CN1321061C - 一种 Ti－MWW 分子筛的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种Ti-MWW分子筛的合成方法，属于无机化学合成技术领域。将硅源、钛源、硼源、模板剂、氟源和水均匀混合成胶，然后进行水热晶化，得Ti-MWW分子筛原粉，再将Ti-MWW分子筛原粉与酸性溶液作用，最后经焙烧，得Ti-MWW分子筛。本发明具有以下显著优点：制备Ti-MWW分子筛原粉过程中，反应混合物制备过程简单，不需分别进行混合成胶，简化了操作工艺，容易控制，重复性好；生产流程短，成本低，利于工业化生产和应用。本发明的方法适于用来合成Ti-MWW分子筛。Ti-MWW分子筛有优异的催化裂化、烯烃和苯烷基化等催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种Ti-MWW分子筛的合成方法，属于无机化学合成技术领域。
背景技术
MWW结构分子筛是一类具有正弦10员环网状孔系、12员环孔穴和超笼孔系结构的分子筛(Science.1994，264：1910)。将具有催化活性的铝原子引入MWW分子筛骨架，形成MCM-22分子筛(US4,954,325)。由于特殊的孔道结构，作为酸性催化活性组分，MCM-22分子筛表现出优异的催化裂化(US 4,983,276)、烯烃和苯烷基化(US4,992,606、US 4,992,615、US 5,334,795)等催化性能。MWW结构分子筛作为酸性催化活性组分，用于烯烃和苯烷基化反应的工艺已经工业化。
把过渡金属钛原子引入MWW分子筛骨架，形成Ti-MWW分子筛。2000年最先在化学快报(Chemistry Letters，2000：774)公开报道。其制备过程为，第一步，按照计量，制备模板剂和水的混合溶液，并均分为2份；第二步，按照计量，将钛源和硼源分别加入到均分的溶液中，分别形成钛源与模板剂和水的混合体系和硼源与模板剂和水的混合体系，然后分别在形成的混合体系中加入相同重量的硅源，得到均匀的凝胶状产品后，将形成的两者凝胶混合；第三步，将得到的凝胶产品在一定温度条件下进行水热晶化一定时间，得到Ti-MWW分子筛原粉；第四步，将Ti-MWW分子筛原粉与一定浓度和一定量的酸溶液在设定温度下处理一定时间，最后经焙烧得到产品Ti-MWW分子筛。文献(Catalysis Surveys from Asia，2004，8(2)：137)报道，Ti-MWW分子筛是目前烯烃环氧化反应中最有效的钛硅分子筛催化剂，但需开发比较简单的制备方法以利于该分子筛的应用。
CN1466545A公开了一种MWW型钛硅酸盐、其制备和在生产环氧化物中的应用。MWW型钛硅酸盐的特征为，其组成结构式为：xTiO2·yM2O3·(1-x-2y)SiO2，其中M代表铝、硼、铬、镓、铁中的至少一种元素；具有MWW结构分子筛的X-射线衍射谱图；其制备过程为，加热一种包含一种模板剂、一种含钛化合物、一种含硼化合物、一种含硅化合物和水的混合物，从而得到一种前体，然后煅烧第一步得到的前体，从而得到具有MWW结构的钛硅酸盐，但所有实施例中钛硅酸盐的制备过程基本同化学快报(Chemistry Letters，2000：774)公开报道的制备过程，即制备反应物溶胶过程复杂，不易控制。
WO03/074421 A1公开了一种钛硅酸盐、其制备和在有机物氧化反应中的应用。该钛硅酸盐的特征为，其组成结构式为：xTiO2·(1-x)SiO2；具有MWW结构分子筛的X一射线衍射谱图；其制备过程为，第一步，水热晶化制备含硅、硼的MWW结构前驱体，第二步，酸处理上步得到的MWW结构前驱体，第三步，将上步得到的产品与钛源和模板剂水溶液一起进行水热晶化处理，第四步，将上步得到的产品经焙烧得到产品钛硅酸盐，即进行了两次水热晶化过程，工艺流程长，成本高。
