阅读说明：本技术 一种丝光沸石分子筛的制备方法 (Preparation method of mordenite molecular sieve ) 是由 裴仁彦 杨冬荣 吕新新 夏春晖 赵文广 任晓光 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种丝光沸石分子筛的制备方法,所述方法至少包含以下步骤：(1)将包括铝源、硅源、碱源、矿化剂、模板剂M和水的原料混合,得到具有如下摩尔配比的凝胶I：SiO<Sub>2</Sub>：Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>＝30～60；Na<Sub>2</Sub>O：SiO<Sub>2</Sub>＝0.01～0.5；M：Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>＝1～8；(2)将凝胶I密封陈化、除水,得到干胶；(3)将所述干胶蒸汽辅助晶化,焙烧,得到所述丝光沸石分子筛。所得到的丝光沸石分子筛具有针状堆积结构,有利于反应物快速扩散,明显降低积碳和副产物,具有较好的开发价值与应用前景。(The application discloses a preparation method of a mordenite molecular sieve, which at least comprises the following steps: (1) mixing raw materials including an aluminum source, a silicon source, an alkali source, a mineralizer, a template agent M and water to obtain gel I with the following molar ratio: SiO 2 2 ：Al 2 O 3 ＝30～60；Na 2 O：SiO 2 ＝0.01～0.5；M：Al 2 O 3 1-8; (2) sealing, aging and dewatering the gel I to obtain dry gel; (3) steaming the dry glueAnd (3) auxiliary crystallization and roasting to obtain the mordenite molecular sieve. The obtained mordenite molecular sieve has a needle-shaped stacking structure, is beneficial to rapid diffusion of reactants, obviously reduces carbon deposition and byproducts, and has good development value and application prospect.)

一种丝光沸石分子筛的制备方法

技术领域

本发明涉及一种丝光沸石分子筛的制备方法，属于无机分子筛材料领域。

背景技术

丝光沸石分子筛是一种硅铝骨架多孔材料，根据硅铝元素含量分为高硅铝比型和低硅铝比型，也根据含钠情况种类通常分为钠型和氢型。丝光沸石具有十二元环(0.65×0.70nm)、八元环(0.26×0.57nm)孔道结构，在醇脱水、芳烃异构化、烷基化、烷基转移等化学领域表现出优异的催化性能。

CN107963637A以十六烷基N-二甲基乙基-N，N-二甲基溴化铵为模板剂，通过动态水热合成法合成了沿c轴方向厚度为10～40nm，沿a～b轴方向尺寸为3～10μm的片状纳米丝光沸石分子筛。CN102060308A以铝源、硅源、无机酸、去离子水和分子筛晶种为原料，通过水热合成法合成了宽20～100纳米，长1～8微米的c轴向纤维状丝光沸石。CN102659134A在不添加模板剂的条件下，以含有五元环的沸石分子筛作为晶种，通过调节体系晶种的种类、组分配比及反应条件，合成了6μm球形颗粒丝光沸石。

已报道的丝光沸石多为球状、棒状、片状等形貌结构，针状丝光沸石的制备方法尚未见报道。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种丝光沸石分子筛的制备方法，原料预处理活化操作简单，硅铝源廉价易得，所得到的丝光沸石分子筛具有特殊的b轴取向针状堆积结构，很大程度上缩短了丝光沸石在c轴向和a轴向的孔道，有利于反应物快速扩散，明显降低积碳和副产物，具有较好的开发价值与应用前景。

