CN106076402B - 一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用 - Google Patents

一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106076402B
CN106076402B CN201610418304.9A CN201610418304A CN106076402B CN 106076402 B CN106076402 B CN 106076402B CN 201610418304 A CN201610418304 A CN 201610418304A CN 106076402 B CN106076402 B CN 106076402B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mfi
nanometer sheet
silicon source
preparation
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610418304.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106076402A (zh
Inventor
李保山
龚鹏宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CN201610418304.9A priority Critical patent/CN106076402B/zh
Publication of CN106076402A publication Critical patent/CN106076402A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106076402B publication Critical patent/CN106076402B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/46Iron group metals or copper
    • B01J35/40
    • B01J35/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
    • C01B39/04Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof using at least one organic template directing agent, e.g. an ionic quaternary ammonium compound or an aminated compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/02Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
    • C07C5/10Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of aromatic six-membered rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/20Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/16Pore diameter
    • C01P2006/17Pore diameter distribution

Abstract

本发明公开了掺杂不同含量镍的具有等级孔结构的MFI型沸石纳米片(Ni‑MFI‑NSs)的制备方法及其应用,以长链双季铵盐表面活性剂为微孔‑介孔双功能结构导向剂,一步合成了不同含量过渡金属镍掺杂的等级孔MFI纳米片(Ni‑MFI‑NSs),其目的在于保证材料具有相互连通的微孔介孔等级结构的同时,向纳米片骨架上掺杂过渡金属镍,得到兼具酸性和金属特性的双功能催化材料,使其在催化反应中表现出良好的催化活性、高选择性和较长的寿命。

Description

一种高分散镍表面修饰的等级孔MFI纳米片的制备方法及其 应用
技术领域
本发明涉及一种一步合成掺杂过渡金属镍的等级孔MFI沸石纳米片(Ni-MFI-NSs)的制备方法及其在萘加氢生成四氢萘中的催化应用。具体地说,该等级孔分子筛由超薄的MFI型纳米片层层组装而成,层板中有典型的MFI微孔骨架结构,层板间的孔隙构成了材料的介孔。掺杂的镍与MFI纳米片表面的氧原子键合,高度分散在MFI纳米片的表面,对萘加氢反应具有很好的催化性能。属于催化剂新材料及其应用领域。
背景技术