从以上所述可知，合成具有MWW结构的钛硅分子筛过程复杂，工艺流程长，生产成本高，不利于该分子筛的工业化生产和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ti-MWW分子筛的合成方法。该方法是基于对成胶过程对分子筛物化性质影响的详细研究的结果：该方法为一步成胶合成法，只要控制钛源的水解就可以得到性能优异的分子筛，保证混合均匀即可，不需分别成胶，而其它过程与常规合成分子筛的过程相同。因而该方法有以下优点：合成过程简单，工艺流程短，生产成本低，重复性好，利于该分子筛的工业化生产和应用。
本发明采用以下技术方案达到上述目的：
将硅源、钛源、硼源、模板剂、氟源和水均匀混合成胶，然后进行水热晶化，得Ti-MWW分子筛原粉，再将Ti-MWW分子筛原粉与酸性溶液作用，最后经焙烧，得Ti-MWW分子筛。
现详细说明本发明的技术方案。
一种Ti-MWW分子筛的合成方法，其特征在于，操作步骤：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.001～0.2)∶1∶(0.1～5)∶(0～2.0)∶(0.1～5)∶(5～150)制备反应混合物，所述的钛源是钛酸四烷基酯、卤化钛或氧化钛，所述的硅源是硅酸、硅胶、硅溶胶或硅酸四烷基酯，所述的硼源是硼酸或硼酸盐，所述的氟源是氟化钠、氟化铵、氢氟酸、氟硅酸或氟硅酸盐，所述的有机模板剂是哌啶、六亚甲基亚胺或两者的混合物，先将钛源加入到有机模板剂的水溶液中，搅拌均匀，加入硼源和氟源，搅拌均匀，加入硅源，得到反应混合物，所述的反应混合物于130～200℃水热晶化5小时～20天，经过滤、洗涤、干燥，得到Ti-MWW分子筛原粉；
第二步酸处理
将第一步得到的Ti-MWW分子筛原粉与浓度为0.1～18mol/l酸性溶液按照重量比为1∶(5～100)制备反应混合物，所述的酸是无机酸或有机酸，无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或磷酸，有机酸是甲酸、乙酸、丙酸或酒石酸，于50～200℃处理10分钟～3天，经过滤、洗涤、干燥，得到酸处理产物；
第三步焙烧
将第二步得到的产物于400～700℃焙烧3～20小时，得到产品，Ti-MWW分子筛。
本发明的技术方案的进一步特征在于，在第一步中，按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.005～0.1)∶1∶(0.15～2)∶(0～1.0)∶(0.5～3)∶(15～50)制备反应混合物，于150～190℃水热晶化15小时～10天；在第二步中，将第一步制得的Ti-MWW分子筛原粉与浓度为0.5～6mol/l酸性溶液按照重量比为1∶(10～65)制备反应混合物，于70～130℃处理5～36小时；在第三步中，于500～600℃焙烧5～10小时。
本发明的技术方案的进一步特征在于，仅有两个操作步骤：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
与上述的技术方案的操作步骤的第一步完全相同；
第二步焙烧
将第一步得到的Ti-MWW分子筛原粉于400～700℃焙烧3～20小时，得到产品，Ti-MWW分子筛。
本发明的技术方案的进一步特征在于，仅有两个操作步骤：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.005～0.1)∶1∶(0.1 5～2)∶(0～1.0)∶(0.5～3)∶(15～50)制备反应混合物，于150～190℃水热晶化15小时～10天；
第二步焙烧
将第一步得到的Ti-MWW分子筛原粉于500～600℃焙烧5～10小时。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)制备Ti-MWW分子筛原粉过程中，反应混合物制备过程简单，不需分别进行混合成胶，简化了操作工艺，容易控制，重复性好；
(2)生产流程短，成本低，利于工业化生产和应用。
附图说明
