一种由改性硅藻土在无有机模板条件下制备Beta分子筛的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分子筛制备技术领域，具体涉及一种由改性硅藻土在无有机模板条件下制备Beta分子筛的方法。
【背景技术】
[0002]Beta分子筛具有三维的12员环孔道，具有较高的热稳定性和水热稳定性，可以用于加氢裂化、加氢异构化催化等，并有良好的抗硫、氮中毒能力。在有机季铵盐TEA+等模板剂的条件下，可以合成Beta分子筛，这一方法存在非常明显的缺点。首先，有机模板剂价格昂贵，导致分子筛的成本大幅度增加，严重影响其实际应用；其次，一般采用高温焙烧的方法除去有机模板剂，会导致Beta分子筛的结晶度明显降低，并且能耗高，还会产生污染环境的有害气体；第三，采用的硅源多为价格昂贵的白炭黑等，第四，晶种用量比较大，增加了成本。
[0003]CN101249968B公开了一种“无有机模板剂合成Beta分子筛的方法”。该方法的原料摩尔配比为:Si02/Al203= 31.4 ?40.3:1，Na 20/Si02 = 0.260 ?0.342:1，H20/Si02 =13?50:1 ;Beta沸石晶种的硅铝比为=22?25:1，加入量为二氧化硅源的5%?20%(按质量计)。这种方法虽然避免了有机模板的使用，但是以白碳黑作为硅源，成本太高，且晶种投入量大，导致仍然需要高温焙烧。
[0004]CN102910640A “公开了一种在较低温度下合成β分子筛的方法”，其摩尔配比为:Si02/Al203= 25 ?50:l，Na20/Si02= 0.18 ?0.5:1，H20/Si02= 10 ?100:1。该方法虽然没有使用有机模板剂，降低了生产成本，合成温度较低，但是该方法也采用白炭黑为硅源，特别是该方法水硅比较高，造成单釜产率低影响生产效率。
[0005]CN102285667A公开了一种“在无有机模板条件下高效合成Beta分子筛的方法”，原料摩尔比关系为:Na20/Si02 = 0.188 ?0.376: 1，S1 2/Α1203= 20.0 ?40.0:1，H20/Si02=8?12:1 ; (2)按二氧化硅源质量1.0?20.0%的加入量向硅铝溶液中加入Si02/Al203=20?28:1的Beta分子筛作为晶种，在100?180°C条件下晶化0.5?8天，水热合成Beta分子筛；反应完成后室温冷却，将固体结晶产物与母液分离，用去离子水洗涤至中性后，干燥得到Beta分子筛粉末。但是，这种方法也使用了白碳黑作为硅源，晶种投入量大，反应时间长，导致其合成成本高。
[0006]硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，富含二氧化硅，是一种价格较低的天然二氧化硅矿物。并且硅藻土具有独特的微孔结构，孔隙率高，密度小，比表面积大，这决定了硅藻土具有较高的反应活性。经改性处理后，其反应活性进一步上升，可作为制备分子筛的原料。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，通过优化合成配方与工艺条件，使用改性硅藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛，减少了水的用量以及晶种的用量，从而大大提高了单次产率，产品不需要焙烧即可使用，这些都大幅度降低了生产成本，从而提升本发明所述方法的实用价值。
[0008]本发明提出的解决方案是:一种使用改性硅藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:将氢氧化钠溶于水，搅拌下加入改性硅藻土和Beta分子筛晶种，再加入铝源，继续搅拌1?5小时，水热晶化后得到Beta分子筛；其中，以氧化物计各成份摩尔用量为 Si02:Al 203:Na 20:H20 = 1:0.05 ?0.2:0.2 ?0.35:3 ?8 ；Beta 分子筛晶种的Si02/Al203摩尔比为20?30:l，Beta分子筛晶种的加入质量为改性硅藻土的1?2%。
[0009]在本发明中，作为晶种的Beta分子筛既可以是工业Beta沸石，也可以是焙烧过或未焙烧的实验室合成(高等学校化学学报，1999年5期693-695页)Beta分子筛。以不同硅铝比的Beta沸石做晶种，对最终产品的硅铝比、结晶度影响不大。
[0010]本发明优选的水热晶化的温度为110?150°C，水热晶化的时间为18?120小时。
[0011]本发明中，所述的铝源为制备分子筛通用的活性铝源，可以是铝酸钠、硫酸铝或硝酸铝中的一种或几种。
[0012]本发明中，所述改性硅藻土是将硅藻土与1?3M的硫酸混合均匀，每100g硅藻土加入5?15mL硫酸，然后在150?180°C处理3?8小时；再经过水洗、过滤，110?130°C干燥后即可得到改性硅藻土。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]由于分子筛工业化应用必须要考虑分子筛的生产成本，此外，大多数分子筛的合成都需要有机模板剂，而烧除有机模板剂时会对分子筛骨架造成破坏和对环境造成污染。本发明提供的方法优点在于，通过优化合成条件，将原料的H20:Si0d^摩尔比降低至3?8:1，因而可以增加单次合成的原料投入量，从而大大提高单次合成的产率，单次产率较CN102910640A公开的最优比例提高了 220%，较CN102285667A公开的最优比例也提高了55%，因此，更有利于工业化生产。
【附图说明】
[0015]图1:本发明实施例1合成的Beta分子筛的XRD谱图；
[0016]图2:本发明实施例2合成的Beta分子筛的XRD谱图；
[0017]图3:本发明实施例3合成的Beta分子筛的XRD谱图；
[0018]图4:本发明实施例4合成的Beta分子筛的XRD谱图；
[0019]图5:本发明实施例5合成的Beta分子筛的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0020]下面的实施例将对本发明的特点作进一步说明，但本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
[0021 ] 实例中主要分析评价方法:
[0022]产品的结构采用粉末X射线衍射确定，测试条件为:CuKa射线，管压40kV，管流30mA，扫描速度为1° /min，数据收集范围4?40°。
[0023]产品的BET比表面积通过氮气吸附分析得出。
[0024]实施例1
[0025]将硅藻土与2M的硫酸混合均匀，每100g硅藻土加入5mL硫酸，然后将混合物装入反应釜，160°C处理5小时；再经过水洗、过滤，120°C干燥后即可得到改性硅藻土。