双功能催化剂,即兼具骨架酸性和金属的特异性催化性能的催化剂,是在催化某些特征有机反应时所需要的。传统的方法是在合成出硅铝酸盐组成的等级孔沸石后再使用后合成法负载某种金属,如负载镍、钴、铁、钯等过渡金属的M/ZSM-5,用于加氢裂化、骨架异构等仅依靠分子筛催化剂的酸性不能解决的有机反应。负载型双功能催化剂通常需要负载大量的活性金属,金属前驱体经过煅烧、还原等手段处理过后金属容易发生团聚,阻塞分子筛的孔道,阻碍反应底物与催化位点的有效接触,因而这种催化剂通常在反应开始阶段活性较高,随着反应时间的延长,负载的金属大量流失,分子筛孔道发生堵塞,积炭严重,导致催化效率大大降低,催化剂的回收和活化过程比较繁琐,也不经济。掺杂型双功能催化剂与负载型双功能催化剂相比,其合成方法更简便,通常采用一步水热法即可合成。掺杂进入分子筛骨架的金属不仅分布均匀,金属稳定性高,不容易流失,还为分子筛提供许多Lewis活性位,在催化反应中表现出更好的选择性和使用寿命。
传统的微孔分子筛拥有单一的孔道结构,因此无论是金属负载型还是金属掺杂型分子筛,在催化反应中都存在容易积炭失活等缺点。具有单一介孔孔道的含金属分子筛虽然不容易积炭失活,但是其催化活性较低,产物选择性不高。多级孔分子筛和等级孔分子筛具有两种及以上的孔道结构,兼具微孔分子筛和介孔分子筛的优点,有良好的传质性能和催化活性,因此催化剂不容易积炭,活性持续时间大大延长,在大分子催化反应中得到越来越多的重视。
21世纪以来,经过十几年的努力和探索,许多多级孔分子筛和等级孔分子筛相继问世,合成方法也多种多样。①脱铝法是使用化学提取或蒸汽处理或两者结合的方法使骨架中的四配位铝脱除出骨架(Microporous and Mesoporous Materials, 2000, 34(2),135-147),从而在铝原子原来所在的位置上制造空穴形成介孔的方法。但是,通过脱铝法无法调节介孔的尺寸、形貌和密度,也没有形成相互连通的介孔网络结构,故仍然不利于大分子的扩散。②脱硅法则是在碱性条件下脱除骨架硅的方法(Chemistry Letters, 2000, 8,882-883)。③硬模板法是使用非硅多孔材料为模板合成等级孔分子筛的方法,其中最重要的硬模板材料是三维有序介孔(3DOM)碳模板(Journal of the American ChemicalSociety, 2011, 133(32), 12390-12393),另外还有聚苯乙烯球、聚氨酯泡沫、间苯二酚-甲醛聚合物气凝胶、淀粉和碳酸钙纳米粒子等硬模板。④软模板法是使用溶液态的、可运动的、分子的聚集体(如表面活性剂)作为“空间填充物”,在除去软模板之后即可得到等级孔分子筛。例如,Xiao等人(Angewandte Chemie, 2006, 45(19), 3090-3093)使用阳离子聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵丙烯酰胺分别合成了等级孔beta分子筛和等级孔ZSM-5分子筛。Ryoo等人(Nature Materials, 2006, 5(9), 718-723)通过设计一种多功能单一模板剂——有机硅烷直接合成了等级孔分子筛。随后,他们又设计了一种双季铵盐表面活性剂(Nature, 2009, 461(7261), 246-249),该表面活性剂由一个长的烷基链(C22)和两个C6烷基链组成,中间由两个季铵盐基团连接,以其作为结构导向剂成功合成了具有单晶胞厚度(2 nm)的MFI纳米片。该纳米片结构等级孔MFI沸石表面有大量的酸性位,在大分子有机物催化反应中有很高的活性。同时,堆积纳米片厚度的减小也使得底物扩散更容易,抑制了积炭的形成而防止催化剂失活。
萘加氢过程是一个重要的化工过程,能够降低柴油中的芳烃含量,其加氢产物四氢萘和十氢萘均是重要的高沸点有机溶剂,主要用作油脂、树脂、橡胶等的溶剂,还可用作润滑剂、染料、农药等的组成成分。Suttisawat等人(Fuel Processing Technology, 2012,95, 27-32)报道了四氢萘作为储氢材料在燃料电池中的应用,结果表明四氢萘相较于十氢萘有更高的释氢速率,在燃料电池中表现出更高的能量转换效率,因此四氢萘更适于作为氢燃料电池的储氢材料。该燃料电池的储氢过程即萘加氢生成四氢萘的过程,如何提高萘的转化率和对四氢萘的选择性就显得十分重要。萘加氢的催化剂主要包括贵金属Pt、Pd、Ru、Rh、Ir催化剂和非贵金属Ni、Mo、Co、W等催化剂。贵金属催化剂不仅昂贵,而且很容易将萘加氢生成十氢萘,对四氢萘的选择性较差(Fuel, 2015, 154, 80-87);非贵金属催化剂的加氢活性较弱,导致萘的转化率较低,但仍然有一部分四氢萘转化为十氢萘(AppliedCatalysis B: Environmental, 176-177, 374-384)。因此,设计金属均匀分布、具有特殊结构、拥有大量合适酸性的催化剂来催化萘加氢达到高转化率和高选择性就显得尤为重要。
发明内容
