[发明专利]基于高岭土矿物调控制备单/双晶ZSM-5沸石的方法

说明书

基于高岭土矿物调控制备单/双晶ZSM‑5沸石的方法。1)将高岭土与碱溶液混合后置于反应釜中活化得羟基方钠石；2)将石英与碱溶液混合后加热溶解，过滤去除杂质得硅酸钠溶液，干燥后得硅酸钠粉末；3)取1)中的产物，加入硫酸溶解，加入NaOH调节pH＝7，过滤洗涤出硅铝凝胶；4)取2)和3)中的产物，加入去离子水、NH₄F和模板剂TPABr，边搅拌边加入气相二氧化硅，搅拌均匀后得凝胶混合物；5)将4)中的凝胶混合物转移至反应釜中进行水热晶化，得单晶/双晶ZSM‑5沸石。基于天然矿物高岭土和石英为原料，通过调节NH₄F添加量，实现ZSM‑5沸石单双晶形貌调控，制备方法简单、操作简易、成本低廉。

技术领域

本发明涉及ZSM-5沸石的合成，尤其是涉及一种基于高岭土矿物调控制备单/双晶ZSM-5沸石的方法。

以高岭土矿物作为原料，通过调控NH₄F浓度，定向合成不同形貌的ZSM-5沸石。

背景技术

ZSM-5沸石是一种多功能的沸石材料。作为一种应用极度广泛的工业原料，由于其具有优异的催化性能和选择性吸附性能，被广泛应用于石油领域、电化学领域、生物领域以及环保领域。目前，关于ZSM-5沸石制备及其性能研究已有大量的报道，但依然存在着原料成本高昂、无法避免孪晶的生长等问题。制备单晶ZSM-5沸石的成本高昂，缺少经济、绿色的合成方法。

现有ZSM-5沸石合成工艺大多使用纯化学试剂例如水玻璃、硅溶胶、正硅酸乙酯以及异丙醇铝等作为原料，合成过程中的成本高昂，市场竞争力弱，而使用天然矿物作为原料合成ZSM-5沸石，所得产物均存在分散性差、杂质多以及孪生现象明显等缺点，因此无法满足现有的工业生产要求。

Yaripour等在公开英文文献《Journal of Natural Gas Science andEngineering》(22(2015):260-269)中介绍不同模板剂对于纳米ZSM-5沸石合成的影响。其特征在于，分别使用吗啉(C₄H₉NO)、正丁胺(C₄H₁₁N)、四丙基氢氧化铵(C₁₂H₂₉NO)和四丙基溴化铵(C₁₂H₂₈BrN)作为合成ZSM-5沸石的模板剂。研究不同模板剂对合成样品的晶体尺寸、表面积、孔体积、形貌和表面酸度的影响。该文献未涉及石英和高岭土作为原料，且未涉及单晶和双晶ZSM-5的调控制备。

Mohiuddin等在公开英文文献《Applied Clay Science》(119(2016):213-221)中介绍高岭土为原料合成ZSM-5沸石。研究高岭土作为原料在不同反应时间和反应温度下合成样品的结晶度、微孔面积以及催化活性的影响。该文献未涉及石英作为原料，且未涉及单晶和双晶ZSM-5的调控制备。

Wennmacher等在公开英文文献《Microporous and Mesoporous Materials》(290(2020):109897)中介绍以原硅酸四乙酯及硝酸铝为原料，采用分布式水热法制备单晶ZSM-5沸石。该文献未涉及高岭土和石英作为原料。且未涉及单晶和双晶ZSM-5的调控制备。

杨春明等中国专利(申请公布号CN 107324357 A，申请号CN 201710695332.X)公开一种以白泥为原料制备ZSM-5沸石的方法。其合成步骤如下：(1)将白泥与活化剂一起煅烧活化得到熟料，所述活化剂为氢氧化钠或无水碳酸钠；(2)向步骤(1)得到的熟料中加入去离子水和模板剂，搅拌均匀得到硅铝凝胶；(3)将步骤(2)得到的硅铝凝胶置于晶化釜中进行晶化，得到ZSM-5沸石。该发明能利用白泥合成出ZSM-5沸石。该专利未涉及高岭土和石英作为原料，且未涉及单晶和双晶ZSM-5的调控制备。