CN108217673A - 低硅铝比mcm-49分子筛及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低硅铝比MCM‑49分子筛及其制备方法,在极低的硅铝比条件下直接水热合成法合成MCM‑49分子筛的方法,本发明硅铝比值范围在5‑15,进一步突破了水热法直接合成MCM‑49分子筛的SiO2/Al2O3比值下限,并且不添加其他分子筛转晶,直接一步法水热合成直接得到,分子筛晶粒尺寸为900nm左右,比表面积在400‑490m2/g,具制备方法工艺简单,晶化温度低,条件易控,重复率好,成本低廉,对设备要求低,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于分子筛催化剂领域,具体涉及一种低硅铝比MCM-49分子筛及其制备方法。
背景技术
1993年Bennett报道了MCM-49分子筛的合成(US5236575,1993)。MCM-49是第一个不经过前驱体焙烧的直接合成型MWW结构分子筛,其在焙烧前后结构不变,均具有与焙烧后的MCM-22相同的骨架结构,但在微观结构和骨架铝的分布上存在差异。MCM-22和MCM-49(MWW型层状结构)的独特骨架拓扑结构由三套独立的孔道体系组成:层间有效孔径为0.40×0.54nm的十元环相连接的大的超笼(0.71×0.71×1.82nm),层内二维、正弦、交叉有效孔径为0.40×0.59nm的正弦网状孔道体系以及位于晶体外表面大小为深度为0.70nm的大的半笼(0.70×0.71×0.71nm)。超笼沿水平剖开为十二元环,笼、晶体表面的超笼被等分为两个穴状结构。MCM-49分子筛的外表面十二元环孔穴在整个孔道体系中并不占据主要地位,比较适合较小分子的催化反应,这种独特的结构性质使MCM-49分子筛具有热稳定性好、比表面积大、吸附性强的特点,表现出独特的孔道结构、吸附和催化特性,在芳烃、低碳烯烃和长链烯烃的烷基化等许多化学转化过程显示出优异的性能和广泛的应用前景(US5973193,1999)。
CN1397494A合成了一系列分子筛结构为MWW拓扑骨架结构的纳米级MCM-49分子筛,给出的SiO2/Al2O3范围是10-35,但是,实施例中MCM-49分子筛的SiO2/Al2O3>25,没有10<SiO2/Al2O3<25的具体实施例。
CN104495866A采用哌啶作为模板剂,在晶化温度为157℃~173℃条件下合成了纳米级MCM-49分子筛,SiO2/Al2O3范围是15-29。
Lawton(J.Physic Chemistry,1996,100:3778)等人认为当采用HMI作为模板剂进行合成时,得到MCM-49分子筛的SiO2/Al2O3范围是17-22。
CN104803397A中介绍了低硅铝比MCM-49分子筛的合成,合成时投料SiO2/Al2O3比小于等于15,但是同时加入了SiO2/Al2O3范围在2-5的FAU结构分子筛共同晶化通过转晶得到,合成过程中转晶不易控制。
发明内容
常规合成方法合成MCM-49分子筛的硅铝比为10以上,降低MCM-49分子筛的硅铝比一直是分子筛合成的研究方向之一,降低分子筛的硅铝比能够显著提高分子筛的酸性,提高分子筛的催化活性。迄今为止,未见到未添加FAU结构分子筛,直接低硅铝比SiO2/Al2O3<15水热法直接合成MCM-49分子筛的报道。
本发明的目的在于提供一种低硅铝比直接水热合成法制备MCM-49分子筛的方法,进一步突破合成MCM-49分子筛SiO2/Al2O3比值的下限。该方法具有过程简单,成本低的特点,所制得的MCM-49分子筛具有低SiO2/Al2O3比值,较大比表面积,同时可在较低温度下晶化得到。
为了实现上述发明目的,本发明的技术方案如下:
本发明提供一种低硅铝比MCM-49分子筛,其中,SiO2/Al2O3的摩尔比值为5~15,晶粒尺寸小于等于900nm。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛,其中,SiO2/Al2O3的摩尔比值优选为9~15。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛,其中,所述低硅铝比MCM-49分子筛比表面积优选为400-490m2/g。
本发明还提供一种低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其是上述低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,包括以下步骤:
将硅源,铝源,碱源,模板剂和蒸馏水按摩尔比值计:按照SiO2/Al2O3为5~15,OH-/SiO2为0.03-0.3,R/SiO2为0.07-2,H2O/SiO2为10-50的比例混合,形成反应混合物,其中R为模板剂;
