一种两步微波辐射加热的晶种引导法快速合成Ga/Al-MFI沸石分子筛的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于沸石分子筛催化剂的制备领域，具体涉及一种具有MFI拓扑结构的Ga/A1-MFI沸石分子筛的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米ZSM-5分子筛具有独特的择形性、较强的芳构化活性以及良好的水热稳定性，是用于烯烃芳构化反应中性能优良的催化剂。但其酸性较强裂解反应严重，因此，常采用具有芳构化活性的金属对其进行改性，以提高芳烃选择性和反应稳定性。其中，Ga改性的ZSM-5催化剂具有活性高，金属组分不易流失，抑制反应中间产物氢解等优点，被证实是高效的低碳烃芳构化反应催化剂。目前对ZSM-5分子筛进行Ga改性的方法主要包括浸渍法、离子交换法以及同晶置换法，然而普遍存在模板剂用量大、晶化时间长的问题。因此开发一种低模板剂用量、高效快速制备具有良好纳米特性的Ga部分或全部同晶置换的具有MFI拓扑结构的硅镓(铝)酸盐Ga/A1-MFI沸石分子筛的方法是十分必要的。但是现有合成Ga/Al-MFI沸石分子筛的方法中存在的模板剂用量大、晶化时间长、能耗大的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要解决现有合成Ga/A1-MFI沸石分子筛的方法中存在的模板剂用量大、晶化时间长、能耗大的问题，而提供一种两步微波辐射加热的晶种引导法快速合成Ga/A1-MFI沸石分子筛的方法。
[0004]一种两步微波辐射加热的晶种引导法快速合成Ga/A1-MFI沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0005]一、微波辐射加热法制备晶种:a、按质量份数称取I份异丙醇铝、13?33份四丙基氢氧化铵水溶液、20?30份正硅酸乙酯和17?50份去离子水；所述的四丙基氢氧化铵水溶液中四丙基氢氧化铵的质量分数为53.74% ;b、将步骤a称取的I份异丙醇铝和3?33份四丙基氢氧化铵加入到17?50份去离子水中，在搅拌速度为800r/min?1000r/min的条件下搅拌1min?20min，得到A溶液；c、在搅拌速度为200r/min?250r/min下将步骤a称取的20?30份正硅酸乙酯加入到步骤b得到的A溶液中，正硅酸乙酯全部加完后继续在搅拌速度为200r/min?250r/min下搅拌1.5h?2.5h，得到混合凝胶B ;d、将混合凝胶B置于具有聚四氟乙烯衬套的温度可控的微波辐射加热装置中进行晶化，晶化温度为135?165°C，晶化时间为1min?30min，冷却至室温后得到预制晶种；
[0006]二、制备混合凝胶:a、按质量份数称取I份三氧化二镓、2.1?5.3份氢氧化钠、O?1.3份偏销酸钠、42?106份娃溶胶和65?145份去离子水；所述的娃溶胶中二氧化硅的质量分数为31.03% ;b、将步骤a称取的I份三氧化二镓、2.1?5.3份氢氧化钠、O?
1.3份偏铝酸钠和42?106份硅溶胶加入65?145份去离子水中，在800r/min?100r/min的转速下搅拌90min?120min，得到混合凝胶C ；
[0007]三、晶化:将步骤一制备的预制晶种加入步骤二制备的混合凝胶C中，所述的预制晶种与混合凝胶C的质量比为(I?5): 100，在搅拌速度为800r/min?1000r/min下搅拌均匀，得到混合物D，将混合物D置于具有聚四氟乙烯衬套的控温微波辐射加热装置中进行晶化，晶化温度为186?200°C，晶化时间为Ih?1.9h，冷却至室温，然后依次进行离心过滤和洗涤，最后在温度为100?120°C下干燥12h?24h，得到Ga/A1-MFI沸石分子筛，所述的Ga/A1-MFI沸石分子筛中娃与镓的原子百分比为(20?50):1。
[0008]本发明优点:
[0009]一、本发明提供采用两步微波辐射加热的晶种引导法快速合成Ga/A1-MFI沸石分子筛的新方法，与现有合成方法相比，采用本发明提供的方法合成分子筛的时间显著缩短，制备预晶化晶种的时间由24h缩短到1min?30min，水合凝胶的晶化时间由24h缩短到Ih?1.9h，在较短时间内即可合成出具有高结晶度的纯相纳米Ga/A1-MFI沸石分子筛，且晶粒尺寸均一，形貌为规则的长方体；
[0010]二、采用本发明提供的方法，可将Ga原子成功引入到分子筛的骨架中，部分或全部置换分子筛骨架中的Si或Al原子，从而对MFI分子筛骨架进行组分修饰，通过控制Ga/Al-MFI沸石分子筛中娃与镓的原子比即可调控Ga/A1-MFI沸石分子筛的酸性位分布及酸强度，作为催化剂应用于烯烃的芳构化反应中能够显著提高其催化活性和反应稳定性。
【附图说明】
[0011]图1是试验一制备的Ga/A1-MFI沸石分子筛X射线衍射图谱；
[0012]图2是试验一制备的Ga/A1-MFI沸石分子筛扫描电子显微镜照片；
