CN1789126A - 一种mcm-22分子筛的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种MCM-22分子筛的合成方法,所得样品具有MWW拓扑结构,该方法以硅源、铝源、碱源、模板剂和去离子水为反应原料,在135~185℃晶化一定时间,水热合成出所需要的分子筛;其特征在于应用二元胺液体混合物(BA)作为制备分子筛的模板剂,其中之一(SDA1)为六亚甲基亚胺(HMI),其中之二(SDA2)为环己胺(CHA)或丁胺(BuA)或异丙胺(IPA)中的任何一种。
Description
技术领域
本发明是关于一种分子筛的合成方法。具体地说,就是一种具有MCM-22分子筛晶相结构的分子筛的合成方法。
背景技术
MCM-22分子筛(USP 4,954,325),属于有两种不交叉孔道系统型的分子筛,其含有12元环和10元环两种孔道系统,所用模板剂一般为六亚甲基亚胺。MCM-22在多种催化反应表现出优异的性能,如MCM-22用于苯与乙烯烷基化,具有活性高、单烷基苯(乙苯)选择性好、苯/乙烯比低(可降低反应及精馏设备的费用)的特点;用作催化裂化催化剂的添加剂,可提高催化裂化性能。
一般而言,硅铝比(SiO2/Al2O3)低于100的MCM-22合成以六亚甲基亚胺为模板剂,而纯硅的MCM-22,即ITQ-1的合成则需要在HMI和N,N,N-三甲基金刚烷基氢氧化铵(TMAadOH)双模板剂体系下,才能具有良好的重复性和较高的结晶度(M.A.Camblor,et al.Chem.Mater.1996,8,2415-2417)。受其启发,Zones等人(Chem.Mater.2002,14,313-320)则开辟了一系列以少量结构特殊的季铵碱为结构导向剂、而以大量小分子胺填充孔道的分子筛合成路线,并直接导致了新型的高硅SSZ-47的发现。此外,该合成路线还可以大大降低合成的成本。
通常将稀土元素引入分子筛有助于提高分子筛的稳定性。由于稀土元素的水合离子半径较大,通过传统交换的方法把Re3+离子交换到分子筛的孔道中比较困难。因此,可以在合成时采用含有稀土元素的盐作为原料,使其在分子筛晶化过程中进入分子筛孔道中。
发明内容
本发明的目的是提供一种MCM-22分子筛的合成方法。该方法以二元胺混合物(BA)为模板剂,廉价合成含有稀土元素MCM-22分子筛。
本发明提供的MCM-22分子筛的合成方法,以硅溶胶或硅胶为硅源;以偏铝酸钠为铝源;以氢氧化钠为碱源;以稀土元素的硝酸盐为稀土源。所采用的二元胺模板剂中,仅以少量六亚甲基亚胺(HMI)导向MCM-22结构的生成,以小分子胺填充孔道稳定骨架。因此可以减少HMI的用量,从而降低合成成本,同时还可以缩短晶化时间。本发明采用的模板剂其组成式为:SDA2∶SDA1=0.25~4;式中SDA1为六亚甲基亚胺,SDA2为环己胺、丁胺和/或异丙胺。
本发明提供的MCM-22分子筛的制备方法基本上由下列步骤组成:
(1)将硅源、铝源、碱源、稀土元素、有机模板剂按一定比例混合均匀制成胶体,各原料的摩尔比为:SiO2/Al2O3=18~80,Na2O/SiO2=0.01~0.5,H2O/SiO2=15~60,Re2O3/SiO2=0~0.07,BA/SiO2=0.2~0.5。其中Re为稀土元素;BA为模板剂,其组成式为:SDA2∶SDA1=0.25~4;式中SDA1为六亚甲基亚胺,SDA2为环己胺、丁胺和/或异丙胺;SAD2/SDA1=0.25~4)。
优选的摩尔配比为:SiO2/Al2O3=20~50,Na2O/SiO2=0.05~0.3,BA/SiO2=0.3~0.5(其中SDA2/SDA1=0.5~3),Re2O3/SiO2=0~0.03,H2O/SiO2=20~50。
(2)把胶体放入反应釜后密封,在自升压力条件下,程序升温到指定的晶化温度。晶化完成后,将反应釜骤冷,晶化产物经固体与母液分离,固体经去离子水洗涤至PH8~9,得到分子筛原粉。
本发明提供的分子筛可用于不同的烃类转化反应中,尤其是聚合、芳构化、裂化、异构化等反应。该分子筛也可和具有加氢活性的元素,如镍、钴、钼、钨、钒、铑,或贵金属,钯、铂等结合起来一起使用。这些元素可以通过离子交换、浸渍或机械混合的方法引入分子筛中。
