[发明专利]一种微波辅助快速合成SSZ-13分子筛的合成方法

说明书

本发明涉及一种微波辅助快速合成SSZ‑13分子筛的合成方法，包括：步骤1、配制分子筛晶化初始凝胶；步骤2、将分子筛晶化初始凝胶置于耐微波辐射高压反应釜内，在微波辐射下自压晶化一段时间，得到晶化产物。本发明的有益效果是：本发明能够快速合成出高结晶度、纯相的纳米SSZ‑13分子筛，可作为消除氮氧化物催化剂的优良载体，合成步骤简单。本发明选择的升温方式相比于传统方法得到的SSZ‑13分子筛颗粒均匀度高，产品品质显著提升，同时大幅缩短晶化反应的时间和能耗成本；引入有机季铵碱作为部分或全部碱源起到辅助晶化的作用，显著降低模板剂用量，进而减少原料和能耗成本，有利于提升SSZ‑13分子筛的生产效率，有助于推动SSZ‑13分子筛的大规模商业运用。

技术领域

本发明属于环保和化工技术领域,涉及了一种SSZ-13分子筛的制备，特别涉及一种以微波辐射方式作为能量来源快速合成分子筛的方法.

背景技术

美国雪弗龙公司的Zones在1985年首次公开了SSZ-13分子筛的合成，采用N,N,N-三甲基金刚铵为模板剂，通过水热法成功合成出高纯度的SSZ-13分子筛,其专利号为USNO.4544538。该分子筛具有菱沸石(CHA)结构，由硅、铝氧四面体通过氧原子首尾相接，有序地排列成具有八元环结构的椭球形晶体，孔道尺寸为0.38nm。由于具备特殊的微孔结构，优异的水热稳定性，较高的比表面积和丰富的离子交换位点，经金属离子交换后得到铜基SSZ-13分子筛(Cu-SSZ-13)作为尾气净化催化剂已成功运用于柴油车发动机脱硝处理(NH₃-SCR)领域，具有非常高的工业价值。

由于合成过程使用了昂贵的N,N,N-三甲基金刚烷氢氧化铵作为结构导向剂，从而限制了其大规模的运用，因此，目前大多数研究集中的焦点在于降低模板剂的使用量进而降低合成成本，采取的方式包括：(1)专利号为CN 103601211A的发明创造指出通过寻找廉价可替代的模板剂，如采用廉价易得的胆碱离子作为模板剂；《催化剂学报》2012年第33(1)92-105号文章指出采用低成本的Cu-TEPA作为直接合成Cu-SSZ-13的模板剂；(2)专利号为CN106745034A的发明创造指出通过廉价的模板剂部分替代N,N,N-三甲基金刚烷氢氧化铵，如采用廉价易得的氯化胆碱部分取代；《石油学报(石油加工)》2019年第35(2)234号文章指出采用较为廉价的四甲基氢氧化铵进行部分取代，一定程度达到降低合成成本的目的。由于采用的均为传统的水热合成方法，晶化时间通常为4天到14天不等，合成效率低下，且由于温度分布难以均一，得到分子筛产品颗粒均匀性较差，同时存在大晶粒和小晶粒，影响最终的催化效果。

微波是一种波长极短、频率极高的电磁波，微波加入是外加交变电磁场作用下，物料内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而频繁转向摩擦，使电磁能转化为热能，具有加热速度快、均匀、能量利用率高和绿色环保等特点。相比于常规水热合成方式，采用微波辅助合成得到分子筛具有如下的特点：(1)大幅缩短晶化时间；(2)微波加热更倾向于得到小晶粒的分子筛产品；(3)较强的反应选择性，不易于生成杂晶。自首次利用微波辐射加热分合成分子筛(EP 358837)，随即微波加热合成分子筛技术开始受到广泛的关注，到目前已成功实现了几乎所有已知品种的分子筛晶体合成。刘等在专利号为CN 106365175 B的发明创造中指出以煤矸石为原料，通过微波辐射方式合成SSZ-13分子筛，得到产品均匀性高；但若要短时间实现晶化(6小时)，需要微波频率高达1000W，且颗粒尺寸达2微米以上。王等在专利号为CN 107570018 A的发明创造中指出采用微波辅助加热方式快速合成SSZ-13分子筛膜，制备的分子筛膜致密且薄，较传统水热合成方式相比，合成时间大大缩短，但用于合成分子筛膜体系与常规分子筛合成体系在前驱体凝胶浓度方面存在较大差别，尤其优化的水硅摩尔比高达120，使得产品的颗粒均匀性较差。

综上所述，采用微波辐射作为加热方式，以常规易得的硅铝原料和模板剂，开发快速合成SSZ-13分子筛的方法，从合成方式角度降低SSZ-13分子筛的能耗成本，同样有助于推动SSZ-13分子筛的大规模应用；因此，提出一种微波辅助快速合成SSZ-13分子筛的合成方法，就显得尤为重要。