丝光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种丝光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料及其制备方法，主要解决现有技术合成的多孔材料孔径单一、酸性较弱、活性不高的问题。本发明通过采用在多孔材料合成过程中控制好分子筛的成核和生长过程，制备出了一种多孔共生材料，其中共生物相比例可调，合成的多孔共生材料具有以下摩尔关系的组成：nSiO2:Al2O3，式中n＝4～400，其中所述材料具有三种以上的物相，其XRD衍射图谱包括在13.52±0.1，11.32±0.1，9.47±0.1，8.96±0.1，7.07±0.1，6.71±0.1，4.51±0.1，4.15±0.1，3.98±0.05，3.76±0.05，3.65±0.05，3.53±0.02，3.47±0.02，3.31±0.05，3.02±0.05埃处有d－间距最大值的技术方案，较好地解决了上述问题。该多孔共生材料可用于石脑油催化裂解制乙烯丙烯的工业生产中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种丝光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料及其制备方法。

背景技术

β沸石和丝光沸石(MOR)多孔材料由于具有良好的择形催化性能和较好的热稳定性，被广泛的应用在石油化工等领域。但由于两种分子筛材料各自孔径均匀单一、酸性较弱、活性不高和选择性较差，不能各自处理复杂的组分，并且它们对相同反应物的催化性能不同。含有两种组分以上的多孔共生材料，含有多级孔道结构，强酸弱酸分布范围较广，可以处理分子直径大小不一的复杂组分，并能发挥它们的协同催化效应。

文献CN1565967A、CN1565970A报道采用ZSM-5或丝光沸石作为晶种，分别加入丝光沸石或β沸石的合成溶液中，合成了β沸石和丝光沸石的混晶材料。其催化效果比两种分子筛机械混合的效果要好，但合成过程中需要加入不同的晶种作为诱导剂，另外还需要加入氟化物。

文献CN1393403报道采用分段晶化的方法合成了中微孔复合分子筛组合物，用于重油加工。合成方法为先配制合成微孔分子筛的反应混合物凝胶，然后在30～300℃条件下进行第一阶段的晶化，晶化3～300小时后，调整反应混合物的pH值为9.5～12，并加入合成中孔分子筛所用的模板剂，然后再在30～170℃自压下进行第二阶段的水热晶化，晶化时间为15～480小时，得到中微孔复合分子筛组合物，但分子筛的合成过程需要分段晶化，且中间还要调节pH值，合成方法也较为复杂。

文献CN03133557.8报道了静态条件下合成了具有TON和MFI两种结构的复合结构分子筛，该分子筛在制备凝胶过程中加入了少量的晶种和盐类，控制晶化参数可以得到两种晶型不同比例的分子筛，分子筛的晶格上硅铝比大于50，得到本发明复合分子筛可用于混合物如石油馏分的反应过程。本发明的但合成过程也需要加入晶种和盐类。

文献CN1583562报道了一种双微孔沸石分子筛及制备方法，其特征在于采用有序合成法，先按一定的物料配比初步合成出Y型沸石；后将其与溶有氨水的四乙基溴化胺溶液混合，最后再加入一定量的硅溶胶充分搅拌使之均匀，于130℃～140℃下晶化4～7天，得到具有Y/β双微孔结构的复合沸石分子筛，该方法也与分段晶化类似。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是之一是现有报道合成的多孔材料孔径单一、酸性较弱、活性不高的问题。提供一种新的多孔共生材料，该多孔材料具有多级孔道结构，强酸弱酸分布范围较广，活性较高的特点；本发明所要解决的技术问题之二是现有技术中未涉及上述多孔共生材料制备方法的问题，提供一种新的多孔共生材料的制备方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种丝光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料及其制备方法，具有以下摩尔关系的组成：nSiO₂:Al₂O₃，式中n＝4～400，其中所述材料具有两种以上的物相，其XRD衍射图谱包括在13.52±0.1，11.32±0.1，9.47±0.1，8.96±0.1，7.07±0.1，6.71±0.1，4.51±0.1，4.15±0.1，3.98±0.05，3.76±0.05，3.65±0.05，3.53±0.02，3.47±0.02，3.31±0.05，3.02±0.05埃处有d-间距最大值。

