CN111217379A - 一种低硅铝比mtw型分子筛合成方法 - Google Patents

一种低硅铝比mtw型分子筛合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种MTW型分子筛合成方法。该合成方法的具体实施步骤如下:将硅源、铝源、模板剂、水充分混合后,加热晶化一定时间制备前体混合物;向前体混合物中再加入一定的铝源、水,继续加热晶化一定时间制得低硅铝比MTW型分子筛。本发明制备的低硅铝比MTW型分子筛,其Si/Al可低至5,具有酸性强,酸量大的特点,在石油炼制与石油化工、煤化工等领域具有潜在的应用。本发明提供的合成方法成本低,操作安全简便,环境友好。

Description

一种低硅铝比MTW型分子筛合成方法
技术领域
本发明涉及的是分子筛的合成方法,具体的涉及低硅铝比MTW型分子筛的合成方法。
背景技术
沸石分子筛是一类无机晶体材料,具有独特的孔道结构、较大的比表面积、可以调控的酸性等特点,在石油炼制与石油化工、煤化工等领域具有广泛的应用。
MTW型分子筛最初由美孚公司的科学家Rosinski等人合成(US Patent 3,832,449),LaPierre等人证明MTW型沸石分子筛由一维12元环孔道构成,其孔道直径
Figure BDA0001879589290000011
(Zeolites 1985,5(6),346-348.)。MTW型分子筛在加氢异构,加氢裂化,芳构化、烷基化等酸催化反应中表现出良好的催化性能。
分子筛作用于酸催化反应过程中,其催化性能与酸性密切相关。分子筛酸量越多,催化剂活性越高,达到目标转化率所需要的温度越低。但是,在目前的文献报道中MTW 型分子筛的Si/Al一般高于30,从而限制了其酸量的提高(Microporous and MesoporousMaterials,49(2001),149-156)。Corma等人利用在实验室合成的模板剂得到了Si/Al=12的MTW型分子筛(NewJ.Chem.,2016,40,4140);Jintao Li等人利用在实验合成的模板剂得到了Si/Al=8-23的MTW型分子筛(Catalysis Communications,50(2014), 97–100)。这两种合成低硅铝比MTW型分子筛的方法都需要用到实验室合成的模板剂,合成成本高,限制了这两种方法大规模的应用。因此低成本合成酸量多的MTW型分子筛,将可能拓展该类分子筛在酸催化反应中的进一步应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种低硅铝比MTW型分子筛合成的新方法。
上述目的,通过以下技术方案实现:
1)制备前体混合物:将硅源、铝源、有机胺、水按一定比例混合,搅拌至均匀,形成前体混合物A,A中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O摩尔比例为1:0-0.0125:0.1-0.25:5-40(硅源、铝源均按照其氧化物形式计算);
2)将制得的前体混合物A于80℃-300℃条件下加热晶化5h-72h后,冷却至室温,得到混合物B;
3)向混合物B中加入一定量的铝源和水,搅拌至均匀,得到混合物C,C中SiO2:Al2O3: 有机胺:H2O摩尔比例为1:0.017-0.5:0.1-0.25:5-40(硅源、铝源均按照其氧化物形式计算);
4)将混合物C于80℃-300℃条件下加热晶化5h-120h;
5)晶化结束后,将混合物冷却至室温,过滤、洗涤并干燥,在500℃-800℃下焙烧5h-36h,得到的固体为低硅铝比MTW型分子筛。
上述步骤1)中硅源为硅溶胶、水玻璃、白炭黑、正硅酸乙酯中的一种或二种以上;铝源为异丙醇铝、偏铝酸钠、拟薄水铝石、硫酸铝、硝酸铝中的一种或二种以上;有机胺为四乙基氢氧化铵、四乙基溴化铵、四乙基氯化铵、甲基三乙基溴化铵、甲基三乙基氯化铵中的一种或两种以上。
上述步骤1)混合物A中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O优选的摩尔比例为 1:0.005-0.0125:0.125-0.20:8-20。
上述步骤2)混合物A优选的晶化温度为100℃-200℃;优选的晶化时间为10h-48h。
上述步骤3)混合物C中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O优选的摩尔比例为 1:0.018-0.3:0.15-0.25:8-30。
上述步骤4)混合物C优选的晶化温度为100℃-200℃;优选的晶化时间为12h-100h。
上述步骤5)中优选的焙烧温度为550℃-700℃;优选的焙烧时间为12h-24h。
硅源、铝源、模板剂在一定温度晶化一定时间后生成低结晶度的MTW型分子筛,此时该体系除了含有低结晶度MTW型分子筛,还含有硅铝无定形物质、模板剂和水。向此体系中再加入铝源后,低结晶度的MTW型分子筛起到晶种的作用,在一定温度晶化过程中,所加入的铝源在晶种的作用下,更容易进入分子筛中,导致更多的铝进入到分子筛骨架,晶化结束后制得低硅铝比MTW型分子筛。
与现有技术合成的MTW型分子筛相比,本发明的MTW型分子筛合成方法具有以下特点:
(1)提供了一种低硅铝比MTW型分子筛合成的新方法。
(2)制得的MTW型分子筛具有较多的酸量。
(3)本合成方法成本低,只需利用商业化的模板剂合成,操作简便,具有较强的经济性。
附图说明
图1为对比例1所合成的MTW型分子筛的XRD谱图。
图2为对比例1所合成的MTW型分子筛的NH3-TPD谱图。
图3为对比例2所合成的*BEA型分子筛的XRD谱图。
图4为本发明实施例1所合成的MTW型分子筛的XRD谱图。
图5为本发明实施例1所合成的MTW型分子筛的NH3-TPD谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但需要指出的是,本发明内容并不局限于此。
对比例1
称取偏铝酸钠0.08g,四乙基氢氧化铵3.24g,加入3.90g水,充分搅拌后,向其中加入40%的硅溶胶6.6g,搅拌均匀后,将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,放入160℃烘箱,晶化5天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。其XRD谱图如图1;NH3-TPD 图如图2。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
对比例2
