CN105268464B - 柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料及其制备方法。主要解决现有技术中层状硅酸盐孔径单一，缺乏有序的微孔体系，从而限制其在催化领域应用的问题。所述材料具有两种共生物相，其特征在于XRD衍射图谱在28.50±1.7，15.28±1.2，11.32±0.67，10.16±0.45，3.86±0.07，3.83±0.06，3.75±0.06，3.72±0.06，3.64±0.06，3.40±0.05埃处有d‑间距最大值。该复合材料在催化裂化、重油裂解反应方面有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的方法。
背景技术
Magadiite是一种层状的硅酸盐材料，它可以从自然界矿物中获取，也可以通过人工合成的方法的得到。它的化学式为Na2O·14SiO2·9H2O，其中的Na也可以为其它碱金属元素，比如K，Rb和Cs等取代，Si也可以部分地被其它元素所取代，一般为三价元素，包括B，Al，Fe和Ga等。Magadiite层状硅酸盐的层间距在左右，由于其层间距较大，因而可以容许较大的分子在其层间自由进出，从而在吸附、催化和无机-高分子共生物的制备等方面具有广阔的应用前景。
Magadiite的层与层之间是无序堆积，这使得它大部分的层表面是反应物分子无法接触到的。同时，Magadiite层状硅酸盐的热稳定性也欠佳。对此，专利US5229341，US5236882提出用长链有机胺等膨化剂将Magadiite层状化合物进行膨化，再用正硅酸乙脂等柱撑剂进行柱撑，即可制得高比表面且热稳定好的层状化合物。
然而，这样制得的柱撑层状化合物虽然具有较高的比表面和较好的热稳定性，可是文献(Chem.Mater.,2006,18,34-40)指出其层结构、柱结构更接近于无定型的氧化硅或氧化铝，而不是分子筛的有序孔道结构。同时，柱撑层状化合物的孔径分布单一，缺乏有序的微孔体系，从而限制了Magadiite层状硅酸盐在催化领域的应用。
然而，如前所述，Magadiite的层与层之间是无序堆积，绝大多数的层表面是反应物分子无法接触到的。因此，用超声或长链有机胺膨化等方法使之分层，从而扩大Magadiite的有效表面积是绝大多数情况下，Magadiite层状硅酸盐应用之前必须经历的前处理。而现有技术中并没有提及该共生材料经超声或长链有机胺膨化等分层过程后，结构是否仍能保持稳定。也没有提及该共生材料经上述分层过程后，是否仍具有较好的热稳定性。
本发明通过在硅源、四丙基氢氧化铵、铝源、水体系中加入已柱撑的Magadiite层状化合物，制得的复合材料除了具有层间距达以上的层状结构，同时也具有MFI分子筛特有的微孔结构，并且经高温焙烧后，结构仍然保持稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中Magadiite层状硅酸盐孔径单一，缺乏有序的微孔体系，从而限制其在催化领域的应用的问题。提供一种新的复合材料的制备方法，该复合材料除了具有层间距高达以上的层状结构，同时也具有MFI分子筛特有的微孔结构和较好的热稳定性，在催化裂化、重油裂解反应方面有较好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料，所述材料具有两种共生物相，其特征在于XRD衍射图谱在28.50±1.7，15.28±1.2，11.32±0.67，10.16±0.45，3.86±0.07，3.83±0.06，3.75±0.06，3.72±0.06，3.64±0.06，3.40±0.05埃处有d-间距最大值。
所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：
a)将Magadiite层状硅酸盐(Magadiite)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、水按照10Magadiite：(10～80)CTAB：(2～20)TPAOH：(100～800)H2O的重量配比均匀混合，该混合物于20～100℃反应8～120小时，分离洗涤得到Magadiite膨化材料；
b)将Magadiite膨化材料、正硅酸四乙脂按照重量比1：(5～40)均匀混合，于80～150℃反应8～72小时后，产物分离、洗涤，450℃～800℃焙烧4～10小时，得到柱撑Magadiite层状硅酸盐；
c)将柱撑Magadiite层状硅酸盐(Magadiite)、硅源、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、铝源、水按照10Magadiite：(2～6)SiO2：(1～2)TPAOH：(0～0.4)Al2O3：(80～160)H2O的重量配比均匀混合，得到混合物A，将混合物A于85～130℃下，水热晶化12～72小时后，对晶化产物进行洗涤、分离、干燥、450℃～800℃焙烧4～10小时，得到Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料；
