CN110203945A - 一种高结晶度和高硅铝比的改性y型分子筛的制备方法 - Google Patents

一种高结晶度和高硅铝比的改性y型分子筛的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，包含以下步骤：将Y型分子筛加入碱性缓冲溶液中搅拌均匀后进行轻微碱处理；将轻微碱处理后的Y型分子筛浆液过滤、洗涤，得Y分子筛滤饼；将Y分子筛滤饼加入到酸性缓冲溶液中搅拌均匀后进行深度酸处理；最后固液分离、洗涤、干燥、焙烧得改性Y型分子筛；该方法采用缓冲溶液对Y型分子筛进行处理，条件柔和，同时控制缓冲溶液的处理深度，使改性Y型分子筛保持了较高的结晶度，且具有更加丰富的二次孔及更高的硅铝比，大大提高了Y型分子筛的催化裂化性能；与此同时，本发明制备的Y型分子筛，表现出优良的疏水性。

Description

一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法
技术领域
本发明属于分子筛合成技术领域，具体为一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法。
背景技术
Y型分子筛是由八面沸石笼通过十二元环沿三个晶轴方向相互贯通而形成的，是一种优良的催化活性组分，不仅裂化活性高，而且选择性好。Y型分子筛自上世纪60年代首次使用以来，就一直是催化裂化（FCC）催化剂的主要活性组分。由于高硅Y型分子筛具优良的疏水性、较高的比表面积与吸附容量，是取代活性炭作为VOCs吸附剂的理想材料。
在实际应用过程中，Y型分子筛原粉由于其硅铝比低、水热稳定性差，在工业装置高温及水蒸气环境下使用时活性较差，因此通常需要提高Y分子筛的硅铝比、提高Y分子筛的晶胞收缩程度以提高其耐水、耐氮能力和反应性能。此外，随着原油重质化的加剧，FCC原料中的多环化合物含量显著增加，其在分子筛孔道中的扩散能力显著下降，因此通常需要Y型分子筛的二次孔孔容尽可能的大，以利于提高生成中间产物在分子筛孔道内的扩散。为了解决上述两个问题，国内外研究者进行了不懈的努力。针对提高Y型分子筛的硅铝比，美国专利US4036739公开了一种Y型分子筛的改性方法，在较高温度下进行水热处理得到晶胞参数小于2.440nm的改性Y型分子筛，但该处理过程较为严苛，同时Y型分子筛结晶度破坏严重，影响了其使用性能。中国专利CN1178721A公开了一种高硅结晶度Y型分子筛及其制备方法，以NH4NaY为反应原料，首先用六氟硅酸铵脱铝补硅，然后进行水热处理，最后再用铝盐溶液处理，所得到的Y型分子筛在深度脱铝的同时，保持了较高的结晶度，但是，所得的改性Y型分子筛孔容较低，不利于大分子反应物的接触、反应。针对提高Y型分子筛的二次孔孔容，美国专利US5601798公开了一种制备富含介孔的Y型分子筛的方法，以HY或者USY为原料，放在高压釜中与NH4NO3溶液或NH4NO3的混合溶液混合，在115℃-250℃的温度下处理2h-20h，得到的Y型分子筛介孔孔体积可达0.2ml/g-0.6ml/g，但其结晶度和比表面积均有显著下降。中国专利CN103172082公开了一种含介孔的Y型分子筛的制备方法，首先对钠型Y分子筛进行铵交换，随后利用有机酸水溶液处理，在对酸处理之后的分子筛进行NaOH处理，最后利用硝酸铵水溶液处理，得到含有介孔的Y型分子筛，经检测，其含有丰富的微孔，介孔孔体积能到0.5ml/g-1.5ml/g，但由于采用了强碱NaOH处理，Y型分子筛的结晶度难以保证。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，针对现有Y型分子筛改性技术存在着硅铝比、二次孔容与结晶度难以兼顾的问题，提供了一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法；得到在保持较高的结晶度的前提下，同时具有更加丰富的二次孔及更高的硅铝比的改性Y型分子筛。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，包括以下步骤：
1）将Y型分子筛加入碱性缓冲溶液中搅拌均匀，在25℃～80℃下进行碱处理；所述碱性缓冲溶液的pH值为8.2～12；所述Y型分子筛与碱性缓冲溶液质量比为1:3～1:12。
2）将碱处理后的Y型分子筛浆液过滤、洗涤，得Y型分子筛滤饼。
3）将所述的Y型分子筛滤饼加入到酸性缓冲溶液中搅拌均匀，在55℃～95℃下进行酸处理；所述酸性缓冲溶液的pH值为2.5～4.5；所述Y型分子筛滤饼与酸性缓冲溶液质量比为1:15～1:35。
4）将酸处理后的Y型分子筛浆液固液分离、洗涤、干燥、焙烧后得最终改性Y型分子筛。
优选的，所述的碱性缓冲溶液为NH3·H2O-NH4Cl体系、NaOH-Na2HPO4体系、Na2CO3-NaHCO3体系、NaOH-季胺碱体系的一种。
优选的，所述步骤1是将Y型分子筛加入碱性缓冲溶液中搅拌50～300min至均匀。
优选的，所述酸性缓冲溶液为醋酸-醋酸铵体系、硫酸-硫酸铝体系、硝酸-硝酸铵体系中的一种。
优选的，所述步骤3是将所述的Y型分子筛滤饼加入到酸性缓冲溶液中搅拌350～720min至均匀。
优选的，所述步骤2和4所述的洗涤所用去离子水的质量为所用缓冲溶液质量的1～3倍。
