CN110127715A - 一种加速Beta分子筛合成的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加速Beta分子筛合成的方法。该方法由硅源、铝源、无机碱、微孔模板剂、促进剂充分混合所得凝胶经水热晶化快速制得Beta分子筛。所用促进剂为丁内酯、戊内酯、己内酯或其混合物。本发明以廉价的促进剂,通过一步法快速制得Beta分子筛,替代传统的晶种法来快速获得Beta分子筛,是一种经济和快捷获得Beta分子筛的方法。
Description
技术领域
本发明属于催化化学的技术领域,具体涉及一种加速Beta分子筛合成的方法。
背景技术
Beta分子筛是一种中孔沸石,具有独特的无笼三维十二元环大孔道系统、较好的催化稳定性、热稳定性和水热稳定性。沿[100]和[010]取向直线形通道,孔径约为0.77×0.67nm;沿[001]方向为贯穿直通道的弯曲通道,孔径约为0.56×0.56nm。Beta分子筛具有广泛的工业应用价值,主要用于烃类的催化转化过程,例如:苯与烯烃的烷基化(乙苯、异丙苯的生产),重芳烃的烷基转移、烃类裂解、加氢异构化等。
虽然Beta分子筛具有很多潜在的催化功能,但其制备过程面临制备周期长、成本高、容易产生杂晶等难题。因此,研究者开始致力于Beta分子筛的快速、精准合成。目前报道的主要有两种解决方案:1.寻找具有特殊性质的无机原料作为硅源、铝源;2.通过在Beta分子筛的合成体系中引入预先制备好的Beta分子筛作为晶种。
如Huang等人(Huang Gang,Ji Peng,Xu Hao,et a1.Microporous andMesoporous Materials,2017,248:30-39.)利用片层状的H型水硅畲石为硅源,通过170℃高温水热晶化0-24小时,快速制备出了多级孔Beta分子筛。但该制备方法所需硅源(H型水硅畲石)制备过程复杂,而且该制备过程晶化温度高、产物收率低、极易产生丝光沸石等杂晶。Zhang等人(Zhang Haiyan,Xie Bin,Meng Xiangju,et al.Microporous andMesoporous Materials,2013,180:123-129)利用Beta分子筛为晶种在无模板剂体系中制备出了高纯相的Beta分子筛。但该方法需要事先制备出高质量的Beta分子筛做晶种,而且晶化时间长,产物收率低。综上所述,目前已报道的Beta分子筛的快速合成方法仍存在一些问题:如制备过程繁琐、制备重现性不高、产物收率低等,在一定程度上限制了其工业化生产。因此,亟待开发出一种高制备重现性、操作简便用于快捷获得Beta分子筛的制备方法。
中国专利:201810140076.2披露了一种酮类晶体生长促进剂R(2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-异丙基-2-吡咯烷酮中的一种或几种)促进Beta分子筛的制备方法,在此基础上,我们申请酯类促进剂R(丁内酯、戊内酯、己内酯)加速beta分子筛合成方法,两者合成机理存在明显区别。
发明内容
本发明的目的在于开发一种加速Beta分子筛合成的方法,该方法合成的Beta分子筛具有晶化时间短和结晶度高等优点。
本发明主要通过在Beta分子筛的合成体系中引入促进剂来解决上述技术问题。
一种加速Beta分子筛合成的方法,具体步骤如下:
将硅源、铝源、无机碱、微孔模板剂(TEA+水溶液)、去离子水和促进剂R均匀混合,其原始摩尔组成为:SiO2/Al2O3=10~1000,Na2O/SiO2=0.0~0.4,TEA+/SiO2=0.10~1.0,H2O/SiO2=5~30,R/SiO2=0.05~2;原料均匀混合后直接进行高温晶化;将产物固液分离,固体产物经过滤、洗涤、干燥得到Beta分子筛;所选取的促进剂R为丁内酯、戊内酯、己内酯中的一种或几种,其中晶体生长促进剂R与硅源的摩尔比为0.05~2:1。
所选硅源为白炭黑、正硅酸乙酯、水玻璃、硅溶胶、层析硅胶、粗孔硅胶中的一种或几种,优选白炭黑为硅源。
所选铝源为铝酸钠、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、乙酸铝、铝粉、拟薄水铝石中的一种或几种,优选铝酸钠为铝源;
所述无机碱源为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾中的一种或几种。
所选碱源为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种,优选氢氧化钠为碱源;
所选取的微孔模板剂为四乙基氢氧化铵、四乙基溴化铵、四乙基氯化铵或四乙基氟化铵中的一种或几种,通过加入无机碱或微孔模板剂来调节原料混合物的碱度,优选四乙基氢氧化铵。
所述高温晶化为:95~145℃进行动态晶化20~90h。
通过调节原料配比和晶化条件,可以快速合成纯相Beta分子筛;该样品具有晶化时间短和结晶度高等优点。通过离子交换技术得到氢型、铵型、镓型、锌型、镁型Beta分子筛;
本申请所制备的分子筛可用于苯与烯烃的烷基化,重芳烃的烷基转移、烃类裂解、加氢异构化、异丁烯胺化等反应。
本发明优选以下技术方案:
(一)原料的混合采用以下三种方法之一:
1)将无机碱、铝源、微孔模板剂、去离子水、促进剂以及硅源在搅拌下,按顺序缓慢加入反应釜,形成原料混合物A,充分搅拌,使其混合均匀。
2)将铝源与部分无机碱、微孔模板剂配成溶液B1,将硅源与部分无机碱、微孔模板剂、促进剂配成溶液B2,将B1逐滴加入B2中,形成溶液B;充分搅拌,使原料混合均匀。
