CN105540606B - 一种以黏土矿物为原料无溶剂合成mfi型沸石的方法 - Google Patents

一种以黏土矿物为原料无溶剂合成mfi型沸石的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黏土矿物为原料无溶剂法合成MFI型沸石的方法，以含硅铝的黏土矿物为硅和铝源，蒸汽辅助直接合成MFI型沸石，该方法操作简单、环境污染小、成本低。本发明的以黏土矿物为原料无溶剂合成MFI型沸石的方法，其是以黏土矿物为硅和铝源，蒸汽辅助无溶剂合成MFI型沸石。

Description

一种以黏土矿物为原料无溶剂合成MFI型沸石的方法
技术领域
本发明涉及一种合成MFI型沸石的方法，更具体地说涉及一种以黏土矿物为原料无溶剂合成MFI型沸石的方法。
背景技术
沸石具有规整孔道、较大比表面积、高水热稳定性和催化活性，已被广泛地应用在催化、吸附、分离等领域。目前，我国大部分沸石都是采用水热合成法生产的，常规水热合成法存在废水排放多，合成体系压力高、产率过低等问题。传统的水热合成需要使用大量的化学原料，如：水玻璃、硅胶、白炭黑、氧化铝和偏铝酸钠等基本原料，原料来源受到限制且生产成本偏高，从而严重影响合成产品应用领域的拓宽。富含硅、铝的黏土矿物，如：高岭土、膨润土、凹凸棒石黏土等，引起广大科研工作者和生产厂家的广泛关注，正在积极探索如何使其取代或部分取代传统化工原料。我国黏土矿物分布广泛、储量丰富、价格低廉，与世界其他国家的黏土矿物相比具有较明显的优势，因此，将含硅铝的黏土矿物用作传统硅源和铝源的替代物具有良好的经济效益和应用前景。专利(CN 102583431)将浓硫酸酸化的膨润土和高温煅烧的凹凸棒石混合经30％NaOH溶液处理以得到SiO2，用于合成4A分子筛。在上述的预处理过程中黏土矿物的晶体结构被完全破坏，只有部分的硅源被利用，有效组分利用率不高，强酸、强碱或高温预处理，产生大量了废液和能耗。因此需要研制一种新的合成方法以解决现有技术中存在的问题与不足。
发明内容
本发明针对现有技术的问题与不足，提供一种黏土矿物为原料无溶剂法合成MFI型沸石的方法，以含硅铝的黏土矿物为硅和铝源，蒸汽辅助直接合成MFI型沸石，该方法操作简单、环境污染小、成本低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的以黏土矿物为原料无溶剂合成MFI型沸石的方法，其是以黏土矿物为硅和铝源，蒸汽辅助无溶剂合成MFI型沸石。
本发明上述的方法，其包括以下步骤：
将黏土矿物、氟化物和有机模板剂研磨后得到固体混合物，将固体混合物置于聚四氟乙烯内衬反应釜中，再将含助晶化剂的敞口容器放入聚四氟乙烯内衬反应釜中，在反应釜中静态加热晶化，再经洗涤、过滤和干燥，得到MFI型沸石。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案是所述的研磨时间为5-10min。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案还可以是所述的黏土矿物：氟化物：有机模板剂的质量配比为1.0：(0.25-1.0)：(0.1-0.75)。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案还可以是所述的黏土矿物为凹凸棒石黏土、高岭土和膨润土中的一种或其组合。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案还可以是所述的氟化物为氟化铵和氟化钠中的一种或其组合。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案还可以是所述的有机模板剂为四丙基溴化铵、四丙基氯化铵和四丙基氟化铵中的一种或其组合。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案还可以是所述的助晶化剂为去离子水和氨水中的一种或两者混合物，加入量以1g黏土矿物计为1-10mL。
本发明上述的方法中，其更一步的技术方案还可以是所述的晶化温度范围为120-200℃，晶化时间为12-96h。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明是利用黏土矿物为原料无溶剂法直接合成MFI型沸石，以含硅铝的黏土矿物为硅源和铝源，蒸汽辅助合成MFI型沸石，拓展了黏土矿物的应用领域，丰富了合成MFI沸石的原料来源。
本发明中的黏土矿物无需经过深度酸化、碱熔或者热碱液预处理浸出SiO2成分，减少了预处理过程中大量化学试剂的消耗。
本发明采取无溶剂法合成沸石不仅具有操作简单、环境污染小、成本低等优点，而且还解决了水热合成法引起的合成体系压力过大、单釜效率低、废液排放量大等问题。
本发明使用蒸汽辅助法促进了固相物料在无碱液的环境中晶化，避免了引入碱液阳离子(Na+和K+，使用氟化钠的情况例外)，所以无需进行离子交换直接焙烧即可得到H型MFI结构沸石。
附图说明
图1为实施例1合成的MFI沸石的X-射线衍射(XRD)谱图。
图2为实施例1合成的MFI沸石的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但是本发明的范围不限于所给出的实施例。
实施例1
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化48h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为103％。
实施例2
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.15g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为98％。
实施例3
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.08g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为88％。
实施例4
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化铵和0.04g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为94％。
实施例5
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化钠和0.12g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为82％。
实施例6
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化铵和0.1g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为98％。
实施例7
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化铵和0.1g四丙基氯化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其74％。
实施例8
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL去离子水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化48h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为83％。