本发明中的相对结晶度是计算焙烧后的样品与参比样品在2θ为7.1±0.2°与26.0±0.2°的衍射峰强度之和的百分比得到的。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明,但并不因此而限制本发明。
对比例1:按美国专利(USP 4,954,325),HMI为模板剂制备MCM-22分子筛。
(1)原料:
A、NaAlO2[含Al2O343%(重量),Na2O 51.5%(重量),以下同]:0.71g;
B、氢氧化钠溶液[含10%(重量)NaOH,以下同]:3.18g;
C、硅胶[含SiO2 98%(重量),以下同]:5.5g;
D、去离子水:69.7g;
E、模板剂:六亚甲基亚胺[HMI 99%(重量)]:3.16g。
反应混合物的摩尔组成为:SiO2/Al2O3=30,H2O/SiO2=45,HMI/SiO2=0.35,Na2O/SiO2=0.11。
(2)操作步骤:
先将原料A与B在100毫升不锈钢反应釜中混合均匀,在搅拌下将原料C、D和E依次加入釜中,继续搅拌10分钟后,将反应釜密封,在160℃下晶化96h。冷却后,将固体与母液离心分离,固体经去离子水洗涤至PH8~9,样品在100℃下空气干燥8小时,得到分子筛原粉,经550℃焙烧4h后经X射线衍射(XRD)分析确定其晶相为MCM-22,将其相对结晶度记做100%,即该样品作为以下测定样品相对结晶度的参比样品。
对比例2:按美国专利(USP 4,954,325),以硅胶为硅源,HMI为模板剂制备MCM-22分子筛。
将对比例1中的HMI加入量为1.58g使得HMI/SiO2=0.175,其余原料组成不变。晶化温度和时间分别为160℃和96h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为73%。
实施例1
以硅胶为硅源,六亚甲基亚胺(HMI)和丁胺(BuA,纯度为99%)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的模板剂改为1.58克HMI和1.17克丁胺(BuA),使得(HMI+BuA)/SiO2=0.35,BuA/HMI=1,其余原料组成不变。晶化温度和时间分别为160℃和84h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为86%。
实施例2
以硅胶为硅源、六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA,纯度为98%,下同)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的模板剂改为1.58克HMI和1.58克(CHA),使得(HMI+BuA)/SiO2=0.35,CHA/HMI=1,其余原料组成不变。晶化温度和时间分别为160℃和84h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为91%。
实施例3
以硅胶为硅源、六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的模板剂改为1.06g HMI和2.10g CHA,使得(HM+CHA)/SiO2=0.35,CHA/HMI=2,其余原料组成不变。晶化温度和时间分别为160℃和100h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为100%。
实施例4
以硅溶胶为硅源、六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的NaAlO2用量改为1.07g,NaOH溶液用量改为0.82ml,去离子水用量改为48.0g,加入21.3g硅溶胶[含SiO225.3%(重量)],所用模板剂改为0.79g HMI和2.37gCHA,使得SiO2/Al2O3=20,Na2O/SiO2=0.11,H2O/SiO2=40,(HMI+CHA)/SiO2=0.35,CHA/HMI=3。晶化温度和时间分别为150℃和72h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为82%。
实施例5
