CN112174162A - 一种制备Silicalite-1分子筛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备Silicalite‑1分子筛的方法。首先进行β分子筛脱铝:将β分子筛和0.01~14(mol/L)的酸性溶液混合,在20℃~200℃温度下搅拌0.5~120小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛;然后将脱铝β分子筛碱处理转晶:将脱铝β分子筛和0.01~10(mol/L)浓度的碱液混合,在20℃~200℃下搅拌0.1~120小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到Silicalite‑1分子筛。本发明的不使用任何有机模板剂,可以有效地节约生产成本;不使用水热合成方法,直接快速转晶得到Silicalite‑1分子筛。
Description
技术领域
本发明属于分子筛制备技术领域,具体涉及一种制备Silicalite-1分子筛的方法。
背景技术
Silicalite-1分子筛为具有MFI拓扑结构的全硅分子筛,其具有双十元环孔道结构,孔道尺寸分别为0.51*0.55nm和0.53*0.56nm。Silicalite-1分子筛在1978年由Flanigen等人(Nature,1978,271(5645):512-516)首次报道,使用四丙基铵离子作为模板剂在水热条件下合成。Silicalite-1分子筛的XRD图谱在2θ为7.9°、8.8°、23.03°、23.24°和23.87°存在特征衍射峰,用以判断其为具有MFI拓扑结构的Silicalite-1分子筛。Silicalite-1分子筛不含铝,具有弱酸性位,是催化环己酮肟贝克曼重排的良好催化剂;Silicalite-1分子筛是良好的膜分离材料,在CH4/N2分离、乙醇/水分离等方面具有重要用途,因此受到了研究人员的广泛关注。
通常,Silicalite-1分子筛的合成需要使用昂贵的四丙基氢氧化铵作为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)作为硅源,在170~180℃下水热合成1~3天,目前,关于Silicalite-1分子筛合成领域的研究主要集中在降低模板剂四丙基氢氧化铵用量和缩短水热合成时间上。专利CN110668460A使用四丙基溴化铵与四丙基氢氧化铵复配来降低模板剂的成本,采用TEOS为硅源成功合成出了Silicalite-1分子筛;专利CN105858672A使用了成本略低的四丙基铵盐作为模板剂合成出了Silicalite-1分子筛,但是该过程需要添加含氟矿化剂;专利CN109368654A使用四丙基溴化铵为模板剂,合成出了Silicalite-1分子筛,但该方法需要使用蒸汽辅助晶化法,其收率较低,且需要使用有序介孔氧化硅作为硅源。从现有研究情况来看,在合成Silicalite-1分子筛过程中仍需要使用四丙基铵离子作为模板剂,且多数合成方法仍然需要TEOS作为硅源。因此,开发廉价的、快速的Silicalite-1分子筛制备方法具有重要意义。
发明内容
针对以上问题,本发明以生产技术成熟的β分子筛作为原料,通过转晶的方法合成Slicalite-1分子筛。转晶法从一种拓扑结构的分子筛出发,经过处理得到另一种拓扑结构分子筛的方法,它具有成本低、时间短等优点。关于转晶法得到MFI拓扑结构分子筛已有报道。E.Iglesia等人报道了无模板剂的条件下由β分子筛直接转晶为MFI构型分子筛的方法(Chem.Mater.2015,27,2056-2066)。其推测的转晶推动力为骨架密度之间的差异,即由低骨架密度向高骨架密度的转化,以及转晶前后两种分子筛之间有相同的复合结构单元(CBU)。然而这种方法仅限定于硅铝*BEA分子筛转晶为硅铝MFI分子筛(如ZSM-5分子筛),转晶过程中其硅铝比大致不变,而对于全硅分子筛的转晶则没有报道。
本发明的目的在于提出一种由硅铝β分子筛直接转晶为Silicalite-1分子筛的制备方法。转晶过程不仅不需要模板剂,而且在数小时内即可获得高结晶度的Silicalite-1分子筛。
本发明的技术方案如下:
一种制备Silicalite-1分子筛的方法,包含以下几个步骤:
(1)β分子筛脱铝:将β分子筛和0.01~14(mol/L)的酸性溶液混合,在20℃~200℃温度下搅拌0.5~120小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛;
(2)脱铝β分子筛碱处理转晶:将脱铝β分子筛和0.01~10(mol/L)浓度的碱液混合,在20℃~200℃下搅拌0.1~120小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到Silicalite-1分子筛。
所述的β分子筛具有*BEA拓扑结构,其具有三维十二元环孔道结构,其氧化硅与氧化铝的摩尔比(SiO2/Al2O3)为20~500,优选为25~100。
所述的酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸、草酸中的一种或几种的组合,优选为硝酸;酸溶液的摩尔浓度范围为0.01~14(mol/L),优选为6~13(mol/L)。
根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸处理过程的温度为20℃~200℃,优选为60℃~120℃。;
所述的酸处理过程的液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例的范围为5:1~100:1(ml/g),优选为10:1~30:1(ml/g)。
根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸处理过程的时间为0.5~120小时,优选为1~48小时。
所述的碱处理使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、氨水中的一种或几种的组合;优选为氢氧化钠、氢氧化钾、四丙基氢氧化铵中的一种;碱处理使用的碱的浓度范围为0.01-10(mol/L),优选为0.1~1.0(mol/L)。
所述的碱处理过程的温度为20℃~200℃,优选为40℃~120℃。
所述的碱处理过程的液体体积(毫升)与脱铝β分子筛固体质量(克)的比例的范围为5:1~100:1(ml/g),优选为10:1~30:1(ml/g)。
根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的碱处理过程的时间为0.1~120小时,优选为0.1~48小时。
