CN111099604B - Scm-26磷铝酸盐及其制备方法 - Google Patents

Scm-26磷铝酸盐及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型的SCM‑26磷铝酸盐及其制备方法，所述磷铝酸盐的骨架具有如下摩尔比的组成：(MxAlyPz)O2,其中M为锌，钴，镁中的一种，0.05≤x≤0.5,0.4≤z≤0.6，且x+y+z＝1。上述磷铝酸盐具有独特的X射线衍射图谱，它可以作为吸附剂使用，也可以作为催化剂或者催化剂的载体。

Description

SCM-26磷铝酸盐及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磷铝酸盐及其制备方法。
背景技术
大部分的磷铝酸盐属于分子筛大家族中的一种。分子筛是一类多孔的结晶材料，目前发现的已知结构的分子筛种类已达230多种，并且新结构的分子筛还在不断地涌现出来。大部分分子筛具有大的内比表面积以及开放的内部空间，这些内部空间既可以作为反应的发生场所，也可以用来容纳一些客体分子，如金属、金属氧化物，有机分子，水分子等等。由于分子筛具有均一规则的孔道，且孔道尺寸与分子属于同一量级，因而可以对分子的进出进行“选择”，从而获得择形效果。由于分子筛具有上述特征，因而被广泛用作催化剂、催化剂的载体、吸附剂和洗涤剂等，在石油化工，环保，以及吸附和分离领域获得了广泛应用。分子筛的骨架通常由配位四面体(TO4)通过共顶点(一般为氧原子)连接而成，对于沸石分子筛来说，骨架中的四面体主要为SiO4四面体和AlO4 -四面体，这两种四面体可以分别被其它的四面体所取代，从而形成许多各种骨架结构或者各种骨架组成的分子筛，例如，AlO4 -四面体可以被GaO4 -或ZnO4 2-四面体所取代,从而与SiO4四面体一道构成杂原子分子筛的骨架，而Ge与Si具有相似的配位性质，Ge也可以形成四面体配位结构，通过 GeO4和SiO4的连接可以形成数量众多的新型含锗的分子筛结构。
如果SiO4四面体被PO4 +四面体所取代，则形成了分子筛家族的另一个大类，即磷酸铝分子筛，也可称为磷铝酸盐，该类分子筛的骨架通过AlO4 -和PO4 +共氧原子连接而成，因而整个分子筛骨架呈现出电中性。当然，类似于沸石分子筛，磷酸铝分子筛中的铝氧四面体或者磷氧四面体也可以被其它的四面体所取代，其中最为常见的是硅氧四面体和锌氧四面体，由于这些四面体的引入，赋予了磷酸铝型分子筛新的特性。相比沸石分子筛，磷酸铝分子筛的人工合成研究比较晚。1971年，Flanigen等人报道了磷酸铝分子筛的合成【Molecular Sieve Zeolites-I,ACS,Washingtom D.C】，在水热合成条件下，混合铝，硅和磷的氧化物得到了与analcime,chabazite,phillipsite-harmotome,L型分子筛，A型分子筛和B型分子筛等具有相同晶体结构的硅磷铝分子筛，其中磷的含量为5～25％(以P2O5计)，但没有发现区别于沸石分子筛的结构。1982年的美国专利4310440使用有机胺或者季铵类化合物作为模板剂，水热合成出了一系列的磷酸铝分子筛，它们包括：AlPO4-5,AlPO4-8,AlPO4-9,AlPO4-11,AlPO4-12,AlPO4-14,AlPO4-16,AlPO4-17,AlPO4-18,AlPO4-20, AlPO4-21,AlPO4-22,AlPO4-23,AlPO4-25,AlPO4-26,AlPO4-28,AlPO4-31等，对于磷铝分子筛的合成，有机模板剂的种类是决定其结构的关键因素之一，到目前为止，有机胺仍是磷铝分子筛合成中应用最为广泛的模板剂。相比硅铝沸石分子筛，磷铝分子筛的工业应用还不多见，目前只有SAPO-34分子筛和SAPO-11分子筛获得了工业上的应用。最近发表的文章【Science,2016,351,1065-1068】揭示，SAPO分子筛可以应用于合成气制烯烃反应中的耦合催化剂的一部分，获得了较好的催化效果，另外，磷酸铝分子筛的潜在应用还包括将它们作为吸附剂或者催化剂的良好载体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种现有技术中未涉及的新的磷铝酸盐及其合成方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种SCM-26磷铝酸盐，所述磷铝酸盐的骨架具有如下摩尔比的组成：(MxAlyPz)O2,其中M包括锌，钴，镁中的至少一种，0.01≤x≤ 0.4,0.3≤z≤0.6，且x+y+z＝1，上述磷铝酸盐包含了如下的X射线衍射数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
上述磷铝酸盐的骨架更优的摩尔比组成为：(MxAlyPz)O2,0.05≤x≤0.5,0.4≤z≤0.6，且x+y+z＝1。优选地，其中M为锌。
本发明还提供一种SCM-26磷铝酸盐的制备方法，包括如下几个步骤：
a)将过渡金属化合物，铝源，磷源，有机物R和水混合，得到合成母液；
b)将上述合成母液晶化；晶化温度为130℃～148℃，
得到SCM-26磷铝酸盐；
其中有机物R为双季铵碱。
上述技术方案中，上述步骤b)获得的产物经洗涤和干燥后,得到SCM-26磷铝酸盐。
上述技术方案，优选地，过渡金属化合物，铝源，磷源，有机物R和水按照(0.02～0.5)MO: Al2O3:(1.0～3.0)P2O5:(1.0～3.0)R:(50～500)H2O的比例均匀混合。
上述技术方案，优选地，过渡金属化合物为锌，钴，镁的金属盐或者它们的组合，更优的选择是这些具有比较大的可溶性锌盐，钴盐和镁盐，它们包括硝酸锌，硫酸锌，氯化锌，醋酸锌，硝酸钴，醋酸钴，氯化镁，硫酸镁等。
上述技术方案，优选地，铝源选自拟薄水铝石，异丙醇铝和铝溶胶中的至少一种，更优的选择是拟薄水铝石或异丙醇中的至少一种。
上述技术方案，优选地，磷源选自磷酸,亚磷酸和五氧化二磷中的一种或多种。
上述技术方案，优选地，有机物R在体系中的作用主要是起到结构导向的作用，所述有机物R为N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2]辛烷)氢氧化铵，它的化学结构式表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
上述技术方案，优选地，将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，该反应容器一般应该具有不锈钢的内壁，更优的选择是衬有聚四氟乙烯的内壁，以防止器壁对反应体系的污染。
上述技术方案，优选地，反应的压力为体系自生的压力，晶化时间为48～180小时。
通过上述步骤合成得到的SCM-26磷铝酸盐含有一定量残留的有机化合物，该残留的有机化合物可以通过空气气氛下的热处理方法进行脱除，为了最大限度地保持磷铝酸盐结构的稳定性，也可以采取一些特别的方法，比如采用臭氧为氧化剂的热处理方法，或者采用有机溶剂萃取法。
经过有机模板剂处理后得到的金属磷铝分子筛具有开放的孔道体系，它可以作为吸附剂使用，也可以作为催化剂的载体或者以路易斯酸催化作用为主体的固体酸催化剂。
本发明还提供一种组合物，包含上述的SCM-26磷铝酸盐或按照上述方法合成的SCM-26磷铝酸盐，以及粘结剂。
