CN113955768A - 一种Cu/MOR分子筛的制备方法及其在甲烷直接氧化制乙醇中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种Cu/MOR分子筛的制备方法及其在甲烷直接氧化制乙醇中的应用,所述制备方法包括以下步骤:(1)将模板剂、铝源、氢氧化钠溶解于水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入硅源,搅拌,形成溶液A;(2)将氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入混合后溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理0.5‑1h,然后晶化,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中焙烧,自然冷却,压片,筛分过40‑60目筛。所述制备方法得到的Cu/MOR分子筛作为催化剂,用于甲烷直接氧化反应时,乙醇的选择性高。
Description
技术领域
本发明属于催化甲烷氧化制备乙醇技术领域,具体涉及一种Cu/MOR分子筛的制备方法及其在甲烷直接氧化制乙醇中的应用。
背景技术
我国天然气储量丰厚,2019年天然气已探明储量66027亿立方米,页岩气已探明储量为9804.44立方米。而甲烷是天然气中的主要成分,目前,我国天然气有相当一部分只是用来民用燃烧消耗,因此目前甲烷的转化和应用是天然气化工领域的重要研究方向,尤其是随着页岩气等非常规天然气资源的开发,甲烷催化转化制备化学品受到广泛关注。
乙醇是基本的有机化工原料,可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料,也是制取溶剂、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料。在化工、纺织、医药、能源领域均有广泛应用;并且乙醇在常温常压下为液体,易于储存和运输,可作为甲烷转化的理想产物。
现有技术中,专利CN 111589466 A公开了一种铜丝光沸石的合成及应用,但是,该专利合成的铜丝光沸石在用于甲烷氧化时,产物主要为甲醇,乙醇的选择性极低,无法实现甲烷直接氧化制备乙醇。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供一种Cu/MOR分子筛的制备方法,以氨水为配体,采用原位合成的方法进行制备,同时,本发明还提供所述Cu/MOR分子筛在甲烷直接氧化制乙醇中的应用,乙醇的选择性高。
一种Cu/MOR分子筛的制备方法,包括以下步骤:
(1)将模板剂、铝源、氢氧化钠溶解于水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入硅源,搅拌,形成溶液A;
(2)将氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入混合后溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理0.5-1h,然后晶化,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中焙烧,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
优选地,所述模板剂为四乙基氢氧化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种;所述铝源为偏铝酸钠、十八水硫酸铝的一种;所述硅源为正硅酸乙酯。
优选地,步骤(1)和步骤(2)中,铝源以Al2O3计、硅源以SiO2计,氨水以NH3·H2O计,各物质的摩尔比分别为:模板剂:Al2O3∶NaOH∶CuCl2:NH3·H2O:SiO2=(0.09-1):(0.009-0.07):(0.3-2.4):(0.05-0.25):(0.18-1.1):1。
优选地,所述晶化为在150-220℃下晶化24-48h。
优选地,所述干燥为在100℃下干燥8-12h,所述焙烧为在450-600℃下焙烧6-10h。
一种甲烷直接氧化制备乙醇的方法:将去离子水经气化炉气化为水蒸气,在固定床反应器中,装入Cu/MOR分子筛作为催化剂,以甲烷为原料、水蒸气为助剂、氮气为载气、氧气为氧化剂,通入甲烷、水蒸气、氮气和氧气,空速为4000-8000 mL /(g·h),在240-300℃、2.5-3.5 MPa下反应;
其中,所述Cu/MOR分子筛为通过上述方法制备得到的。
优选地,氮气、甲烷、氧气的体积比为8:1:1。
优选地,所述气化炉的温度为150-250℃,去离子水以0.02-0.06mL/min的流速经过气化炉。
本发明的优点:
(1)本发明提供的Cu/MOR分子筛的制备方法,以氨水作为配体,制备金属络合物前驱体溶液,然后通过原位合成制备得到Cu/MOR分子筛,Cu在分子筛孔道内均匀分散;
(2)所述Cu/MOR分子筛作为催化剂,用于甲烷直接氧化反应时,乙醇的选择性高。
附图说明
图1 Cu/MOR分子筛的XRD谱图;
图2 Cu/MOR分子筛的SEM照片;
图3 液体产物组分的GC-MS谱图;
图4 液体产物组分中峰1的质谱对比谱图;
图5 液体产物组分中峰2的质谱对比谱图。
具体实施方式
实施例1
一种Cu/MOR分子筛的制备方法,包括以下步骤:
(1)将31.78g四乙基氢氧化铵(25% w/w aq)、1.27g偏铝酸钠、5.18g氢氧化钠溶解于水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入48.96g正硅酸乙脂,搅拌2h,形成溶液A;
(2)将1.74g氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入1.62g氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理1h,然后在170℃下晶化24h,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中、550℃下焙烧6h,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
实施例2
一种Cu/MOR分子筛的制备方法,包括以下步骤:
(1)将5.68g十六烷基三甲基溴化铵、0.28g偏铝酸钠、2.59g氢氧化钠溶解于去离子水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入36g正硅酸乙酯,搅拌2h,形成溶液A;
(2)将1.74g氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入1.13g氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理1h,然后在170℃下晶化48h,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中、550℃下焙烧6h,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
