CN104925826A - 一种制备dd3r分子筛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备DD3R分子筛的方法,所述方法为微波加热法:将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在120~240℃下微波加热反应3~48h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。本发明采用微波加热的方式能快速制备出微米级的高质量DD3R晶体,微波加热是的晶化时间能从25天减少到3天。通过加入晶种和微波加热结合的方式,能进一步将晶化时间从3天减少到3小时,同时得到粒度均匀的亚微米级的DD3R晶体。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域,具体公开了一种制备亚微米级的DD3R分子筛的方法。
背景技术
分子筛具有均匀的分子尺度的孔道,在催化和吸附分离等领域有着广泛的应用。DD3R分子筛(其国际分子筛协会结构代码为DDR)是一种小孔的纯硅分子筛,具有三维的孔道结构,孔道大小为0.36×0.44nm,接近大量常见的小分子气体的动力学直径。因此,根据分子筛分效应,DD3R对于小分子混合物的分离,如CO2-CH4、O2-N2、丙烯-丙烷、水-醇等,具有极高的选择性(Journal of Membrane Science 316(2008)35–45)。同时,由于DD3R分子筛具有全Si的骨架结构,具有极高的热、化学和溶剂稳定性以及强疏水性,因而能够适用于苛刻的环境(如高温,高压,腐蚀性,溶剂等环境下),在吸附-分离等领域有着广阔的应用前景。
纯相且尺度均匀的DD3R晶体对于气体吸附及扩散分离是十分关键的。从工业应用角度考虑,寻求一种高产率、高重复率的DD3R快速合成方法利于DD3R的大规模生产及吸附分离应用。
DD3R分子筛虽然应用广泛,但其合成十分困难,传统的水热合成需要25天。目前,关于DD3R的文献报道多采用动态合成方法(State of the Art 1994,1159–1166),即采用乙二胺为矿化剂(助剂),将结构导向剂金刚烷胺、矿化剂乙二胺、硅源正硅酸四乙酯和水按一定的配比(471Adam:100SiO2:404EDA:11240H2O)分别经过1小时振荡、1小时超声、冰浴冷却、368K老化12小时等繁琐的工艺及流程,并在433K下旋转动态晶化长达25-48天方可得到DD3R分子筛。其合成时间长,成本昂贵、工艺繁琐,产物收率低且重复性差,这极大地阻碍了对DD3R沸石分子筛的深入研究及其工业化应用。目前尚未有快速的合成均匀亚微米级DD3R分子筛的专利报道发明内容
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种亚微米级的DD3R分子筛的方法,克服了现有技术中DD3R合成困难,合成时间长,成本昂贵、工艺繁琐,产物收率低且重复性差的缺陷。
为了实现以上目的及其他目的,本发明是通过包括以下技术方案实现的:
一种制备DD3R分子筛的方法,所述方法包括以下步骤:将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在120~240℃下微波加热反应3~48h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。
优选地,所述硅源为选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、硅酸钠、硅溶胶和白炭黑中的一种或多种。
优选地,所述硅源中的SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:10~300:0.1~2:0.5~6。
优选地,所述搅拌老化的时间为0.01~5天。
更优选地,所述搅拌老化的时间为1~5天。
优选地,上述微波加热反应3~24h。
优选地,反应温度为160℃。
优选地,所述方法还包括以下步骤:
将所述DD3R分子筛晶体磨碎至粒径为2~8微米后作为分子筛晶种;将硅源、金刚烷胺、
水、乙二胺混合溶解,搅拌老化后加入分子筛晶种;在60~240℃下微波加热反应6~24h;
经洗涤、离心烘干获得亚微米级DD3R分子筛。
优选地,所述分子筛晶种占硅源、金刚烷胺、水、乙二胺总质量的0.01~0.5wt%。
优选地,所述分子筛晶种占硅源、金刚烷胺、水、乙二胺总质量的0.046~0.460wt%。
优选地,所述硅源中的SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:10~300:0.1~2:0.5~6。
优选地,采用球磨机将所述DD3R分子筛晶体磨碎至分子筛晶体粒径为2~8微米,球磨转速为300~500转/分钟,球磨时间为3~24小时。
优选地,所述硅源为选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、硅酸钠、硅溶胶和白炭黑中的一种或多种。
优选地,制备亚微米级DD3R分子筛的方法中,在160℃下微波加热反应6h。
优选地,所述搅拌老化的时间为0.01~5天。
更优选地,所述搅拌老化的时间为1~5天。
本发明还公开了一种分子筛,由上述所述方法制备获得。
