[发明专利]一种Y型介孔沸石的合成方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种含有介孔结构的强酸性Y沸石的合成方法。

(二)背景技术

微孔沸石分子筛作为固体酸催化剂或催化剂的载体广泛应用于石油炼制、精细化学品的合成工业中。例如，Y、Beta和ZSM-5沸石分子筛在烯烃的异构化反应中表现了优异的活性和选择性。

虽然微孔沸石分子筛作为催化剂拥有许多优点，但是它们较小的孔道尺寸(小于1nm)也成为其作催化剂广泛应用的重要缺陷，尤其是当反应物分子的尺寸超过了微孔沸石分子筛的孔口直径时这种缺陷则更加严重。与传统的微孔沸石相比，介孔分子筛(Al-MCM-41，SBA-15等)具有大的比表面积意味着拥有更多的活性中心，同时更大的孔道尺寸有利于反应物分子的扩散，使其可以催化大分子反应。但是介孔分子筛作为催化剂使用，它的热稳定性和水热稳定性很差，其原因是介孔分子筛孔壁的无定形性。这种孔壁的无定形性大大限制了介孔分子筛在催化领域中的广泛应用。

因此，如果能在传统的微孔分子筛中引入介孔，无疑有利于大分子的催化转化，同时还可以保持传统分子筛的强酸性质。传统的Y沸石只有通过水蒸气脱铝、酸液处理等方法才能在Y沸石中产生介孔，并且通过这样的处理结构遭到破坏。

最近几年，人们尝试利用不同的模板技术制备具有介孔结构的沸石晶体。如采用纳米活性碳为硬模板、碳的气凝胶为模板、碳纳米管为模板合成了具有BEA、MFI等结构的介孔沸石。但是到目前为止，具有FUA结构的Y型介孔沸石仍没有被合成出来。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种Y型介孔沸石的合成方法，在合成Y沸石的过程中引入一种大分子表面活性剂作为软模板，使之与合成过程中的无机物种产生良好的相互作用，在晶化过程中形成介孔结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种Y型介孔沸石的合成方法，所述的合成方法是以水玻璃为硅源，所述水玻璃中，SiO₂浓度为4-4.5mol/L，Na₂O浓度为1-1.5mol/L；以硫酸铝和铝酸钠为铝源，以大分子表面活性剂N，N-二乙基-N-十六烷基-N-(3-甲氧基硅烷丙烷)碘化铵为模板剂，具体包括如下步骤：

(1)配制铝酸钠、氢氧化钠和水玻璃的混合水溶液①，使得混合水溶液①中，铝酸钠的浓度为0.3-0.5wt.％，氢氧化钠的浓度为1.0-1.6wt.％，水玻璃的加入量以SiO₂的浓度计算为15.0wt.％-20.0wt.％；在混合水溶液①中加入N，N-二乙基-N-十六烷基-N-(3-甲氧基硅烷丙烷)碘化铵，搅拌均匀；然后加入浓度为20.0-25.0wt.％的硫酸铝水溶液②，继续搅拌均匀；再加入铝酸钠和氢氧化钠的混合水溶液③，所述铝酸钠和氢氧化钠的混合水溶液③中，铝酸钠的浓度为15.0-19.0wt.％，，氢氧化钠的浓度为5.5-7.5wt.％，进一步搅拌均匀；各原料的投料摩尔比以Al₂O₃∶Na₂O∶SiO₂∶N，N-二乙基-N-十六烷基-N-(3-甲氧基硅烷丙烷)碘化铵∶H₂O计为1.0∶(2.0～6.0)∶(6.0～12.0)∶(0.1～0.6)∶(130～210)，其中Na₂O的摩尔数为水玻璃、铝酸钠、氢氧化钠中含有的钠元素的总和计；

(2)将步骤(1)获得的混合溶液在高压釜中晶化，从而得到所述的Y型介孔沸石。

本发明所述的水玻璃使用工业品。

本发明所述的大分子表面活性剂(DM)N，N-二乙基-N-十六烷基-N-(3-甲氧基硅烷丙烷)碘化铵、硅源(水玻璃)、铝源(硫酸铝和铝酸钠)和氢氧化钠等均使用市售商品。

进一步，各原料的投料摩尔比以Al₂O₃∶Na₂O∶SiO₂∶N，N-二乙基-N-十六烷基-N-(3-甲氧基硅烷丙烷)碘化铵∶H₂O计优选为1.0∶(3.0～5.0)∶(6.0～10.0)∶(0.15～0.30)∶(135～180)。

本发明所述的晶化反应与合成传统Y沸石所用的条件和设备基本相同。

步骤(2)所述的晶化条件推荐为：晶化温度为80～120℃，晶化时间为20～100小时。进一步，晶化温度优选为90～110℃，晶化时间优选为24～72小时。