所述丝光沸石分子筛的制备方法，其特征在于，所述方法至少包含以下步骤：

(1)将包括铝源、硅源、碱源、矿化剂、模板剂M和水的原料混合，得到具有如下摩尔配比的凝胶I：

SiO₂：Al₂O₃＝30～60；

Na₂O：SiO₂＝0.01～0.5；

M：Al₂O₃＝1～8；

(2)将凝胶I密封陈化、除水，得到干胶；

(3)将所述干胶蒸汽辅助晶化，焙烧，得到所述丝光沸石分子筛。

可选地，所述凝胶I中摩尔配比为Na₂O：SiO₂＝0.01～0.4。

可选地，所述天然硅铝矿物包括高岭土、蒙托土、膨润土、硅藻土中至少一种。

可选地，所述预处理包括：将待处理物活化，经酸处理和/或碱处理，得到所述预处理的天然硅铝矿物。

可选地，所述活化的条件为：600～900℃煅烧活化4～8小时。

可选地，所述酸处理的条件为：温度为60～90℃，处理时间为2～5小时。

可选地，所述碱处理的条件为：温度为60～90℃，处理时间为2～5小时。

可选地，所述酸处理包括：将待处理物在质量分数为5～20％的酸液中处理。

可选地，所述酸液包括盐酸、硝酸中至少一种。

可选地，所述碱处理包括：将待处理物在质量分数为2～8％的碱液中处理。

可选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种。

可选地，步骤(1)中所述碱源包括氢氧化钠。

可选地，所述矿化剂选自NaCl、NaF中的至少一种。

可选地，所述模板剂M选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

可选地，步骤(2)中所述除水包括：将所述凝胶I陈化，干燥，得到所述干胶。

可选地，所述陈化的条件为：陈化温度为100～150℃，陈化时间为12～48小时。

可选地，所述陈化温度的上限选自150℃、140℃、130℃或120℃，下限选自100℃、110℃、120℃或130℃。

可选地，所述干燥的条件为：干燥温度为60～100℃，干燥时间为12～24小时。

可选地，步骤(3)中所述蒸汽辅助晶化中的辅助蒸汽为含有模板剂M的蒸汽。

可选地，所述蒸汽辅助晶化的条件包括：150～220℃蒸汽辅助晶化24～72小时。

可选地，所述蒸汽辅助晶化的温度的上限选自220℃、210℃、200℃或180℃，下限选自150℃、160℃、170℃或180℃。

可选地，步骤(3)中所述蒸汽辅助晶化包括：将干胶置于装有含模板剂M的溶液的容器中，静态晶化。

其中，所述干胶与含有模板剂M的溶液不接触。

可选地，所述干胶与含有模板剂M的溶液的蒸汽通过静态蒸汽辅助晶化。

可选地，步骤(3)中所述焙烧的条件为：400～600℃的条件下进行焙烧。

可选地，所述焙烧的温度的上限选自600℃、580℃、560℃或500℃，下限选自400℃、420℃、450℃或500℃。

可选地，所述方法至少包含以下步骤：

步骤1：将天然硅铝矿物粉碎、经煅烧、酸溶液脱铝或碱溶液脱硅处理，分别得到硅源和铝源；

步骤2：将铝源、硅源、碱源、矿化剂、模板剂M和水进行混合，得到具有如下摩尔配比的凝胶I：

SiO₂：Al₂O₃＝30～60

Na₂O：SiO₂＝0.1～0.5

M：Al₂O₃＝1～5；

步骤3：将凝胶I在反应器中密封，在100～150℃下陈化12～48小时，在60～100℃下干燥12～24小时以除去水，得到干胶；

步骤4：将装有所述干胶的开口容器置于装有所述模板剂M的反应器中，不与所述模板剂M接触，在150～220℃下，静态蒸汽晶化24～72小时；

步骤5：待晶化完成后，洗涤产物至中性，经干燥、焙烧后，即得所述丝光沸石分子筛。

根据本申请的又一个方面，提供了一丝光沸石分子筛，所述丝光沸石分子筛根据如上所述的方法制备。

优选地，所述丝光沸石分子筛具有10～40×100～300nm的针状堆积结构。

根据本申请的再一个方面，提供了如上所述方法制备的针状丝光沸石分子筛或如上所述针状丝光沸石分子筛作为催化剂在二甲醚羰基化反应中的应用。

本申请能产生的有益效果包括：

本申请所提供的针状丝光沸石分子筛的制备方法，所得到的丝光沸石分子筛具有特殊的针状堆积结构，有利于反应物快速扩散，明显降低积碳和副产物。在二甲醚羰基化反应中，本申请所得到的丝光沸石分子筛作为催化剂，表现出较好的产物选择性和催化稳定性，具有较好的开发价值与应用前景。

附图说明

图1为本申请实施例1所合成的针状丝光沸石分子筛的X射线粉末衍射谱图(XRD)。

图2为本申请实施例1所合成的针状丝光沸石分子筛的扫描电镜图(SEM)。

图3为本申请实施例3所合成的针状丝光沸石分子筛的X射线粉末衍射谱图(XRD)。

图4为本申请实施例3所合成的针状丝光沸石分子筛的扫描电镜图(SEM)。

图5为本申请实施例4所合成的针状丝光沸石分子筛的X射线粉末衍射谱图(XRD)。

图6为本申请实施例4所合成的针状丝光沸石分子筛的扫描电镜图(SEM)。

图7为本申请实施例1、实施例3、实施例4所提供的针状丝光沸石分子筛所制备的二甲醚羰基化催化剂选择性和转化率图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