优选的，所述步骤4干燥温度为100℃～120℃，干燥时间6h～12h。
优选的，所述步骤4的焙烧温度500℃～600℃，焙烧时间3h～6h。
该方法采用改性处理条件比较温和的碱性缓冲溶液及酸性缓冲溶液，通过处理条件的控制，先进行轻微碱处理，之后采用深度的酸处理，采用控制二者的处理深度，成功制备了在保持较高的结晶度的前提下，同时具有更加丰富的二次孔及更高的硅铝比的改性Y型分子筛。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
1、本发明采用碱性缓冲溶液对Y型分子筛进行改性，处理条件比较温和，且处理条件比较轻微，主要清除Y型分子筛孔道内的非骨架硅和非骨架铝，改善了Y型分子筛内部孔道的有效孔径；同时温和的处理条件，弱化了分子筛的骨架结构，降低了后续脱铝的难度。
2、本发明采用酸性缓冲溶液继续对改性Y分子筛进行处理，且进行了深度处理，一方面保证了Y型分子筛骨架铝原子脱除量不至于过多，保证了Y型分子筛较高的结晶度，其硅铝比得到提高；另一方面温和的酸性缓冲溶液处理条件下，可以有效清除骨架脱落铝原子，保证了Y型分子筛孔道的畅通，同时具有更加丰富的二次孔。
3、本发明制备的改性Y分子筛，具有优良的疏水性，为挥发性有机化合物（VOCs）的有效吸附分子筛制备提供了一种全新的方法。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
以下实施例中所用Y型分子筛原粉均由中石化催化剂齐鲁分公司生产，其中硅铝摩尔比5.3、晶胞常数2.466nm、相对结晶度85.3%、总比表面积662m2/g、介孔体积0.18ml/g。
实施例1
按质量比1:12将Y型分子筛加入到pH值为8.2的NH3·H2O-NH4Cl缓冲体系中，于25℃下密封搅拌300min，之后过滤，采用1倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:15将上述滤饼加入到pH值为3.5的醋酸-醋酸铵缓冲体系中，于55℃下密封搅拌720min，之后过滤，采用1倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于100℃下干燥12h，500℃下焙烧6h后得改性Y型分子筛，编号S1，其性质见表1。
实施例2
按质量比1:3将Y型分子筛加入到pH值为12的Na2CO3-NaHCO3缓冲体系中，于45℃下密封搅拌50min，之后过滤，采用3倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:35将上述滤饼加入到pH值为2.5的硝酸-硝酸铵缓冲体系中，于95℃下密封搅拌350min，之后过滤，采用3倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于120℃下干燥6h，600℃下焙烧3h后得改性Y型分子筛，编号S2，其性质见表1。
实施例3
按质量比1:6将Y型分子筛加入到pH值为11的NaOH-Na2HPO4缓冲体系中，于35℃下密封搅拌150min，之后过滤，采用2倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:25将上述滤饼加入到pH值为5.5的硫酸-硫酸铝体系缓冲体系中，于75℃下密封搅拌580min，之后过滤，采用2.5倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于110℃下干燥8h，550℃下焙烧4h后后得改性Y型分子筛，编号S3，其性质见表1。
实施例4
按质量比1:8将Y型分子筛加入到pH值为10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲体系中，于40℃下密封搅拌200min，之后过滤，采用2.5倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:25将上述滤饼加入到pH值为3.0的硝酸-硝酸铵体系缓冲体系中，于65℃下密封搅拌600min，之后过滤，采用3倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于110℃下干燥10h，580℃下焙烧5h后得改性Y型分子筛，编号S4，其性质见表1。
实施例5
按质量比1:7将Y型分子筛加入到pH值为9的Na2CO3-NaHCO3缓冲体系中，于43℃下密封搅拌260min，之后过滤，采用1.5倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:30将上述滤饼加入到pH值为4.0的醋酸-醋酸铵体系缓冲体系中，于80℃下密封搅拌630min，之后过滤，采用3倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于105℃下干燥10h，650℃下焙烧4h后得改性Y型分子筛，编号S5，其性质见表1。
实施例6