本发明采用微波加热的方式能快速制备出微米级(可达到5微米)的高质量DD3R晶体,微波加热是的晶化时间能从25天减少到3天。通过加入晶种和微波加热结合的方式,能进一步将晶化时间从3天减少到3小时,同时得到粒度均匀的亚微米级的DD3R晶体。
附图说明
图1是实施例1中DD3R分子筛晶体的扫描电镜照片;
图2是实施例1中DD3R分子筛晶体的XRD图谱;
图3是实施例2合成的DD3R分子筛晶体进行球磨磨碎后的扫描电镜照片;
图4是实施例2合成的DD3R分子筛晶体进行球磨磨碎后的XRD图谱;
图5是实施例2加入0.046%晶种微波合成3小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图6是实施例2加入0.046%晶种微波合成3小时的DD3R分子筛的XRD图谱;
图7是实施例3中加入0.046%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图8是实施例3中加入0.046%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的XRD图谱;
图9是实施例4中加入0.046%晶种微波合成12小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图10是实施例4中加入0.046%晶种微波合成12小时的DD3R分子筛的XRD图谱;
图11是实施例5中加入0.046%晶种微波合成24小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图12是实施例5中加入0.046%晶种微波合成24小时的DD3R分子筛的XRD图谱;
图13是实施例6中加入0.092%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图14是实施例6中加入0.092%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的XRD图谱;
图15是实施例7中加入0.184%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图16是实施例7中加入0.184%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的XRD图谱;
图17是实施例8中加入0.460%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的扫描电镜照片;
图18是实施例8中加入0.460%晶种微波合成6小时的DD3R分子筛的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解,实施例仅用于说明本发明,而非限制本发明的范围。
实施例1
本实施例为160℃微波3天合成DD3R分子筛晶种。
将4.88克乙二胺与1.51克金刚烷胺混合后,加入34.2克H2O搅拌约0.5小时,然后缓慢滴加3克硅溶胶(硅溶胶中SiO2的含量为40wt%),搅拌24小时。160℃微波合成3天。产物取出后,去离子水洗涤、离心,烘干后得到DD3R分子筛晶体。本实施例中所述硅源中SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:95:0.5:4.065。
图1为DD3R分子筛晶体的扫描电镜照片,DD3R分子筛晶体为约5微米的菱形晶体,晶体大小较均匀。同传统DD3R合成方法相比,微波合成的时间从25~48天缩短到3天。
图2为DD3R分子筛晶体的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例2
本实施例为添加如实施例1中的分子筛晶体0.046wt%作为晶种,160℃微波3小时合成DD3R分子筛。
步骤1:将实施例1中合成的DD3R分子筛晶体用球磨机磨碎,球磨转速为300转/分钟,球磨时间为6小时;将所述DD3R分子筛晶体磨碎至分子筛晶体粒径为2~8微米。
步骤2:将4.88克乙二胺、1.51克金刚烷胺和34.2克水混合后搅拌0.5小时,加入3克硅溶胶(硅溶胶中SiO2的含量为40wt%),搅拌老化24小时,再加入步骤1得到的20毫克磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟,于160℃下微波合成3小时,离心、洗涤得到DD3R分子筛。
图3与图4分别为磨碎后的DD3R分子筛晶种的扫描电镜及XRD图谱。经过磨碎之后,晶体的粒度减小、结晶性已被破坏。
图5为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约1微米,与不加晶种的微波方法相比,DD3R合成时间从3天缩短到3小时,同时粒子直径从5微米减小至1微米。结晶性较好,收率以加入母液中的二氧化硅来计算,可达55%。
图6为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例3
本实施例为添加实施例1中的0.046wt%分子筛晶体作为晶种,160℃微波6小时合成DD3R分子筛。
与实施例2的不同之处在于步骤2中,160℃微波合成6小时。其余步骤与实施例2相同。
图7为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约1μm。同时结晶性好,与合成3小时相比,结晶性大幅提高。收率以加入母液中的二氧化硅来计算,接近100%。
