[发明专利]一种纳米KFI分子筛的合成方法

说明书

本发明属于分子筛合成技术领域，公开了一种合成纳米KFI分子筛的方法，将氢氧化铝、氢氧化钾、蒸馏水的混合物加热搅拌至清澈透明，室温冷却得到A溶液；将固体硝酸锶溶解于蒸馏水中，然后加入环糊精和硅溶胶并搅拌均匀得到B溶液；然后将A溶液和B溶液混合均匀，得到前驱凝胶；再将制备的前驱凝胶转移至高压反应釜中，在烘箱中加热晶化，然后冷却至室温，得到的固体产物经洗涤、干燥得到纳米KFI分子筛。本发明采用环糊精为模板剂来合成纳米沸石分子筛，成本低廉、操作简单、反应间短等优点，所合成的纳米KFI分子筛除包含丰富的微孔外，还有非常明显的介孔分布，是一种优良的多级孔材料。该纳米沸石在催化、吸附和分离等方面将具有很重要的实用价值。

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，涉及一种分子筛的合成方法，具体是一种纳米KFI分子筛的合成方法。

背景技术

KFI型沸石的骨架结构由t-grc和t-pau结构单元组成，包含α和γ笼，每个α笼通过扁平的8元环面连接到六个γ笼，每个γ笼连接到两个α笼和另外四个γ笼，该沸石在1966年由Kerr首次合成。KFI型骨架中的这两种不同类型的笼对于不同的气体分子可能具有不同的吸附特性；此外，与AFY、BPH和LTA等沸石相比，KFI型沸石在高的吸附容量和高的气体混合物选择性之间达到了最佳平衡，是一种性能优良的分子筛吸附剂。然而大多数合成的沸石，像以往研究报道的ZK-5沸石一样，其粒径均在微米级别，表面积较低并且扩散路径较长，存在对气体的吸附容量较低、对直径较大的甲烷传质速率较慢的问题。一种优良的吸附剂要兼顾以下三者：高的选择性、高的吸附量以及快的传质速率。因此，致力于在保持沸石原有的主体微孔基础之上，探索合适的策略将常规微米级沸石制备得到纳米级沸石，来缓解扩散限制以提升传质是非常有价值的研究，所谓“主体微孔”即实现气体吸附分离重要的“场所”。

近年来，添加模板剂制备纳米沸石已经成为最受关注的新方向之一。有机模板剂可以在分子筛的合成过程中接枝在沸石晶核表面，以限制晶核在后续的晶化过程中进一步长大从而形成颗粒大小均匀的纳米分子筛。例如，根据Chem Mater, 2018, 30(8): 2750-2758的披露，赖氨酸的氨基可以在MFI型沸石的外表面与硅烷醇形成氢键，限制晶体的生长速度，从而制备出纳米尺寸的沸石。根据Dalton Trans, 2018, 47(29): 9861-9870的披露，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）阳离子可以在沸石晶核周围形成疏水层，并调节可溶性硅酸铝物质的供应，从而获得600 nm大小的SAPO-34晶体。Wen等人使用有机硅烷作为生长抑制剂，通过共价Si-O-Si键和氢键作用制备了小尺寸的具有微孔和中孔结构的ZSM-5沸石（Ind Eng Chem Res, 2018, 57(2): 446-455）。另外，其他有机物，例如：1,2,3-己三醇，聚乙二醇，月桂醇聚氧乙烯醚，亚甲基蓝都作为晶体生长抑制剂用于制备不同尺寸大小的沸石。然而，大多数报道的尺寸减小的沸石晶体仍在亚微米范围内，能够制备得到纳米尺寸沸石的实例仍然很少且采用的模板剂价格昂贵，对环境污染大。

发明内容

针对现有纳米级沸石合成技术中存在亚纳米尺寸难控、模板剂价格昂贵、对环境污染大等问题，本发明公开了一种纳米KFI分子筛的合成方法，具有操作简单、价格低廉等优点，可以解决纳米KFI沸石合成过程中的困难。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种合成纳米KFI分子筛的方法，包括以下步骤：

（1）制备A溶液

将氢氧化铝、氢氧化钾、蒸馏水的混合物加热搅拌至清澈透明，室温冷却得到A溶液；

（2）制备B溶液

在室温条件下，将固体硝酸锶溶解于蒸馏水中，然后加入环糊精和硅溶胶并搅拌均匀得到B溶液；

（3）制备前驱凝胶

将A溶液和B溶液混合均匀，得到前驱凝胶；

（4）制备纳米KFI分子筛

将步骤（3）制备的前驱凝胶转移至高压反应釜中，在烘箱中加热晶化，然后冷却至室温，得到的固体产物经洗涤、干燥得到纳米KFI分子筛。