按质量比1:10将Y型分子筛加入到pH值为9.3的NH3·H2O-NH4Cl缓冲体系中，于27℃下密封搅拌240min，之后过滤，采用2倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:27将上述滤饼加入到pH值为3.5的醋酸-醋酸铵缓冲体系中，于60℃下密封搅拌700min，之后过滤，采用2倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于100℃下干燥12h，570℃下焙烧6h后得改性Y型分子筛，编号S6，其性质见表1。
实施例7
按质量比1:5将Y型分子筛加入到pH值为10的NaOH-Na2HPO4缓冲体系中，于30℃下密封搅拌100min，之后过滤，采用1.5倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:18将上述滤饼加入到pH值为4.5的硫酸-硫酸铝体系缓冲体系中，于85℃下密封搅拌400min，之后过滤，采用2.0倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于110℃下干燥7h，550℃下焙烧4h后后得改性Y型分子筛，编号S7，其性质见表1。
实施例8
按质量比1:10将Y型分子筛加入到pH值为9.3的NaOH-季胺碱体系的一种，缓冲体系中，于60℃下密封搅拌120min，之后过滤，采用2倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，得滤饼；按质量比1:10将上述滤饼加入到pH值为3.5的硝酸-硝酸铵缓冲体系中，于90℃下密封搅拌240min，之后过滤，采用2倍于缓冲体系质量的去离子水洗涤，最后于100℃下干燥12h，650℃下焙烧6h后得改性Y型分子筛，编号S8，其性质见表1。
表1 实施例所得分子筛样品的性质。
说明：参照美国专利US5601798所述方法，选取分子筛骨架中直径在2～60nm范围的孔计算二次孔的体积。
上述表1各实施例样品的物性表明，通过本发明所述改性方法制备的改性Y型分子筛，结晶度基本保持不变；硅铝比从5.3提高到21-90，且可以根据需要调节；比表面积提高了18.6%-24.8%；介孔体积提高了27.8%-133.3%。
实施例9
以上述实施例所得改性分子筛为活性组分，以高岭土为基质、铝溶胶为粘结剂，按干基质量分子筛:高岭土:铝溶胶=35:50:15的比例打浆混合均匀，胶磨后进行喷雾、干燥制成微球催化剂，在小型固定流化床催化裂化装置上评价，其结果见表2。
反应条件：催化剂评价前经过800℃、100%水蒸气老化4h；原料油为大庆蜡油掺30%减压渣油；反应温度480℃；空速16h-1；剂油比4.0。
上述表2中的催化裂化评价数据表明，通过本发明所述对Y型分子筛的改性方法制备的催化剂，重油的转化能力更强，轻质油收率更高。
表3各分子筛样品对甲苯的吸附量
上述表3各分子筛样品对甲苯的吸附量数据表明，本发明中改性Y型分子筛甲苯与水汽的平衡吸附量比均大于1，最高达5.7244，说明其具有优良的疏水性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将Y型分子筛加入碱性缓冲溶液中搅拌均匀，在25℃～80℃下进行碱处理；所述碱性缓冲溶液的pH值为8.2～12；所述Y型分子筛与碱性缓冲溶液质量比为1:3～1:12；
2）将碱处理后的Y型分子筛浆液过滤、洗涤，得Y型分子筛滤饼；
3）将所述的Y型分子筛滤饼加入到酸性缓冲溶液中搅拌均匀，在55℃～95℃下进行酸处理；所述酸性缓冲溶液的pH值为2.5～4.5；所述Y型分子筛滤饼与酸性缓冲溶液质量比为1:15～1:35；
4）将酸处理后的Y型分子筛浆液固液分离、洗涤、干燥、焙烧后得最终改性Y型分子筛。
2.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述的碱性缓冲溶液为NH3·H2O-NH4Cl体系、NaOH-Na2HPO4体系、Na2CO3-NaHCO3体系、NaOH-季胺碱体系的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤1是将Y型分子筛加入碱性缓冲溶液中搅拌50～300min至均匀。
4.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述酸性缓冲溶液为醋酸-醋酸铵体系、硫酸-硫酸铝体系、硝酸-硝酸铵体系中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤3是将所述的Y型分子筛滤饼加入到酸性缓冲溶液中搅拌350～720min至均匀。
6.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤2和4所述的洗涤所用去离子水的质量为所用缓冲溶液质量的1～3倍。
7.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤4干燥温度为100℃～120℃，干燥时间6h～12h。
8.根据权利要求1所述的一种高结晶度和高硅铝比的改性Y型分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤4的焙烧温度500℃～600℃，焙烧时间3h～6h。
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