图8为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例4
本实施例为添加实施例1中的0.046wt%的分子筛晶体作为晶种,160℃微波12小时合成DD3R分子筛。
与实施例2的不同之处在于步骤2中,160℃微波合成12小时。其余步骤与实施例2相同。
图9为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约1微米。与合成3小时相比,结晶性大幅提高。收率以加入母液中的二氧化硅来计算,接近100%。
图10为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例5
本实施例为添加如实施例1中的0.046%的分子筛晶体作为晶种,160℃微波24小时合成DD3R分子筛。
与实施例2的不同之处在于步骤2中,160℃微波合成24小时。其余步骤与实施例2相同。
图11为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约1微米。结晶性好,收率以加入母液中的二氧化硅来计算,接近100%。
图12为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例6
本实施例为添加如实施例1中的0.092%的分子筛晶体作为晶种,160℃微波6小时合成DD3R分子筛。
与实施例2的不同之处在于步骤2中,加入40毫克磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟后160℃微波合成6小时。其余步骤与实施例2相同。
图13为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约1微米。结晶性好,收率以加入母液中的二氧化硅来计算,接近100%。
图14为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例7
本实施例为添加0.184%的分子筛晶体作为晶种,160℃微波6小时合成DD3R分子筛。
与实施例2的不同之处在于步骤2中,加入80毫克磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟后160℃微波合成6小时。其余步骤与实施例2相同。
图15为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约0.7微米。结晶性较好,收率以加入母液中的二氧化硅来计算,接近100%。
图16为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例8
本实施例为添加0.460%的分子筛晶体作为晶种,160℃微波6小时合成DD3R分子筛。
与实施例2的不同之处在于步骤2中,加入200毫克磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟后160℃微波合成6小时。其余步骤与实施例2相同。
图17为该方法合成的DD3R分子筛的扫描电镜照片。由图看出,DD3R分子筛粒子大小均匀,粒径约0.7微米。结晶性较好,收率以加入母液中的二氧化硅来计算,接近100%。
图18为该方法合成的DD3R分子筛的XRD图谱,与标准图谱一致。
实施例9
将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在120℃下微波加热反应6h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。
所述硅源为正硅酸四甲酯。
所述硅源中SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:30:2:6。
所述搅拌老化的时间为3天。
实施例10
将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在200℃下微波加热反应10h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。
所述硅源为正硅酸四乙酯。
所述硅源中SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:200:0.5:1。
所述搅拌老化的时间为1天。
实施例11
将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在240℃下微波加热反应20h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。
所述硅源为硅酸钠。
所述硅源中SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:30:2:6。
所述搅拌老化的时间为0.2天。
实施例12
将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在150℃下微波加热反应8h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。
