CN112591763B - 一种利用sapo-34分子筛母液直接合成骨架含磷的y型分子筛的制备方法 - Google Patents

一种利用sapo-34分子筛母液直接合成骨架含磷的y型分子筛的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用SAPO‑34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，包括：将铝酸钠投入到水玻璃中，并向体系中加入水，搅拌后配制成导向溶胶A；将SAPO‑34分子筛母液经絮凝预处理并过滤后，与硅源、铝源、碱混合搅拌制成溶胶B；将制得的导向溶胶A与充分搅拌后的溶胶B混合后晶化制得分子筛浆液；对制得的分子筛浆液进行分离提纯后烘干得到骨架含磷的Y型分子筛产品。本发明利用了废弃的SAPO‑34母液，使母液中的有效成分循环再利用，降低了成本，同时也减轻了生产企业的环保压力。

Description

一种利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛 的制备方法
技术领域
本发明涉及一种Y型分子筛的制备方法，特别是涉及一种利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的制备方法。
背景技术
20世纪60年代美国联合碳化公司首次推出Y型沸石基催化剂，Y型分子筛骨架的最基本结构单元为硅氧和铝氧四面体,这些四面体通过Si-0或Al-O键形成四元环、六元环、八元环等二级结构单元。再由这些二级结构单元相互搭接成β笼。8个β笼按照金刚石晶体式样排列,金刚石结构中每一个碳原子由一个β笼代替,相邻的β笼通过六元环以Si-O-Si(Al)联结,形成八面沸石笼,八面沸石笼之间通过十二元环沿三个晶轴方向互相贯通,形成一个晶胞。十二元环是八面沸石的主要窗口,其孔径约为0.74nm。
Y型分子筛以其可调控的酸性、较好的水热稳定性以及适合的分子筛孔道已经广泛被应用于催化裂化、加氢裂化、催化重整、异构化、烷基化和有机气体吸附等精细化工领域。自上世纪60年度以来，我国就对Y型分子筛展开了大量的科学研究，如Y型分子筛的合成工艺、高硅铝比Y型分子筛工艺改进、超稳Y的合成、Y型分子筛的改性研究等等方面。其中关于Y型分子筛的改性，目前研究最多的是稀土金属改性，如Ce、La、Pr和Nd等，其在调节Y分子筛性能方面取得一定进展。对Y型分子筛进行磷改性，不仅可以调变分子筛的酸性分布、改善活性金属组分的分散性能、降低催化剂的生焦程度、提高分子筛的水热稳定性，还可以利用P原子替换骨架中的Al原子，从而一定程度上提高分子筛的硅铝比。同时磷改性后的Y型分子筛可以提高其在苯酚与甲醇烷基化、催化裂化和重油加氢等反应中的催化性能。
目前关于Y型分子筛的磷改性常用的方法是浸渍法，将HY分子筛直接浸渍到含磷溶液中，如专利CN 110116021A公开了一种FCC催化剂中分子筛的双组元改性方法及其改性分子筛，是将ZSM型、β型、MCM型和Y型分子筛中的一种或几种浸渍到磷酸溶液、亚磷酸溶液、可溶性磷酸盐溶液和可溶性亚磷酸盐溶液所组成的一种或几种的含磷溶液中，达到对分子筛磷改性的作用。使用浸渍法对Y分子筛进行磷改性很难使磷进入到分子筛骨架中，多数只是吸附在分子筛表面，对分子筛酸性的调节程度有限，也容易造成磷分布不均匀的现象，并且不能充分起到P原子置换骨架中Al原子从而提高分子筛硅铝比的作用，所以对分子筛相关性能提升上也起不到太大作用；同时采用浸渍法对Y分子筛进行磷改性通常所用时间较长，生产效率不高。
SAPO-34分子筛是甲醇制低碳烯烃催化剂的重要活性组成部分，每年催化剂的需求量巨大，这也造成了SAPO-34母液的大量排放，不仅对当地环保带来了一定的压力，而且SAPO-34母液排放前的处理也对生产企业带来了一定的经济负担；同时SAPO-34母液中还有剩余的Si、Al、P元素残留，这也造成了一定程度上原料的浪费。如何同时解决这两个问题成为了目前研究的热门，专利CN105668587A介绍了一种SAPO-34分子筛合成母液的循环利用方法，利用母液中剩余的Si、Al、P元素和未分离干净的SAPO-34分子筛晶粒作为种子直接合成SAPO-34分子筛，不仅减少了母液的排放问题，又能利用母液中剩余的有效成分，也减少了合成SAPO-34部分水量。
由于目前SAPO-34母液的回用还是多用于合成SAPO-34分子筛，但考虑到加入母液的量有限，且重新合成后还是会产生大量母液，依然会有大部分母液不能被利用而面临处理排放，所以找到SAPO-34分子筛母液的其他利用途径也是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的制备方法，其工艺原理简单易懂，利用了废弃的SAPO-34母液，使母液中的有效成分循环再利用，降低了成本，同时也减轻了生产企业的环保压力。