本发明还提供一种上述方法合成的SCM-26磷铝酸盐、或者上述组合物作为吸附剂或催化剂的应用。
本发明提供了一种SCM-26磷铝酸盐，在金属化合物，铝源，磷源，有机物R共同作用下，同时控制反应原料间的投料比和晶化条件，定向得到SCM-26磷铝酸盐。
附图说明
图1为实施例1所得SCM-26金属磷铝分子筛的XRD图谱。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但并不因此限制本发明的保护范围。
具体实施方式
【实施例1】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵(以下简写为R)溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和 0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，它具有如图1所示的XRD图谱，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.09Al0.42P0.49O2。
【实施例2】
称取11.5克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环 [2,2,2]辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.5R:240H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.10Al0.42P0.48O2。
【实施例3】
称取6.9克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:1.5R:142H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.06Al0.42P0.42O2。
【实施例4】
称取4.6克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加0.575克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:1.2P2O5:1.0R:95H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.09Al0.42P0.49O2。
【实施例5】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.175克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.50ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.1Al0.40P0.5O2。
【实施例6】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.105克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.30ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.07Al0.43P0.5O2。
【实施例7】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.07克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.20ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.05Al0.46P0.49O2。
【实施例8】
称取6.9克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.105克的醋酸锌，随后再缓慢滴加0.958克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.30ZnO:1.0Al2O3:2.0P2O5:1.5R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为145℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.07Al0.43P0.5O2。
【实施例9】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为140℃，晶化时间为120 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.09Al0.42P0.49O2。
【实施例10】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为135℃，晶化时间为168 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.09Al0.42P0.49O2。
【实施例11】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.105克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.30ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为135℃，晶化时间为168 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.08Al0.42P0.5O2。
【实施例12】
称取9.2克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.14克的醋酸锌，随后再缓慢滴加1.15克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.40ZnO:1.0Al2O3:2.4P2O5:2.0R:190H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为150℃，晶化时间为100 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.09Al0.42P0.5O2。
【实施例13】
称取6.9克质量百分数为16.31％的N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2] 辛烷)氢氧化铵溶液，然后一边搅拌一边往其中加入0.43克的异丙醇铝和0.175克的醋酸锌，随后再缓慢滴加0.958克浓度为85％的磷酸溶液，搅拌均匀后即可得到具有下述摩尔比例组成的合成母液：
0.50ZnO:1.0Al2O3:2.0P2O5:1.5R:142H2O
将上述合成母液置于密闭反应容器中进行晶化，晶化温度为150℃，晶化时间为100 小时，晶化产物经洗涤和干燥后，得到磷铝酸盐，所得磷铝酸盐的骨架组成为Zn0.11Al0.43P0.46O2。

