[发明专利]基于多孔碳化硅载体的超细分子筛结构化催化材料及制备

说明书

技术领域

本发明属于催化剂及其应用技术领域，具体是一种基于多孔碳化硅载体的超细(包括纳米或亚微米)分子筛结构化催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着纳米科学和纳米材料制备技术的发展，众多超细分子筛(纳米或亚微米)相继问世，在石油化工行业显示出广泛的应用前景。相对于常规的微米分子筛，超细的分子筛拥有表面积大、介孔体积多和孔道短等的特点，因此常表现出催化活性高、抗积碳能力强、稳定性持久等优点，在加氢裂化、流化催化裂化、苯的烷基化、烯烃的齐聚反应、甲醇制汽油、甲胺的合成等反应的实验室研究中，超细分子筛均取得了显著优于常规微米分子筛的效果，充分体现出超细分子筛催化剂对提高化工产业资源利用率和产品附加值、发展高效清洁生产技术的重要性。

然而，对于超细分子筛而言，其小的尺寸和高的表面能令该材料的热稳定性和水热稳定性相对较差，再生较困难。另外，因为超细沸石的晶粒较小，不仅在制备过程中难以从水热合成体系中的有效分离及回收，而且在应用过程中还将面临产物与催化剂分离的难题。提高超细分子筛的稳定性、解决超细分子筛的分离回收利用问题，已成为工业化超细分子筛催化剂开发的重要工作。

将超细分子筛负载到无机惰性的载体如氧化硅、氧化铝等表面制成结构化分子筛催化剂，是国外最新提出的提高超细分子筛稳定性、解决超细分子筛不宜分离回收再利用问题的有效方法。该方法利用载体的分散作用将超细分子筛稳定化，希望在保持超细分子筛高反应活性、高目标选择性等优点的前提下，具备以下优势：①能很好地实现催化剂的化学设计和反应工程设计之间的结合；②有较强的强化传热、传质和降低压力降能力，因而能有效提高反应效率和分子筛的稳定性，并降低废弃物排量；③有利于开发新的反应技术和过程集成技术；④无催化剂磨损和催化剂与产物分离的问题，有利于提高催化剂寿命和操作过程的安全性。这些优势对提高化工生产的节能、高效、清洁、安全水平有着十分重要的作用。

但是，目前结构化超细分子筛催化剂的研究仍处于实验室研究阶段，实现工业化应用还需突破一系列关键技术。第一，需要寻找到比多孔氧化铝、氧化硅载体材料性能更为优越的廉价结构化载体材料；第二，突破超细分子筛在结构化载体材料上的负载技术，实现超细分子筛催化活性涂层孔道结构及活性中心的有效控制；第三，掌握结构化超细分子筛在典型化工过程中的应用规律，积累工程化应用经验，为其大规膜工业应用奠定基础。

碳化硅是一种导热能力接近铜、化学稳定性极其优越的陶瓷材料，将其制备成多孔状结构，可形成理想的结构化催化剂载体。在国家“十一五”、“863”计划支持下，中国科学院金属研究所研发出具有全部自主知识产权的高性能、低成本多孔碳化硅制备技术，掌握了在多孔碳上制备氧化铝、氧化硅、活性碳、二氧化钛和分子筛等活性涂层的制备技术，开展了以多孔碳化硅为载体的(微米)分子筛结构化催化剂在甲醇制备反应中的应用研究，取得了比现有超细分子筛催化剂更好的反应结果，为开发具有工业应用价值的新型结构化催化剂奠定了良好的基础。在此基础上，进一步研发以多孔碳化硅为载体的超细分子筛结构化催化剂，突破组成与多级孔结构调控技术，澄清材料的组成合孔结构与催化性能间的关系，解决模式过程中的关键技术，实现超细结构化催化剂的工业应用，有利于我国在催化材料方面形成新的核心竞争力、促进我国石化产业带技术升级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多孔碳化硅载体的超细(包括纳米或亚微米)分子筛结构化催化材料及其制备方法，提高超细分子筛的稳定性，解决超细分子筛的分离回收利用问题。

本发明的技术方案是：

一种基于多孔碳化硅载体的超细(包括纳米和亚微米)分子筛结构化催化材料及其制备方法，超细分子筛以多级孔结构配合的方式负载于泡沫碳化硅载体表面上，该材料以超细分子筛晶体为活性基元，具有多级孔道结构且整个超细分子筛涂层都具有催化活性。该方法首先将胶态分子筛前躯体涂覆在经改性处理的多孔碳化硅载体表面；而后，通过蒸汽相处理，将分子筛前躯体转化为超细分子筛晶体并实现涂层与载体之间的牢固结合。