本发明涉及掺杂不同含量镍的具有等级孔结构的MFI型沸石纳米片(Ni-MFI-NSs)的制备方法及其应用,以长链双季铵盐表面活性剂为微孔-介孔双功能结构导向剂,一步合成了不同含量过渡金属镍掺杂的等级孔MFI纳米片(Ni-MFI-NSs),其目的在于保证材料具有相互连通的微孔介孔等级结构的同时,向纳米片骨架上掺杂过渡金属镍,得到兼具酸性和金属特性的双功能催化材料,使其在催化反应中表现出良好的催化活性、高选择性和较长的寿命。Ni-MFI-NSs材料具有优越的等级孔纳米片结构,在萘加氢的催化反应中表现出了卓越的催化活性,对四氢萘的选择性高达100%。
本发明采用如下技术方案,一种高分散镍表面修饰的等级孔MFI纳米片,由超薄MFI纳米片层层堆叠而成,堆叠厚度为15~100 nm,MFI纳米片在晶体学b轴方向上的厚度为2.3 nm或3.0 nm,层间距构成的介孔孔隙范围为3.0~3.6 nm。
在本发明的一个优选实施方案中,掺杂的镍原子与MFI纳米片骨架外表面上的氧原子成键,高度分散在纳米片的表面,镍的总掺杂量为1~6wt%。
在本发明的一个优选实施方案中,掺杂的镍原子提供了大量强度较弱的Lewis酸性位,Ni-MFI-NSs的氨气程序升温脱附曲线上只有一个130℃左右的信号峰,其总的酸含量优选为0.6~0.9 mmol/g。
在本发明的一个优选实施方案中,所述的等级孔Ni-MFI-NSs的XRD谱图2θ峰只含有a轴方向和c轴方向的MFI晶体结构特征峰,对应的晶面为:[101]、[200]、[002]、[301]、[202]、[400]、[103]、[501]、[303]、[403]、[104]、[503],不包含b轴方向的特征峰。
在本发明的一个优选实施方案中,等级孔Ni-MFI-NSs的形貌随掺杂镍含量的增加逐渐表现为十字交叉型,其特征在于靠近十字中心的两个方向相互垂直的MFI纳米片的生长宽度要大于靠近十字边缘的MFI纳米片的生长宽度,其最大生长宽度为1.8 μm × 2.5 μm,最小生长宽度为0.6 μm × 1.0 μm。
本发明还保护上述高分散镍表面修饰的等级孔MFI纳米片的制备方法,使用阳离子表面活性剂为结构导向剂一步水热合成了过渡金属镍掺杂的等级孔Ni-MFI-NSs。
在本发明的一个优选实施方案中,所述的阳离子表面活性剂为双季铵盐型阳离子表面活性剂,优选为二溴化(N-十八烷基-N'-己基-N,N,N',N'-四甲基)己二铵(C34H74N2Br2),其结构组成式为[CH3(CH2)17N+(CH3)2(CH2)6N+(CH3)2(CH2)5CH3]Br2
在本发明的一个优选实施方案中,其制备方法包括如下步骤:将含镍的可溶性盐、硅源、无机碱、水、结构导向剂混合得到均匀凝胶,其摩尔配比为结构导向剂:硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 0.08-0.12:1,无机碱:硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 0.20-0.28:1,水: 硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 35-55:1,镍:硅源所含有的或能够生成的SiO2= 0.02-0.08:1,在50~70 ℃水浴条件下,连续搅拌3~4 h后转移入反应罐中,在150℃条件下晶化72~120 h,将晶化后的产物经过抽滤、洗涤、烘干、焙烧得到Ni-MFI-NSs成品。
在本发明的一个优选实施方案中,所述的含镍的可溶性盐为硝酸盐、硫酸盐或氯化物;所述的硅源为气相白炭黑,正硅酸乙酯(TEOS)或水玻璃中的一种或几种;所述的无机碱为碱金属或碱土金属的氢氧化物。
在本发明的一个优选实施方案中,所述的抽滤、洗涤过程是指在减压抽滤的同时加入去离子水洗涤滤饼3~4次,烘干过程是在25~70 ℃下烘干12~24 h,焙烧过程是在0.5~1.5 ℃/min的条件下程序升温至550~600 ℃保温4~6 h。
本发明还保护上述高分散镍表面修饰的等级孔MFI纳米片作为萘加氢生产四氢萘的催化剂应用,其中,加氢反应采用固定床进行,原料为质量百分数5~10wt%萘的正辛烷、正壬烷或正癸烷溶液,催化加氢反应温度为280~380℃,氢压力为3~5MPa,空速为6~8h-1
与现有技术相比,本发明的优点在于以合成的双季铵盐表面活性剂为双功能结构导向剂,在一定原料配比和一定温度下,一步法制备了掺杂过渡金属镍的等级孔MFI沸石纳米片Ni-MFI-NSs。该材料由超薄的MFI型纳米片层层组装而成,层间构成了材料的介孔孔隙,过渡金属镍与MFI骨架表面的氧原子成键,高度分散于MFI纳米片的表面,为该材料提供了大量的较弱的活性酸性位。由于该材料微孔和介孔相互连通,其作为双功能催化剂在催化反应中有利于反应物和产物的扩散,而且与分子筛骨架成键的镍也不容易丢失,因此在表现出良好的催化效果和高选择性的同时,能够防止积炭的形成,使催化剂的使用寿命大大提升。因此,在萘加氢模型反应中Ni-MFI-NSs不仅展现出较高的转化率,还拥有对四氢萘100%的选择性。该等级孔Ni-MFI-NSs材料作为高选择性双功能催化剂,在催化裂化、催化氧化、异构化等实际应用中将发挥巨大的潜力。
