多级孔道sapo-18分子筛、其制备方法及其应用_2

文档序号:9658909阅读:来源:国知局
为400-700°C、优选500°C_650°C;焙烧时间为2-8h;焙烧 环境是气体,优选为空气、氮气、氦气、烟道气或其任意组合。
[0033] 优选地,其中,该焙烧步骤在干燥步骤之后随即进行,亦可以在使用前进行。
[0034] 本发明还涉及以以上方法制备的多级孔道SAP0-18分子筛。
[0035] 本发明还涉及上述多级孔道SAP0-18分子筛催化剂在烃的含氧化合物转化为烯 烃工艺中的应用。
[0036] 其中,含氧化合物的非限制性例子包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、甲基乙基醚、 二甲基醚、二乙基醚、二异丙基醚、甲醛、碳酸二甲基醛、二甲基酮、乙酸及其混合物;优选 的,选自甲醇、乙醇、二甲基醚、二乙基醚或其组合中的一种或多种,更优选甲醇和二甲基 醚,最优选甲醇。
【附图说明】
[0037] 图1为实施例1-5和对比例1所合成样品的X-射线衍射(XRD)图。
[0038] 图2为实施例1和对比例1所合成样品SAP0-18分子筛的N2吸附脱附曲线图。

【发明内容】
[0039]
[0040] 本发明涉及一种微孔-介孔共存的多级孔道SAP0-18分子筛(以下也称为本发明 的SAP0-18分子筛,本发明的分子筛,多级孔道SAP0-18分子筛催化剂等)。该多级孔道沸 石分子筛通过在微孔晶体中引入少量均匀分布的介孔形成,结合了微孔材料和介孔材料各 自的优点。
[0041] 本发明的分子筛具有以下结构特征:本发明的SAP0-18分子筛的结晶骨架同时具 有微孔和介孔结构。微孔分子筛具有小于2nm(0. 5-1. 5nm)的小尺寸孔道,介孔分子筛的孔 道尺寸为(2_50nm)。
[0042]N2吸附脱附测试结果证实了这一点。从图1中的队吸附脱附曲线可以看出,按常 规方法合成的SAP0-18分子筛(曲线B)表现出典型的I型等温线,即只有微孔存在,而实 施例1所合成的多级孔道SAP0-18分子筛(曲线A)在相对压力>0. 7的区间出现明显的滞 后环,呈现典型的IV型等温线,说明该分子筛除微孔外,还存在介孔孔道。
[0043] 本发明的多级孔道SAP0-18分子筛具有微孔介孔多级孔道的另一证据是其提高 的比表面积和孔容。表1提供的孔结构数据表明实施例1-5的多级孔道SAP0-18分子 筛,其SBET和Vtotal远高于对比例1。本领域技术人员会理解,多级孔道SAP0-18分子筛的 SBET和Vtotal的数值随着多种因素的改变而改变,与晶粒的粒径、形状、表面缺陷及孔结构等 因素密切相关,在本发明的优选的技术方案中,其比表面积SBET为500-580 (m2/g),优选为 510-565(m2/g),其总孔容Vtatal为0. 30-0. 50(cm3/g),但是可以预见由于分子筛制备过程中 反应物的组成、反应条件的改变造成晶粒的粒径、形状、表面缺陷及孔结构不同,本发明的 多级孔道SAP0-18分子筛的SBET以及其总孔容Vtotal不限于上述数值范围,还可以预见的是, 对于除了介孔模板剂之外反应物的组成相同或相近、其反应条件亦相同或相近的条件下制 备的多级孔道SAP0-18分子筛,其SBET和Vtotal高于微孔SAP0-18分子筛。
[0044] 优选地,本发明的多级孔道SAP0-18分子筛,其引入的介孔是三维连通的,即介孔 孔道与微孔相连,且与沸石分子筛的外表面相连通。这样,分子由微孔进入介孔,并且通过 介孔孔道扩散出去。
[0045] 本发明的分子筛可采用常规的多级孔道分子筛的制备方法制备。例如,沸石的后 处理法和合成中添加介孔形成模板法。其中沸石的后处理主要指对其进行脱硅或脱铝使其 形成晶内介孔,合成中添加介孔形成模板法包括碳材料模板法和软模板一步水热法。
[0046] 在本发明的优选的实施方案中,采用以下步骤制备本发明的分子筛:
[0047] 1)将适量的硅源、铝源、磷源、模板剂和水在适宜温度下混合均匀;
[0048] 2)将一定量的孔道调节剂加入上述混合溶液,搅拌均匀,陈化;
[0049] 3)将陈化后混合溶液装入晶化釜,水热晶化;
[0050] 4)将晶化后混合溶液进行常规分离方法包括但不限于离心、过滤或倾析回收所需 产物,干燥,得多级孔道分子筛原粉;
[0051] 5)多级孔道分子筛原粉经焙烧后,得多级孔道SAP0-18分子筛。
[0052] 分子筛的合成受许多因素的影响,其中反应物的组成是影响产品结构的主要因 素。采用不同配比或不同种类的反应物,得到的沸石分子筛品种不同。在本说明书定义的 反应物的摩尔配比的范围内,可以制备出本发明的多级孔道分子筛。本发明的一个实施方 案中,所得混合液中各组分物料摩尔比为:aR:bSi02:A1203:cP205:dH20:eT,其中,R表示 模板剂,T表示孔道调节剂,a的范围为:0. 5-3. 0、优选为0. 75-2、更优选为0. 9-1,b的范围 为:0. 1-1. 2、优选为0. 15-1、更优选为0. 3-0. 6,c的范围为:0. 1-1. 5、优选为0. 15-1、更优 选为0. 9-1,d的范围:10-200、优选为20-100、更优选为40-50,e的范围为1-0. 33,优选 为 0· 67-0. 22,更优选为 0· 45-0. 15。