本发明的优点在于(1)不使用任何有机模板剂,可以有效地节约生产成本;(2)不使用水热合成方法,直接快速转晶得到Silicalite-1分子筛。
附图说明
图1为实施例1制备的样品S1的XRD谱图
图2为实施例2制备的样品S2的XRD谱图
图3为实施例3制备的样品S3的XRD谱图
图4为实施例4制备的样品S4的XRD谱图
图5为实施例5制备的样品S5的XRD谱图
图6为实施例6制备的样品S6的XRD谱图
图7为实施例7制备的样品S7的XRD谱图
图8为实施例1制备的样品S8的SEM图
图9为对比例制备的样品R1的XRD谱图
具体实施方式
实施例1
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将10g硅铝比为25的β分子筛和13摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为20:1(ml/g),在120℃下搅拌0.5小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D1;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D1进行碱处理转晶:将10g脱铝β分子筛和200ml0.5摩尔每升的NaOH溶液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D1固体质量(克)的比例的范围为20:1(ml/g),在80℃下搅拌12小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S1,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图1所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
实施例2
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将20g硅铝比为60的β分子筛和13摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为10:1(ml/g),在200℃下搅拌12小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D2;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D2进行碱处理转晶:将6.66g脱铝β分子筛和200ml 0.5摩尔每升的NaOH溶液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D2固体质量(克)的比例的范围为30:1(ml/g),在80℃下搅拌12小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S2,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图2所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
实施例3
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将20g硅铝比为500的β分子筛和13摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为10:1(ml/g),在120℃下搅拌12小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D3;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D3进行碱处理转晶:将6.66g脱铝β分子筛和100ml 0.4摩尔每升的NaOH溶液与100ml 0.4摩尔每升四丙基氢氧化铵溶液的混合液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D3固体质量(克)的比例的范围为30:1(ml/g),在20℃下搅拌48小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S3,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图3所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
实施例4
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将6.66g硅铝比为60的β分子筛和13摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为30:1(ml/g),在60℃下搅拌0.5小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D4;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D4进行碱处理转晶:将5g脱铝β分子筛和50ml0.5摩尔每升的NaOH溶液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D4固体质量(克)的比例的范围为10:1(ml/g),在120℃下搅拌12小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S4,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图4所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
实施例5
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将8g硅铝比为25的β分子筛和0.01摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为25:1(ml/g),在200℃下搅拌12小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D5;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D5进行碱处理转晶:将5g脱铝β分子筛和100ml10摩尔每升的KOH溶液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D5固体质量(克)的比例的范围为20:1(ml/g),在20℃下搅拌120小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S5,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图5所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