附图说明
图1.是实施例1样品Ni-MFI-NSs-50、实施例2样品Ni-MFI-NSs-25、实施例3 Ni-MFI-NSs-17样品的XRD谱图;
图2.是实施例1样品Ni-MFI-NSs-50、实施例2样品Ni-MFI-NSs-25、实施例3 Ni-MFI-NSs-17样品的SEM图;
图3.是实施例3样品Ni-MFI-NSs-17的HRTEM图,其中白圈标记内容为纳米片表面被还原出来的镍纳米颗粒;
图4.是实施例1样品Ni-MFI-NSs-50、实施例2样品Ni-MFI-NSs-25、实施例3 Ni-MFI-NSs-17样品的氮气吸脱附表征图(A),包括吸附等温线图和孔径分布图(B)。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容作进一步的详细说明,但并不因此而限制本发明。
本发明中合成等级孔Ni-MFI-NSs所用双功能结构导向剂以C34H74N2Br2为例,过渡金属源以硫酸镍为例,所用的硅源以TEOS为例,所用的无机碱以氢氧化钠为例;所用的水均为去离子水;所用的试剂均采用分析纯试剂;所得成品的X射线衍射谱图是用多晶粉末衍射测试得到,所用仪器为日本理学D/max-RA型X射线衍射仪,电压40 kV,电流40 mA,扫描范围0.5°- 70°;所得成品中过渡金属的含量经电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定,所用仪器为IPCPS-7500;扫描电子显微镜表征是使用Hitachi S-4700,加速电压为30kV;高倍透射显微镜表征是使用Jem-3010进行的,加速电压为200 KV;样品的吸脱附特征由Micromeritics ASAP 2020M型氮气吸脱附分析仪测定,测试前样品先在200℃真空条件下脱气12 h。
实施例1:
称取2.79 g双功能结构导向剂[CH3(CH2)17-N+(CH3)2-(CH2)6-N+(CH3)2-(CH2)5CH3]Br2和0.40 g NaOH固体,溶于24 mL去离子水中,60 ℃下水浴搅拌30 min获得澄清溶液。称取0.218 g NiSO4·H2O固体,溶于6 mL去离子水中,逐滴加入到上述澄清溶液中,在60 ℃水浴中继续搅拌1 h。然后迅速加入9.3 mL TEOS,连续搅拌1 h后,转移入聚四氟乙烯内衬的反应罐中,在150℃条件下晶化5天。晶化结束后,冷却至室温,抽滤,洗涤至滤液pH为7,60℃干燥24 h后,以1 ℃ min-1的速率程序升温至550 ℃,保温6 h除去结构导向剂。得到等级孔MFI沸石纳米片分子筛样品记为Ni-MFI-NSs-50(原料中Si/Ni比为50),其XRD谱图如图1所示,SEM图如图2所示,氮气吸脱附曲线及孔径分布曲线如图4所示。Ni-MFI-NSs-50的微孔比表面积优选为156 m2/g,介孔比表面积优选为20 m2/g,微孔孔容优选为0.08 cm3/g,介孔孔容优选为0.18 cm3/g,实测样品总Si/Ni比为85,样品表面Si/Ni比为92.16,总的酸含量优选为0.047 mmol/g;在萘加氢催化反应中,Ni-MFI-NSs-17对四氢萘的选择性为100%,萘的转化率为4.0%。
实施例2:
称取2.79 g双功能结构导向剂[CH3(CH2)17-N+(CH3)2-(CH2)6-N+(CH3)2-(CH2)5CH3]Br2和0.40 g NaOH固体,溶于24 mL去离子水中,60 ℃下水浴搅拌30 min获得澄清溶液。称取0.436 g NiSO4·H2O固体,溶于6 mL去离子水中,逐滴加入到上述澄清溶液中,在60 ℃水浴中继续搅拌1 h。然后迅速加入9.3 mL TEOS,连续搅拌1 h后,转移入聚四氟乙烯内衬的反应罐中,在150℃条件下晶化5天。晶化结束后,冷却至室温,抽滤,洗涤至滤液pH为7,60℃干燥24 h后,以1 ℃ min-1的速率程序升温至550 ℃,保温6 h除去结构导向剂。得到等级孔MFI沸石纳米片分子筛样品记为Ni-MFI-NSs-25(原料中Si/Ni比为25),其XRD谱图如图1所示,SEM图如图2所示,氮气吸脱附曲线及孔径分布曲线如图4所示。Ni-MFI-NSs-25的其微孔比表面积优选为135 m2/g,介孔比表面积优选为51 m2/g,微孔孔容优选为0.07 cm3/g,介孔孔容优选为0.23 cm3/g,实测样品总Si/Ni比为33,样品表面Si/Ni比为12.12,总的酸含量优选为0.613 mmol/g;在萘加氢催化反应中,Ni-MFI-NSs-17对四氢萘的选择性为100%,萘的转化率为52.6%。
实施例3:
称取2.79 g双功能结构导向剂[CH3(CH2)17-N+(CH3)2-(CH2)6-N+(CH3)2-(CH2)5CH3]Br2和0.40 g NaOH固体,溶于24 mL去离子水中,60 ℃下水浴搅拌30 min获得澄清溶液。称取0.654 g NiSO4·H2O固体,溶于6 mL去离子水中,逐滴加入到上述澄清溶液中,在60 ℃水浴中继续搅拌1 h。然后迅速加入9.3 mL TEOS,连续搅拌1 h后,转移入聚四氟乙烯内衬的反应罐中,在150℃条件下晶化5天。晶化结束后,冷却至室温,抽滤,洗涤至滤液pH为7,60℃干燥24 h后,以1 ℃ min-1的速率程序升温至550 ℃,保温6 h除去结构导向剂。得到等级孔MFI沸石纳米片分子筛样品记为Ni-MFI-NSs-17(原料中Si/Ni比为17),其XRD谱图如图1所示,SEM图如图2所示,HRTEM图如图3所示,氮气吸脱附曲线及孔径分布曲线如图4所示。Ni-MFI-NSs-17的其微孔比表面积优选为234 m2/g,介孔比表面积优选为128 m2/g,微孔孔容优选为0.12 cm3/g,介孔孔容优选为0.34 cm3/g,实测样品总Si/Ni比为22,样品表面Si/Ni比为10.51,总的酸含量优选为0.874 mmol/g;在萘加氢催化反应中,Ni-MFI-NSs-17对四氢萘的选择性为100%,萘的转化率为84.9%。

Claims (11)

1.一种高分散镍表面修饰的等级孔MFI纳米片,其特征在于,由超薄MFI纳米片层层堆叠而成,堆叠厚度为15~100 nm,MFI纳米片在晶体学b轴方向上的厚度为2.3 nm或3.0 nm,层间距构成的介孔孔隙范围为3.0~3.6 nm;
其制备方法包括如下步骤:将含镍的可溶性盐、硅源、无机碱、水、结构导向剂混合得到均匀凝胶,其摩尔配比为结构导向剂: 硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 0.08-0.12:1,无机碱:硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 0.20-0.28:1,水: 硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 35-55:1,镍:硅源所含有的或能够生成的SiO2= 0.02-0.08:1,在50~70 ℃水浴条件下,连续搅拌3~4 h后转移入反应罐中,在150℃条件下晶化72~120 h,将晶化后的产物经过抽滤、洗涤、烘干、焙烧得到。
2.根据权利要求1所述的等级孔MFI纳米片,其特征在于,掺杂的镍原子与MFI纳米片骨架外表面上的氧原子成键,高度分散在纳米片的表面,镍的总掺杂量为1~6wt%。
3.根据权利要求1所述的等级孔MFI纳米片,其特征在于,掺杂的镍原子提供了大量强度较弱的Lewis酸性位,其总的酸含量为0.6~0.9 mmol/g。
4.根据权利要求1所述的等级孔MFI纳米片,其特征在于,所述的等级孔MFI纳米片的形貌随掺杂镍含量的增加逐渐表现为十字交叉型,靠近十字中心的两个方向相互垂直的MFI纳米片的生长宽度要大于靠近十字边缘的MFI纳米片的生长宽度,其最大生长宽度为1.8 μm × 2.5 μm,最小生长宽度为0.6 μm × 1.0 μm。
5.权利要求1-4中任一项所述的等级孔MFI纳米片的制备方法,其特征在于,使用阳离子表面活性剂为结构导向剂一步水热合成了过渡金属镍掺杂的等级孔Ni-MFI-NSs。
6.权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述的阳离子表面活性剂为双季铵盐型阳离子表面活性剂。
7.权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述的阳离子表面活性剂为二溴化(N-十八烷基-N'-己基-N,N,N',N'-四甲基)己二铵。
8.权利要求5所述的制备方法,其特征在于,其制备方法包括如下步骤:将含镍的可溶性盐、硅源、无机碱、水、结构导向剂混合得到均匀凝胶,其摩尔配比为结构导向剂: 硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 0.08-0.12:1,无机碱:硅源所含有的或能够生成的SiO2 =0.20-0.28:1,水: 硅源所含有的或能够生成的SiO2 = 35-55:1,镍:硅源所含有的或能够生成的SiO2= 0.02-0.08:1,在50~70 ℃水浴条件下,连续搅拌3~4 h后转移入反应罐中,在150℃条件下晶化72~120 h,将晶化后的产物经过抽滤、洗涤、烘干、焙烧得到。
9.权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述的含镍的可溶性盐为硝酸盐、硫酸盐或氯化物;所述的硅源为气相白炭黑,正硅酸乙酯或水玻璃中的一种或几种;所述的无机碱为碱金属或碱土金属的氢氧化物。
10.权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述的抽滤、洗涤过程是指在减压抽滤的同时加入去离子水洗涤滤饼3~4次,烘干过程是在25~70 ℃下烘干12~24 h,焙烧过程是在0.5~1.5 ℃/min的条件下程序升温至550~600 ℃保温4~6 h。
11.权利要求1-4中任一项所述的等级孔MFI纳米片作为萘加氢生产四氢萘的催化剂应用,其特征在于,加氢反应采用固定床进行,原料为质量百分数5~10wt%萘的正辛烷、正壬烷或正癸烷溶液,催化加氢反应温度为280~380℃,氢压力为3~5MPa,空速为6~8h-1
CN201610418304.9A 2016-06-13 2016-06-13 一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用 Active CN106076402B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610418304.9A CN106076402B (zh) 2016-06-13 2016-06-13 一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610418304.9A CN106076402B (zh) 2016-06-13 2016-06-13 一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106076402A CN106076402A (zh) 2016-11-09
CN106076402B true CN106076402B (zh) 2018-11-16

Family

ID=57845702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610418304.9A Active CN106076402B (zh) 2016-06-13 2016-06-13 一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106076402B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106914223A (zh) * 2017-04-06 2017-07-04 中触媒新材料股份有限公司 一种用于正构烷烃吸附分离的多级孔5a分子筛吸附剂及其制备方法
CN109694086B (zh) * 2017-10-20 2020-12-29 中国石油化工股份有限公司 纳米zsm-5沸石分子筛聚集体的制备方法
CN108054387B (zh) * 2017-12-04 2020-03-24 五行科技股份有限公司 一种钯-介孔氧化硅空心多核纳米催化材料的制备方法
CN108341428B (zh) * 2018-02-07 2019-05-24 厦门大学 一种多孔径分布的金属氧化物复合材料的制备方法
CN108579799B (zh) * 2018-05-07 2020-12-22 天津大学 一种mfi结构纳米片层分子筛催化剂、其制备方法及用途
CN113830787B (zh) * 2020-06-24 2022-12-02 中国石油天然气股份有限公司 一种多级孔mfi型纳米沸石分子筛及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104128185A (zh) * 2014-07-07 2014-11-05 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种合成四氢萘的催化剂及制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004261734A (ja) * 2003-03-03 2004-09-24 Ngk Insulators Ltd アンモニア含有排水の処理方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104128185A (zh) * 2014-07-07 2014-11-05 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种合成四氢萘的催化剂及制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hierarchically Structure-Directing Effect of Multi-Ammonium Surfactants for the Generation of MFI Zeolite Nanosheets;Woojin Park等;《Chem.Mater.》;20111108;第23卷;第5131-5137页 *