本申请的实施例中分析方法如下：

XRD分析表征采用荷兰帕纳科(PANalytical)公司的X’Pert PRO X射线衍射仪，Cu靶，Kα辐射源(λ＝0.15418nm)，电压40KV，电流40mA；SEM测试所采用仪器为Hitachi SU8020场发射扫描电子显微镜，加速电压为2kV。

根据本申请的一种实施方式，所述针状丝光沸石分子筛的制备方法以天然硅铝矿物为全部硅源和全部铝源，通过静态水蒸气辅助干胶结晶得到10～40×100～300nm的针状结构丝光沸石分子筛，该方法包括以下步骤：

(1)对天然硅铝矿物进行预处理，即粉碎、高温焙烧、用酸溶液进行脱铝处理和碱溶液进行硅处理。

(2)按一定的硅铝比称取天然硅铝矿物，加入去离子水、氢氧化钠、模板剂，得到形成凝胶。将凝胶转移至反应釜的四氟乙烯内衬中密封陈化、烘干得干胶。

(3)将装有干胶的反应釜的四氟乙烯内衬放在盛有适量模板剂水溶液的反应釜的四氟乙烯内衬中，晶化得到针状丝光沸石分子筛。

本申请的丝光沸石分子筛制备方法中按照以下步骤对天然矿物进行预处理：

将市售高岭土、蒙托土、膨润土干燥、粉碎得100～150目粉末。上述粉末在800℃焙烧4h；各取焙烧粉末100g加入到400g 8wt％的氢氧化钠水溶液中95℃机械搅拌处理5小时，过滤，用去离子水洗涤至滤液pH为7～8，120℃干燥12小时备用。

将市售硅藻土干燥、粉碎得100-150目粉末，并在800℃下焙烧4h。取已焙烧硅藻土500g加入到2000g 20％的硝酸溶液中90℃机械搅拌处理5小时，过滤，用去离子水洗涤至滤液pH为6～7，120℃干燥12小时备用。

预处理的硅铝矿物主要组成：硅藻土SiO₂97.40wt.％，Al₂O₃1.30wt.％，高岭土SiO₂6.70wt.％，Al₂O₃91.30wt.％，蒙脱土SiO₂5.50wt.％，Al₂O₃94.20wt.％，膨润土SiO₂3.20wt.％，Al₂O₃96.50wt.％。

实施例1

取上述预处理的高岭土1.50g、硅藻土50g与2.34gNaCl、3.94gNaOH充分混合得混合物A；称取9.25g十二烷基三甲基溴化铵与16g去离子水混合得混合物B；搅拌下将混合物B缓慢滴加到混合物A中凝胶，其组成为：n(SiO₂)/n(Al₂O₃)＝41.01，n(Na₂O)/n(SiO₂)＝0.12，n(十二烷基三甲基溴化铵)/n(Al₂O₃)＝1.58；将上述所得凝胶转移到100ml反应釜的四氟乙烯内衬中120℃密封陈化24h，陈化结束后在80℃下干燥12小时得干胶。

将上述干胶装到小号反应釜的四氟乙烯内衬后再置于盛有5g 1wt％十二烷基三甲基溴化铵水溶液的大号四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以1℃/min的速率程序升温至170℃，静态蒸汽辅助晶化24h；晶化结束后用水洗涤至滤液呈中性，120℃干燥12h，550℃马弗炉焙烧4h得到目标产物。

上述产物XRD谱图见图1，表征分析结果表明产物为丝光沸石分子筛；SEM图像见图2，显示上述丝光沸石分子筛具有10～40×100～300nm针状晶貌结构。

实施例2

取上述预处理的高岭土1.50g、硅藻土50g与2.34gNaCl、3.94gNaOH充分混合得混合物C；称取8.94g十二烷基三甲基溴化铵与15.56g去离子水混合得混合物D；搅拌下将混合物D缓慢滴加到混合物C中得硅铝凝胶，其组成为：n(SiO₂)/n(Al₂O₃)＝41.01，n(Na₂O)/n(SiO₂)＝0.14，n(十二烷基三甲基溴化铵)/n(Al₂O₃)＝1.49；将上述所得凝胶转移到100ml反应釜的四氟乙烯内衬中120℃密封陈化24h，陈化结束后在80℃下干燥12小时得干胶。

将上述干胶装到小号反应釜的四氟乙烯内衬后再置于盛有5g1％十二烷基三甲基溴化铵水溶液的大号四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以1℃/min的速率程序升温至160℃，静态蒸汽辅助晶化24h；晶化结束后用去离子水洗涤至滤液呈中性，120℃干燥12h，550℃马弗炉焙烧4h得产物。表征结果显示产物为针状结构丝光沸石分子筛。所述丝光沸石分子筛具有10～40×100～300nm针状晶貌结构。

