CN115594194B - 一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分子筛材料制备技术领域,尤其涉及一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法,包括:首先将高硅分子筛晶种、固体硅源、铝源、模板剂、碱、脲和水按照一定比例均匀混合,水热合成晶化,然后通过多段程序升温、铵浸、酸洗等手段脱除分子筛骨架表面的脱酸位点,即可获得高耐水型抗自聚合苯乙烯吸附浓缩材料。本发明通过高硅晶种诱导、多段程序升温、离子交换等操作制备脱除酸性位点的分子筛,工艺简单,该分子筛在工业含易聚合苯乙烯烟气净化领域具有较好的应用前景和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及分子筛材料制备技术领域,尤其涉及一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法。
背景技术
苯乙烯作为化工、医药、塑胶等行业的重要原料,是一种典型的挥发性有机大气污染物(VOCs)。尤其在工业生产过程中,苯乙烯由于具有挥发性强的特点,在装卸车、罐区储罐呼吸以及作为溶剂挥发都会产生大量废气。苯乙烯对人体以及生态环境都具有很大的危害性。然而苯乙烯易自聚合、高沸点(146℃)、不溶于水,暴露于空气中逐渐发生氧化,并且呈现排放风量大(10000m3/h)、废气浓度低(<1000mg/m3)等特点。因此,如何有效治理排放的苯乙烯废气是当前大气污染治理的一大难点。
目前常用冷凝+氧化工艺、生物法工艺、植物液喷淋+光催化氧化工艺、活性炭吸附工艺来处理含苯乙烯废气,但这些处理工艺存在局限性。也有提出采用活性炭三维电极法、UV-生物耦合法来处理低浓度苯乙烯,但尚处在实验室阶段。
分子筛转轮+蓄热燃烧或催化氧化技术因可以对排放风量大、浓度低的 VOCs废气进行高效浓缩净化而得到广泛工程应用。相比较与传统的直接燃烧处理技术,沸石转轮+蓄热燃烧或催化氧化技术也可极大降低柴油、天然气等助燃剂的使用,降低了碳的排放。但该工艺存在苯乙烯在浓缩装置(分子筛)表面很容易发生聚合反应生成聚苯乙烯,造成分子筛堵孔失效,降低整个系统的净化效率,因此通过分子筛吸附净化苯乙烯废气,目前依然较为困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法,通过高硅晶种诱导、多段程序升温、离子交换等操作制备脱除酸性位点的分子筛,该分子筛在工业含易聚合苯乙烯烟气净化领域具有较好的应用前景和经济效益。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法,具体步骤如下:
S1、将高硅分子筛晶种、固体硅源、铝源、模板剂、碱、脲和水按照一定比例混合,得混合液;
S2、将S1中制得的混合液在一定温度下进行水热反应,获得固体粉末样品;
S3、将S2获得的固体粉末样品在空气中于一定温度下焙烧一段时间,得煅烧样品;
S4、将S3制得的煅烧样品与一定浓度的铵盐在一定温度下进行离子交换,然后以一定温度在空气中焙烧获得初步脱除酸位点的分子筛样品;
S5、将S4中所获得初步脱除酸位点的分子筛样品重复执行步骤S2~S4,即可获得最终脱除酸性位点的分子筛样品。
优选地,步骤S1中,所述的高硅分子筛晶种为X、Y和ZSM-5中的一种;所述的固体硅源为白炭黑、固体硅酸钠、固体硅胶、二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯中的一种或几种的混合物。
优选地,步骤S1中,所述的铝源为偏铝酸钠、氧化铝、硝酸铝、铝酸铝和异丙醇铝中的一种或几种的混合物。
优选地,步骤S1中,所述的模板剂为四丁基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、 1-丁基-3甲基咪唑溴化物和四丙基氢氧化铵中的一种或几种的混合物。
优选地,步骤S1中,碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇钠、氢氧化锶中的一种或几种混合物。
优选地,步骤S1中,高硅分子筛晶种与固体硅源、铝源、模板剂、碱、脲和水按照高硅分子筛晶种中的二氧化硅、固体硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为(0.01~30):(60~250):(0~25):(0.02~0.2):(0~30): (0.5~2):(1000~8000)。
优选地,步骤S2中,混合液的水热反应温度为100~200℃,反应时间为8~100 h。
优选地,步骤S3中,固体粉末样品焙烧温度为400~600℃,升温速率为 1-10℃/min,焙烧时间为3-8h。
优选地,步骤S4中,铵盐为氯化铵、硝酸铵、氟硅酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸铵中的一种或多种混合物,铵盐的浓度为1~5mol/L、温度为40~80℃;与铵盐交换后的样品焙烧温度为400~600℃,升温速率为1~10℃/min,焙烧时间为2-8h。
