CN114436289A - 一种低硅铝比zsm-48分子筛的合成方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分子筛合成技术领域，具体涉及一种低硅铝比ZSM‑48分子筛的水热合成方法及其应用。本发明所述的合成方法，是以1,6‑己二胺为单一模板剂，通过晶种辅助，对水热体系进行预晶化及晶化；其中所述水热体系中，模板剂、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为(0.1‑0.5):1:(0.005‑0.05):(20‑100):(0.03‑0.2)。本发明提出的水热合成方法以较少量的单一低廉的模板剂合成得到颗粒形貌良好、结晶度较高、低硅铝比的ZSM‑48分子筛，大大降低了模板剂成本，且所得分子筛硅铝比可调范围较大，在加氢异构化反应中有较好的应用前景；同时所述合成方法具有整体生产成本更低、合成周期相对较短的优点，大大提高了经济效益，更有利于分子筛的大规模生产。

Description

一种低硅铝比ZSM-48分子筛的合成方法及其应用
技术领域
本发明涉及分子筛合成技术领域，具体涉及一种低硅铝比ZSM-48分子筛的水热合成方法及其应用。
背景技术
ZSM-48分子筛是20世纪80年代在ZSM-39分子筛的杂晶相中被发现的，具有一维十元环孔道结构，孔道直径约为0.53×0.56nm的沸石分子筛。由于其一维的孔道结构与正构烷烃的动力学直径接近，可作为烷烃加氢异构反应的催化材料和催化剂。为了获得高的异构烷烃收率，需要选择酸密度高(即低硅铝比，Si/Al原子比小于50)的水热合成ZSM-48分子筛；但硅铝比过低易导致硅铝凝胶难以结晶，分子筛晶化时间长，且产品结晶度低。因此，如何开发高效、低成本合成具有高结晶度的低硅铝比ZSM-48分子筛具有非常重要的实际意义。
现有研究表明，采用单一的季铵盐类模板剂(如六甲基氯化铵、溴化六甲铵)或冠醚类模板剂(如12-冠醚-4)，可得到低硅铝比(Si/Al原子比小于100)的ZSM-48分子筛。例如：美国专利US 6923949B1和US 0131581，采用六甲基氯化铵作为模板剂，通过引入晶种ZSM-48、ZSM-5、ZSM-11或Beta等，分子筛的Si/Al原子比可以降低到75。与上述美国专利类似，CN110562999A公开了一种以溴化六甲双铵为模板剂，ZSM-22、Beta、ZSM-5、ZSM-23或ZSM-48为晶种合成低硅铝比ZSM-48分子筛的方法，Si/Al原子比可以降低到20-50，220℃条件下的晶化时间可缩短到9小时。CN11369064A的实施例5公开了一种利用溴化六甲铵为模板剂合成Si/Al原子比约为26的ZSM-48沸石的方法。CN103803576A则采用12-冠醚-4为模板剂，可以将ZSM-48分子筛(Si/Al原子比)进一步降低到12.5。但由于上述季铵盐类模板剂或冠醚类模板剂较为昂贵，导致合成成本较高。
为了降低六甲铵模版剂的用量，减少合成成本，本领域的学者提出引入较为廉价的烷基胺，减少季铵盐模版剂的用量，采用混合模板剂合成低硅铝比的ZSM-48分子筛。目前研究结果显示，采用该方法得到的ZSM-48分子筛，Si/Al可以降至20。例如，CN110342536A提出了使用烷基胺和季铵盐混合模板剂的合成思路，通过控制烷基胺类与季铵盐的比例，合成出了低硅铝比(Si/Al原子比20～50)的ZSM-48分子筛。该方法可减少季铵盐模板剂用量。但是，采用混合模版剂增加了后续母液中模板剂的回收、分离和再利用的问题，分离成本提高，导致分子筛生产成本整体上并没有显著降低。
目前，为了降低成本，采用单一、低廉的烷基胺类模板剂(如直链烷基胺类1,6-己二胺)合成ZSM-48分子筛被广泛报道。例如，CN102874833A公开了一种使用1,6-己二胺为模板剂，循环母液的方法合成ZSM-48分子筛。但是，需要指出的是，该方法所得分子筛的Si/Al原子比大于100，并不能作为烷烃加氢异构反应适宜的催化材料。
综上，现有ZSM-48分子筛的合成方法具有以下几个特点：(1)采用单一有机胺类模板剂(如直链烷基胺类1,6-己二胺)合成得到的ZSM-48分子筛的硅铝比(Si/Al原子比)较大，无法满足加氢异构反应对低硅铝比(如Si/Al原子比<50)的要求，且合成分子筛所需晶化时间较长，通常需要4-6天，甚至更长；(2)采用单一季铵盐类模板剂(如氯化六甲铵，溴化六甲铵)或冠醚类模板剂合成得到的ZSM-48分子筛的Si/Al原子比可降低至20，但由于六甲铵模板剂或冠醚类模板剂较为昂贵，合成成本较高，限制其大规模应用；(3)采用混合模板剂(烷基胺类与季铵盐类)合成ZSM-48分子筛时，增加了后续母液中模板剂的回收、分离和再利用的问题，分离成本提高，分子筛生产成本整体上并没有显著降低。
因此，开发新的低成本、短周期、低硅铝比的ZSM-48分子筛合成技术，仍然是ZSM-48分子筛大规模工业应用的瓶颈之一。
发明内容
第一方面，本发明提供一种新的低硅铝比ZSM-48分子筛的水热合成方法，其具有整体生产成本更低、合成周期相对较短的优点，有利于大规模生产；且所得ZSM-48分子筛的Si/Al原子比范围在10-100，可调范围大，适用性更广。
本发明所述的ZSM-48分子筛的合成方法，包括：以1,6-己二胺为单一模板剂，通过晶种辅助，对水热体系进行预晶化及晶化；其中：
所述水热体系中，模板剂、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为(0.1-0.5):1:(0.005-0.05):(20-100):(0.03-0.2)；其中，所述硅源、铝源和碱金属的摩尔比分别是以硅源中SiO2、铝源中Al2O3、碱金属中的Na2O的摩尔比计算的。