所述硅源为白炭黑。所述硅源中SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:300:2:3。
所述搅拌老化的时间为5天。
实施例13
本实施例为添加如实施例9中的分子筛晶体0.5wt%作为晶种,160℃微波3小时合成DD3R分子筛。
步骤1:将实施例1中合成的DD3R分子筛晶体用球磨机磨碎,球磨转速为300转/分钟,球磨时间为6小时;将所述DD3R分子筛晶体磨碎至分子筛晶体粒径为2~8微米。
步骤2:将乙二胺、金刚烷胺和水混合后搅拌0.5小时,加入硅源,搅拌老化3天,再加入步骤1得到的磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟,于120℃下微波合成6小时,离心、洗涤得到亚微米级DD3R分子筛。
本实施例中硅源中SiO2:H2O:Adam:EDA的摩尔比为1:10:0.1:0.5。
本实施例中所述硅源为硅酸钠。
实施例14
本实施例为添加如实施例10中的分子筛晶体0.01wt%作为晶种,180℃微波6小时合成DD3R分子筛。
步骤1:将实施例1中合成的DD3R分子筛晶体用球磨机磨碎,球磨转速为300转/分钟,球磨时间为6小时;将所述DD3R分子筛晶体磨碎至分子筛晶体粒径为2~8微米。
步骤2:将乙二胺、金刚烷胺和水混合后搅拌0.5小时,加入硅源,搅拌老化5天,再加入步骤1得到的磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟,于180℃下微波合成6小时,离心、洗涤得到亚微米级DD3R分子筛。
本实施例中硅源中SiO2:H2O:Adam:EDA的摩尔比为1:30:0.5:1.5。本实施例中硅源为白炭黑。
实施例15
本实施例为添加如实施例11中的分子筛晶体0.4wt%作为晶种,200℃微波10小时合成DD3R分子筛。
步骤1:将实施例1中合成的DD3R分子筛晶体用球磨机磨碎,球磨转速为300转/分钟,球磨时间为6小时;将所述DD3R分子筛晶体磨碎至分子筛晶体粒径为2~8微米。
步骤2:将乙二胺、金刚烷胺和水混合后搅拌0.5小时,加入硅源,搅拌老化10小时,再加入步骤1得到的磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟,于200℃下微波合成10小时,离心、洗涤得到亚微米级DD3R分子筛。
本实施例中硅源中SiO2:H2O:Adam:EDA的摩尔比为1:100:2:3.5。本实施例中硅源为正硅酸四甲酯。
实施例16
本实施例为添加如实施例12中的分子筛晶体0.2wt%作为晶种,240℃微波4小时合成DD3R分子筛。
步骤1:将实施例1中合成的DD3R分子筛晶体用球磨机磨碎,球磨转速为300转/分钟,球磨时间为6小时;将所述DD3R分子筛晶体磨碎至分子筛晶体粒径为2~8微米。
步骤2:将乙二胺、金刚烷胺和水混合后搅拌0.5小时,加入硅源,搅拌老化20小时,再加入步骤1得到的磨碎的DD3R晶种,搅拌5分钟,于240℃下微波合成4小时,离心、洗涤得到亚微米级DD3R分子筛。
本实施例中硅源中SiO2:H2O:Adam:EDA的摩尔比为1:300:1.5:4.5。本实施例中硅源为正硅酸四乙酯。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种制备DD3R分子筛的方法,所述方法包括以下步骤:将硅源、金刚烷胺、水和乙二胺混合溶解,搅拌老化后在120~240℃下微波加热反应3~48h,经洗涤、离心烘干得到DD3R分子筛晶体。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于:所述硅源为选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、硅酸钠、硅溶胶和白炭黑中的一种或多种。
3.如权利要求1所述方法,其特征在于:所述硅源中的SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:10~300:0.1~2:0.5~6。
4.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述搅拌老化的时间为0.01~5天。
5.如权利要求1所述方法,其特征在于:所述方法还包括以下步骤:将所述DD3R分子筛晶体磨碎至粒径为2~8微米后作为分子筛晶种;将硅源、金刚烷胺、水、乙二胺混合溶解,搅拌老化后加入分子筛晶种;在60~240℃下微波加热反应6~24h;经洗涤、离心烘干获得亚微米级DD3R分子筛。
6.如权利要求5所述方法,其特征在于:所述分子筛晶种占硅源、金刚烷胺、水、乙二胺总质量的0.01~0.5wt%。
7.如权利要求5所述方法,其特征在于:所述硅源中的SiO2、水、金刚烷胺和乙二胺的摩尔比为1:10~300:0.1~2:0.5~6。
8.如权利要求5所述方法,其特征在于:所述硅源为选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、硅酸钠、硅溶胶和白炭黑中的一种或多种。
9.如权利要求5所述方法,其特征在于:所述搅拌老化的时间为0.01~5天。
10.一种分子筛,由权利要求1~9任一所述方法制备获得。
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