3)将铝源与部分无机碱、微孔模板剂配成溶液B1,将硅源与部分无机碱、微孔模板剂、促进剂配成溶液B2,将B2逐滴加入B1中,形成溶液C;充分搅拌,使原料混合均匀。
原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=10~1000,Na2O/SiO2=0.0~0.1,TEA+/SiO2=0.10~1.0,H2O/SiO2=5~20,R/SiO2=0.05~2。
(二)晶化
1)将搅拌均匀后的A、B或C溶液在95~145℃晶化20~90h,水热晶化合成Beta分子筛。
2)用自来水将反应釜骤冷,将产物固液分离,固体产物经过滤、洗涤、干燥得到Beta分子筛。
通过离子交换技术,可以用其它的阳离子取代本发明合成的Beta分子筛中的钠离子,从而得到氢型、铵型、镓型、锌型、镁型Beta分子筛,进而应用于不同的催化反应过程。本发明合成的中空单晶Beta分子筛可以用于苯与烯烃的烷基化(乙苯、异丙苯的生产),重芳烃的烷基转移、烃类裂解、加氢异构化、异丁烯胺化等反应。
本发明优点:
本发明以廉价的丁内酯、戊内酯、己内酯为促进剂,通过短时水热晶化来获得Beta分子筛,是一种经济、高效、简便的制备方法,有望规模化商业化生产。此外,本发明制备的Beta分子筛还具有结晶度高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1和对比例1制备的Beta分子筛的晶化曲线图。
图2为实施例1中晶化24小时所得分子筛原粉的粉末X射线衍射图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
在搅拌条件下,将5.3g白炭黑(95.0wt.%SiO2,5.0wt.%H2O)、0.4g铝酸钠(49.0wt.%Al2O3,38.0wt.%Na2O,13.0wt.%H2O)、0.13g氢氧化钠(96.0wt.%NaOH)、22.4g四乙基氢氧化铵水溶液(TEAOH,纯度≥35wt.%)、3.64g丁内酯(BL,≥99wt.%)、9g去离子水按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=43.5,Na2O/SiO2=0.048,TEA+/SiO2=0.636,BL/SiO2=0.5,H2O/SiO2=16。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在140℃晶化0~72h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。图1为晶化产物的结晶度随晶化时间的变化曲线,由图可以看出,添加促进剂BL之后,经过24h之后晶体的晶化已基本结束。图2晶化24h所得分子筛原粉的粉末X射线衍射图。由图可以看出,其为纯相的Beta分子筛,且结晶良好。
对比例1
在搅拌条件下,将5.3g白炭黑、0.4g铝酸钠、0.13g氢氧化钠、22.4g四乙基氢氧化铵水溶液、9g去离子水按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=43.5,Na2O/SiO2=0.048,TEA+/SiO2=0.636,H2O/SiO2=16。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在140℃晶化0~156h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。图1为晶化产物的结晶度随晶化时间的变化曲线,由图可以看出,晶体成核和生长速度缓慢,至少需要110h晶体才完全晶化。最终所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
图1是有添加剂BL和无添加剂的晶化曲线,横坐标是晶化时间,完全晶化有BL只需24h,无BL 120h;纵坐标是相对结晶度,完全晶化加BL为100%,不加70%多。因此本发明晶化时间更短,结晶度更高。
实施例2
在搅拌条件下,将19.5g水玻璃(26wt.%SiO2,8.2wt.%Na2O,65.8wt.%H2O)、5.6g硫酸铝(≥99wt.%)、1.9g氢氧化钾(≥99wt.%)、25g四乙基氯化铵水溶液(TEACl,纯度≥35wt.%)、14.5g BL按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=10,K2O/SiO2=0.2,TEA+/SiO2=0.636,BL/SiO2=2.0,H2O/SiO2=16。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在95℃晶化90h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
实施例3
在搅拌条件下,将17.4g正硅酸乙酯(≥99wt.%)、0.2g氯化铝(≥99wt.%)、2.7g氢氧化钠、3.5g四乙基氢氧化铵水溶液、8.5g戊内酯(VL,≥99wt.%)、9g去离子水按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=200,Na2O/SiO2=0.4,TEA+/SiO2=0.1,VL/SiO2=1.0,H2O/SiO2=16。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在120℃晶化30h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