图1为实施例1得到的Ti-MWW分子筛的XRD谱图。图中，该分子筛有特征峰2θ＝7.22°、7.90°、9.54°、14.42°、16.14°、22.64°、23.72°、26.14°。该分子筛属于典型的MWW结构。
具体实施方式
所有实施例均按上述技术方案的操作步骤进行操作。
实施例1
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为0.033∶1∶0.67∶1∶1.4∶19制备反应混合物，所述的钛源为钛酸四丁酯，所述的硅源为硅胶，所述的硼源为硼酸，所述的氟源为HF，所述的有机模板剂为哌啶，所述的反应混合物于170℃水热晶化7天，经过滤、洗涤、干燥，得到Ti-MWW分子筛原粉；
第二步酸处理
将第一步得到的Ti-MWW分子筛原粉与浓度为2mol/l硝酸溶液按照重量比为1∶50制备反应混合物，于100℃下处20小时，经过滤、洗涤、干燥，得到酸处理产物；
第三步焙烧
将第二步得到的酸处理产物于550℃焙烧10小时，得到产品，Ti-MWW分子筛。
得到的产品，Ti-MWW分子筛，的XRD谱图如图1所示。
实施例2～8
实施过程除以下不同外，其余均同实施例1：
第一步 制备Ti-MWW分子筛原粉
反应混合物的摩尔比组成：
实施例2 0.10TiO2∶SiO2∶0.67B2O3∶0F-∶1.4有机模板剂∶19H2O；
实施例3 0.05TiO2∶SiO2∶0.67B2O3∶1.5F-∶1.4有机模板剂∶19H2O；
实施例4 0.005TiO2∶SiO2∶0.67B2O3∶0.1F-∶1.4有机模板剂∶19H2O；
实施例5 0.033TiO2∶SiO2∶0.5B2O3∶0.5F-∶1.4有机模板剂∶12H2O
实施例6 0.015TiO2∶SiO2∶2.0B2O3∶0F-∶1.4有机模板剂∶12H2O；
实施例7 0.033TiO2∶SiO2∶0.67B2O3∶0F-∶1.0有机模板剂∶10H2O；
实施例8 0.033TiO2∶SiO2∶0.67B2O3∶0F-∶3.0有机模板剂∶40H2O。
得到的产品，Ti-MWW分子筛，其XRD谱图与图1类似。
实施例9～13
实施过程除以下不同外，其余均同实施例1：
第二步酸处理
反应混合物重量配比及处理条件：
实施例9 Ti-MWW分子筛原粉∶6mol/l硝酸＝1∶20，室温处理10小时；
实施例10 Ti-MWW分子筛原粉∶0.5mol/l磷酸＝1∶90，120℃处理36小时；
实施例11 Ti-MWW分子筛原粉∶2mol/l盐酸＝1∶50，100℃处理18小时；
实施例12 Ti-MWW分子筛原粉∶4mol/l乙酸＝1∶30，100℃处理36小时。
得到的产品，Ti-MWW分子筛，其XRD谱图与图1类似。
实施例13
实施过程除以下不同外，其余均同实施例1：
在第一步中硅源为硅溶胶，钛源为四氯化钛，硼源为硼酸钠，有机模板剂为六亚甲基亚胺。
得到的产品，Ti-MWW分子筛，其XRD谱图与图1类似。
实施例14
实施过程除以下不同外，其余均同实施例1：
在第一步中氟源为氟化氨，有机模板剂为哌啶和六亚甲基亚胺的混合物，重量比为5∶5。
得到的产品，Ti-MWW分子筛，其XRD谱图与图1类似。
实施例15
实施过程除以下不同外，其余均同实施例1：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
第三步焙烧
得到的产品，Ti-MWW分子筛，其XRD谱图与图1类似。
Claims (4)
1、一种Ti-MWW分子筛的合成方法，其特征在于，操作步骤：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.001～0.2)∶1∶(0.1～5)∶(0～2.0)∶(0.1～5)∶(5～150)制备反应混合物，所述的钛源是钛酸四烷基酯、卤化钛或氧化钛，所述的硅源是硅酸、硅胶、硅溶胶或硅酸四烷基酯，所述的硼源是硼酸或硼酸盐，所述的氟源是氟化钠、氟化铵、氢氟酸、氟硅酸或氟硅酸盐，所述的有机模板剂是哌啶、六亚甲基亚胺或两者的混合物，先将钛源加入到有机模板剂的水溶液中，搅拌均匀，加入硼源和氟源，搅拌均匀，加入硅源，得到反应混合物，所述的反应混合物于130～200℃水热晶化5小时～20天，经过滤、洗涤、干燥，得到Ti-MWW分子筛原粉；