[0013]图3是试验二制备的Ga/A1-MFI沸石分子筛X射线衍射图谱；
[0014]图4是试验二制备的Ga/A1-MFI沸石分子筛扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0015]【具体实施方式】一:本实施方式是一种两步微波辐射加热的晶种引导法快速合成Ga/A1-MFI沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0016]一、微波辐射加热法制备晶种:a、按质量份数称取I份异丙醇铝、13?33份四丙基氢氧化铵水溶液、20?30份正硅酸乙酯和17?50份去离子水；所述的四丙基氢氧化铵水溶液中四丙基氢氧化铵的质量分数为53.74% ;b、将步骤a称取的I份异丙醇铝和3?33份四丙基氢氧化铵加入到17?50份去离子水中，在搅拌速度为800r/min?1000r/min的条件下搅拌1min?20min，得到A溶液；c、在搅拌速度为200r/min?250r/min下将步骤a称取的20?30份正硅酸乙酯加入到步骤b得到的A溶液中，正硅酸乙酯全部加完后继续在搅拌速度为200r/min?250r/min下搅拌1.5h?2.5h，得到混合凝胶B ;d、将混合凝胶B置于具有聚四氟乙烯衬套的温度可控的微波辐射加热装置中进行晶化，晶化温度为135?165°C，晶化时间为1min?30min，冷却至室温后得到预制晶种；
[0017]二、制备混合凝胶:a、按质量份数称取I份三氧化二镓、2.1?5.3份氢氧化钠、
O?1.3份偏销酸钠、42?106份娃溶胶和65?145份去离子水；所述的娃溶胶中二氧化硅的质量分数为31.03% ;b、将步骤a称取的I份三氧化二镓、2.1?5.3份氢氧化钠、O?
1.3份偏铝酸钠和42?106份硅溶胶加入65?145份去离子水中，在800r/min?100r/min的转速下搅拌90min?120min，得到混合凝胶C ；
[0018]三、晶化:将步骤一制备的预制晶种加入步骤二制备的混合凝胶C中，所述的预制晶种与混合凝胶C的质量比为(I?5): 100，在搅拌速度为800r/min?1000r/min下搅拌均匀，得到混合物D，将混合物D置于具有聚四氟乙烯衬套的控温微波辐射加热装置中进行晶化，晶化温度为186?200°C，晶化时间为Ih?1.9h，冷却至室温，然后依次进行离心过滤和洗涤，最后在温度为100?120°C下干燥12h?24h，得到Ga/A1-MFI沸石分子筛，所述的Ga/A1-MFI沸石分子筛中娃与镓的原子百分比为(20?50):1。
[0019]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一 d中所述具有聚四氟乙烯衬套的温度可控的微波辐射加热装置的微波辐射加热功率为600W。其它与【具体实施方式】一相同。
[0020]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是:步骤一 d中晶化温度为145°C。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0021]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤一 d中晶化时间为20min?30min。其它与【具体实施方式】一至三相同。
[0022]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤三中所述具有聚四氟乙烯衬套的控温微波辐射加热装置的微波辐射加热功率为600W。其它与【具体实施方式】一至四相同。
[0023]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤三中晶化温度为190?195°C。其它与【具体实施方式】一至五相同。
[0024]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤三中晶化时间为1.2h?1.8h。其它与【具体实施方式】一至六相同。
[0025]采用下述实验验证本发明效果
[0026]试验一:一种两步微波福射加热的晶种引导法快速合成Ga/A1-MFI沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0027]—、微波辐射加热法制备晶种:a、称取0.707g异丙醇铝、9.304g四丙基氢氧化铵、14.764g正硅酸乙酯和11.851g去离子水；所述的四丙基氢氧化铵水溶液中四丙基氢氧化铵的质量分数为53.74% ;b、将步骤a称取的0.707g异丙醇铝和9.304g四丙基氢氧化铵加入到11.851g去离子水中，在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌15min，得到A溶液