本发明研究发现，通过合理控制水热体系中各组分的比例关系，可以实现以较少量的单一低廉的模板剂合成得到低硅铝比的、且颗粒形貌良好、结晶度较高的ZSM-48分子筛，如此可大大降低合成此类低硅铝比分子筛的模板剂的成本，且所得分子筛硅铝比的可调范围较大，可适用于多个应用场景的使用，特别是在异构化反应中有较好的应用前景。虽然为了获得较低的Si/Al原子比，本领域技术人员通常会结合相关文献资料报道的分子筛合成配方和步骤，采用调整硅源和铝源比例，并尝试优化水热体系各组分的用量关系。但是，由于有机胺为模板剂的ZSM-48分子筛合成体系，在水热晶化过程中存在ZSM-48，ZSM-22，ZSM-5、方沸石等不同分子筛结构单元生成过程的竞争，使得合成体系中各组分的作用关系及其对ZSM-48分子筛结构形成的影响极其复杂，导致现有技术一直未发现切实有效的、仅通过简单调整获得高结晶度ZSM-48分子筛的方法。而本申请通过大量探索性试验，反复验证，最终确定了上述水热体系的摩尔比关系，解决了现有技术无法单独使用成本低廉的1,6-己二胺模板剂制备低硅铝比ZSM-48分子筛的问题。
同时，本发明还通过引入晶种辅助及两步晶化工艺，在保证晶体品质的基础上显著缩短了合成周期，降低了合成能耗，进一步降低了分子筛的合成成本，提高经济效益，更有利于分子筛的大规模生产。虽然引入晶种及采用两步晶化工艺在现有技术中已有所实施，并取得较好的效果，但其在本申请中作用与现有技术不同。例如CN108178163B中，两步晶化法的作为是为了使得低温下容易生成晶核，通过低温的预晶化可能得到大量的晶核，在后续的晶体生长中，可以得到小晶粒的沸石分子筛；CN11369064A中，引入两步晶化用于合成沸石负载高分散的金属催化剂，是因为在硅铝凝胶体系中，引入过渡金属盐溶液，直接高温晶化，金属盐溶液会发生迅速沉淀，导致过渡金属物种无法进入到沸石的孔道内。因此，采用低温预晶化，一方面可以通过低温下得到大量的晶核，另一方面，过渡金属离子在预晶化过程中不发生沉淀，金属离子吸附在晶种表面。此时，提高晶化温度后，大量的晶核使得晶化时间迅速缩短，实现了过渡金属离子的包覆。
而本申请中，采用两步晶化法与上述两个专利的目的存在显著区别：本申请采用晶种辅助法，需要保证晶种在硅铝凝胶中溶解后能够继续保持ZSM-48分子筛的结构单元，在后续的晶体生长中起到辅助的导向作用。采用直接高温晶化，添加晶种后，由于在高温和高碱度体系下，晶种会迅速解聚、溶解生产无定形的硅铝凝胶，结构单元无法保存。因此，本申请通过引入预晶化的方式，在较低的温度下，控制晶种的解聚速率，使得在晶核的生成过程中，能够通过晶种的导向作用，迅速生成ZSM-48晶核，通过控制预晶化条件，保证晶核数量的足够，然后再高温晶化过程中，可以在短时间内迅速生长小颗粒晶体的ZSM-48。可见，本申请基于晶种辅助的需求，通过设计两步晶化的程序，实现了高结晶度ZSM-48的快速合成。
优选地，所述模板剂、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比范围为(0.1-0.3):1:(0.005-0.05):(30-50):(0.05-0.15)。研究表明，通过进一步优化各组分的比例关系，可以达到提升结晶度，改变晶粒尺寸大小的效果。
进一步地，所述水热体系的pH控制在12-13.5之间。研究表明，通过控制体系pH在此范围内，有助于控制硅源和铝源的解聚速率，在后续预晶化过程中增加晶核生成的数量，进而提升结晶度。优选地，所述水热体系的pH控制在12.5-13.0之间。
进一步地，所述晶种为ZSM-48分子筛晶种。通过添加晶种能够诱导ZSM-48分子筛晶核的快速生成及加快晶体的生长速度，缩短合成周期。
优选地，所述水热体系中，所述晶种与硅源中SiO2的质量比为(0.01～0.1)：1，进一步优选为(0.02～0.04)：1。
在本发明的水热体系的具体配制中，可采用如下投料方式：将模板剂溶解到碱源的水溶液中混匀；在剧烈搅拌条件下继续添加铝源，混匀；待混合液澄清后，迅速加入硅源，混匀；最后加入晶种，混匀，得到凝胶。优选地，所述投料是在25℃～60℃条件下进行的，进一步优选为30-50℃，更有利于提高混匀程度，缩短合成周期，提高晶体的结晶度。
本发明中，所述硅源为粗孔硅胶、硅溶胶、白炭黑或水玻璃中的一种或几种。所述铝源为拟薄水铝石、偏铝酸钠或氢氧化铝中的一种或几种。所述碱金属为氢氧化钾或氢氧化钠。
进一步地，本发明通过采用预晶化-晶化两步法可在节约能耗的同时提高颗粒形貌和结晶度。
优选地，所述预晶化的条件为：温度90-120℃，时间24-48h；研究表明，在高碱度体系基础上，通过控制预晶化条件(较低的温度及一定时间)，可合理控制硅源和铝源的解聚速率，促进大量晶核的生成，为提高后续晶体形貌及结晶度提供保障。
进一步优选地，所述晶化的条件为：温度140-170℃，时间12-72h。研究表明，在完成上述预晶化后，晶核生成的数量已足够多，此时通过控制晶化条件(特定高温下)，促使晶体能够迅速生长为小颗粒，并且由于小颗粒表面活化能高，会自发团聚形成大颗粒；通过预晶化条件与晶化条件的协同作用，在节约能源的同时可以大幅度缩短传统合成过程所需的晶化时间，且所得晶体的结晶度较高，颗粒大小均匀，形貌良好。
作为本发明的具体实施方式之一，所述合成方法包括先于100℃预晶化24h，再于160℃晶化36h。
本发明所述的合成方法还包括晶化产物的后处理：将晶化产物冷却，洗涤，干燥，以2-4℃/min的速率升温到550-600℃下焙烧，以脱除有机模板剂，重复洗涤焙烧，最终得到ZSM-48分子筛。
作为本发明的具体实施方式之一，所述晶化产物的后处理的操作如下：将晶化产物抽滤或离心分离；以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8；之后在烘箱中以80-120℃的条件下干燥8-12h；然后在马弗炉中以2-4℃/min的速率升温到550-600℃下继续焙烧6-10h，以脱除有机模板剂；最后用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述步骤三次，最终得到ZSM-48分子筛。
