CN111099624B - 硅锗stf沸石分子筛的制备方法 - Google Patents

硅锗stf沸石分子筛的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硅锗STF沸石分子筛的制备方法，主要解决现有技术中合成STF分子筛所用的有机模板剂结构过于复杂的问题。本发明通过采用包括在晶化条件下使硅源、锗源、有机模板剂R、水和任选地，杂原子元素X源接触，以获得分子筛的步骤；和任选地，焙烧所述获得的分子筛的步骤；所述有机模板剂R为含四甲基哌啶鎓阳离子TMP+的季铵盐或季铵碱，得到多孔STF沸石分子筛材料。本发明使用了结构简单的有机模板剂；合成范围广、操作简单易行，便于进行推广。

Description

硅锗STF沸石分子筛的制备方法
技术领域
本发明涉及一种沸石分子筛的合成方法，更确切地说是涉及一种STF沸石分子筛的合成方法。
技术背景
沸石分子筛是一种结晶多孔硅酸盐材料，被广泛用作吸附剂、离子交换剂和工业催化剂。目前，经国际分子筛协会核准的分子筛拓扑结构已经达到了235种。
STF分子筛具有一维10元环孔道结构，孔道走向为[001]方向。最早具有STF拓扑结构的分子筛是SSZ-35。雪佛龙公司在美国专利US 5316753中公开了使用各种构象受限的氮杂多环环体系作为模板剂来制备SSZ-35，包括3,3-二甲基-3-氮鎓-7-甲基-7-氮杂-双环壬烷、N-乙基-N-甲基-9-氮鎓双环[3.3.1]壬烷和1,3,3,8,8-五甲基-3-氮鎓双环[3.2.1]辛烷。该公司还在US 8999288专利公开了使用N,N-二甲基氮杂环壬烷鎓阳离子和US 9206052专利中公开了使用N,N-二乙基-2,3-二甲基哌啶鎓阳离子或N,N-二甲基-2-异丙基哌啶鎓阳离子作为有机模板剂制备沸石SSZ-35的方法。
日本专利JP 2002137918A中公开了使用顺,顺,顺-N-甲基六氢久洛尼定鎓阳离子作为有机模板剂合成SSZ-35。
ITQ-9(Chem.Commun.,1998,2329-2330)和Mu-26(Chem Lett.2002,616-617)分子筛是另两种具有STF拓扑结构的分子筛，合成这两种分子筛所用的有机模板剂分别为(R-,S-)-N,N-二甲基-6-氮鎓-1,3,3-三甲基双环[3.2.1]辛烷和顺-6,10-二甲基-5-氮杂-螺[4.5]癸烷。
以上这些方法中的有机模板剂结构复杂、价格昂贵，大大增加了STF分子筛的制备成本，从而限制了其在工业过程中的可用性。
发明内容
本发明提供一种STF沸石分子筛的合成方法。该方法采用一种简单的有机模板剂合成STF沸石分子筛，具体来说就是使用四甲基哌啶鎓阳离子为模板剂合成STF沸石分子筛。
本发明采取的技术方案如下：
一种硅锗STF沸石分子筛的合成方法，包括在晶化条件下使硅源、锗源、有机模板剂R、水和任选地，杂原子元素X源接触，以获得分子筛的步骤；和任选地，焙烧所述获得的分子筛的步骤；所述有机模板剂R为含四甲基哌啶鎓阳离子TMP+的季铵盐或季铵碱。
上述技术方案中，反应物各组分的摩尔比为TMP+:SiO2:GeO2:X2Om:H2O＝0.15～4:1:0.01～10:0～0.1:1～50，优选为TMP+:SiO2:GeO2:X2Om:H2O＝0.2～2:1:0.02～8:0.0025～0.05:1.5～35。其中m为X元素的氧化态，m＝1～7。更优选为TMP+:SiO2:GeO2:X2Om:H2O＝0.2～2:1:0.02～0.49:0.0025～0.05:1.5～35。
上述技术方案中，有机模板剂四甲基哌啶鎓阳离子包括但不限于1,1,2,6-四甲基哌啶鎓阳离子、1,1,3,5-四甲基哌啶鎓阳离子、1,1,2,5-四甲基哌啶鎓阳离子、1,1,3,3-四甲基哌啶鎓阳离子、1,1,2,2-四甲基哌啶鎓阳离子等，对应的氢氧化物分别简写为1,1,2,6-TMPOH、1,1,3,5-TMPOH、1,1,2,5-TMPOH、1,1,3,3-TMPOH、1,1,2,2-TMPOH，结构式分别为：
Figure BDA0001841101880000021
上述技术方案中，硅源包括选自水玻璃、硅溶胶、固体硅胶、气相白炭黑、无定形二氧化硅、硅藻土、沸石分子筛、正硅酸四乙酯中的至少一种。
上述技术方案中，锗源包括选自无定形二氧化锗或有机锗酯中的至少一种。
上述技术方案中，骨架杂原子元素X包括选自Al、B、Ga、Ti、Zr、Hf、Sn、Zn、Be、Fe、Cr、In中的至少一种。
上述技术方案中，晶化温度为100～200℃，更优的晶化温度为120～180℃。晶化时间为30～300小时，更优的晶化时间为45～195小时。
上述技术方案中，还包括对上述晶化产物进行洗涤、分离、干燥和煅烧的步骤，对上述晶化产物进行洗涤、分离、干燥和煅烧采用的是本领域常规的洗涤、分离、干燥和煅烧手段。
本发明中使用了结构简单的有机模板剂四甲基哌啶鎓阳离子和锗源，合成原料中引入的Ge元素起到了增强有机模板剂结构导向的作用，从而制备得到了骨架元素含硅、锗的STF结构沸石分子筛。除Si、Ge外，还可以将Al、Ti、Zr、Fe等多种元素引入骨架中，产生不同的催化活性中心，满足不同催化反应的需要。该发明合成步骤简单、可操作性强，合成范围广，便于进行推广。
附图说明
图1为实施例1所获得煅烧样品的X射线衍射(XRD)图
图2为实施例1所获得煅烧样品的扫描电子显微镜(SEM)照片
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。
【实施例1】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入34.7g正硅酸四乙酯(TEOS)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于150℃烘箱中晶化168小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为STF分子筛。样品的XRD图谱如图1所示，扫描电镜照片如图2所示。
【实施例2】
将10g氧化锗溶于105.2g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入41.6g正硅酸四乙酯(TEOS)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于175℃烘箱中晶化96小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为STF分子筛。
【实施例3】
将1.9g氧化锗溶于45.5g 1,1,3,5-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入37.9g正硅酸四乙酯(TEOS)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于160℃烘箱中晶化180小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为STF分子筛。
【实施例4】