其中，硅源选自硅溶胶，无定形二氧化硅或有机硅脂中的至少一种；铝源选自拟薄水铝石、铝酸钠或异丙醇铝中的至少一种。
上述技术方案中，Magadiite层状硅酸盐(Magadiite)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、水的重量配比优选为10Magadiite：(30～60)CTAB：(2～10)TPAOH：(100～320)H2O。
上述技术方案中，Magadiite膨化材料、正硅酸四乙脂的重量比优选为1：(12～20)。
上述技术方案中，柱撑Magadiite层状硅酸盐焙烧温度优选为550℃～650℃。
上述技术方案中，硅源优选为正硅酸乙脂；铝源优选为铝酸钠。
上述技术方案中，柱撑Magadiite层状硅酸盐(Magadiite)、硅源、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、铝源、水的重量配比优选为10Magadiite：(3～4)SiO2：(1～2)TPAOH：(0～0.4)Al2O3：(80～126)H2O。
上述技术方案中，混合物A的晶化温度优选为100～120℃；水热晶化时间优选为24～48小时。
上述技术方案中，步骤c)中晶化产物焙烧温度优选为550℃～650℃。
本发明制备的复合材料和Magadiite层状硅酸盐以及MFI型分子筛相比，优点在于同时具有层间距高达的层状结构以及MFI型分子筛的微孔体系，且经高温焙烧后仍能保持结构稳定，在催化裂化、重油裂解反应方面有较好的应用前景。
下面的实例将详细描述本发明的应用，但本发明的范围应不受这些实例的限制。
附图说明
图1是Mag－swell的XRD图谱。
图2是Mag－swell－450的XRD图谱。
图3是Mag－pillar的XRD谱图。
图4是Mag－Sil－1的XRD谱图。
图5是Mag－Sil－2的XRD谱图。
图6是Mag－pillar的SEM照片。
图7是Mag－Sil－2的SEM照片。
图8是Mag－Sil－3的XRD谱图。
具体实施方式
【实施例1】
将532ml去离子水、9gNaF、1.7gNaAlO2、14.7g NaOH、141mlPEG300(平均分子量约为300的聚乙二醇)溶液均匀混合，在剧烈搅拌的状态下缓慢加入250ml40％硅溶胶溶液，转移至密闭反应釜，160℃反应70小时。反应结束后经分离、去离子水洗涤、干燥后，经XRD鉴定为Magadiite层状硅酸盐。该产物命名为Mag－1。
【实施例2】
将15g Mag－1，60g十六烷基三甲基溴化铵，350g去离子水混合，搅拌2小时后加入40g25％四丙基氢氧化铵溶液，所得混合物重量配比为：Magadiite层状硅酸盐：十六烷基三甲基溴化铵：四丙基氢氧化铵：水＝10：40：6.7：253。该混合物于80℃下反应24小时，反应结束后经分离、洗涤、干燥，产物命名为Mag－swell。
Mag－swell的XRD图谱见图1，由图1可见，经膨化后，Magadiite层状硅酸盐的层间距增大到约
【实施例3】
将15g Mag－1，75g十六烷基三甲基溴化铵，430g去离子水混合，搅拌2小时后加入55g25％四丙基氢氧化铵溶液，所得混合物重量配比为：Magadiite层状硅酸盐：十六烷基三甲基溴化铵：四丙基氢氧化铵：水＝10：50：9.2：314.2。该混合物于60℃下反应72小时，反应结束后经分离、洗涤、干燥，产物命名为Mag－swell－2。
Mag－swell－2经XRD鉴定具有Magadiite层状结构，层间距增大到约
【实施例4】
将15g Mag－1，18g十六烷基三甲基溴化铵，150g去离子水混合，搅拌2小时后加入15g25％四丙基氢氧化铵溶液，所得混合物重量配比为：Magadiite层状硅酸盐：十六烷基三甲基溴化铵：四丙基氢氧化铵：水＝10：12：2.5：107.5。该混合物于95℃反应10小时，反应结束后经分离、洗涤、干燥，产物命名为Mag－swell－3。
Mag－swell－3经XRD鉴定具有Magadiite层状结构，层间距增大到约
【实施例5】
将15g Mag－1，112g十六烷基三甲基溴化铵，1050g去离子水混合，搅拌2小时后加入110g25％四丙基氢氧化铵溶液，所得混合物重量配比为：Magadiite层状硅酸盐：十六烷基三甲基溴化铵：四丙基氢氧化铵：水＝10：74.7：18.3：755。该混合物于室温下反应120小时，反应结束后经分离、洗涤、干燥，产物命名为Mag－swell－4。
Mag－swell－4经XRD鉴定具有Magadiite层状结构，层间距增大到约
【对比例1】