第二方面，本发明还提供了上述合成方法在制备沸石分子筛负载金属催化剂中的应用，及上述合成方法得到的ZSM-48分子筛在制备沸石分子筛负载金属催化剂中的应用。
具体地，一种沸石分子筛负载金属催化剂，包括活性金属及ZSM-48分子筛；所述ZSM-48分子筛其采用上述合成方法。
第三方面，本发明还提供上述沸石分子筛负载金属催化剂在加氢异构反应中的应用。
本发明所述技术方案具有如下优点：
1、本发明采用的有机模板剂为廉价的1,6-己二胺，使得生产成本大大降低；且模板剂用量少，分离回收技术成熟，既节约了合成成本，又减少了环境的污染。
2、本发明合成的ZSM-48分子筛的Si/Al原子比低，可调范围在10-100之间，相应地具有较高的酸密度和酸量，适宜作为异构化催化剂的载体或活性组分。
3、本发明所述ZSM-48分子筛的制备方法操作简单，采用晶种辅助添加的方式大大缩短了制备时间；且应用的两步晶化法在节约了能耗的同时亦能得到颗粒形貌良好、结晶度较高的产品。
附图说明
图1：实施例1的XRD图。
图2：实施例1的SEM图。
图3：实施例2的SEM图。
图4：实施例3的XRD图。
图5：实施例3的SEM图。
图6：实施例4的XRD图。
图7：实施例4的SEM图。
图8：实施例5的XRD图。
图9：实施例6的XRD图。
图10：实施例7的XRD图。
图11：实施例8的XRD图。
图12：实施例8的SEM图。
图13：实施例9的XRD图。
图14：实施例9的SEM图。
图15：实施例10的XRD图。
图16：实施例10的SEM图。
图17：实施例11的XRD图
图18：对比例1的XRD图。
图19：对比例2的XRD图。
图20：对比例2的SEM图。
图21：对比例3的XRD图。
图22：对比例3的SEM图。
图23：对比例4的XRD图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(Si/Al原子比45)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在25℃水浴下，将0.565g氢氧化钾加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加2.906g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.144g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，添加粗孔硅胶5g，继续剧烈搅拌2小时至混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，混合凝胶的pH为12.8；
本实施例中，有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.011：40.2：0.1205；
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.02：1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中，置于90℃的烘箱中预晶化48h，之后升温到150℃晶化72h；
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h；将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图1)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好；
经XRF分析证实，其骨架硅铝分子比为96.4，接近投料比。
对该样品进行SEM测试(见图2)显示，其为棒状晶体形貌，晶体长度约为2-4μm，且晶粒间界限清晰，大小均匀。
实施例2：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(缩短预晶化和晶化时间)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在60℃水浴下，将0.372g氢氧化钾加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加2.906g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.144g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加粗孔硅胶5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，凝胶pH值为12.8；
本实施例中，有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.011：40.2：0.08；
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.01：1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中置于120℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到160℃晶化12h；
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
检测结果表明，本实施例所得分子筛同样具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好；