以硅胶为硅源、六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的NaAlO2用量改为0.284g,NaOH溶液用量改为6.01ml,去离子水用量改为59.3g,所用模板剂改为3.00gHMI和1.50gCHA,硅胶用量不变,使得SiO2/Al2O3=50,Na2O/SiO2=0.11,H2O/SiO2=40,(HMI+CHA)/SiO2=0.50,CHA/HMI=0.5。晶化温度和时间分别为180℃和30h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为85%。
实施例6
以硅胶为硅源、六亚甲基亚胺(HMI)和异丙胺(IPA)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的模板剂改为1.58g HMI和0.95g IPA,使得(HMI+IPA)/SiO2=0.35,IPA/HMI=1,其余原料组成不变。晶化温度和时间分别为135℃和170h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为96%。
实施例7
以硅胶为硅源、硝酸镧为稀土源、六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将对比例1中的NaAlO2用量改为0.735g,NaOH溶液用量改为4.90ml,去离子水用量改为62.3g,加入0.23g La(NO3)3·6H2O,硅胶用量改为7.4g,所用模板剂改为1.42g HMI和2.84g CHA,使得SiO2/Al2O3=40,Na2O/SiO2=0.10,H2O/SiO2=30,(HMI+CHA)/SiO2=0.35,CHA/HMI=2,La2O3/SiO2=0.033。晶化温度和时间分别为170℃和84h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为100%。
实施例8
以硅胶为硅源、加混合稀土元素镧(La)和铈(Ce)、六亚甲基亚胺(HMI)和环己胺(CHA)为模板剂制备本发明提供的MCM-22分子筛。
将实施例7中的稀土盐改为0.159g La(NO3)3·6H2O和0.159gCe(NO3)3·6H2O,使得(La2O3+Ce2O3)/SiO2=0.06,La2O3/Ce2O3=1,其余原料组成不变。晶化温度和时间分别为180℃和60h,产物为MCM-22分子筛,其相对结晶度为85%。
Claims (8)
1.一种MCM-22分子筛的合成方法,主要步骤为:
于反应釜中,先加入铝源和碱源并混合均匀,搅拌下依次加入硅源、稀土元素、去离子水和模板剂,将反应釜密封,在135~185℃下晶化30-170小时;固体与母液分离,固体经去离子水洗涤至PH8~9,得到分子筛原粉,焙烧后具有MWW型结构;
所述模板剂为二元胺液体混合物,其组成式为:
SDA2∶SDA1=0.25~4;
式中SDA2为环己胺、丁胺和/或异丙胺;SDA1为六亚甲基亚胺;
所述各原料的摩尔比为:SiO2/Al2O3=18~80,Na2O/SiO2=0.01~0.5,H2O/SiO2=15~60,Re2O3/SiO2=0~0.07,BA/SiO2=0.2~0.5;其中Re2O3为稀土元素,BA为模板剂。
2.权利要求1的方法,其特征在于,晶化温度为150~180℃。
3.权利要求1的方法,其特征在于,铝源为偏铝酸钠,碱源为氢氧化钠,硅源为硅溶胶或/和硅胶,稀土元素的盐为硝酸盐,水为去离子水。
4.权利要求1或3的方法,其特征在于,硅源为硅胶。
5.权利要求1的方法,其特征在于,各原料摩尔配比为:
SiO2/Al2O3=20~50,Na2O/SiO2=0.05~0.3,Re2O3/SiO2=0~0.03,H2O/SiO2=20~50,BA/SiO2=0.3~0.5,其中Re2O3为稀土元素,BA为模板剂。
6.权利要求1的方法,其特征在于,模板剂SDA2∶SDA1=0.25~4,式中SDA2为环己胺、丁胺和/或异丙胺;SDA1为六亚甲基亚胺。
7.权利要求1或6的方法,其特征在于,模板剂中的SDA2为环己胺或丁胺。
8.权利要求1的方法,其特征在于,稀土为单一稀土元素或混合稀土元素。
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