以所述反应混合物的干基重量计,向所述反应混合物中加入0.01-1%的MCM-49分子筛活性晶种,陈化搅拌、晶化,晶化后的物料经固液分离,洗涤,干燥,得到MCM-49分子筛。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,所述硅源优选为硅溶胶和/或水玻璃。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,所述铝源优选为偏铝酸钠和/或硫酸铝。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,所述碱源优选为氢氧化钠。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,所述模板剂优选为六亚甲基亚胺。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,优选的是,所述硅源,铝源,碱源,模板剂和蒸馏水按摩尔比值计:SiO2/Al2O3为9-15,OH/SiO2为0.06-0.25,R/SiO2为0.07-1.2,H2O/SiO2为10-45。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,陈化搅拌温度优选为25℃~45℃,陈化搅拌时间优选为2h~24h。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,晶化条件优选为:晶化温度150℃-170℃,晶化时间12-90小时;晶化条件更优选为:晶化温度优选为150℃,晶化时间为24-72h。
本发明所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其中,以所述反应混合物的干基重量计,优选向所述反应混合物中加入0.02%的MCM-49分子筛活性晶种。
与现有技术相比,本发明改变陈化方式,在极低硅铝比条件下,通过水热法直接合成的MCM-49分子筛,是纳米级,同时具有较大的比表面积。硅铝比降低能够显著提高分子筛的酸性,从而提高分子筛的催化活性,较大的比表面积具有更多的活性中心,对反应有利。本发明进一步突破了水热法直接合成MCM-49分子筛下的低SiO2/Al2O3比值下限,反应简单易控,重复性好。
附图说明
图1:实施例1中制备的样品的XRD谱图;
图2:实施例1中制备的低硅铝比MCM-49分子筛的SEM谱图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例,下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件。
一种低硅铝比MCM-49分子筛的直接水热合成制备方法,将硅源,铝源,碱源,模板剂和蒸馏水按摩尔比值计:SiO2/Al2O3为5~15,OH/SiO2为0.03~0.3,R/SiO2为0.07~2,H2O/SiO2为10~50的比例混合,其中R为模板剂,再向该反应混合物中加入该混合物干基重量的0.01~1%的MCM-49分子筛活性晶种,在25-45℃条件下陈化搅拌2-24h,将混合物在150℃~170℃条件下,晶化时间为12~90小时后取出,晶化物料经固液分离,洗涤,干燥,焙烧,得到MCM-49分子筛。其中,所述硅源为硅溶胶,水玻璃中的至少一种,铝源为偏铝酸钠,硫酸铝的至少一种,碱源为氢氧化钠,模板剂R为六亚甲基亚胺。
硅源,铝源,碱源,模板剂和蒸馏水按摩尔比值计优选范围:SiO2/Al2O3为9-15,OH/SiO2为0.06-0.25,R/SiO2为0.07-1.2,H2O/SiO2为10-45。
陈化搅拌温度和时间优选范围:35-45℃,12-24h。
实施例1
先将0.45g氢氧化钠溶于31g去离子水中,剧烈搅拌下加入偏铝酸钠0.65g(Al2O350重量%),搅拌至澄清后,加入模板剂六亚甲基亚胺7.85g,搅拌均匀后缓慢滴加硅溶胶(SiO2 30重量%)9.63g,最后加入入该混合物干基重量的0.02%的MCM-49分子筛活性晶种,45℃条件下剧烈搅拌陈化24小时,装入不锈钢反应釜中,在150℃下水热晶化72小时,取出后经过滤,洗涤,干燥,焙烧以后,即得MCM-49分子筛。
该MCM-49分子筛的XRD谱图和扫描电镜照片如图1,2所示。X射线衍射仪侧得所得晶体为MCM-49分子筛,该样品的晶粒尺寸通过扫描电镜测试,约为900nm,BET比表面积490m2/g。
实施例2:
先将0.45g氢氧化钠溶于去31g去离子水中,剧烈搅拌下加入偏铝酸钠0.70g(Al2O350重量%),搅拌至澄清后,加入模板剂六亚甲基亚胺7.85g,搅拌均匀后缓慢滴加硅溶胶(SiO2 30重量%)9.63g,最后加入入该混合物干基重量的0.02%的MCM-49分子筛活性晶种,45℃条件下剧烈搅拌陈化24小时,装入不锈钢反应釜中,在150℃下水热晶化72小时,取出后经过滤,洗涤,干燥,焙烧以后,即得MCM-49分子筛,BET比表面积440m2/g。