与实施例1相比可知，通过提高预晶化及晶化温度，可进一步缩短晶化时间。对该样品进行SEM测试(见图3)显示，其为棒状晶体形貌，晶体长度约为2-4μm，且晶粒间界限清晰，大小均匀，聚集度较低，几乎均为棒状单体存在。
实施例3：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(改变碱源和硅源)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在30℃水浴下，将0.4g氢氧化钠加入到预先称量好的63.03g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加1.933g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.216g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，逐滴滴加硅溶胶16.67g，继续剧烈搅拌2小时至混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，凝胶pH值为12.65；
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.2：1：0.0166：50：0.1；
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.02：1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到160℃晶化36h；
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图4)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好；
对该样品进行SEM测试(见图5)显示，其形貌仍为棒状堆积，但与实施例1不同的是，本例制备出的晶体为较粗且短的棒状形貌，在其横截面上可清晰的见到直径约200nm的小晶粒堆积形成的大颗粒，长度约为1-2μm。且大颗粒形貌均匀。
与实施例1相比可知，通过改变硅源和碱源可调整晶体的形貌。
实施例4：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(水量优化)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在50℃水浴下，将0.6g氢氧化钠加入到预先称量好的22.52g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加3.866g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.144g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，逐滴滴加硅溶胶16.67g，继续剧烈搅拌2小时至混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为13.1；
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.4：1：0.011：25：0.15；
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.04：1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中置于90℃的烘箱中预晶化48h，之后升温到170℃晶化36h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图6)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好。
对该样品进行SEM测试(见图7)显示，其形貌仍为棒状堆积，与实施例3类似，本例制备出的晶体为较粗且短的棒状形貌，在其横截面上可清晰的见到直径约300nm的小晶粒堆积形貌。棒状晶体颗粒长度约为1-2μm。且形貌均匀。
与实施例3相比可知，通过水量优化可调整晶体的粒径。
实施例5：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(Si/Al原子比100)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在30℃水浴下，将0.8g氢氧化钠加入到预先称量好的120.12g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加0.968g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.032g氢氧化铝，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加白炭黑5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为13.4。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.1：1：0.005：80：0.2。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.02：1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中置于120℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到150℃晶化72h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图8)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好。