为达到上述的目的，本发明提供一种利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，包括：
将铝酸钠投入到水玻璃中，并向体系中加入水，搅拌后配制成导向溶胶A；
将SAPO-34分子筛母液经絮凝预处理并过滤后，与硅源、铝源、碱混合搅拌制成溶胶B；
将制得的导向溶胶A与充分搅拌后的溶胶B混合后晶化制得分子筛浆液；
对制得的分子筛浆液进行分离提纯后烘干得到骨架含磷的Y型分子筛产品。
优选地，所述铝酸钠、水玻璃、水按照Al2O3：SiO2：Na2O：H2O＝1：(5～30)：(7～22)：(100～350)的摩尔比配制。
优选地，所述铝源、硅源、碱、SAPO-34分子筛母液按照Al2O3：SiO2：Na2O：SAPO-34母液：H2O＝1：(2.5～10)：(3～18):(0.5～4)：(40～150)的摩尔比进行混合搅拌，其中SAPO-34母液以P原子计。
优选地，所述导向溶胶A与充分搅拌后的溶胶B按照各自所含Al2O3的质量比为(0.01～0.5)：1混合。
优选地，采用离心洗涤或抽滤洗涤的方式对制得的分子筛浆液进行分离提纯。
优选地，所述的硅源为水玻璃、硅溶胶、正硅酸乙酯的一种或几种；所述铝源为偏铝酸钠、硫酸铝、氯化铝的一种或几种；所述碱为氢氧化钠。
优选地，经絮凝处理后的SAPO-34中Al2O3、SiO2、P2O5、H2O的质量百分比为Al2O3：SiO2：P2O5：H2O＝(3％～6.5％)：(0.2％～1％)：(3.5％～8％)：(75％～84％)。
优选地，所述导向溶胶A的合成温度为65～110℃。
优选地，所述分子筛浆液的合成温度为50～95℃。
本发明所达到的有益效果：
(1)本发明解决了传统浸渍法磷改性Y型分子筛无法将磷有效嵌入到分子筛骨架上的问题；
(2)本发明利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛，有效利用了母液中的Si、Al、P元素，一定程度上减少了硅源和铝源的使用量；
(3)本发明实现了SAPO-34分子筛母液中有效成分的再利用，为企业避免了不必要的浪费，降低了成本，同时也减轻了生产企业的环保压力；
(4)本发明提供了一种SAPO-34分子筛母液循环利用，除用来合成SAPO-34分子筛外的新途径。
附图说明
图1为对比例1和实施例1～4合成的骨架含磷的Y分子筛的XRD谱图；
图2为实施例4合成的骨架含磷的Y分子筛的电镜图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
将45.54g铝酸钠和20.83g氢氧化钠与135.15g去离子水在1L玻璃烧瓶内混合溶解，在搅拌状态下逐渐加入229.64g水玻璃，混合均匀后在70℃下陈化7小时，制成导向溶胶G1；
向1L玻璃烧瓶内加入20.02g去离子水和166.67g SAPO-34分子筛母液(经完全絮凝过滤后，P2O5含量6.5wt％，SiO2含量0.5wt％，Al2O3含量4wt％)，搅拌状态下逐步加入212.63g水玻璃、20.24g铝酸钠、22.23g硫酸铝和55.55g氢氧化钠，使各组分分散均匀制得母液M1；
将53.22g导向溶胶G1加入到混合均匀的母液M1中，在85℃搅拌状态下晶化48小时，经过离心、洗涤、干燥后得到骨架含磷的Y型分子筛S1样品。
实施例2
将45.54g铝酸钠和20.83g氢氧化钠与135.15g去离子水在1L玻璃烧瓶内混合溶解，在搅拌状态下逐渐加入229.64g水玻璃，混合均匀后在50℃下陈化10小时，制成导向溶胶G2；
向1L玻璃烧瓶内加入18.02g去离子水和250g SAPO-34分子筛母液(经完全絮凝过滤后，P2O5含量6.5wt％，SiO2含量0.5wt％，Al2O3含量4wt％)，搅拌状态下逐步加入191.37g水玻璃、18.22g铝酸钠、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O，含量99.95％，下同)和50g氢氧化钠，使各组分分散均匀制得母液M2；
将61.43g导向溶胶G2加入到混合均匀的母液M2中，在90℃搅拌状态下晶化30小时，经过离心、洗涤、干燥后得到骨架含磷的Y型分子筛S2样品。
实施例3
将60.72g铝酸钠和69.44g氢氧化钠与135.15g去离子水在1L玻璃烧瓶内混合溶解，在搅拌状态下逐渐加入16.22g硅溶胶(含量25wt％)，混合均匀后在50℃下陈化8小时，制成导向溶胶G3；
向1L玻璃烧瓶内加入18.02g去离子水和250g SAPO-34分子筛母液(经完全絮凝过滤后，P2O5含量6.5wt％，SiO2含量0.5wt％，Al2O3含量4wt％)，搅拌状态下逐步加入191.37g水玻璃、18.22g铝酸钠、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O，含量99.95％，下同)和50g氢氧化钠，使各组分分散均匀制得母液M3；