优选地,步骤S5中,提及的重复次数为4~8次。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过高硅晶种诱导、多段程序升温离子交换等操作制备脱除酸性位点的分子筛,该分子筛在工业含易聚合苯乙烯烟气净化领域具有较好的应用前景和经济效益。
2、相对于现有的分子筛构建方法,本发明不仅从源头增加分子筛硅铝比,也通过化学法对骨架表面作进一步脱铝,实现更高硅铝比分子筛构筑,方法简便,效果更佳。
3、本发明对分子筛表面酸性位点进行深度脱除,不仅提高了分子筛的疏水能力,也增加了其对苯乙烯的快速脱附能力,避免了苯乙烯在分子筛表面的聚合堵。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得改性ZSM-5分子筛的FESEM图;
图2为本发明实施例1所制得改性与未改性ZSM-5的NH3-TPD图;
图3为本发明实施例1所制得改性ZSM-5多次循环吸附苯乙烯性能图。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征,从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
(1)将高硅ZSM-5分子筛晶种、固体硅酸钠、偏铝酸钠、四乙基氢氧化铵、乙醇钠、脲和水按照分子筛晶种中的二氧化硅、硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为1:100:10:0.1:15:1.25:4500形成混合液体,并置入水热反应釜中于180℃下水热反应50h;
(2)将(1)获得的样品在马弗炉中以5℃/min升温至550℃下焙烧4h去除有机组分;
(3)将(2)所得样品,在60℃的2mol/L氯化铵溶液中进行离子交换,结束后再放入马弗炉中以5℃/min升温至550℃焙烧5h,获得初步脱除表面酸性位点的ZSM-5分子筛;
(4)将(3)中所得样品重复水热、焙烧、离子交换、焙烧等工序(条件不变)6次,即可获得最终抗苯乙烯聚合堵孔的分子筛样品。
其中,图1为所制得高度脱铝改性分子筛样品的FESEM图,经FESEM表征,其呈现均一的规则梭形结构。
图2为未改性ZSM-5分子筛和高度脱酸性位点的ZSM-5分子筛表面的酸性位点分布情况。从该图中可以发现,对于改性后的ZSM-5分子筛,不管是高温阶段的强酸性位点,还是低温阶段的弱酸性点,酸性位点含量均出现明显下降,说明在ZSM-5表面能够让苯乙烯发生快速聚合反应的酸性位点已基本得到去除。
采用实施实例1制备得到的高度脱酸位点的改性ZSM-5分子筛,获得了较高的苯乙烯吸附脱附性能,如图3所示。实验结果表明:在常温、RH=75%湿、 200℃脱附温度下,改性ZSM-5经过11次循环吸脱附400mg/m3苯乙烯后,在 60min内依然表现出92%以上的优异吸附脱附苯乙烯能力。
实施例2:
(1)将高硅X分子筛晶种、白炭黑、氧化铝、四丁基氢氧化铵、氢氧化锂、脲和水按照分子筛晶种中的二氧化硅、硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为2:150:15:0.05:20:1.5:6000形成混合液体,并置入水热反应釜中于150℃下水热反应80h;
(2)将(1)获得的样品在马弗炉中以2℃/min升温至500℃焙烧6h去除有机组分;
(3)将(2)所得样品,在70℃的1mol/L氟硅酸铵溶液中进行离子交换,结束后再放入马弗炉中以2℃/min升温至500℃焙烧8h,获得初步脱除表面酸性位点的X分子筛;
(4)将(3)中所得样品重复水热、焙烧、离子交换、焙烧等工序(条件不变)4次,即可获得最终抗苯乙烯聚合堵孔的X分子筛样品。
实验结果表明:在常温、RH=60%湿、200℃脱附温度下,改性X经过10 次循环吸脱附400mg/m3苯乙烯后,在60min内依然表现出90%以上的优异吸附脱附苯乙烯能力。
实施例3:
(1)将高硅Y分子筛晶种、固体硅胶、硝酸铝、1-丁基-3甲基咪唑溴化物、氢氧化钠、脲和水按照分子筛晶种中的二氧化硅、硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为15:200:20:0.2:30:2:8000形成混合液体,并置入水热反应釜中于200℃下水热反应24h;
(2)将(1)获得的样品在马弗炉中以10℃/min升温至600℃焙烧3h去除有机组分;
(3)将(2)所得样品,在80℃的5mol/L硫酸铵溶液中进行离子交换,结束后再放入马弗炉中以10℃/min升温至600℃焙烧4h,获得初步脱除表面酸性位点的Y分子筛;
(4)将(3)中所得样品重复水热、焙烧、离子交换、焙烧等工序(条件不变)7次,即可获得最终抗苯乙烯聚合堵孔的Y分子筛样品。
实验结果表明:在常温、RH=50%湿、200℃脱附温度下,改性Y经过10 次循环吸脱附400mg/m3苯乙烯后,在60min内依然表现出91%以上的优异吸附脱附苯乙烯能力。
实施例4:
(1)将高硅ZSM-5分子筛晶种、二甲基硅氧烷、铝酸铝、四丙基氢氧化铵、氢氧化钾、脲和水按照分子筛晶种中的二氧化硅、硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为0.01:60:1:0.02:1:0.5:1000形成混合液体,并置入水热反应釜中于100℃下水热反应100h;
(2)将(1)获得的样品在马弗炉中以1℃/min升温至580℃焙烧2.5h去除有机组分;
(3)将(2)所得样品,在70℃的3mol/L硫酸氢铵溶液中进行离子交换,结束后再放入马弗炉中以10℃/min升温至600℃焙烧4h,获得初步脱除表面酸性位点的ZSM-5-1分子筛;
(4)将(3)中所得样品重复水热、焙烧、离子交换、焙烧等工序(条件不变)6次,即可获得最终抗苯乙烯聚合堵孔的ZSM-5-1分子筛样品。
实验结果表明:在常温、RH=60%湿、200℃脱附温度下,改性ZSM-5-1经过11次循环吸脱附400mg/m3苯乙烯后,在60min内依然表现出85%以上的优异吸附脱附苯乙烯能力。
实施例5:
(1)将高硅ZSM-5分子筛晶种、正硅酸乙酯、异丙醇铝、四丙基氢氧化铵、氢氧化锶、脲和水按照分子筛晶种中的二氧化硅、硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为30:250:25:0.2:30:2:6000形成混合液体,并置入水热反应釜中于160℃下水热反应90h;
(2)将(1)获得的样品在马弗炉中以8℃/min升温至560℃焙烧3h去除有机组分;
(3)将(2)所得样品,在40℃的5mol/L碳酸铵溶液中进行离子交换,结束后再放入马弗炉中以4℃/min升温至580℃焙烧7h,获得初步脱除表面酸性位点的ZSM-5-2分子筛;
(4)将(3)中所得样品重复水热、焙烧、离子交换、焙烧等工序(条件不变)5次,即可获得最终抗苯乙烯聚合堵孔的ZSM-5-2分子筛样品。
实验结果表明:在常温、RH=70%湿、200℃脱附温度下,改性ZSM-5-2经过11次循环吸脱附400mg/m3苯乙烯后,在60min内依然表现出80%以上的优异吸附脱附苯乙烯能力。
本发明中披露的说明和实践,对于本技术领域的普通技术人员来说,都是易于思考和理解的,且在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进,也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
S1、将高硅分子筛晶种、固体硅源、铝源、模板剂、碱、脲和水按照一定比例混合,得混合液;
S2、将S1中制得的混合液在一定温度下进行水热反应,获得固体粉末样品;
S3、将S2获得的固体粉末样品在空气中于一定温度下焙烧一段时间,得煅烧样品;
S4、将S3制得的煅烧样品与一定浓度的铵盐在一定温度下进行离子交换,然后以一定温度在空气中焙烧获得初步脱除酸位点的分子筛样品;
S5、将S4中所获得初步脱除酸位点的分子筛样品重复执行步骤S2~S4,即可获得最终脱除酸性位点的分子筛样品;
步骤S1中,所述的高硅分子筛晶种为X、Y和ZSM-5中的一种;所述的固体硅源为白炭黑、固体硅酸钠、固体硅胶、二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯中的一种或几种的混合物;
步骤S1中,所述的铝源为偏铝酸钠、氧化铝、硝酸铝、铝酸铝和异丙醇铝中的一种或几种的混合物;
步骤S1中,所述的模板剂为四丁基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、1-丁基-3甲基咪唑溴化物和四丙基氢氧化铵中的一种或几种的混合物;
步骤S1中,碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇钠、氢氧化锶中的一种或几种混合物;
步骤S1中,高硅分子筛晶种与固体硅源、铝源、模板剂、碱、脲和水按照高硅分子筛晶种中的二氧化硅、固体硅源中的二氧化硅、铝源、模板剂、碱、脲和水摩尔比为(0.01~30):(60~250):(0~25):(0.02~0.2):(0~30):(0.5~2):(1000~8000);
步骤S2中,混合液的水热反应温度为100~200℃,反应时间为8~100h;
步骤S3中,固体粉末样品焙烧温度为400~600℃,升温速率为1-10℃/min,焙烧时间为3-8h;
步骤S4中,铵盐为氯化铵、硝酸铵、氟硅酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸铵中的一种或多种混合物,铵盐的浓度为1~5mol/L、温度为40~80℃;与铵盐交换后的样品焙烧温度为400~600℃,升温速率为1~10℃/min,焙烧时间为2-8h。
2.根据权利要求1所述的一种用于苯乙烯净化的分子筛制备方法,其特征在于,步骤S5中,提及的重复次数为4~8次。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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