,在55℃下搅拌40分钟后进行离心分离,得到滤饼,将滤饼用水洗涤,于100℃烘箱中烘干1小时,得到钴金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧6小时,得到钴金属改性SAPO-34分子筛。
实施例4
一种钴金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于25℃下搅拌1.5小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3:P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为1.0:1.0:0.3:2.0:65;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于150℃下预晶化22小时,然后将升温至170℃晶化45小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.03:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硝酸钴混合,于25℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100。
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用1.0mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧5小时,得到钴金属改性SAPO-34分子筛。
通过美国Micromeritics ASAP2000型氮气物理吸附仪测定实施例1~4所得金属改性SAPO-34分子筛比表面积,结果如表1所示。
表1 实施例1~4的金属改性SAPO-34分子筛比表面积及孔体积数据
目标产物的催化效果评价在固床反应器上进行,内装催化剂1.0g,反应原料为质量百分数95%的甲醇,空速为3.0h-1,反应温度450℃,常压。采用气相色谱分析(GC-950,FID检测器,Poraplot Q色谱柱50m×0.32mm×10μm)产物;催化剂寿命定义为甲醇转化率100%,且未出现二甲醚所维持的时间,实施例1~4的金属改性SAPO-34分子筛用于甲醇转化制低碳烯烃的反应结果如表2所示。
表2 实施例1~4的金属改性SAPO-34分子筛用于甲醇转化制低碳烯烃的反应结果
如表2所示实施例1~4的金属改性SAPO-34分子筛用于甲醇转化制低碳烯烃的反应结果可知,采用本发明的制备方法合成的SAPO-34分子筛,分子筛的寿命能达到240min左右,制备乙烯和丙烯的选择性达到94%左右。
Claims (6)
1.一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于20~30℃下搅拌1~2小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3: P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为0.8~1.2:0.8~1.2:0.2~0.4:1.5~2.5:50~70;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:2~4;
将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于140~160℃下预晶化20~24小时,然后将升温至160~180℃晶化40~50小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.01~0.05:100;
将步骤(2)所得母液和金属盐混合,于20~30℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述金属盐为镍、钴或铜金属的硫酸盐或硝酸盐中的一种;所述金属盐、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.4~0.8:0.05~0.1:0.05~0.1:100;
将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用0.5~1.5mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得金属改性SAPO-34分子筛原粉;
将步骤(4)所得金属改性SAPO-34分子筛原粉置于500~600℃马弗炉中焙烧4~8小时,得到金属改性SAPO-34分子筛。
2.根据权利要求1所述的一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,其特征在于:四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3。
3.根据权利要求1所述的一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,其特征在于:预晶化的温度为150℃,时间为22小时;晶化的温度为170℃,时间为45小时。
4.根据权利要求1所述的一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,其特征在于:金属盐为硝酸钴。
5.根据权利要求4所述的一种金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,其特征在于:
硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100。
6.根据权利要求1所述的一种钴金属改性SAPO-34分子筛的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)将铝源和混合模板剂混合后搅拌均匀,依次加入去离子水、磷源、硅源,于25℃下搅拌1.5小时混合均匀,得到混合反应液;所述混合反应液中Al2O3: P2O5:SiO2:混合模板剂:H2O的摩尔比为1.0:1.0:0.3:2.0:65;所述混合模板剂由四乙基氢氧化铵和吗啉组成,四乙基氢氧化铵和吗啉的摩尔比为1:3;
(2)将羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液混合均匀后装入高温反应釜中于150℃下预晶化22小时,然后将升温至170℃晶化45小时,将混合反应液进行离心分离得到滤饼和母液;羧甲基纤维素钠和步骤(1)所得混合反应液的质量比为0.03:100;
(3)将步骤(2)所得母液和硝酸钴混合,于25℃搅拌1~2小时,后向其中加入甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼,升温至50~60℃搅拌4~6小时后,得到混合液;所述硝酸钴、甘油、糊精和步骤(2)所得滤饼的质量比为0.6:0.08:0.08:100;
(4)将步骤(3)的混合液进行离心分离,滤饼用1.0mol·L-1的氯化铵溶液进行离子交换,洗涤、干燥得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉;
(5)将步骤(4)所得钴金属改性SAPO-34分子筛原粉置于550℃马弗炉中焙烧5小时,得到钴金属改性SAPO-34分子筛。
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