上述技术方案中，(n)SiO₂:Al₂O₃式中n的优选范围为n＝8～200，多孔共生材料中至少含有β沸石、丝光沸石和方沸石三种共生物相，且共生物相比例可调。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种丝光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)将硅源、铝源、碱源、模板剂(M)和水混合，反应混合物以摩尔比计为：SiO₂/Al₂O₃＝8～200，OH^-/SiO₂＝0.001～10.0，M/SiO₂＝0.05～3.0，H₂O/SiO₂＝10～500，调节pH值为8～14；

(2)将混合均匀的上述反应混合物放入密闭容器中在自生压力下，80～220℃晶化8～200小时；

(3)将晶化好的产物取出，水洗，过滤，干燥后，制得多孔共生材料；

其中所用硅源为选自有机硅、无定形二氧化硅、硅溶胶、固体氧化硅、硅胶、硅藻土或水玻璃中的至少一种；所用铝源为选自铝酸盐、偏铝酸盐、铝盐、铝的氢氧化物、铝的氧化物或含铝的矿物中的至少一种；所用碱源为选自碱金属的氢氧化物中的至少一种；所用模板剂M为有机胺或无机铵中的至少一种。

上述技术方案中，反应混合物以摩尔比计为：SiO₂/Al₂O₃＝8～200，OH^-/SiO₂＝0.01～5.0，M/SiO₂＝0.1～1.0，H₂O/SiO₂＝20～300，控制pH值优选范围为8～14，更优选范围为9～14。所用有机胺优选方案为选自四丙基溴化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基溴化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基溴化铵、四丁基氢氧化铵、三乙胺、正丁胺、乙二胺或乙胺中的至少一种，选用混合模板剂时，摩尔比为1∶1或1∶1∶1(选用三种模板剂)；无机铵优选方案为选自氨水、铵盐中的至少一种；pH值用稀酸溶液调节，所用稀酸溶液优选方案为选自稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸或乙酸中的至少一种。晶化温度优选范围为100～200℃，晶化时间优选范围为10～60小时。

多孔共生材料的制备方法具体操作为，按物料配比取所需量的硅源和铝源，分别用蒸馏水溶解制成溶液，然后把两种溶液混合，强力搅拌，然后加入所需量的模板剂，搅拌30分钟后用稀碱溶液调节pH值在10～13范围，再补足蒸馏水。把溶胶放入高压釜中，控制所需的温度，晶化10～100小时后，取出水洗2次、120℃烘干4小时、550℃焙烧3小时，即可得到所述多孔共生材料。

本发明由于采用了同时合适两种以上物相生长的模板剂，调节适合所涉及物相生长的pH值范围、控制适合生长的硅铝比和晶化温度，在水热条件下，可同时在混合溶胶中诱导出几种物相晶种，然后在适合它们生长的环境中生成了该多孔共生材料，由于多孔共生材料的表面与界面、酸性和比表面与单纯物相机械混合的有较大差别，其酸量较大，酸性较强，含有多级孔道，所以有较好的催化性能，可以处理分子直径不同的混合物原料，可用于石脑油催化裂解制乙烯丙烯反应中，乙烯和丙烯的双烯质量总收率可达到55％以上，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1是合成的多孔共生材料的XRD衍射图谱。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

取284克偏硅酸钠，用300克蒸馏水溶解成溶液A，取16.7克硫酸铝，用100克蒸馏水制成溶液B，把B溶液缓慢倒入A溶液中，强力搅拌，然后加入24.4克乙二胺和29.4克四乙基氢氧化铵作为模板剂M，搅拌一段时间后，用氢氧化钠和稀硫酸调节pH值在12，控制溶胶的摩尔配比为：Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-＝1∶0.05∶0.4∶40，把混合溶液放入高压釜中，在160℃保温40小时，然后取出水洗2次、120℃烘干4小时、550℃焙烧3小时，制得丝光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料，XRD衍射图谱如图1所示，在13.52，11.32，9.47，8.96，7.07，6.71，4.51，4.15，3.98，3.76，3.65，3.53，3.47，3.31，3.02埃处有d-间距最大值。用XRD衍射定量可知共生材料中β沸石重量百分含量为30.2％，丝光沸石含量为48.7％，方沸石含量为21.1％。

【实施例2～6】

按照实施例1的方法，所用原料如表4所示，控制溶液的pH不同，分别合成出丝光沸石/β沸石/方沸石共生材料，见表1。XRD衍射图谱与实施例1相同，共生材料中β沸石、丝光沸石和方沸石的比例见表3。

表1

  实施例  溶液pH值  样品编号  实施例2  8  FH-2  实施例3  10  FH-3  实施例4  11  FH-4  实施例5  13  FH-5  实施例6  14  FH-6

【实施例7～17】

按照实施例1的方法，所用原料如表4所示，控制溶液的不同摩尔配配比，分别合成的丝光沸石/β沸石/方沸石共生材料见表2。XRD衍射图谱与实施例1相同，共生材料中β沸石、丝光沸石和方沸石的比例见表3。

表2

  实施例  溶液摩尔配比  样品编号  实施例7  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.005∶0.4∶40∶5  FH-7  实施例8  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.01∶0.4∶40∶0.01  FH-8  实施例9  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.1∶0.1∶50∶0.001  FH-9  实施例10  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.125∶0.2∶40∶0.5  FH-10  实施例11  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.143∶0.1∶40∶1.2  FH-11  实施例12  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.05∶2∶30∶0.1  FH-12  实施例13  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.05∶3∶20∶1.8  FH-13  实施例14  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.167∶0.05∶60∶2  FH-14  实施例15  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.2∶0.01∶80∶4  FH-15  实施例16  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.25∶0.4∶100∶6  FH-16  实施例17  Si∶Al∶M∶H₂O∶OH^-1＝1∶0.5∶0.4∶300∶10  FH-17

【实施例18～21】

按照实施例1的方法，所用原料如表4所示，控制溶液的摩尔配比相同，选用混合模板剂M，摩尔比为1∶1或1∶1∶1(选用三种模板剂)，依次分别用正丁胺和四乙基溴化铵；乙胺、乙二胺和四乙基氢氧化铵；四丙基溴化铵和四乙基氢氧化铵；四丙基氢氧化铵、正丁胺和四乙基氢氧化铵，合成丝光沸石/β沸石/方沸石共生材料，分别记为FH-18、FH-19、FH-20、FH-21。XRD衍射图谱与实施例1相同，共生材料中β沸石、丝光沸石和方沸石的比例见表3。

【实施例22～26】

按照实施例1的方法，所用原料如表4所示，控制溶液的摩尔配比相同，晶化温度分别设置为80℃；100℃；150℃；200℃和220℃，分别合成了丝光沸石/β沸石/方沸石共生材料，记为FH-22、FH-23、FH-24、FH-25和FH-26。XRD衍射图谱与实施例1相同，共生材料中β沸石、丝光沸石和方沸石的比例见表3。

【实施例27～31】

按照实施例1的方法，所用原料如表4所示，控制溶液的摩尔配比相同，晶化时间分别控制为10小时；20小时；60小时；100小时和200小时，分别合成了丝光沸石/β沸石/方沸石共生材料，记为FH-27、FH-28、FH-29、FH-30和FH-31。XRD衍射图谱与实施例1相同，共生材料中β沸石、丝光沸石和方沸石的比例见表3。