第二步酸处理
将上步得到的Ti-MWW分子筛原粉与浓度为0.1～18mol/l酸性溶液按照重量比为1∶(5～100)制备反应混合物，所述的酸是无机酸或有机酸，无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或磷酸，有机酸是甲酸、乙酸、丙酸或酒石酸，于50～200℃处理10分钟～3天，经过滤、洗涤、干燥，得到酸处理产物；
第三步焙烧
将第二步得到的产物于400～700℃焙烧3～20小时，得到产品，Ti-MWW分子筛。
2、根据权利要求1所述的Ti-MWW分子筛的合成方法，其特征在于，在第一步中，按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的 B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.005～0.1)∶1∶(0.15～2)∶(0～1.0)∶(0.5～3)∶(15～50)制备反应混合物，于150～190℃水热晶化15小时～10天；在第二步中，将第一步制得的Ti-MWW分子筛原粉与浓度为0.5～6mol/l酸性溶液按照重量比为1∶(10～65)制备反应混合物，于70～130℃处理5～36小时；在第三步中，于500～600℃焙烧5～10小时。
3、一种Ti-MWW分子筛的合成方法，其特征在于，仅有两个操作步骤：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.001～0.2)∶1∶(0.1～5)∶(0～2.0)∶(0.1～5)∶(5～150)制备反应混合物，所述的钛源是钛酸四烷基酯、卤化钛或氧化钛，所述的硅源是硅酸、硅胶、硅溶胶或硅酸四烷基酯，所述的硼源是硼酸或硼酸盐，所述的氟源是氟化钠、氟化铵、氢氟酸、氟硅酸或氟硅酸盐，所述的有机模板剂是哌啶、六亚甲基亚胺或两者的混合物，先将钛源加入到有机模板剂的水溶液中，搅拌均匀，加入硼源和氟源，搅拌均匀，加入硅源，得到反应混合物，所述的反应混合物于130～200℃水热晶化5小时～20天，经过滤、洗涤、干燥，得到Ti-MWW分子筛原粉；
第二步焙烧
将第一步得到的Ti-MWW分子筛原粉于400～700℃焙烧3～20小时，得到产品，Ti-MWW分子筛。
4、根据权利要求3所述的Ti-MWW分子筛的合成方法，其特征在于，仅有两个操作步骤：
第一步制备Ti-MWW分子筛原粉
按摩尔比钛源中的TiO2∶硅源中的SiO2∶硼源中的B2O3∶氟源中的F-∶有机模板剂∶H2O为(0.005～0.1)∶1∶(0.15～2)∶(0～1.0)∶(0.5～3)∶(15～50)制备反应混合物，于150～190℃水热晶化15小时～10天；
第二步焙烧
将第一步得到的Ti-MWW分子筛原粉于500～600℃焙烧5～10小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Zhejiang Twrd New Material Co., Ltd. Assignor: East China Normal University Contract record no.: 2010330002031 Denomination of invention: Synthesis method of Ti-MWW molecular sieve Granted publication date: 20070613 License type: Exclusive License Open date: 20051026 Record date: 20101008 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070613 Termination date: 20200418 |