将Mag－swell于450℃焙烧4h，产物命名为Mag－swell－450，其XRD图谱见图2，由图2可见，经焙烧后，原Mag－swell的低角度衍射峰几乎全部消失，说明经焙烧后，Mag－swell的层状结构遭到破坏。
【实施例6】
将10g Mag－swell，140g正硅酸乙脂混合，转移至密闭反应釜，80℃反应24h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中650℃焙烧8h，产物命名为Mag－pillar。
图3为Mag－pillar的XRD谱图，由图3可见，经高温焙烧后，Mag－pillar依然保持层间距达的层状结构。
图6为Mag－pillar的SEM照片，由图6可见，Mag－pillar的层厚度约为0.3～0.5μ。
【实施例7】
将10g Mag－swell，50g正硅酸乙脂混合，转移至密闭反应釜，150℃反应68h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中800℃焙烧4h，产物命名为Mag－pillar－2。
Mag－pillar－2经XRD鉴定层间距达
【实施例8】
将10g Mag－swell，400g正硅酸乙脂混合，转移至密闭反应釜，80℃反应8h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中450℃焙烧8h，产物命名为Mag－pillar－3。
Mag－pillar－3经XRD鉴定层间距达
【实施例9】
将120g去离子水、14g正硅酸乙脂、7.2g25％四丙基氢氧化铵溶液均匀混合后，加入10g Mag－pillar，搅拌。所得混合溶液重量配比为：Mag－pillar：SiO2：TPAOH：H2O＝10：3.98：1.8：125.4。
该混合溶液于自生压反应釜内，120℃反应48h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中650℃焙烧4h，产物命名为Mag－Sil－1。
图4为Mag－Sil－1的XRD谱图，由图4可见，经高温焙烧后，Mag－Sil－1同时具有MFI结构的衍射峰以及，2θ角3度左右，对应层间距约的介孔体系。
【实施例10】
将100g去离子水、12.5g正硅酸乙脂、6.1g25％四丙基氢氧化铵溶液均匀混合后，加入10g Mag－pillar，搅拌。所得混合溶液重量配比为：Mag－pillar：SiO2：TPAOH：H2O＝10：3.6：1.5：104.6
该混合溶液于自生压反应釜内，125℃反应24h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中550℃焙烧4h，产物命名为Mag－Sil－2。
图5为Mag－Sil－2的XRD谱图，由图5可见，经高温焙烧后，Mag－Sil－2同时具有MFI结构的衍射峰以及，2θ角3度左右，对应层间距约的介孔体系。
图7为Mag－Sil－2的SEM照片，由图7可见，相比Mag－pillar，Mag－Sil－2的层厚度有了明显的增加，多数片层厚度约为0.8～0.1μ。可见Mag－Sil－2材料并非Magadiite层状硅酸盐和Silicalite－1分子筛的简单物理混合物，MFI型分子筛是在Magadiite硅酸盐的片上生长或由Magadiite硅酸盐的片转化而来。
【实施例11】
将80g去离子水、11g正硅酸乙脂、4.4g25％四丙基氢氧化铵溶液均匀混合后，加入10g Mag－pillar，搅拌。所得混合溶液重量配比为：Mag－pillar：SiO2：TPAOH：H2O＝10：3.1：1.1：83.3
该混合溶液于自生压反应釜内，100℃反应72h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中450℃焙烧6h，产物命名为Mag－Sil－3。
图8为Mag－Sil－3的XRD谱图，由图5可见，经高温焙烧后，Mag－Sil－3同时具有MFI结构的衍射峰以及，2θ角3度左右，对应层间距约的介孔体系。
【实施例12】
将150g去离子水、8.2g正硅酸乙脂、6.5g25％四丙基氢氧化铵溶液均匀混合后，加入0.5g铝酸钠和10g Mag－pillar，搅拌。所得混合溶液重量配比为：Mag－pillar：SiO2：TPAOH：Al2O3：H2O＝10：2.3：1.6：0.2：154.9
该混合溶液于自生压反应釜内，130℃反应12h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中800℃焙烧4h，产物命名为Mag－Z5－1。
Mag－Z5－1经XRD鉴定同时具有MFI结构的衍射峰以及，2θ角3.2度左右，对应层间距约的介孔体系。
【实施例13】
将110g去离子水、20g正硅酸乙脂、7.2g25％四丙基氢氧化铵溶液均匀混合后，加入0.9g铝酸钠和10g Mag－pillar，搅拌。所得混合溶液重量配比为：Mag－pillar：SiO2：TPAOH：Al2O3：H2O＝10：5.7：1.8：0.37：115.4