[0026]将5.7g NaOH溶解在19mL水中，待溶解后，将20.2g改性硅藻土加入到上述溶液中，加入0.4g Beta分子筛晶种，再加入2.8g NaA102，继续搅拌2小时。以氧化物计的摩尔比为:Si02:0.05A1203:0.26Na20:3H20o将上述混合物装入有聚四氟乙烯釜衬的不锈钢反应釜中，135°C搅拌晶化20小时。冷却之后，在室温过滤，洗涤，120°C干燥12小时，即可获得产品。经过粉末X射线衍射分析后，确定产品为结晶度很高的Beta分子筛(XRD图谱见图1)。硅源利用率85%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为46?2^^
[0027]实施例2
[0028]与实施例1相同，只是将水硅比改为8:1(即水量变为50.6mL)，即原料摩尔比变为Si02:0.05A1203:0.26Na20:8H20，150°C搅拌晶化18小时。即可获得较高结晶度的Beta分子筛，图2为产品的XRD图谱。硅源利用率75%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为434m2' g 1 ο
[0029]实施例3
[0030]与实施例1相同，只是晶种质量减少为0.2g，产品为Beta分子筛，产品的XRD如图3所示，硅源利用率为65%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为430πι24 ^
[0031]实施例4
[0032]与实施例1相同，只是碱量减少为4.0g，即Si02:0.05A1203:0.2Na20:3H20，产品为Beta分子筛，娃源利用率为55%。产品的XRD如图4所不，说明产物为Beta分子筛，氮气吸附分析得到的BET比表面积为396m2'g ^
[0033]实施例5
[0034]与实施例1相同，只是原料摩尔比变为Si02:0.2A1203:0.35Na20:3H20o对应加入他八102的质量为:11.2g，氢氧化钠的质量为:4.0g，产品为Beta分子筛，图5为产品的XRD图谱。硅源利用率50%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为406πι24、
[0035]实施例6
[0036]与实施例1相同，只是110°C晶化120小时，得到的产物为Beta分子筛，硅源利用率为66%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为415m2.g、
[0037]实施例7
[0038]与实施例1相同，只是将铝酸钠替换为硫酸铝，保持原料的摩尔比为Si02:0.05A1203:0.26Na20:3H20，得到的产物也为Beta分子筛，硅源利用率84%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为458m2.g \其XRD谱图与附图1 一致。
[0039]实施例8
[0040]与实施例1相同，只是将铝酸钠替换为硝酸铝，保持原料的摩尔比为Si02:0.05A1203:0.26Na20:3H20,得到的产物为Beta分子筛，硅源利用率85%，氮气吸附分析得到的BET比表面积为468m2.g \其XRD谱图与附图1 一致。
[0041]上述几个实施例仅是本发明的几个实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已将较佳的反应条件揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例。但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属本发明技术方案范围内。
【主权项】
1.一种使用改性硅藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:将氢氧化钠溶于水，搅拌下加入改性娃藻土和Beta分子筛晶种，再加入招源，继续搅拌1?5小时，水热晶化后得到Beta分子筛；其中，以氧化物计各成份摩尔用量为Si02:Al 203:Na 20:H20 = 1:0.05 ?0.2:0.2 ?0.35:3 ?8。2.如权利要求1所述的一种使用改性娃藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:Beta分子筛晶种的Si02/Al203摩尔比为20?30:1。3.如权利要求1所述的一种使用改性娃藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:Beta分子筛晶种的加入质量为改性硅藻土的1?2%。4.如权利要求1所述的一种使用改性娃藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:水热晶化的温度为110?150°C，水热晶化的时间为18?120小时。5.如权利要求1所述的一种使用改性娃藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:铝源为铝酸钠、硫酸铝或硝酸铝中的一种或几种。6.如权利要求1所述的一种使用改性娃藻土在无有机模板条件下合成Beta分子筛的方法，其特征在于:是将娃藻土与1?3M的硫酸混合均勾，每100g娃藻土加入5?15mL硫酸，然后在150?180°C处理3?8小时；再经过水洗、过滤，110?130°C干燥后即可得到改性硅藻土。
【专利摘要】一种由改性硅藻土在无有机模板条件下制备Beta分子筛的方法，属于分子筛制备技术领域。是将氢氧化钠溶于水，搅拌下加入改性硅藻土和Beta分子筛晶种，再加入铝源，继续搅拌1～5小时，水热晶化后得到Beta分子筛；其中，以氧化物计各成份摩尔用量为SiO2：Al2O3：Na2O：H2O＝1：0.05～0.2：0.2～0.35：3～8；Beta分子筛晶种的SiO2/Al2O3摩尔比为20～30：1，Beta分子筛晶种的加入质量为改性硅藻土的1～2％。本发明提供的方法优点在于，通过优化合成条件，将原料的H2O：SiO2的摩尔比降低至3～8：1，因而可以增加单次合成的原料投入量，从而大大提高单次合成的产率。
【IPC分类】C01B39/02
【公开号】CN105271287
【申请号】CN201510651013
【发明人】邹永存, 李国栋, 冯亮亮
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月10日