CN112850742B - 一种多级孔y型分子筛及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级孔Y型分子筛及其合成方法,包括以下步骤:步骤1,Y型分子筛结构导向剂的制备;步骤2,将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶;步骤3,向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇;步骤4,步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛。本发明通过将高分子聚合物PEG原位引入Y型分子筛的合成过程,使PEG嵌入分子筛的颗粒间,包覆在晶体中的PEG经过煅烧后会产生介孔,如此可以使所得Y型分子筛具有多级孔分布。
Description
技术领域
本发明属于分子筛合成领域,涉及一种高分子聚合物辅助合成多级孔Y型分子筛的方法。
背景技术
随着原油重质化和劣质化程度的加深,重质油的加工是今后的必然选择,而成品油的质量升级在不断加快。在此背景下,作为催化裂化、加氢裂化催化剂的重要活性组分的多级孔Y型分子筛具有重大的研究意义和良好的工业化应用前景。
Y型分子筛主要是多硅酸盐和铝酸盐在强碱性溶液中晶化而成。目前大部分沸石分子筛都沿用了经典的方法,即传统的水热合成,后期的超稳化可以产生多级孔,但是该过程存在过程复杂、不易重复等问题。针对多级孔Y型分子筛的合成进行了大量的研究,另外小晶粒的Y型分子筛也是未来的一个重要发展方向,受到越来越多的关注。
CN108793185A公开了一种通过在合成体系中添加高分子聚合物、硅铝源、有机结构导向剂等先形成前驱体溶胶凝胶,将凝胶制成干胶,再通过水蒸气辅助晶化得到纳米ZSM-5分子筛的方法。该法合成的纳米ZSM-5具有较高的结晶度、晶粒大小为10~100nm之间、含有介微孔结构等特点。该法避免了纳米级分子筛难以从母液中分离、废液排放量大等缺陷,是一种便捷高效、环境友好的合成路线,具有一定的工业化前景。但是该方法需要将前驱体溶胶凝胶制成干胶,再通过水蒸气辅助晶化,方法操作复杂不易进行。
CN108529641A公开了一种具有多级孔道的分子筛及其制备方法,属于分子筛合成技术领域。所述制备方法首先将硅源、铝源和水混合搅拌均匀,再将有机季铵盐模板剂逐滴加入并不断搅拌得到硅铝酸盐凝胶;然后将所述的硅铝酸盐凝胶转移至水热反应釜内,水热晶化。最后将水热晶化产物离心分离两次后干燥,即得到该发明的分子筛。制备得到的分子筛具有多级孔道结构,具体表现为微孔-介孔结构。与现有技术相比,该发明得到的分子筛为一种新型的分子筛,在选择性吸附、催化等领域具有一定优势。但是该方法中分子筛的晶化时间比较长,晶化温度要求较高,较难实现。
CN101186311公开了以阳离子表面活性剂CTAB和非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚OP-10的混合水溶液为模板,在碱性水热条件下合成出具有微孔-介孔结构的Y/MCM-48复合分子筛。该复合分子筛的微孔相Y沸石的骨架Si/Al比高于常规Y沸石,并且通过改变合成条件可以实现微孔相骨架Si/Al比及含量的可调。该法操作简单,重现性好,为开发出具有工业应用前景的新型催化剂提供了一些可选择的材料。该方法是采用多种模板机,制备出了Y型分子筛周围含有介孔结构的复合分子筛,不属于单一的沸石相。
CN103447073A公开了一种包含Y型分子筛的加氢裂化催化剂及其制备方法,该制备方法包括步骤1:合成含表面活性剂的改进型导向剂;步骤2:采用水热晶化法通过导向剂合成Y型分子筛;步骤3:进行洗涤、铵交换、焙烧,使NaY分子筛由钠型转为氢型。其中,合成含表面活性剂的导向剂的方法为:将表面活性剂溶于水中,形成溶液A;将碱、铝源加入到水中,搅拌至完全溶解,形成偏铝酸钠溶液B;在搅拌下将B溶液和硅源依次加入到A溶液中,搅拌均匀后,在5~60℃下静态/或动态陈化0.5~72小时制得含表面活性剂的导向剂。该专利主要是通过形成包含特定结构胶束的导向剂,然后利用该导向剂在晶化过程中形成硅铝比高的NaY分子筛,同时由于胶束在结构方面的导向作用,合成相对结晶度较高的NaY分子筛。
目前大多数分子筛的合成都是采用水热法,其后处理过程流程复杂,不易重复,而且分子筛晶粒较大,合成具有多级孔的分子筛依然具有很大的挑战。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多级孔Y型分子筛及其合成方法,该方法得到Y型分子筛具有多级孔分布,并且制备方法简单,重复性好。
为了达到上述目的,本发明提供了一种多级孔Y型分子筛的合成方法,包括以下步骤:
步骤1,Y型分子筛结构导向剂的制备;
步骤2,将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶;
步骤3,向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇;