实施例3
一种Cu/MOR分子筛的制备方法,包括以下步骤:
(1)将16.72g四乙基氢氧化铵(25% w/w aq)、3.27g十八水硫酸铝、2.58g氢氧化钠溶解于去离子水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入15.54g正硅酸乙酯,搅拌2h,形成溶液A;
(2)将0.91g氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入1.32g氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理1h,然后在170℃下晶化24h,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中、550℃下焙烧6h,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
实施例4
一种Cu/MOR分子筛的制备方法,包括以下步骤:
(1)将7.71g十六烷基三甲基溴化铵、1.22g十八水硫酸铝、3.83g氢氧化钠溶解于去离子水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入19.16g正硅酸乙酯,搅拌2h,形成溶液A;
(2)将2.17g氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入1.97g氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理1h,然后在170℃下晶化24h,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中、550℃下焙烧6h,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
实施例5
一种Cu/MOR分子筛的制备方法,包括以下步骤:
(1)将31.78g四乙基氢氧化铵(25% w/w aq)、0.29g偏铝酸钠、5.18 g氢氧化钠溶解于去离子水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入11.26g正硅酸乙酯,搅拌2h,形成溶液A;
(2)将1.7g氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入1.97g氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理1h,然后在170℃下晶化48h,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中、550℃下焙烧6h,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
一. Cu/MOR分子筛催化剂的X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)检测
对实施例1得到的Cu/MOR分子筛催化剂做XRD、SEM检测,结果分别见图1和图2。
由图1可知,Cu/MOR分子筛具有明显的丝光沸石分子筛特征衍射峰,这说明在分子筛过程中原位合成法并不会从根本上改变分子筛的晶体结构;
对实施例2-5得到的Cu/MOR分子筛做XRD、SEM检测,结果同实施例1相似。
二. 应用
将本发明实施例1提供的分子筛,用于甲烷直接氧化制备乙醇,具体如下:将去离子水经气化炉气化为水蒸气,取1gCu/MOR分子筛置于固定床反应器的内径8 mm的石英反应管内,以甲烷为原料、水蒸气为助剂、氮气为载气、氧气为氧化剂,在固定床反应器内通入甲烷、水蒸气、氮气和氧气,反应;其中,氮气、甲烷、氧气的体积比为8:1:1,其他反应条件和结果见表1;
反应产物通过色谱在线分析,通过FID检测器来检测甲烷、乙醇、甲醇;通过TCD检测器来检测氧气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷;收集的冷凝液体通过GC-MS来检测其组成;
以中国专利CN 111589466 A中的实施例1提供的催化剂为对比例,其他同反应序号1。
表1 反应条件和结果
反应序号1的GC-MS图谱见图3, GC-MS图谱中的组分1和组分2的色谱图分别见图4和图5;由图3可知,液体产物主要由两种物质构成,其中峰2占绝大多数,占85%以上,同时也有少量的峰1物质生成;由图3-4可知,通过质谱谱图和图库对比可知,峰1为甲醇产物的色谱峰,峰2为乙醇产物的色谱峰。
Claims (8)
1.一种Cu/MOR分子筛的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将模板剂、铝源、氢氧化钠溶解于水中形成混合溶液,在搅拌过程中向其中逐滴加入硅源,搅拌,形成溶液A;
(2)将氯化铜CuCl2溶于水中,向其中加入氨水,混合,得到溶液B,为金属络合物前驱体溶液;
(3)将溶液B滴加至溶液A中,再加入混合后溶液总质量1%的MOR丝光沸石作为晶种,超声处理0.5-1h,然后晶化,反复离心、洗涤至中性,过滤,干燥,在空气气氛中焙烧,自然冷却,压片,筛分过40-60目筛。
2.根据权利要求1所述Cu/MOR分子筛的制备方法,其特征在于:所述模板剂为四乙基氢氧化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种;所述铝源为偏铝酸钠、十八水硫酸铝的一种;所述硅源为正硅酸乙酯。
3.根据权利要求2所述Cu/MOR分子筛的制备方法,其特征在于:步骤(1)和步骤(2)中,铝源以Al2O3计、硅源以SiO2计,氨水以NH3·H2O计,各物质的摩尔比分别为:模板剂:Al2O3∶NaOH∶CuCl2:NH3·H2O:SiO2=(0.09-1):(0.009-0.07):(0.3-2.4):(0.05-0.25):(0.18-1.1):1。
4.根据权利要求1所述Cu/MOR分子筛的制备方法,其特征在于:所述晶化为在150-220℃下晶化24-48h。
5.根据权利要求4所述Cu/MOR分子筛的制备方法,其特征在于:所述干燥为在100℃下干燥8-12h,所述焙烧为在450-600℃下焙烧6-10h。
6.一种甲烷直接氧化制备乙醇的方法,其特征在于:将去离子水经气化炉气化为水蒸气,在固定床反应器中,装入Cu/MOR分子筛作为催化剂,以甲烷为原料、水蒸气为助剂、氮气为载气、氧气为氧化剂,通入甲烷、水蒸气、氮气和氧气,空速为4000-8000 mL /(g·h),在240-300℃、2.5-3.5 MPa下反应;其中,所述Cu/MOR分子筛为通过权利要求1所述方法制备得到的。
7.根据权利要求6所述方法,其特征在于:氮气、甲烷、氧气的体积比为8:1:1。
8.根据权利要求6所述方法,其特征在于:所述气化炉的温度为150-250℃,去离子水以0.02-0.06mL/min的流速经过气化炉。
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