[发明专利]一种90°交互共生的多级孔ZSM-5分子筛的制备方法

说明书

本发明公开了一种90°交互共生的多级孔ZSM‑5分子筛的制备方法。该方法是将偏铝酸钠用作铝源，正硅酸乙酯用作硅源，使用具有刚性苯环的Bola型季铵模板一步导向微介孔的形成，并在碱性条件下水热合成ZSM‑5分子筛。本发明使用的Bola型刚性季铵盐模板成功利用两个含氮氨基头导向形成微孔，疏水碳链及苯环堆积作用限制沸石生长形成介孔，继而获得了形貌均一，具有发达介孔的多级孔ZSM‑5分子筛。极大程度的提高了大分子反应难、传质阻力大等缺点，促进了分子筛在催化、吸附分离等领域的广泛应用。

技术领域

本发明属于分子筛领域，具体涉及一种90°交互共生的单晶纳米片ZSM-5分子筛的制备方法。

背景技术

沸石分子筛是一类具有有序微孔结构、优良酸强度及水热稳定性的重要结晶多孔材料，被广泛应用在催化、吸附、分离等现代化工领域。而传统分子筛由于其狭小的微孔结构限制在反应过程中非常容易造成反应物、产物等传输难的问题，大大降低分子筛孔道内部酸性位点的利用率，限制分子筛的催化效果。为了克服这一缺陷，研究者们提出制备兼具微孔及介孔的多级孔分子筛，提高大分子扩散传质性能，使其在绝大部分应用领域中更好发挥其优良的活性、选择性及稳定性等性能，打破沸石分子筛原有的应用局限性。

近年来，研究者们提出了多种多级孔分子筛的制备方法，像脱硅、脱铝、硬模板、软模板等。其中软模板法在多级孔分子筛合成研究中最大的突破时期可以追溯到2009年Ryoo等人[Choi M, Na K, Kim J, et al. Stable single‐unit‐cell nanosheets ofzeolite MFI as active and long‐lived catalysts.[J]. Nature, 2009, 461(7261):246.]首次利用双季铵型C_22-6-6表面活性剂成功合成具有良好催化活性及寿命的单晶纳米片MFI分子筛，这是双功能有机模板第一次被应用于多级孔分子筛合成。不同于传统的结构导向剂，这种两亲性双功能有机模板能利用亲水铵基头促进硅前驱体形成超薄沸石框架，疏水长链烷基相互作用限制前驱体生长，形成层状介孔，沿b轴方向有序生长。但是利用这种双功能模板合成的材料在煅烧移除模板的过程中极易发生片层结构坍塌，导致分子筛有序度降低。随后，车顺爱等人[Xu D, Jing Z, Cao F, et al. Surfactants withAromatic-Group Tail and Single Quaternary Ammonium Head for Directing Single-Crystalline Mesostructured Zeolite Nanosheets[J]. Chemistry of Materials,2014, 26(15):4612-4619.]将刚性苯环成功引入到两亲性双功能模板中，通过苯环间堆积产生的强π-π相互作用进一步稳定层状结构，极大程度的避免了煅烧过程中分子筛片层坍塌、有序度降低的情况。并且发现在接入苯环的情况下即使没有双季铵头基也能成功合成单晶介孔MFI纳米片，这与Kresge C.T.[ Kresge C T, Leonowicz M E, Roth W J, etal. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystaltemplate mechanism[J]. Nature, 1992, 359(6397):710-712.]和Beck J.S.[ Beck JS, Vartuli J C, Kennedy G J, et al. Molecular or Supramolecular Templating:Defining the Role of Surfactant Chemistry in the Formation of Microporous andMesoporous Molecular Sieves[J]. Chemistry of Materials, 1994, 6(10):1816-1821.]报道的使用单季铵头基模板无法导向合成多级孔分子筛的结论完全不同，说明刚性苯环的引入对两亲性季铵模板导向合成多级孔具有重大的意义。

发明内容