步骤4,步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,所述结构导向剂中的各组分以氧化物计的摩尔比为:(2~30)Na2O:(2~35)SiO2:Al2O3:(200~500)H2O。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,所述结构导向剂的制备为将硅源、铝源、碱和水混合后陈化。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,所述步骤2为将硅源、铝源和水混合,然后再加入步骤1制备的结构导向剂;所述步骤2凝胶中各组分以氧化物计的摩尔比为:(1~30)Na2O:(2~20)SiO2:Al2O3:(200~400)H2O;结构导向剂中的Al2O3占步骤2凝胶中Al2O3的摩尔比为3%~10%。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,步骤2中加入步骤1制备的结构导向剂的温度为20~40℃,加入时间为1~4h。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,聚乙二醇的加入量占凝胶总质量的1~3%。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,步骤4中的老化温度为50~80℃,老化时间为6~16h。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,步骤4中的水热晶化温度为90~130℃,水热晶化时间为12~36h。
本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其中,步骤4中的煅烧温度为500~650℃,煅烧时间为2-24h。
为了达到上述目的,本发明还提供了上述的小晶粒多级孔Y型分子筛的合成方法得到的Y型分子筛。
本发明的有益效果:
本发明通过将高分子聚合物PEG原位引入Y型分子筛的合成过程,使PEG嵌入分子筛的颗粒间,包覆在晶体中的PEG经过煅烧后会产生介孔,如此可以使所得Y型分子筛具有多级孔分布。而且,本发明方法简单易操作,适于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1所得样品的XRD谱图。
图2是实施例2所得样品的XRD谱图。
图3是实施例3所得样品的XRD谱图。
图4是实施例4所得样品的XRD谱图。
图5是对比例1所得样品的XRD谱图。
具体实施方式
以下便结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详述,以使本发明技术更易于理解、掌握。但是本发明并不局限于此。下属实施例中的所述试验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂如无特殊说明,均可以从商业途径获得。
本发明提供了一种多级孔Y型分子筛的合成方法,包括以下步骤:
步骤1,Y型分子筛结构导向剂的制备;
步骤2,将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶;
步骤3,向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇;
步骤4,步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛。
本发明对Y分子筛结构导向剂的制备不作特殊限定,本领域常规的制备Y分子筛结构导向剂的方法均可用于本申请导向剂的制备。在本发明一实施方式中,导向剂的制备包括将硅源、铝源、碱和水混合均匀后进行陈化,其中,导向剂中各组分以氧化物计的摩尔比优选为:(2~30)Na2O:(2~35)SiO2:Al2O3:(200~500)H2O。本发明对导向剂中所用硅源、铝源和碱不作特别限定,例如,硅源可以为水玻璃等,铝源可以为高碱偏铝酸钠等,碱可以为NaOH等。
步骤2为将上述制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶,优选的技术方案为将硅源、铝源和水混合,然后再加入上述制备的结构导向剂。同样,本发明对制备分子筛过程中所用到的硅源、铝源不作特别限定,硅源例如为水玻璃中,铝源例如为十八合水硫酸铝,高碱偏铝酸钠。作为优选的技术方案,本发明所得凝胶中各组分以氧化物计的摩尔比为:(1~30)Na2O:(2~20)SiO2:Al2O3:(200~400)H2O;结构导向剂中的Al2O3占步骤2凝胶中Al2O3的摩尔比为3%~10%。其中,步骤2凝胶中Al2O3包括导向剂中的Al2O3和在分子筛制备过程中通过铝源引入的Al2O3。
其中,步骤2中硅源、铝源和水混合后,优选将体系温度调整到20~40℃,然后再加入结构导向剂,加入结构导向剂的时间优选持续1~4h。
然后,在步骤2得到的凝胶中加入聚乙二醇,聚乙二醇的加入量优选占凝胶总质量的1~3%。本发明通过在凝胶中加入聚乙二醇,可以使聚乙二醇原位引入Y型分子筛的合成过程,使聚乙二醇嵌入分子筛的颗粒间,包覆在晶体中的聚乙二醇经过后续煅烧后会产生介孔,如此可以使所得Y型分子筛具有多级孔分布。同时,聚乙二醇的引入可以阻止分子筛晶粒的增长,降低分子筛晶粒的尺寸。
在导向剂中引入聚乙二醇并不能得到多级孔分子筛,在导向剂中引入聚乙二醇是通过形成包含特定结构胶束的导向剂,然后利用该导向剂在晶化过程中形成硅铝比高的NaY分子筛,同时由于胶束在结构方面的导向作用,合成相对结晶度较高的NaY分子筛。引入的PEG分子并不能进入分子筛骨架,所以并不能得到多级孔分子筛。
本发明对聚乙二醇不作特别限定,市售聚乙二醇即可。