该混合溶液于自生压反应釜内，90℃反应72h，反应结束后经分离、洗涤、干燥后，于马弗炉中550℃焙烧10h，产物命名为Mag－Z5－2。
Mag－Z5－2经XRD鉴定同时具有MFI结构的衍射峰以及，2θ角3度左右，对应层间距约的介孔体系。
Claims (9)
1.一种柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料，所述材料具有两种共生物相，其特征在于XRD衍射图谱在28.50±1.7，15.28±1.2，11.32±0.67，10.16±0.45，3.86±0.07，3.83±0.06，3.75±0.06，3.72±0.06，3.64±0.06，3.40±0.05埃处有d-间距最大值。
2.权利要求1所述的柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：
a)将Magadiite层状硅酸盐、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、水按照10Magadiite：(10～80)CTAB：(2～20)TPAOH：(100～800)H2O的重量配比均匀混合，将该混合物于20～100℃反应8～120小时，分离洗涤得到Magadiite膨化材料；
b)将Magadiite膨化材料、正硅酸四乙脂按照重量比1：(5～40)均匀混合，于80～150℃反应8～72小时后，产物分离、洗涤，450℃～800℃焙烧4～10小时，得到柱撑Magadiite层状硅酸盐；
c)将柱撑Magadiite层状硅酸盐、硅源、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、铝源、水按照10Magadiite：(2～6)SiO2：(1～2)TPAOH：(0～0.4)Al2O3：(80～160)H2O的重量配比均匀混合，得到混合物A，将混合物A于85～130℃下，水热晶化12～72小时，反应结束后对晶化产物进行洗涤、分离、干燥、450℃～800℃焙烧4～10小时，得到Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料；
其中，所述硅源选自硅溶胶、无定形二氧化硅或有机硅脂中的至少一种，铝源选自拟薄水铝石、铝酸钠或异丙醇铝中的至少一种。
3.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于制备Magadiite膨化材料时，Magadiite层状硅酸盐、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、水的重量配比为10 Magadiite：(30～60)CTAB：(2～10)TPAOH：(100～320)H2O。
4.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于制备柱撑Magadiite层状硅酸盐时，Magadiite膨化材料和正硅酸四乙脂的重量比为1：(12～20)。
5.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于柱撑Magadiite层状硅酸盐焙烧温度为550℃～650℃。
6.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于硅源为有机硅脂，铝源为铝酸钠。
7.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于，柱撑Magadiite层状硅酸盐、硅源、四丙基氢氧化铵(TPAOH)、铝源、水的重量配比为10Magadiite：(3～4)SiO2：(1～2)TPAOH：(0～0.4)Al2O3：(80～126)H2O。
8.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于混合物A在100～120℃下，水热晶化24～48小时。
9.根据权利要求2所述柱撑Magadiite层状硅酸盐和MFI型分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于步骤c)中的晶化产物焙烧温度为550℃～650℃。
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| 层状硅(铝)酸盐为原料合成分子筛的研究;吴瑛;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20131215(第12期);第2.2.2、3.2.2节，第99页最后一段 * |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |