一种无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法

摘要

本发明涉及分子筛制备，旨在提供一种无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法。该种无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法具体为：将硅源、季铵碱和全硅晶种置于研钵中，研磨十分钟后，置于反应釜中，在100～240℃晶化1h～6d，然后将得到的产物抽滤、烘干，制得全硅Beta分子筛原粉。本发明利用无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法，避免了后处理过程中的离子交换过程；制备的产品无需过滤或离心，焙烧即可直接用于性能研究。

说明书

技术领域

本发明是关于分子筛制备领域，特别涉及一种无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法。

背景技术

随着人们对环保要求的提高和空气质量的重视，PM2.5的减排已成为一个迫在眉睫且极具挑战性的课题。氮氧化物(NO_x)、挥发性有机物(VOCs)、SO₂等是PM2.5的主要成因和来源，对其高效消除已刻不容缓。

VOCs主要分为室外源和室内源。室外源主要包括化工、印刷、涂装等行业排放的废气和汽车尾气，而室内源主要是装修材料中释放的有害物质，包括苯类化合物和甲醛等。通常，苯类物质指的是甲苯、二甲苯及苯乙烯等。现阶段主要使用深度脱铝的高硅Y(Si/Al＝10-20)对其进行吸附从而达到消除的目的。这种高硅Y沸石需要进行多次脱铝处理，极大地增加了后合成的成本。同时，这种高硅Y虽然经过了多次处理，但是在骨架中还是具有一定的铝物种，这就意味了其还存在一定的酸性，在吸附苯乙烯的过程中容易使得其聚合从而堵塞高硅Y沸石的孔道，使其慢慢地失去吸附的性能。基于以上出现的问题，亟需开发一种新型沸石分子筛。

Beta沸石分子筛属于*BEA结构类型，是现阶段工业上使用的唯一具有三维十二元环孔道结构的高硅沸石分子筛。其中，含铝Beta沸石分子筛在烃类裂解反应、烷基化反应以及烷基异构化反应等催化过程中具有广泛的应用；全硅Beta沸石分子筛则在吸附有机物方面有着不俗的表现。但是，需要指出的是现阶段对于全硅Beta沸石分子筛在合成上存在着成本高、毒性大、后处理复杂等问题，而在有机物吸附中并没有涉及其对甲苯、二甲苯及苯乙烯等有机污染物的高效吸附。因此，发展低成本地合成全硅Beta沸石分子筛的方法并且将其进行对甲苯、二甲苯及苯乙烯等有机污染物的高效吸附对于其进行工业生产具有极其重要的意义。

最近，我们公开了一种无溶剂合成沸石的方法，并将其应用到富B形体Beta沸石的合成过程中(CN106517233A)。但是在合成过程中使用了一定量的无机碱氢氧化钠，为了消除钠离子，则需要进行后处理(离子交换)，这大大增加了合成的复杂性。之前，已有文献报道在水热合成中可以不使用氢氧化钠来合成全硅Beta沸石分子筛(Micropor.Mesopor.Mater.,2010,127,104)，但是所合成的产品是纳米粒子状态，需要离心才能得到相应的产品，并且所使用的模板剂用量极大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种结合无溶剂和无钠合成来实现全硅Beta沸石分子筛的低成本高效率合成的方法，并将其应用到甲苯、二甲苯及苯乙烯等有机污染物的吸附过程中。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法，具体为：

将硅源、季铵碱和全硅晶种(全硅Beta沸石分子筛晶种)置于研钵中，研磨十分钟后，置于反应釜中，在100～240℃晶化1h～6d，然后将得到的产物抽滤、烘干，制得全硅Beta分子筛原粉，即全硅Beta沸石分子筛；

其中，反应原料的添加量满足摩尔比范围：SiO₂:T＝0.15～0.25，T是指季铵碱；添加的晶种质量范围：晶种：硅源＝1％～10％；

所述硅源采用固体硅胶或白炭黑；所述季铵碱采用四乙基氢氧化铵。

根据所述方法制备的全硅Beta沸石分子筛在有机污染物吸附中的应用，有机污染物为甲苯、二甲苯及苯乙烯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛的方法，避免了后处理过程中的离子交换过程；制备的产品无需过滤或离心，焙烧即可直接用于性能研究。

本发明所合成的产品具有薄片状的形貌，该产品不仅保持了良好的结晶度和纯度，具有优异的吸附性能，而且整个生产过程由于没有使用溶剂和无机碱，这样就减少了在生产过程中不必要的损耗，提高了产率并降低了压力。

本发明所采用的无机原料均对环境友好，价格较低廉，故在实际化工生产领域具有重要意义。

附图说明

图1为无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛产品的XRD谱图。

图2为无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛产品的SEM照片。

图3为全硅Beta沸石分子筛对甲苯、二甲苯及苯乙烯等有机污染物吸附性能。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1：无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛

将1.6g固体硅胶，1.0g四乙基氢氧化铵(T，质量分数50％)及5％全硅Beta沸石分子筛晶种置于研钵中研磨10min，然后将反应原料加入聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，140℃晶化2d即完全晶化,产物抽滤，烘干后得到产品。反应原料的配比如下：SiO₂:0.15T。

经X射线衍射分析其结构为全硅Beta沸石分子筛如图1所示，而且通过扫描电镜照片可以看出所合成的产品呈现片状的形貌，厚度在100-150nm，长度在600nm左右如图2所示。

实施例2：无钠无溶剂路线高温合成全硅Beta沸石分子筛

将1.6g固体硅胶，1.67g四乙基氢氧化铵(T，质量分数50％)及10％全硅Beta沸石分子筛晶种置于研钵中研磨10min，然后将反应原料加入聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，240℃晶化1h即完全晶化,产物抽滤，烘干后得到产品。反应原料的配比如下：SiO₂:0.25T。

实施例3：无钠无溶剂路线低温合成全硅Beta沸石分子筛

将1.6g固体硅胶，1.34g四乙基氢氧化铵(T，质量分数50％)及1％全硅Beta沸石分子筛晶种置于研钵中研磨10min，然后将反应原料加入聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，100℃晶化6d即完全晶化,产物抽滤，烘干后得到产品。反应原料的配比如下：SiO₂:0.2T。

实施例4：无钠无溶剂路线合成全硅Beta沸石分子筛

将1.6g白炭黑，1.0g四乙基氢氧化铵(T，质量分数50％)及5％全硅Beta沸石分子筛晶种置于研钵中研磨10min，然后将反应原料加入聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，180℃晶化18h即完全晶化,产物抽滤，烘干后得到产品。反应原料的配比如下：SiO₂:0.15T。

实施例5：全硅Beta沸石分子筛用于甲苯、二甲苯及苯乙烯等有机污染物吸附

在甲苯、二甲苯及苯乙烯等有机污染物混合物浓度为250mg/m³，风速为3m/s以及湿度为75％为条件下，将所合成的Beta沸石分子筛用于对其的吸附，以现阶段工业上使用的高硅Y沸石分子筛作为对比样品。我们可以从图3得出结论，无论是在正常测试条件下，还是在吸附水汽后进行测试以及在水汽吹扫过以后进行测试，我们所合成的全硅Beta沸石分子筛的吸附性能都远远优于Y沸石分子筛。

以上所述，仅是本发明的几种实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，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结构及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，均仍属本发明技术方案范围内。