实施例3:
先将0.19g氢氧化钠溶于去26g去离子水中,剧烈搅拌下加入偏铝酸钠0.72g(Al2O350重量%),搅拌至澄清后,加入模板剂六亚甲基亚胺6.5g,搅拌均匀后缓慢滴加硅溶胶(SiO2 30重量%)9.63g,最后加入入该混合物干基重量的0.02%的MCM-49分子筛活性晶种,40℃条件下剧烈搅拌陈化12小时,装入不锈钢反应釜中,在150℃下水热晶化72小时,取出后经过滤,洗涤,干燥,焙烧以后,即得MCM-49分子筛,BET比表面积415m2/g。
实施例4:
先将0.19g氢氧化钠溶于去26g去离子水中,剧烈搅拌下加入偏铝酸钠0.65g(Al2O350重量%),搅拌至澄清后,加入模板剂六亚甲基亚胺6.5g,搅拌均匀后缓慢滴加硅溶胶(SiO2 30重量%)9.63g,最后加入入该混合物干基重量的0.02%的MCM-49分子筛活性晶种,40℃条件下剧烈搅拌陈化12小时,装入不锈钢反应釜中,在170℃下水热晶化72小时,取出后经过滤,洗涤,干燥,焙烧以后,即得MCM-49分子筛。BET比表面积420m2/g。
实施例5:
先将0.34g氢氧化钠溶于去31g去离子水中,剧烈搅拌下加入偏铝酸钠0.70g(Al2O350重量%),搅拌至澄清后,加入模板剂六亚甲基亚胺7.85g,搅拌均匀后缓慢滴加硅溶胶(SiO2 30重量%)9.63g,最后加入入该混合物干基重量的0.02%的MCM-49分子筛活性晶种,35℃条件下剧烈搅拌陈化24小时,装入不锈钢反应釜中,在160℃下水热晶化64小时,取出后经过滤,洗涤,干燥,焙烧以后,即得MCM-49分子筛。BET比表面积424m2/g。
Claims (13)
1.一种低硅铝比MCM-49分子筛,其特征在于,SiO2/Al2O3的摩尔比值为5~15,晶粒尺寸小于等于900nm。
2.根据权利要求1所述的低硅铝比MCM-49分子筛,其特征在于,SiO2/Al2O3的摩尔比值为9~15。
3.根据权利要求1或2所述的低硅铝比MCM-49分子筛,其特征在于,所述低硅铝比MCM-49分子筛比表面积为400-490m2/g。
4.一种低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其是权利要求1~3任一项所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,包括以下步骤:
将硅源,铝源,碱源,模板剂和蒸馏水按摩尔比值计:按照SiO2/Al2O3为5~15,OH-/SiO2为0.03-0.3,R/SiO2为0.07-2,H2O/SiO2为10-50的比例混合,形成反应混合物,其中R为模板剂;
以所述反应混合物的干基重量计,向所述反应混合物中加入0.01-1%的MCM-49分子筛活性晶种,陈化搅拌、晶化,晶化后的物料经固液分离,洗涤,干燥,得到MCM-49分子筛。
5.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,所述硅源为硅溶胶和/或水玻璃。
6.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,所述铝源为偏铝酸钠和/或硫酸铝。
7.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,所述碱源为氢氧化钠。
8.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,所述模板剂为六亚甲基亚胺。
9.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,所述硅源,铝源,碱源,模板剂和蒸馏水按摩尔比值计:SiO2/Al2O3为9-15,OH/SiO2为0.06-0.25,R/SiO2为0.07-1.2,H2O/SiO2为10-45。
10.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,陈化搅拌温度为25℃~45℃,陈化搅拌时间为2h~24h。
11.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,晶化条件为:晶化温度150℃-170℃,晶化时间12-90小时。
12.根据权利要求11所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,晶化条件为:晶化温度为150℃,晶化时间为24-72h。
13.根据权利要求4所述的低硅铝比MCM-49分子筛的制备方法,其特征在于,以所述反应混合物的干基重量计,向所述反应混合物中加入0.02%的MCM-49分子筛活性晶种。
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