表3

  样品  编号  β沸石含量  (重量％)  丝光沸石含量  (重量％)  方沸石含量  (重量％)  FH-1  30.2  48.7  21.1  FH-2  95.0  3.4  1.6  FH-3  90.1  5.5  4.4  FH-4  83.4  8.7  7.9  FH-5  32.2  34.8  33.0  FH-6  14.8  25.4  59.8  FH-7  94.6  2.8  2.6  FH-8  95.4  2.7  1.9  FH-9  88.8  6.4  5.8  FH-10  64.7  22.4  12.9  FH-11  54.1  26.7  19.2  FH-12  92.1  2.9  5.0  FH-13  90.1  5.6  4.3  FH-14  34.1  26.3  39.6  FH-15  14.5  15.7  69.8  FH-16  6.8  9.0  84.2  FH-17  3.9  3.8  92.3  FH-18  40.0  26.5  33.5  FH-19  50.7  28.7  20.6  FH-20  54.2  29.3  16.5  FH-21  50.4  29.5  20.1  FH-22  93.4  4.2  2.4  FH-23  90.1  4.8  5.1  FH-24  68.4  16.1  15.5  FH-25  42.0  27.6  30.4  FH-26  18.2  48.4  33.4  FH-27  90.5  3.4  6.1  FH-28  80.8  11.4  7.8  FH-29  31.5  39.1  29.4  FH-30  26.1  43.1  30.8  FH-31  18.9  54.6  26.5

表4

【实施例32】

取实施例1合成的共生分子筛，用重量百分含量为5％硝酸铵溶液在90℃进行铵交换3小时。产物经过滤、洗涤、130℃下干燥3小时后，再重复进行一次铵交换，经过滤、洗涤、130℃下干燥3小时后，在550℃下焙烧3小时，制得氢型丝光沸石/β沸石/方沸石共生分子筛，然后压片、敲碎、筛分，取20～40目的颗粒备用。以C₄～C₁₀的石脑油为原料(原料物性指标见表6)，用直径为12毫米的固定床反应器，在650℃、重量空速0.5小时-1、水/油重质量比3∶1、压力为0.02MPa的条件下考评，乙烯质量收率达到27.9％，丙烯质量收率达到27.6％，乙烯和丙烯双烯质量总收率达到55.5％，取得了较好的技术效果。

【实施例33】

取实施例1合成的共生分子筛，按实施例32的方法，制得氢型共生分子筛。用程序升温脱附装置测定氨气的脱附曲线，用强、弱酸位的脱附温度代表酸强度，脱附出的氨气经过色谱后用过量的稀硫酸溶液吸收，然后用氢氧化钠标准溶液进行反滴定，由此计算出被测分子筛的酸量。测定结果如表5。

【比较例1】

取上海石化研究院生产的硅铝比为20的β沸石，按实施例33的方法测量其酸性，结果如表5所示。

【比较例2】

取上海石化研究院生产的硅铝比为20的丝光沸石分子筛，按实施例33的方法测量其酸性，结果如表5所示。

【比较例3】

取上海石化研究院生产的硅铝比为20的方沸石分子筛，按实施例33的方法测量其酸性，结果如表5所示。

【比较例4】

取上海石化研究院生产的硅铝比为20的β沸石/丝光沸石共生分子筛，其中β沸石重量百分含量为85％，丝光沸石重量百分含量为15％。按实施例33的方法测量其酸性，结果如表5所示。

表5

  实施例或  比较例  分子筛类型  弱酸位脱附  温度(℃)  强酸位脱附  温度(℃)  酸量  (×10^-4摩尔/克)  实施例32  丝光沸石/β沸石/方沸石  306  524  12.66  比较例1  β沸石  251  420  5.53  比较例2  丝光沸石  241  522  11.06  比较例3  方沸石  240  420  4.50  比较例4  β沸石/丝光沸石  281  490  11.34

表6  石脑油原料指标

  项目  数据  密度(20℃)千克/米³  704.6  馏程初馏程℃  40  终馏程℃  160  饱和蒸汽压(20℃)千帕  50.2  烷烃％(重量％)  65.2  烷烃中正构烷烃％(重量％)  ＞32.5  环烷烃％(重量％)  28.4  烯烃％(重量％)  0.17  芳烃％(重量％)  6.2

                             。