称取偏铝酸钠0.13g,四乙基氢氧化铵3.24g,加入3.90g水,充分搅拌后,向其中加入40%的硅溶胶6.6g,搅拌均匀后,将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,放入160℃烘箱,晶化5天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得*BEA分子筛。所得*BEA分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
对比例3
称取偏铝酸钠0.27g,四乙基氢氧化铵3.24g,加入3.90g水,充分搅拌后,向其中加入40%的硅溶胶6.6g,搅拌均匀后,将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,放入160℃烘箱,晶化5天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得*BEA分子筛。所得*BEA分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
对比例4
称取偏铝酸钠0.80g,四乙基氢氧化铵3.24g,加入3.90g水,充分搅拌后,向其中加入40%的硅溶胶6.6g,搅拌均匀后,将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,放入160℃烘箱,晶化5天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得*BEA分子筛。所得*BEA分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例1
称取偏铝酸钠0.08g和25%的四乙基氢氧化铵溶液3.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至160℃保持1天,冷却至室温取出后,再向其中加入0.05g偏铝酸钠和水3.9g,搅拌均匀后将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至160℃保持2 天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。其XRD谱图如图3;NH3-TPD图如图4。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例2
称取偏铝酸钠0.08g和25%的四乙基氢氧化铵溶液3.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持1天,冷却至室温后,再向其中加入0.12g偏铝酸钠和水3.9g,搅拌均匀后,将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持2天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例3
称取偏铝酸钠0.08g和25%的四乙基氢氧化铵溶液4.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持1天后,冷却至室温,再向其中加入0.32g偏铝酸钠和水3.9g,搅拌均匀后将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持2天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例4
称取偏铝酸钠0.08g和25%的四乙基氢氧化铵溶液4.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持1天后,冷却至室温,再向其中加入0.72g偏铝酸钠和水3.9g,搅拌均匀后将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持2天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例5
称取偏铝酸钠0.08g和25%的四乙基氢氧化铵溶液4.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至160℃保持2天,冷却至室温后,向其中加入0.32g偏铝酸钠和水3.9g,搅拌均匀后将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持3天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例6
称取偏铝酸钠0.08g,氢氧化钠0.08g和25%的四乙基溴化铵溶液4.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至160℃保持2天,冷却至室温后,再向其中加入0.32g偏铝酸钠和水3.9g,搅拌均匀后将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持3天后,冷却至室温,用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表 1。
实施例7
称取偏铝酸钠0.08g,氢氧化钠0.08g和25%的四乙基溴化铵溶液4.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至160℃保持2天,冷却至室温后,再向其中加入0.60g硫酸铝和水 3.9g,搅拌均匀后将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持3天后,冷却至室温,并用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表 1。
实施例8
称取偏铝酸钠0.08g,氢氧化钠0.08g和25%的四乙基溴化铵溶液4.24g,充分混合后加入40%的硅溶胶溶液6.6g,然后搅拌均匀。将混合液移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至160℃保持2天,冷却至室温后,再向其中加入0.66g硝酸铝和水 3.9g,搅拌均匀后将混合液再移入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,升温至170℃保持3天后,冷却至室温,并用去离子水洗涤3次后置于120℃烘箱中干燥,经过550℃焙烧12h,制得MTW型分子筛。所得MTW型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表 1。
表1对比例和实施例所得分子筛晶型、Si/Al、酸量表征结果
Figure BDA0001879589290000061
本发明制备的低硅铝比MTW型分子筛,其Si/Al可低至5,具有酸性强,酸量大的特点,在石油炼制与石油化工、煤化工等领域具有潜在的应用。本发明提供的合成方法成本低,操作安全简便,环境友好。