实施例6
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将10g硅铝比为25的β分子筛和13摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为20:1(ml/g),在80℃下搅拌6小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D6;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D6进行碱处理转晶:将10g脱铝β分子筛和200ml0.01摩尔每升的NaOH溶液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D6固体质量(克)的比例的范围为20:1(ml/g),在200℃下搅拌120小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S6,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图6所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
实施例7
(a)将β分子筛进行脱铝处理:将10g硅铝比为25的β分子筛和13摩尔每升的200ml硝酸溶液混合,酸性溶液液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例为20:1(ml/g),在80℃下搅拌48小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛D7;
(b)将步骤(a)得到的脱铝β分子筛D7进行碱处理转晶:将10g脱铝β分子筛和200ml0.5摩尔每升的四丙基氢氧化铵溶液混合,碱性溶液液体体积(毫升)与脱铝β分子筛D7固体质量(克)的比例的范围为20:1(ml/g),在80℃下搅拌0.1小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到固体样品S7,将所得产物进行XRD分析,XRD谱图如图7所示,表明产物为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。
对比例
将硅酸四乙酯、蒸馏水、四丙基氢氧化铵以1:80:0.124的摩尔比混合,搅拌过夜,随后转移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜中进行晶化处理,晶化温度170℃,晶化时间72h;经过滤、洗涤、干燥,在550℃下焙烧,得到固体样品R1,XRD谱图如图9所示,其为具有MFI构型的Silicalite-1分子筛。可以看到,本发明的方法可以在较短时间内得到具有相同晶型的分子筛,有效地避免了转晶过程中模板剂的使用以及较长时间的水热处理过程,具有显著的优势。
从上述实施例可以看到,本发明的方法可以在较短时间内得到具有相同晶型的分子筛,有效地避免了转晶过程中模板剂的使用以及较长时间的水热处理过程,具有显著的优势。
Claims (10)
1.一种制备Silicalite-1分子筛的方法,其特征在于,包含以下几个步骤:
(a)β分子筛脱铝:将β分子筛和0.01~14(mol/L)的酸性溶液混合,在20℃~200℃温度下搅拌处理0.5~120小时,进行脱铝处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到脱铝β分子筛;
(b)脱铝β分子筛碱处理转晶:将脱铝β分子筛和0.01~10(mol/L)浓度的碱液混合,在20℃~200℃下搅拌处理0.1~120小时,进行转晶处理,随后经过滤、洗涤、干燥得到Silicalite-1分子筛。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的β分子筛具有*BEA拓扑结构,其具有三维十二元环孔道结构,其氧化硅与氧化铝的摩尔比(SiO2/Al2O3)为20~500,优选为25~100。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸、草酸中的一种或几种的组合,优选为硝酸;酸溶液的摩尔浓度范围为6~13(mol/L)。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸处理过程的温度为60℃~120℃。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸处理过程的液体体积(毫升)与β分子筛固体质量(克)的比例的范围为5:1~100:1(ml/g),优选为10:1~30:1(ml/g)。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸搅拌处理时间为1~48小时。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的碱处理使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、氨水中的一种或几种的组合;优选为氢氧化钠、氢氧化钾、四丙基氢氧化铵中的一种;碱处理使用的碱的浓度范围为0.1~1.0(mol/L)。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的碱处理过程的温度为40℃~120℃。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述,的碱处理过程的液体体积(毫升)与脱铝β分子筛固体质量(克)的比例的范围为5:1~100:1(ml/g),优选为10:1~30:1(ml/g)。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的碱处理过程的搅拌处理时间为0.1~48小时。
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GR01 | Patent grant | ||
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