将0.7g氧化锗溶于35.7g 1,1,2,5-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入40.8g正硅酸四乙酯(TEOS)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于150℃烘箱中晶化192小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为STF分子筛。
【实施例5】
将10.5g氧化锗溶于61.4g 1,1,3,3-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入51.9g正硅酸四乙酯(TEOS)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于185℃烘箱中晶化50小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为STF分子筛。
【实施例6】
将3.4g氧化锗溶于107.4g 1,1,2,2-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入20.8g正硅酸四乙酯(TEOS)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于135℃烘箱中晶化240小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为STF分子筛。
【实施例7】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入34.7g正硅酸四乙酯(TEOS)和0.68g异丙醇铝，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇、丙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于165℃烘箱中晶化156小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为含铝STF分子筛，产物中SiO2/Al2O3＝105。
【实施例8】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入34.7g正硅酸四乙酯(TEOS)和2.7g异丙醇铝，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇、丙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于155℃烘箱中晶化144小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为含铝STF分子筛，产物中SiO2/Al2O3＝23。
【实施例9】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入25g Ludox-AS-40硅溶胶和2.5g USY分子筛(SiO2/Al2O3＝37)，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于160℃烘箱中晶化150小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为含铝STF分子筛，产物中SiO2/Al2O3＝185。
【实施例10】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入10.5g白炭黑和0.4g无定形氧化铝，搅拌均匀后将容器敞口搅拌过夜以挥发部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于180℃烘箱中晶化72小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为含铝STF分子筛，产物中SiO2/Al2O3＝54。
【实施例11】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入34.7g正硅酸四乙酯和1.4g钛酸四丁酯，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇、丁醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于150℃烘箱中晶化120小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为含钛STF分子筛，产物中Si/Ti＝41。
【实施例12】
将3.5g氧化锗溶于76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，加入34.7g正硅酸四乙酯和1.35g九水合硝酸铁，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至反应混合物达到最终的摩尔组成。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于130℃烘箱中晶化192小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为含铁STF分子筛，产物中Si/Fe＝54。
【对比例1】
将34.7g正硅酸四乙酯(TEOS)缓慢滴加入76.8g 1,1,2,6-TMPOH水溶液中(20wt％)，常温下搅拌，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至水与氧化硅的摩尔比达到H2O/Si＝45。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于150℃烘箱中晶化168小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为BEA分子筛。
【对比例2】
将34.7g正硅酸四乙酯(TEOS)缓慢滴加入76.8g 1,1,3,5-TMPOH水溶液中(20wt％)，常温下搅拌，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至水与氧化硅的摩尔比达到H2O/Si＝45。
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于150℃烘箱中晶化168小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为MEL分子筛。
【对比例3】
将34.7g正硅酸四乙酯(TEOS)缓慢滴加入76.8g 1,1,3,3-TMPOH水溶液中(20wt％)，常温下搅拌，水解完全后将容器敞口搅拌过夜以挥发乙醇和部分水，直至水与氧化硅的摩尔比达到H2O/Si＝45
将上述混合物装入带有聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，置于150℃烘箱中晶化168小时。反应后固体经过滤、洗涤、干燥、煅烧后得到的固体为NON分子筛。