Claims (7)

1.一种低硅铝比MTW型分子筛的合成方法,其特征在于:以有机胺为模板剂,将硅源、铝源合成低硅铝比MTW型分子筛;包括以下步骤:
1)制备前体混合物:将硅源、铝源、有机胺、水按一定比例混合,搅拌至均匀,形成前体混合物A,A中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O摩尔比例为1:0-0.0125:0.1-0.25:5-40(硅源、铝源均按照其氧化物形式计算);
2)将制得的前体混合物A于80℃-300℃条件下加热晶化5h-72h后,冷却至室温,得到混合物B;
3)向混合物B中加入一定量的铝源和水,搅拌至均匀,得到混合物C,C中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O摩尔比例为1:0.017-0.5:0.1-0.25:5-40(硅源、铝源均按照其氧化物形式计算);
4)将混合物C于80℃-300℃条件下加热晶化5h-120h;
5)晶化结束后,将混合物冷却至室温,过滤、洗涤并干燥,在500℃-800℃下焙烧5h-36h,得到的固体为低硅铝比MTW型分子筛。
2.按照权利要求1所述的合成方法,其特征在于:步骤1)中硅源为硅溶胶、水玻璃、白炭黑、正硅酸乙酯中的一种或二种以上;铝源为异丙醇铝、偏铝酸钠、拟薄水铝石、硫酸铝、硝酸铝中的一种或二种以上;有机胺为四乙基氢氧化铵、四乙基溴化铵、四乙基氯化铵、甲基三乙基溴化铵、甲基三乙基氯化铵中的一种或两种以上。
3.按照权利要求1所述的合成方法,其特征在于:步骤1)混合物A中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O优选的摩尔比例为1:0.005-0.0125:0.125-0.20:8-20。
4.按照权利要求1所述的合成方法,其特征在于:步骤2)混合物A优选的晶化温度为100℃-200℃;优选的晶化时间为10h-48h。
5.按照权利要求1所述的合成方法,其特征在于:步骤3)混合物C中SiO2:Al2O3:有机胺:H2O优选的摩尔比例为1:0.018-0.3:0.15-0.25:8-30。
6.按照权利要求1所述的合成方法,其特征在于:步骤4)混合物C优选的晶化温度为100℃-200℃;优选的晶化时间为12h-100h。
7.按照权利要求1所述的合成方法,其特征在于:步骤5)中优选的焙烧温度为550℃-700℃;优选的焙烧时间为12h-24h。
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