实施例6：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(Si/Al原子比10)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在30℃水浴下，将0.372g氢氧化钾加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加1.45g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.648g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加粗孔硅胶5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为12.9。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.15：1：0.05：40：0.08。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.03：1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中置于110℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到170℃晶化60h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图9)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰出现。但随着硅铝比的降低，其结晶度出现了一定程度的下降。
实施例7：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(优化水量)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在50℃水浴下，将0.372g氢氧化钠加入到预先称量好的37.35g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加2.906g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.144g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加硅溶胶16.67g，继续剧烈搅拌2小时至反应混合物为凝胶状后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为13.0。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.011：20：0.08。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.04，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述凝胶转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到160℃晶化36h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图10)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好。
实施例8：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(优化模板剂用量)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在40℃水浴下，将0.565g氢氧化钾加入到预先称量好的150.15g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加0.9665g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.144g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加白炭黑5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为12。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.1：1：0.011：100：0.12。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.03，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述的原料配制液转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到160℃晶化36h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图11)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好。
对该样品进行SEM测试(见图12)显示该样品也具有棒状结构，但晶体呈六棱柱状，与之前的圆柱状晶体略有差异。
实施例9：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(优化碱用量)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在35℃水浴下，将0.141g氢氧化钾加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加4.843g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.216g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加粗孔硅胶5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为12.5。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.5：1：0.0166：40.2：0.03。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.03，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述的原料配制液转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到160℃晶化36h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图13)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰。由于碱度下降的影响，结晶度仅为初始的83％。
对该样品进行SEM测试(见图14)显示，其为针状堆积形貌，晶体长度约为2-4μm，且晶粒大小均匀，聚集度较高，但与之前棒状晶体不同，该样品几乎均为针状，可能与相对结晶度降低有关。
实施例10：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(调节晶种加入量)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在35℃水浴下，将0.47g氢氧化钾和氢氧化钠混合碱加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加2.906g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.216g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加白炭黑5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH值为12.8。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.0166：40.2：0.12。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.1，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述的原料配制液转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h，之后升温到160℃晶化48h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图15)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好。
对该样品进行SEM测试(见图16)显示，其为棒状堆积形貌，晶粒长度约为1-2μm，大小较均匀，聚集成球状且棒状晶体较细。表明晶种加入量的改变可以改变晶体的粒径大小。
实施例11：低硅铝比ZSM-48分子筛的制备(调节预晶化及晶化时间)
本实施例提供一种低硅铝比ZSM-48分子筛的制备，步骤如下：
(1)水热体系的配制：
在水浴温度为40℃条件下，将0.14g氢氧化钾加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加2.906g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.216g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，缓慢的添加粗孔硅胶5g，继续剧烈搅拌2小时混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，pH为13。
本实施例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.0166：40.2：0.03。
晶种引入：所述晶种是SM-48分子筛，其与硅源中SiO2的质量比为0.02，将其溶解在步骤(1)所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h；
(2)晶化过程：
将上述的原料配制液转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化48h，之后升温到160℃晶化72h。
(3)后处理过程：
将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以去离子水洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥8h，最后在马弗炉中以2℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧8h，将产物用1mol/L的氯化铵溶液在85℃条件下交换3h，重复上述过程三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图17)可以看出，样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰且结晶度良好。