Xiao Li等.Synthesis of mesoporous zeolite Ni-MFI with high nickel contents by using the ionic complex [(C4H9)4N]+2[Ni(EDTA)]2−asatemplate.《Journal of Colloid and Interface Science》.2009,第332卷第444-450页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106076402A (zh) 2016-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106076402B (zh) 一种高分散镍表面修饰的等级孔mfi纳米片的制备方法及其应用
EP3129138B1 (en) A general method to incorporate metal nanoparticles in zeolites and zeotypes
Hu et al. Catalytic decomposition of ammonia to COx-free hydrogen over Ni/ZSM-5 catalysts: A comparative study of the preparation methods
Ding et al. Synthesis and photocatalytic activity of porous bismuth oxychloride hexagonal prisms
CN109731608A (zh) 一种封装金属纳米颗粒的无钠硅铝分子筛的双功能催化剂及其制备方法
Liu et al. Pd/transition metal oxides functionalized ZSM-5 single crystals with b-axis aligned mesopores: Efficient and long-lived catalysts for benzene combustion
Zhu et al. Synthesis of ZSM-5 with intracrystal or intercrystal mesopores by polyvinyl butyral templating method
CN111054416A (zh) 一种氮掺杂碳材料负载合金催化剂及其制备方法和应用
CN111437870A (zh) 一种金属@mfi的多级孔结构的封装催化剂及其封装方法和用途
CN108855197B (zh) 丙烷脱氢催化剂及其制备方法以及丙烷脱氢制丙烯的方法
CN112844445A (zh) Silicalite-1分子筛微孔孔道限域的ZnCo基双金属催化剂的制备与应用
Liu et al. Cobalt nanoparticles imbedded into zeolite crystals: A tailor-made catalyst for one-step synthesis of gasoline from syngas
KR20180041794A (ko) 3차원 기공구조의 메조포러스 실리카 지지체를 포함하는 포름산 탈수소화 촉매 및 이의 제조방법
He et al. Globin-like mesoporous CeO 2: A CO-assisted synthesis based on carbonate hydroxide precursors and its applications in low temperature CO oxidation
CN108975349A (zh) 一种大孔-微孔复合zsm-5分子筛及其合成和应用
WO2016086361A1 (zh) 一种纳米zsm-5分子筛的合成方法
CN111250151A (zh) 一种Ni@ZSM-5多级孔结构的双功能催化剂、封装方法及其应用
CN114405538B (zh) 一种多级孔Fe/ZSM-5分子筛及其制备方法和应用
CN104925827A (zh) 一种含过渡金属的晶体结构介孔分子筛Cry-Fe及其制备方法
CN109264738A (zh) 无模板剂合成含有金属的介孔ets-10沸石的合成方法
CN114247472A (zh) 一种介孔mfi沸石包覆超小多金属纳米颗粒的合成方法
EP2696978B1 (en) Synthesis and use of m41s family molecular sieves
CN112973694A (zh) 一种铝元素促进的无序介孔二氧化硅负载的钴基催化剂及其制备与应用
CN107344120B (zh) 加氢裂化催化剂载体及其制法
KR102664972B1 (ko) 제올라이트간 변환을 통한 Ni-BEA 제올라이트 촉매의 제조방법 및 이에 따라 제조된 촉매

Legal Events

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