Claims (9)

1.一种SCM-26磷铝酸盐，所述磷铝酸盐的骨架具有如下摩尔比的组成：(MxAlyPz)O2,其中M包括锌，钴，和镁中的至少一种，0.01≤x≤0.4，0.3≤z≤0.6，且x+y+z＝1，上述磷铝酸盐具有如下的X射线衍射数据：
Figure FDA0003055558580000011
2.根据权利要求1所述的SCM-26磷铝酸盐，其特征在于，所述的磷铝酸盐的骨架具有如下摩尔比的组成：(MxAlyPz)O2,其中M为锌，钴，镁中的至少一种，0.05≤x≤0.4，0.4≤z≤0.6，且x+y+z＝1。
3.根据权利要求1所述的SCM-26磷铝酸盐，其特征在于，M为锌。
4.SCM-26磷铝酸盐的制备方法，包括如下几个步骤：
a)将金属盐，铝源，磷源，有机物R和水混合，得到合成母液；
b)将上述合成母液晶化；晶化温度为130℃～148℃，
得到SCM-26磷铝酸盐；
其中有机物R为N,N’-[1,4-亚苯基双(亚甲基)]双(1,4-二氮杂环[2,2,2]辛烷)氢氧化铵；
晶化时间为48～180小时；
金属盐以MO计，铝源以Al2O3计，磷源以P2O5计，有机物R和水按照(0.02～0.5)MO:Al2O3:(1.0～3.0)P2O5:(1.0～3.0)R:(50～500)H2O的摩尔比例均匀混合。
5.根据权利要求4所述的SCM-26磷铝酸盐的制备方法，其特征在于，铝源包括拟薄水铝石、异丙醇铝和铝溶胶中的至少一种；金属盐为锌，钴，镁的可溶性金属盐中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的SCM-26磷铝酸盐的制备方法，其特征在于，金属盐选自硝酸锌，硫酸锌，氯化锌，醋酸锌，硝酸钴，醋酸钴，氯化镁，硫酸镁的至少一种。
7.根据权利要求4所述的SCM-26磷铝酸盐的制备方法，其特征在于，磷源选自磷酸，亚磷酸和五氧化二磷中的一种或多种。
8.一种组合物，包含权利要求1-3任一所述的SCM-26磷铝酸盐或按照权利要求4-7任一所述方法合成的SCM-26磷铝酸盐，以及粘结剂。
9.权利要求4-7任一项所述方法合成的SCM-26磷铝酸盐、或者权利要求8所述组合物作为吸附剂或催化剂的应用。
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