对比例1(常规方法使用HDA制备的ZSM-48分子筛)
按照文献(Miao Zhang,Lei Wang,Yujing Chen,Qiumin Zhang,Changhai Liang,Creating mesopores in ZSM-48zeolite by alkali treatment:Enhanced catalyst forhydroisomerization of hexadecane[J].Journal of Energy Chemistry 25(2016)539–544)的合成方法尝试制备低硅铝比沸石。
当原料投料比由文献的Si/Al原子比200降低到100之后，引入ZSM-48分子筛作为晶种，反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化36h之后，升温到160℃晶化72h。将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以1mol/L的氯化铵溶液洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥12h，最后在马弗炉中以1.7℃/min的速率升温到550℃下继续焙烧12h，重复洗涤焙烧三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图18)可以看出，样品出现ZSM-48分子筛的特征衍射峰的同时有部分ZSM-5相的杂晶峰出现，且结晶度较差。
证明利用对现有技术的改进，采用简单的晶种辅助和两步晶化法，无法合成出低硅铝比的ZSM-48分子筛，晶种辅助和两步晶化法需要适宜的沸石硅铝凝胶的组成进行匹配。
对比例2(无晶种合成ZSM-48分子筛)
晶化、过滤等方法及其公布的投料摩尔比范围参考本发明的实施例，具体为：
1、在水浴温度40℃下，在60.06g水中加入0.565g氢氧化钾和2.906g 1,6-己二胺，充分搅拌溶解后加入0.216g拟薄水铝石，待溶液搅至澄清后加入5g粗孔硅胶。
本对比例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.017：40.2：0.12。
2、晶化过程：将上述的原料配制液剧烈搅拌3h后转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h之后，升温到160℃晶化72h。
3、后处理过程：将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以1mol/L的氯化铵溶液洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥12h，最后在马弗炉中以1.7℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧12h，重复洗涤焙烧三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图19)可以看出，该样品的ZSM-48特征衍射峰并不显著，组成以无定形的物质为主。这说明，晶种辅助法对于诱导ZSM-48分子筛晶相的生成及其晶体的生长起到制约作用。
对该样品进行SEM测试(见图20)显示，晶体为花蕾状形貌，片状晶体大小约为1μm，大小较均匀。形貌与之前样品不同可能是因为结晶度较低导致的。
对比例3(调节混合凝胶pH值至限定范围以外合成)
晶化、过滤等方法及其公布的投料摩尔比范围参考本发明的实施例，具体为：
1、在40℃水浴下，60.06g水中加入0.565g氢氧化钾和2.906g 1,6-己二胺，充分搅拌溶解后加入0.216g拟薄水铝石，待溶液搅至澄清后加入5g粗孔硅胶。待硅胶完全溶解后用pH计测得其pH为12.8，此时逐滴加入已配置好的10mol/L的KOH溶液，调节pH值至14。
本对比例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.017：40.2：0.12。
继续剧烈搅拌1h后添加质量比为0.03的ZSM-48晶种。
2、晶化过程：将上述的原料配制液继续剧烈搅拌2h后转移到反应釜中置于100℃的烘箱中预晶化24h之后，升温到160℃晶化48h。
3、后处理过程：将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以1mol/L的氯化铵溶液洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥12h，最后在马弗炉中以1.7℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧12h，重复洗涤焙烧三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图21)可以看出，该样品存在ZSM-48沸石的部分特征衍射峰，但是出现了很多杂晶峰。证明调节pH值至本发明所述范围以外难以制备出纯相的ZSM-48分子筛。
对该样品进行SEM测试(见图22)显示，多种晶体生长较为混杂，可见棒状的ZSM-48晶体周围出现很多块状和不规则棱锥状杂晶。证明调节pH值至本发明所述范围以外难以制备出纯相的ZSM-48分子筛。
对比例4(采用一步晶化法合成)
本例使用的方法为将水浴后的凝胶直接进行160℃晶化。后续过滤，焙烧等方法及其公布的投料摩尔比范围参考本发明的实施例，具体为：