[0053] 其中,步骤1)将适量的硅源、铝源、磷源、模板剂和水在适宜温度下混合均匀,该 混合步骤中,将适量的硅源、铝源、磷源、模板剂和水的投料顺序可以是任何方式、一并地、 同时地、相继地或其组合的方式进行混合任何一种组合。在一个优选的实施方案中,步骤1) 的混合步骤中,1.a)首先将适量的硅源、铝源、磷源、模板剂和适量的水混合以配制溶液或 胶体,1.b)然后将铝源和磷源充分混合,1.c)然后再与硅源混合,1.d)最后加入模板剂,其 中,l.b)的投料的方式为强烈搅拌,其余均为搅拌。
[0054] 其中,合适的硅源选自:热解形式、胶体形式、沉淀形式或烷氧化物形式的二氧化 硅,例如白炭黑;硅酸盐,例如硅酸钠,一种常用的硅酸钠的形式为水玻璃;以及有机硅酸 酯,如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和正硅酸丙酯。硅源存在形态不同,在晶化过程中它们进入 分子筛骨架的行为和能力也不同因此催化剂性能也有一定的差异。对于SAP0-18分子筛 而言,其晶化过程是磷铝首先结合,随后硅进入骨架,共同作用逐步形成有序连接的过程。 分子筛的表面酸性很弱,引入Si后,SAP0分子筛具有了从中强酸到强酸不等的酸性,因此 SAP0分子筛的酸性与硅有关,不同的硅源对分子筛的酸性也有显著影响。
[0055] 合适的铝源选自,氧化铝,包括水合氧化铝例如铝拟薄水铝石,有机氧化铝,胶体 氧化铝;氢氧化铝;有机铝盐,例如异丙醇铝,羧酸铝,烷基铝;硫酸铝、异丙醇铝以及它们 的混合物。
[0056] 合适的磷源选自磷酸;亚磷酸;磷酸盐例如磷酸铝;有机磷酸酯或盐,如磷酸盐三 乙酯,磷酸四乙基铵;磷氧化物以及它们的混合物。
[0057] 在分子筛的合成过程中,模板剂的主要作用是起结构导向作用,加入不同的模板 剂,形成的分子筛的骨架结构和产品性质亦不同。在没有模板剂的条件下,得到的晶体材 料为无定形相或致密相。对于SAP0-而言,模板剂的另一作用是控制硅在骨架上的分布。 另外,模板导向剂用量需要适当才能产生所需要的产物,否则会导致杂晶、致密相共存等现 象。
[0058] 常规用于磷酸硅铝分子筛模板剂均可用作本发明的模板剂。特别优选的模板剂 是取代的或未取代的胺类和季铵化合物,代表性的模板剂包括四甲基铵,四乙基铵,四丙 基铵或四丁基铵阳离子;二正丙胺,三丙胺,三乙胺;二乙胺,三乙醇胺;N,N_二甲基苄胺; N,N-二乙基乙醇胺;N,N-二甲基乙醇胺;N,N-二异丙基胺、N-甲基二乙醇胺;N-甲基乙醇 胺;二正丁胺;新戊胺;二正戊胺;异丙胺;叔丁胺;乙二胺或其组合物。最优选地,所述模 板剂例如N,N-二异丙基乙胺、三乙胺、二乙胺和异丙胺或其组合物。
[0059] 常规的用于磷酸硅铝分子的微孔模板剂、常规的介孔模板剂均可用作本发明的孔 道调节剂。
[0060] 发明人发现,常规的用于磷酸硅铝分子用于产生微孔的模板剂也可以用作本发明 的孔道调节剂,以产生介孔孔道。虽然不希望被以下的理论束缚,但是本发明的结果可以由 下列理由解释:不同的模板剂导致了不同尺寸的SAP0-18晶粒的产生,这些晶粒相互堆叠 时,其形状难以完美契合,因此在晶粒之间形成介孔孔道。
[0061] 用作本发明的孔道调节剂的于磷酸硅铝分子筛模板剂为:取代的或未取代的胺类 和季铵化合物,代表性的模板剂包括四甲基铵,四乙基铵,四丙基铵或四丁基铵阳离子;二 正丙胺,三丙胺,三乙胺;二乙胺,三乙醇胺;N,N-二甲基苄胺;N,N-二乙基乙醇胺;N,N-二 甲基乙醇胺;N,N-二异丙基胺、N-甲基二乙醇胺;N-甲基乙醇胺;二正丁胺;新戊胺;二正 戊胺;异丙胺;叔丁胺;乙二胺以及它们的混合物。最优选地,所述模板剂例如N,N-二异丙 基胺、三乙胺、二乙胺和异丙胺以及它们的混合物。
[0062] 常规的介孔模板剂包括但不限于烷化的长链烷基季铵盐、长链烷基季铵盐、多功 能长链有机硅烷、脂肪胺、四乙基氢氧化铵(ΤΕΑ0Η)、和氨水;优选地,硅烷化的长链烷基季 铵盐选自C6~C22烷基三甲氧基有机硅季铵盐、烷基三乙氧基有机硅烷季铵盐和烷基三丙 氧基有机硅烷季铵盐,最优选十六烷基三甲氧基有机硅氯化铵、十八烷基二甲基三甲氧硅 丙基氯化铵;优选地,长链烷基季铵盐选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三乙 基溴化铵(
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