实施例4
在搅拌条件下,将5.3g白炭黑、0.07g乙酸铝(≥90wt.%)、0.33g氢氧化钠、14g四乙基氢氧化铵水溶液、1.8g BL、2.4g己内酯(CL,纯度≥99wt.%)按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=400,Na2O/SiO2=0.048,TEA+/SiO2=0.4,BL/SiO2=0.25,CL/SiO2=0.25,H2O/SiO2=5。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在120℃晶化48h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
实施例5
在搅拌条件下,将5.3g白炭黑、0.0075g铝粉(100wt.%)、0.15g氢氧化钠、21g四乙基氢氧化铵水溶液、1.79g BL、5g去离子水按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=600,Na2O/SiO2=0.048,TEA+/SiO2=0.6,BL/SiO2=0.25,H2O/SiO2=10。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在145℃晶化40h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
实施例6
在搅拌条件下,将5.1g层析硅胶(98.0wt.%SiO2,2.0wt.%H2O)、0.015g拟薄水铝石(69wt.%SiO2,31wt.%H2O)、0.56g碳酸钾(≥98wt.%)、40g四乙基溴化铵水溶液、5.4gBL、15g去离子水按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=800,K2CO3/SiO2=0.048,TEA+/SiO2=0.8,BL/SiO2=0.75,H2O/SiO2=20。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在140℃晶化36h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物。再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
实施例7
在搅拌条件下,将5.15g粗孔硅胶(97.0wt.%SiO2,3.0wt.%H2O)、0.056g硫酸铝、0.42g碳酸钠(≥99.5wt.%)、35g四乙基氟化铵水溶液(TEAF,纯度≥35wt.%)、1.0g BL、20g去离子水按一定顺序加入反应釜中。原料混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=1000,Na2CO3/SiO2=0.048,TEA+/SiO2=1.0,BL/SiO2=0.125,H2O/SiO2=30。搅拌30min,使其充分混合均匀,将合成釜密封。直接在135℃晶化84h。用自来水淬灭反应,离心分离得到固体产物,再用去离子水洗涤至中性。80℃过夜干燥得到分子筛原粉。所得Beta产物的XRD谱图与图2类似。
Claims (7)
1.一种加速Beta分子筛合成的方法,其特征在于:将硅源、铝源、无机碱、微孔模板剂、去离子水和促进剂R均匀混合,其原始摩尔组成为:SiO2/Al2O3=10~1000,Na2O/SiO2=0.0~0.4,TEA+/SiO2=0.10~1.0,H2O/SiO2=5~30,R/SiO2=0.05~2;原料均匀混合后直接进行高温晶化;将产物固液分离,固体产物经过滤、洗涤、干燥得到Beta分子筛。
2.按照权利要求1所述的一种加速Beta分子筛合成的方法,其特征在于:所述硅源为白炭黑、正硅酸乙酯、水玻璃、硅溶胶、层析硅胶或粗孔硅胶中的一种或几种;
所述铝源为铝酸钠、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、乙酸铝、铝粉或拟薄水铝石中的一种或几种;
所述无机碱源为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾中的一种或几种。
3.按照权利要求1所述的一种加速Beta分子筛合成的方法,其特征在于:所选取的微孔模板剂为四乙基氢氧化铵、四乙基溴化铵、四乙基氯化铵或四乙基氟化铵中的一种或几种。
4.按照权利要求1所述的一种促进Beta分子筛合成的方法,其特征在于:所选取的促进剂R为丁内酯、戊内酯、己内酯中的一种或几种,其中晶体生长促进剂R与硅源的摩尔比为0.05~2:1。
5.按照权利要求1所述的一种加速Beta分子筛合成的方法,其特征在于:所述高温晶化为:95~145℃进行动态晶化20~90h。
6.基于权利要求1-5中任意权利要求所述方法合成的Beta分子筛,其特征在于:通过调节原料配比和晶化条件,可以快速合成Beta分子筛;通过离子交换技术得到氢型、铵型、镓型、锌型、镁型Beta分子筛。
7.根据权利要求1所述方法合成的Beta分子筛,其特征在于:用于苯与烯烃的烷基化,重芳烃的烷基转移、烃类裂解、加氢异构化、异丁烯胺化等反应。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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