1、原料配置：在35℃水浴下，将0.565g氢氧化钾加入到预先称量好的60.06g去离子水中，在搅拌至碱源溶解后逐滴添加2.906g 1,6-己二胺，在剧烈搅拌条件下缓慢添加0.216g拟薄水铝石，待铝源完全溶解，混合溶液较为澄清后，添加粗孔硅胶5g，继续剧烈搅拌2小时至混合均匀后添加ZSM-48分子筛晶种，混合凝胶的pH为12.8。
本对比例有机模板剂R、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为0.3：1：0.017：40.2：0.12。
晶种引入：所述晶种是ZSM-48分子筛，其质量比为0.02，将其溶解在步骤1所形成的溶液中，继续剧烈搅拌3h。
2、晶化过程：将上述的原料配制液转移到反应釜中并置于160℃的烘箱中直接晶化72h。
3、后处理过程：将晶化后产物进行常规抽滤或离心分离，以1mol/L的氯化铵溶液洗涤至产物淋洗液pH为7-8，之后在烘箱中以100℃的条件下干燥12h，最后在马弗炉中以1.7℃/min的速率升温到600℃下继续焙烧12h，重复洗涤焙烧三次，最终得到ZSM-48分子筛。
对所得样品做XRD测试(见图23)可以看出，该样品具有典型的ZSM-48分子筛*MRE拓扑结构，所有特征衍射峰与标准谱图比对均符合ZSM-48型分子筛衍射峰，无杂晶峰。但与两步晶化法对比发现其结晶度只有两步晶化法的30％左右，结晶度较差。
应用实施例1：
选择实施例6所合成的Si/Al比为10的ZSM-48分子筛，用于轻质烷烃异构化反应。同时作为对比，采用商用Si/Al比为20的Beta沸石和Si/Al比为12的丝光沸石(MOR)。
采用浸渍法，分别制备负载0.3wt.％的Pt催化剂。
反应条件如下：1g催化剂，温度493K，2.1MP的H2，正己烷和正戊烷(质量比1:1)，反应物进料空速1h-1，氢/烃分子比2。
反应结果如表1所示，实施例6的ZSM-48分子筛的C5和C6异构化率优于Beta和丝光沸石负载的金属Pt催化剂。
表1：轻质烷烃异构化反应结果
催化剂 C5异构化率，质量％ C6异构化率，质量％
Pt/ZSM-48(实施例6) 75 88
Pt/Beta 63 70
Pt/MOR 65 72
应用实施例2：
选择实施例1所合成的Si/Al比为45的ZSM-48分子筛，用于正十六烷异构化反应；作为对比，采用商用Si/Al比为50的ZSM-22、ZSM-23和ZSM-48沸石。
采用等体积浸渍法，分别制备负载0.3wt.％的Pt催化剂。
反应条件如下：1g催化剂，温度573K，4.0MP的H2，正氢气和正十六烷的体积比为600:1，转化率达到100％时，所得产物分布如表2所示。
正十六烷异构化反应中，实施例1所合成的ZSM-48分子筛的十六烷异构化率优于商用的ZSM-22、ZSM-23和ZSM-48沸石负载的金属Pt催化剂。
表2：正十六烷异构化反应结果
催化剂 产物中C16异构烃含量，质量％ 产物中C1-C4轻质烃含量，质量％
Pt/ZSM-48(实施例1) 52.1 ～0.1
Pt/ZSM-48(商用) 45.5 ～0.1
Pt/ZSM-22 32.1 ～0.1
Pt/ZSM-23 42.3 2.6
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，以1,6-己二胺为单一模板剂，通过晶种辅助、对水热体系进行预晶化及晶化；其中：
所述水热体系中，模板剂、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比为(0.1-0.5):1:(0.005-0.05):(20-100):(0.03-0.2)；所述硅源、铝源和碱金属的摩尔比分别是以硅源中SiO2、铝源中Al2O3、碱金属中的Na2O的摩尔比计算的。
2.根据权利要求1所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述模板剂、硅源、铝源、水和碱金属的摩尔比范围为(0.1-0.3):1:(0.005-0.05):(30-50):(0.05-0.15)。
3.根据权利要求2所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述水热体系的pH控制在12-13.5之间；优选为12.5-13.0之间。
4.根据权利要求3所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述晶种为ZSM-48分子筛晶种；
所述晶种与硅源中SiO2的质量比为(0.01～0.1)：1，优选为(0.02～0.04)：1。
5.根据权利要求4所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述水热体系的配制是在25℃～60℃条件下进行的，优选温度为30-50℃。
6.根据权利要求5所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述硅源为粗孔硅胶、硅溶胶、白炭黑或水玻璃中的一种或几种；
所述铝源为拟薄水铝石、偏铝酸钠或氢氧化铝中的一种或几种；
所述碱金属为氢氧化钾或氢氧化钠。
7.根据权利要求1-6任一项所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述预晶化的温度为90-120℃，所述晶化的温度为140-170℃。
8.根据权利要求7所述的ZSM-48分子筛的合成方法，其特征在于，所述预晶化的时间为24-48h；所述晶化的时间为12-72h。
9.一种沸石分子筛负载金属催化剂，其特征在于，包括活性金属及ZSM-48分子筛；所述ZSM-48分子筛通过权利要求1-8任一项所述合成方法得到。
10.权利要求9所述沸石分子筛负载金属催化剂在在加氢异构反应中的应用。
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