[发明专利]一种低硅铝比菱沸石制备及使用方法

说明书

本发明涉及一种低硅铝比菱沸石制备及使用方法，制备方法主要为：以硅源、铝源和碱为原料，在不添加有机模板剂、氟离子等情况下，进行煅烧或添加菱沸石晶种，在高压反应釜中进行晶化，获得硅铝比为1.0～2.2的低硅铝比菱沸石。该合成工艺简单、可操作性强。制备的低硅铝比菱沸石可高效分离O₂、N₂、CO₂、CH₄和Ar等气体。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种低硅铝比菱沸石的制备方法及使用方法。

背景技术

菱沸石(CHA)的孔径在0.3-0.4nm之间，可用于分离分子直径接近的气体，如CH₄/CO₂，CO₂/N₂和CO/N₂等。众所周知，合成菱沸石是需要加有机模板剂和晶种条件下进行。有机模板剂为其骨架结构的生成提供了结构导向的作用，在诱导、形成、稳定菱沸石结构时起到重要作用。迄今为止，所有的公开报道的菱沸石的合成方法，多是在有机模板剂存在的条件下进行的，后期需高温灼烧处理掉模板剂，会造成环境污染。

而不采用有机模板剂，如shang等(Journal of the American ChemicalSociety，2012，134，19246-19253)报道阳离子(K⁺、Cs⁺)交换后的沸石CHA具有独特的“molecular trapdoor”效应，是已知物理吸附剂中CO₂/CH₄吸附选择性最高的材料。由此可见，沸石CHA是变压吸附分离工业废气中CO₂的最有前途的吸附剂之一。但该文献中报道的可高效分离气体的菱沸石都是由沸石Y转化法得到的，该工艺合成周期长、合成的菱沸石的气体吸附选择性也低，所得菱沸石在常温、常压下不具备较高的气体吸附选择性。

目前报道的未经离子交换改性的菱沸石，并不能在高于0℃的温度条件下高效分离混合气体中的O₂、CO₂、N₂、CH₄、Ar，使用条件大大受到限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种低硅铝比菱沸石的制备方法及使用方法。本发明的制备方法，以硅源、铝源和碱为原料，在不添加有机模板剂、氟离子等情况下，合成硅铝比为1.0～2.2的菱沸石，该菱沸石具有独特的孔道结构，可在常温下高效分离O₂、N₂、CO₂、CH₄、Ar等气体。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种低硅铝比菱沸石的制备方法，该方法包括：

S1、将含有硅源和铝源的材料混合，加入强碱后混匀；

S2、将步骤S1混匀后，进行煅烧或添加菱沸石晶种，之后在获得的混合物中添加水，搅拌混匀；

S3、将步骤S2搅拌均匀的反应物装入高压反应釜，进行晶化；

S4、晶化后经过滤、洗涤、干燥，得到菱沸石。

如上所述的制备方法，优选地，在步骤S1中，所述含有硅源的材料为二氧化硅、硅酸钠、粉煤灰和高岭土中的一种或几种混合，所述含有铝源的材料为三氧化二铝或/和偏铝酸钠，所述强碱为氢氧化钾或氢氧化钠或二者混合物。

如上所述的制备方法，优选地，在步骤S1中，所述硅源和铝源按硅原子和铝原子的摩尔比为1～5:1的用量添加，所述强碱的用量为所述含硅源和铝源的材料总质量的0.5～3倍。