实施例9
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化钠和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL去离子水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为95％。
实施例10
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.1g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL去离子水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于140℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为91％。
实施例11
称取0.2g膨润土、0.1g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化48h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为92％。
实施例12
称取0.2g膨润土、0.1g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有2mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于200℃鼓风干燥箱中加热晶化12h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为75％。
实施例13
称取0.2g膨润土、0.15g氟化铵和0.1g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1.6mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化48h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为88％。
实施例13
称取0.2g膨润土、0.15g氟化钠和0.1g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化72h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为91％。
实施例14
称取0.2g膨润土、0.12g氟化铵和0.15g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL去离子水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为93％。
实施例15
称取0.2g膨润土、0.1g氟化铵和0.05g四丙基溴化铵于研钵中研磨10min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL去离子水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于140℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为76％。
实施例16
称取0.2g高岭土、0.1g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为72％。
实施例17
称取0.2g高岭土、0.08g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化72h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为88％。
实施例18
称取0.2g高岭土、0.08g氟化铵和0.15g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于140℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为93％。
实施例19
称取0.2g高岭土、0.1g氟化钠和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化48h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为78％。
实施例20
称取0.2g高岭土、0.12g氟化铵和0.12g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL去离子水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于200℃鼓风干燥箱中加热晶化96h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI型沸石原粉，其相对结晶度为94％。
对比例1Silitite-1
称取0.2g气相二氧化硅、0.10g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬中，然后将含有1mL氨水的敞口瓶放入聚四氟乙烯内衬中，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到MFI(Silitite-1)型沸石原粉，其相对结晶度作为100％。
对比例2
称取0.2g凹凸棒石黏土、0.10g氟化铵和0.08g四丙基溴化铵于研钵中研磨5min，将固体混合物转至聚四氟乙烯内衬后，加上反应釜钢套拧紧，于180℃鼓风干燥箱中加热晶化24h，降温至室温，过滤，蒸馏水洗涤，110℃干燥，得到黑色粉末，经X-射线衍射分析没有FMI型沸石形成。
通过对比例1可以看出，本发明可制得制得全硅的Silitite-1沸石；通过对比例2可以看出，本发明中使用去离子水/氨水蒸汽辅助是非常必要的。

Claims (3)

1.一种以黏土矿物为原料无溶剂合成MFI型沸石的方法，其特征在于是以黏土矿物为硅和铝源，蒸汽辅助无溶剂合成MFI型沸石，包括以下步骤：将黏土矿物、氟化物和有机模板剂研磨后得到固体混合物，将固体混合物置于聚四氟乙烯内衬反应釜中，再将含助晶化剂的敞口容器放入聚四氟乙烯内衬反应釜中，在反应釜中静态加热晶化，再经洗涤、过滤和干燥，得到MFI型沸石；所述的黏土矿物：氟化物：有机模板剂的质量配比为1.0：(0.25-1.0)：(0.1-0.75)；所述的氟化物为氟化铵和氟化钠中的一种或其组合；所述的有机模板剂为四丙基溴化铵、四丙基氯化铵和四丙基氟化铵中的一种或其组合；所述的晶化温度范围为120-200℃，晶化时间为12-96h；所述的黏土矿物为凹凸棒石黏土、高岭土和膨润土中的一种或其组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的研磨时间为5-10min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的助晶化剂为去离子水和氨水中的一种或两者混合物，加入量以1g黏土矿物计为1-10mL。
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