CN111232999B - 一种低硅铝比ton型分子筛的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TON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TON型分子筛。本发明制备的低硅铝比TON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TON型分子筛的合成方法
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TON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。
TON型分子筛骨架结构中同时包含五元环、六元环和十元环，其中由十元环组成的一维孔道为互不交联的平行孔道，孔口为椭圆形。具有TON拓扑结构的最具代表性的分子筛为ZSM-22，还有命名为Theta-1、KZ-2、ISI-1和NU-10等分子筛。由于其独特的孔道结构能够满足一些反应对择形催化的要求，故而在许多催化反应中表现出优异的催化性能和潜在的应用价值。
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TON型分子筛的Si/Al一般高于50，从而限制了其酸量的提高。通过使用特殊的模板剂，可以合成出一些低硅铝比的硅铝分子筛。比如，用于硅铝分子筛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)。这些合成低硅铝比硅铝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，限制了其大规模的应用。开发低成本合成酸量多的TON型分子筛方法，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TON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、氢氧化钾、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Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:80-500:1-100:1-200:1000-8000(硅源、铝源、氢氧化钾均按照其氧化物形式计算)；
2)将制得的前体混合物A于80℃-250℃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Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:1-60:1-100:1-200:100-4000(硅源、铝源均按照其氧化物形式计算)；
4)将混合物C于100℃-250℃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300℃-600℃下焙烧5h-36h，得到的固体为低硅铝比TON型分子筛。
所述的方法，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；
所述的方法，步骤1)中铝源为异丙醇铝、偏铝酸钠、拟薄水铝石、硫酸铝、硝酸铝中的一种或二种以上；
所述的方法，步骤1)中有机胺为二乙胺，1,6-己二胺、1-丁胺或乙醇胺等中的一种或两种以上。
所述的方法，步骤1)混合物A中Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:80-200:1-50:1-100:3000-6000。
所述的方法，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。
所述的方法，步骤3)混合物C中Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:10-40:1-30:1-50:200-2000。
所述的方法，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。
所述的方法，步骤5)中优选的焙烧温度为450℃-550℃；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TON型分子筛，此时该体系除了含有低结晶度TON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TON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TON型分子筛。
与现有技术合成的TON型分子筛相比，本发明的TON型分子筛合成方法具有以下特点：
(1)提供了一种低硅铝比TON型分子筛合成的新方法。
(2)制得的TON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。
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
称取氢氧化钾16g，1,6-己二胺41.2g，6.3g硫酸铝，加入300g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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4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TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
对比例2
称取氢氧化钾16g，1,6-己二胺41.2g，21g硫酸铝，加入300g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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4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，制得无定型产物，未得到TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例1
称取氢氧化钾16g，1,6-己二胺56.8g，6.3g硫酸铝，加入300g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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，保持1天，冷却至室温取出后，再向其中加入14.7g硫酸铝和水20g，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TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例2
称取氢氧化钾16g，二乙胺30g，6.3g硫酸铝，加入300g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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165℃烘箱，保持1天，冷却至室温取出后，再向其中加入18.9g硫酸铝和水20g，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TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例3
称取氢氧化钾16g，1-丁胺30g，6.3g硫酸铝，加入300g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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165℃烘箱，保持10h，冷却至室温取出后，再向其中加入21.7g硫酸铝和水20g，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165℃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TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例4
称取氢氧化钾16g，1-丁胺30g，6.3g硫酸铝，加入280g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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，保持18h，冷却至室温取出后，再向其中加入25.2g硫酸铝和水30g，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TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例5
称取氢氧化钾16g，乙醇胺21.7g，6.3g硫酸铝，加入270g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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，保持30h，冷却至室温取出后，再向其中加入56.7g硫酸铝和水36g，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165℃保持30h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TON型分子筛。所得TON型分子筛的Si/Al、酸量表征结果汇总于表1。
实施例6
称取氢氧化钾16g，乙醇胺21.7g，6.3g硫酸铝，加入290g水，充分搅拌后，向其中加入30％的硅溶胶188g，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，保持30h，冷却至室温取出后，再向其中加入119.7g硫酸铝和水40g，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TON型分子筛。所得TON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 BDA0001883391630000051
本发明制备的低硅铝比TON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 (9)

1.一种低硅铝比TON型分子筛的合成方法，其特征在于：以有机胺为模板剂，使用硅源、铝源和氢氧化钾合成低硅铝比TON型分子筛；包括以下步骤：
1）制备前体混合物：将硅源、铝源、氢氧化钾、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Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:80-500:1-100:1-200:1000-8000；
2）将制得的前体混合物A于80℃-250℃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Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:1-60:1-100:1-200:100-4000；
4）将混合物C于100℃-250℃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300°C-600°C下焙烧5h-36h，得到的固体为低硅铝比TON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。
3.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：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。
4.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：有机胺为二乙胺，1,6-己二胺、1-丁胺或乙醇胺等中的一种或两种以上。
5.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Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:80-200:1-50:1-100:3000-6000。
6.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晶化温度为100℃-200℃；晶化时间为10h-48h。
7.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Al2O3:SiO2:K2O:有机胺:H2O摩尔比例为1:10-40:1-30:1-50:200-2000。
8.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晶化温度为100℃-200℃；晶化时间为12h-100h。
9.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：步骤5)中焙烧温度为450℃-550℃；焙烧时间为6h-24h。
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