实施例3

取上述预处理的蒙脱土1g、硅藻土50g与2.34gNaCl、3.93gNaOH充分混合得混合物E；称取9.11g十六烷基三甲基溴化铵与17.7g去离子水混合得混合物F，搅拌下将混合物F缓慢滴加到混合物E中得硅铝凝胶，其组成为：n(SiO₂)/n(Al₂O₃)＝51.94，n(Na₂O)/n(SiO₂)＝0.14，n(十六烷基三甲基溴化铵)/n(Al₂O₃)＝1.61；将上述所得溶胶转移到100ml反应釜的四氟乙烯内衬中120℃密封陈化24h，陈化结束后在80℃下干燥12小时得干胶。

将上述干胶装到小号的反应釜的四氟乙烯内衬后再置于盛有5g1％十六烷基三甲基溴化铵水溶液的大号四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以1℃/min的速率程序升温至170℃，静态蒸汽辅助晶化24h；晶化结束后产品用去离子水洗涤至中性，120℃干燥12h，550℃马弗炉焙烧4h，得到目标产物。

上述产物XRD谱图见图3，表征结果显示为丝光沸石分子筛；SEM图像见图4，显示上述丝光沸石分子筛具有针状结构。所述丝光沸石分子筛具有10～40×100～300nm针状晶貌结构。

实施例4

取上述预处理的膨润土1.50g、硅藻土50g与2.34gNaCl、3.93gNaOH充分混合得混合物G；称取11.10g十二烷基三甲基溴化铵与17.79g去离子水混合得混合物H；搅拌下将混合物H缓慢滴加到混合物G中得硅铝凝胶，其组成为：n(SiO₂)/n(Al₂O₃)＝39.44，n(Na₂O)/n(SiO₂)＝0.14，n(十二烷基三甲基溴化铵)/n(Al₂O₃)＝1.74；将上述所得溶胶转移到100ml反应釜的四氟乙烯内衬中120℃密封陈化24h，陈化结束后在80℃下干燥12小时得干胶。

将上述干胶装到小号反应釜的四氟乙烯内衬后再置于盛有5g1％十二烷基三甲基溴化铵水溶液的大号四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以1℃/min的速率程序升温至170℃，静态蒸汽辅助晶化24h；晶化结束后用去离子水洗涤至滤液呈中性，120℃干燥12h，550℃马弗炉焙烧4h，得到目标产物。

上述产物XRD谱图见图5，表征结果显示为丝光沸石分子筛；SEM图像见图6，显示上述丝光沸石分子筛具有针状结构。所述丝光沸石分子筛具有10～40×100～300nm针状晶貌结构。

实施例5

取上述预处理的膨润土1.80g、硅藻土50g与2.34gNaCl、3.93gNaOH充分混合得混合物I；称取12.03g十六烷基三甲基溴化铵与21.50g去离子水混合得混合物J；搅拌下将混合物J缓慢滴加到混合物I中得硅铝凝胶，其组成为：n(SiO₂)/n(Al₂O₃)＝34.66，n(Na₂O)/n(SiO₂)＝0.13，n(十六烷基三甲基溴化铵)/n(Al₂O₃)＝1.39；将上述所得溶胶转移到100ml四氟乙烯内衬的容器中120℃密封陈化24h，陈化结束后在80℃下干燥12小时得干胶。

将上述干胶装到小号的四氟乙烯内衬的反应器后再置于盛有5g1％十六烷基三甲基溴化铵水溶液的大号四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以1℃/min的速率程序升温至175℃，静态蒸汽辅助晶化24h；晶化结束后产品用去离子水洗涤至滤液呈中性，120℃干燥12h，550℃马弗炉焙烧4h，表征结果显示产物为针状结构丝光沸石分子筛。所述丝光沸石分子筛具有10～40×100～300nm针状晶貌结构。

实施例6

将实施例1、实施例3、实施例4得到的丝光沸石分子筛在50～90℃、液固比为1～8条件下铵离子交换5h，120℃干燥12h，550℃焙烧4h；得到相应的CAT1、CAT2、CAT3。将上述所CAT1、CAT2、CAT3压片，破碎筛分得15～20目催化剂；称取2.5g催化剂装入不锈钢固定床反应器内，2℃/min程序升温至300℃N₂原位预处理3h；降温至230℃，进料，调节反应压力为1.5MPa，进料摩尔比为DME/N₂/CO＝1/50/7，体积空速为1800h^-1，连续运转300h。如图7所示，由本申请的丝光沸石分子筛得到的催化剂表现出较好的二甲醚羰基化催化选择性和稳定性。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。