Claims (6)

1.一种硅锗STF沸石分子筛的合成方法，包括在晶化条件下使硅源、锗源、有机模板剂R、水和任选地，杂原子元素X源接触，以获得分子筛的步骤；和任选地，焙烧所述获得的分子筛的步骤；所述有机模板剂R为含四甲基哌啶鎓阳离子TMP+的季铵盐或季铵碱；
所述含四甲基哌啶鎓阳离子包括1,1,3,5-四甲基哌啶鎓阳离子、1,1,2,5-四甲基哌啶鎓阳离子、1,1,3,3-四甲基哌啶鎓阳离子和1,1,2,2-四甲基哌啶鎓阳离子；
步骤中，各反应物的摩尔比例为TMP+:SiO2:GeO2:X2Om:H2O＝0.15～4:1:0.01～10:0～0.1:1～50，其中m为X元素的氧化态，m＝1～7。
2.根据权利要求1所述的硅锗STF沸石分子筛的合成方法，其特征在于硅源包括选自水玻璃、硅溶胶、固体硅胶、无定形二氧化硅、硅藻土、沸石分子筛、正硅酸四乙酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的硅锗STF沸石分子筛的合成方法，其特征在于硅源包括选自水玻璃、硅溶胶、固体硅胶、气相白炭黑、硅藻土、沸石分子筛、正硅酸四乙酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的硅锗STF沸石分子筛的合成方法，其特征在于锗源包括选自无定形二氧化锗和有机锗酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的硅锗STF沸石分子筛的合成方法，其特征在于骨架杂原子元素X包括选自Al、B、Ga、Ti、Zr、Hf、Sn、Zn、Be、Fe、Cr、In中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的硅锗STF沸石分子筛的合成方法，其特征在于步骤中，反应混合物晶化温度为100～200℃，反应混合物晶化时间为30～300小时。
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