将70.58g导向溶胶G3加入到混合均匀的母液M3中，在90℃搅拌状态下晶化24小时，经过离心、洗涤、干燥后得到骨架含磷的Y型分子筛S3样品。
实施例4
将21.86g铝酸钠和69.44g氢氧化钠与420.47g去离子水在1L玻璃烧瓶内混合溶解，在搅拌状态下逐渐加入255.15g水玻璃，混合均匀后在55℃下陈化7小时，制成导向溶胶G4；
向1L玻璃烧瓶内加入18.02g去离子水和300g SAPO-34分子筛母液(经完全絮凝过滤后，P2O5含量7.8wt％，SiO2含量0.91wt％，Al2O3含量3.2wt％)，搅拌状态下逐步加入191.37g水玻璃、9.11g铝酸钠、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O，含量99.95％，下同)和50g氢氧化钠，使各组分分散均匀制得母液M4；
将19.43g导向溶胶G4加入到混合均匀的母液M4中，在95℃搅拌状态下晶化24小时，经过离心、洗涤、干燥后得到骨架含磷的Y型分子筛S4样品。
对比例1
将45.54g铝酸钠和20.83g氢氧化钠与135.15g去离子水在1L玻璃烧瓶内混合溶解，在搅拌状态下逐渐加入229.64g水玻璃，混合均匀后在70℃下陈化7小时，制成导向溶胶G0；
向1L玻璃烧瓶内逐次加入20.02g去离子水和212.63g水玻璃、20.24g铝酸钠、22.23g硫酸铝，和55.55g氢氧化钠，搅拌均匀，制得母液M0；
将53.22g导向溶胶G1加入到混合均匀的母液M1中，在85℃搅拌状态下晶化48小时，经过离心、洗涤、干燥后得到骨架含磷的Y型分子筛S0样品。
表1为实施例1～4和对比例1合成的骨架含磷Y分子筛的硅铝比和磷含量结果。
表1.实施例1～4和对比例1合成的骨架含磷Y分子筛的硅铝比和磷含量
编号 骨架硅铝比 磷含量/％
S0 3.93 -
S1 4.21 2.04
S2 3.75 2.23
S3 2.59 3.08
S4 4.99 4.18
从表1中数据可以看出，采取本发明方法制备的Y型分子筛可以实现骨架P原子的嵌入；且相同配方制备出的Y分子筛，添加SAPO-34分子筛母液合成的Y型分子筛(S1)比未添加SAPO-34分子筛母液合成的Y型分子筛(S0)相比，骨架硅铝比有所提高，证明骨架中P原子的引入替换了部分Al原子，使得分子筛硅铝比提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，包括：
将铝酸钠投入到水玻璃中，并向体系中加入水，搅拌后配制成导向溶胶A；
将SAPO-34分子筛母液经絮凝预处理并过滤后，与硅源、铝源、碱混合搅拌制成溶胶B，所述铝源、硅源、碱、SAPO-34分子筛母液按照Al2O3：SiO2：Na2O：SAPO-34母液：H2O=1：（2.5~10）：（3~18）:（0.5~4）：（40~150）的摩尔比进行混合搅拌，其中SAPO-34母液以P原子计；
将制得的导向溶胶A与充分搅拌后的溶胶B混合后晶化制得分子筛浆液；
对制得的分子筛浆液进行分离提纯后烘干得到骨架含磷的Y型分子筛产品。
2.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，所述铝酸钠、水玻璃、水按照Al2O3：SiO2：Na2O：H2O=1：（5~30）：（7~22）：（100~350）的摩尔比配制。
3.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，所述导向溶胶A与充分搅拌后的溶胶B按照各自所含Al2O3的质量比为（0.01~0.5）：1混合。
4.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，采用离心洗涤或抽滤洗涤的方式对制得的分子筛浆液进行分离提纯。
5.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，所述的硅源为水玻璃、硅溶胶、正硅酸乙酯的一种或几种；所述铝源为偏铝酸钠、硫酸铝、氯化铝的一种或几种；所述碱为氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，经絮凝处理后的SAPO-34分子筛母液中Al2O3、SiO2、P2O5、H2O的质量百分比为Al2O3：SiO2：P2O5：H2O=（3%~6.5%）：（0.2%~1%）：（3.5%~8%）：（75%~84%）。
7.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，所述导向溶胶A的合成温度为65~110℃。
8.根据权利要求1所述的利用SAPO-34分子筛母液直接合成骨架含磷的Y型分子筛的方法，其特征在于，所述分子筛浆液的合成温度为50~95℃。
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