最后,将步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛,老化温度优选为50~80℃,老化时间优选为6~16h;水热晶化温度优选为90~130℃,水热晶化时间优选为12~36h;煅烧温度优选为500~650℃,煅烧时间优选为2-24h。
由此,本发明通过一种条件温和、简便高效的合成方法,可以得到具有多级孔的Y型分子筛,并且可以通过该方法调变Y型分子筛的晶粒尺寸。
本发明采用XRD测定样品的晶相结构,采用扫描电镜(SEM)测定样品的晶貌结构,采用BET测定样品的比表面积与孔道结构。本发明中样品的相对结晶度,是指原位晶化产品中2θ为23.5°的衍射峰的峰面积与标样2θ为23.5°的衍射峰的峰面积的比值。标样分子筛为中国石油兰州石化提供的样品,其结晶度定为100%。
采用Metromeritics美国生产的ASAP2020M全自动吸附仪于液氮温度下测定样品的吸脱附等温线,采用Brunauer-Emmett-Teller(BET)方程根据相对压力0.05-0.25之间的吸附平衡等温线计算样品的比表面积,采用t-plot模型区分样品的内表面积和外表面积;采用静态容量法测定孔体积和孔径分布,从而计算孔结构参数。
原料来源:水玻璃、高碱偏铝酸钠等原料均为工业品,来自中国石油兰州石化公司,高分子聚合物PEG等均为市售。
导向剂1合成:水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶,其物料的摩尔配比为:16Na2O:17SiO2:Al2O3:320H2O,在50℃下老化6h得到。
导向剂2合成:水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶,其物料的摩尔配比为:15Na2O:14SiO2:Al2O3:220H2O,在45℃下老化8h得到。
导向剂3合成:水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶,其物料的摩尔配比为:18Na2O:20SiO2:Al2O3:400H2O,在32℃下老化8h得到。
导向剂4合成:水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶,其物料的摩尔配比为:20Na2O:25SiO2:Al2O3:450H2O,在60℃下老化4h得到。
实施例1:
室温条件下,将4g的PEG溶于20mL去离子水中,搅拌1.5h,得到溶液A;8.5g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水,缓慢滴加到40.5g水玻璃中,再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液,搅拌1h得到混合物B;在35℃水浴锅内,将8.2g导向剂1加入到B中,搅拌0.5h后再加入12g溶液A,再混合搅拌2h,得到凝胶C;将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中,110℃条件下晶化16h,反应结束后,将所得到的样品洗涤至中性,在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h,得到产物多级孔Y型分子筛,记做PY-1。
实施例2:
室温条件下,将2g的PEG溶于20mL去离子水中,搅拌1.5h,得到溶液A;8.5g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水,缓慢滴加到40.5g水玻璃中,再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液,搅拌1h得到混合物B;在35℃水浴锅内,将8.2g导向剂2加入到B中,搅拌0.5h后再加入11g溶液A,再混合搅拌2h,得到凝胶C;将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中,110℃条件下晶化24h,反应结束后,将所得到的样品洗涤至中性,在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h,得到产物多级孔Y型分子筛,记做PY-2。
实施例3:
室温条件下,将4g的PEG溶于20mL去离子水中,搅拌1.5h,得到溶液A;8.5g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水,得到硫酸铝溶液;40.5g水玻璃中,缓慢加入硫酸铝溶液,再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液,搅拌1h得到混合物B;在35℃水浴锅内,将8.2g导向剂3加入到B中,混合搅拌2h,再加入12g溶液A,得到凝胶C;将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中,110℃条件下晶化20h,反应结束后,将所得到的样品洗涤至中性,在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h,得到产物多级孔Y型分子筛,记做PY-3。
实施例4:
室温条件下,将4g的PEG溶于20mL去离子水中,搅拌1.5h,得到溶液A;6.4g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水,得到硫酸铝溶液;36.5g水玻璃中缓慢加入硫酸铝溶液,再加入10.5g高碱偏铝酸钠溶液,搅拌1h得到混合物B;在35℃水浴锅内,将7.0g导向剂4加入到B中,再混合搅拌1h后,再加入12g溶液A,得到凝胶C;将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中,110℃条件下晶化18h,反应结束后,将所得到的样品洗涤至中性,在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h,得到产物多级孔Y型分子筛,记做PY-4。
对比例1:
对比例1与实施例1的物料配比、导向剂的种类及其他合成条件一致,只是在合成体系中不加入PEG。
室温条件下,将8.5g十八合水硫酸铝溶于30mL去离子水,缓慢滴加到40.5g水玻璃中,再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液,搅拌1h得到混合物B;在35℃水浴锅内,将8.2g导向剂1加入到B中,再混合搅拌2h,得到凝胶C;将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中,110℃条件下晶化16h,反应结束后,将所得到的样品洗涤至中性,在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h,得到产物多级孔Y型分子筛,记做DY-1。
表1实施例和对比例的产物的物性参数
由表1结果可知,本发明使用高分子聚合物PEG合成的分子筛均具有较高的结晶度;本发明方法中,在分子筛晶化过程中,部分PEG分子会嵌入分子筛晶粒内,形成一定的介孔;PEG的加入量越多,包裹在分子筛晶内的PEG就越多,煅烧后产生的介孔就越多;同时,PEG的加入有利于缩小分子筛晶粒的尺寸。
图1-4分别是实施例1-4所得样品的XRD谱图,图5是对比例1所得样品的XRD谱图。从图1-5可知,本发明方法合成的分子筛具有八面沸石特征衍射峰,且强度较强,基线平稳,无杂峰,使用高分子聚合物PEG合成出来的分子筛具有良好的结晶度。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,Y型分子筛结构导向剂的制备;
步骤2,将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶;
步骤3,向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇,聚乙二醇的加入量占凝胶总质量的1~3%;
步骤4,步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到多级孔Y型分子筛;
其中,所述步骤2凝胶中各组分以氧化物计的摩尔比为:(1~30)Na2O:(2~20)SiO2:Al2O3:(200~400)H2O。
2.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,所述结构导向剂中的各组分以氧化物计的摩尔比为:(2~30)Na2O:(2~35)SiO2:Al2O3:(200~500)H2O。
3.根据权利要求2所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,所述结构导向剂的制备为将硅源、铝源、碱和水混合后陈化。
4.根据权利要求2所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,所述步骤2为将硅源、铝源和水混合,然后再加入步骤1制备的结构导向剂;结构导向剂中的Al2O3占步骤2凝胶中Al2O3的摩尔比为3%~10%。
5.根据权利要求4所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,步骤2中加入步骤1制备的结构导向剂的温度为20~40℃,加入时间为1~4h。
6.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,步骤4中的老化温度为50~80℃,老化时间为6~16h。
7.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,步骤4中的水热晶化温度为90~130℃,水热晶化时间为12~36h。
8.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法,其特征在于,步骤4中的煅烧温度为500~650℃,煅烧时间为2-24h。
9.权利要求1-8任一项所述的多级孔Y型分子筛的合成方法得到的Y型分子筛。
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薄片状 Y 型分子筛的合成及其裂化性能;崔莎等;《化工进展》;20181231;第37卷(第2期);第576-580页 * |
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CN112850742A (zh) | 2021-05-28 |
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