一种Y型分子筛的合成方法

摘要

本发明公开了属于催化剂制备技术领域的一种Y型分子筛的合成方法。其制备过程为：首先将偏铝酸钠和硅源混合于反应釜中旋转老化制得导向剂；然后向硅源中依次加入偏铝酸钠及导向剂，搅拌后再加入酸性铝盐，继续搅拌制得硅铝凝胶；将硅铝凝胶分两步晶化，最后经离心及干燥得到NaY分子筛。合成的NaY分子筛硅铝比在5.0以上，平均粒径不超过100nm。使用本发明提供的方法合成的NaY分子筛比表面积大，在转化大分子，减少产物的二次裂化及降低催化剂结焦等方面表现出比常规Y型分子筛更为优越的性能，其骨架硅铝比高，具有良好的热稳定性和水热稳定性，而且采用廉价的工业原料，无环境污染，具有工业应用前景。

权利要求

1.一种Y型分子筛的合成方法，其特征在于，该方法包括：

偏铝酸钠溶液的制备方法：将氢氧化钠溶解到去离子水中，然后均匀加入三水铝石，于

140℃反应5h，待溶液冷却至室温，过滤后使用；

1）晶化导向剂的制备：将51.57g高碱度偏铝酸钠溶液加入到89.75g水玻璃中，搅拌均匀后于室温下搅拌老化24h，再向其中加入10.91g低碱度偏铝酸钠溶液及4.54gH2O，搅拌均匀后，将混合物转入内衬聚四氟乙烯的反应釜中以30r/min旋转老化24h，制得摩尔组成为10.66Na2O:Al2O3:9.8SiO2:215H2O的晶化导向剂；所述的高碱度偏铝酸钠溶液的ρ=1330g/L，等效的Al2O3浓度为40.2g/L，苛性比为11.6；所述的水玻璃的SiO2的质量分数为19.68%，模数为2.91；所述的低碱度偏铝酸钠溶液的ρ=1400g/L，等效的Al2O3浓度为

192g/L，苛性比为2.5；

2）按照3.29Na2O:Al2O3:9.8SiO2:200H2O的摩尔配比，其中，导向剂中Al2O3的摩尔量占整个硅铝凝胶中Al2O3摩尔量的5%，制备硅铝凝胶：将盛有85.27g水玻璃的容器于水浴中预热至80℃，然后在搅拌条件下，向其中依次加入9.83g低碱度偏铝酸钠溶液和上述制备的晶化导向剂7.84g，搅拌2h，然后加入22.02g硫酸铝溶液及16.51gH2O，继续搅拌2h制得硅铝凝胶；所述的水玻璃的SiO2的质量分数为19.68%，模数为2.91；所述的低碱度偏铝酸钠溶液的ρ=1400g/L，等效的Al2O3浓度为192g/L，苛性比为2.5；所述的硫酸铝溶液的ρ=1280g/L，等效的Al2O3浓度为90g/L；

3）将硅铝凝胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后先于80℃以30r/min旋转晶化10h，再于100℃以30r/min旋转晶化20h，快速冷却反应釜，晶化产物离心后于

110℃下烘干后得NaY分子筛。

说明书

一种Y型分子筛的合成方法

技术领域

[0001] 本发明属于催化剂制备技术领域，特别涉及一种Y型分子筛的合成方法。

背景技术

[0002] Y型分子筛作为催化剂或催化剂载体，广泛应用于石油化工特别是催化裂化领域。随着催化裂化原料的重质化、劣质化，对催化剂的要求越来越严格。常规Y型分子筛孔径较小，重油大分子难于进入孔道，同时也限制了分子的快速扩散，对减少二次裂化和降低结焦率不利。纳米Y型分子筛表面原子比例大，催化活性中心数目多，晶内扩散速率高，在转化大分子，减少产物的二次裂化及降低催化剂结焦等方面，表现出比常规Y型分子筛更为优越的性能。但是，随着分子筛粒径的减小，其热稳定性和水热稳定性变差。而Y型分子筛的热稳定性和水热稳定性与骨架硅铝比有关，骨架硅铝比越高，其热稳定和水热稳定性越高。
因此，如何在控制晶粒尺寸的基础上提高产品的骨架硅铝比成为许多研究者的研究目标。

[0003] 目前，合成高硅铝比NaY分子筛的方法有：(1)“二次合成”法，即先合成普通的NaY分子筛，然后经各种化学或物理方法脱铝或脱铝补硅等后处理方法制得，其中包括：高温水热法[USP 3449370]、高温气相反应法[USP 4701313][USP 4297335][USP 4438178]、氟硅酸铵液相反应法[催化学报，1993，14(4)：300-306]和有机络合剂法[USP 4093560]等。但这些方法制备步骤繁琐，且对分子筛的结晶度影响较大。(2)直接合成法，如：USP5549881，USP 5116590，USP 4965059介绍了一种八面沸石分子筛的合成方法，该方法以季胺碱为有机模板剂合成硅铝比大于6.0的八面沸石。该方法的优点是制备的Y型分子筛的硅铝比较高。但是，该方法中所使用的季胺碱是商购的化学药品，因此，该方法制备分子筛的成本较高，难以实现工业化生产。

[0004] 目前，已报道了许多小晶粒NaY分子筛的合成方法，归纳起来主要有：USP3755538介绍的方法是向导向剂中加入B，V，P，Mo，Ge等金属元素，合成NaY分子筛的晶粒大小为200-600nm，但是该方法合成产品的骨架硅铝比较低；EP 0435625A2中采用提高体系碱度的方法合成了小于100nm的Y型分子筛，但是该方法合成的分子筛的硅铝比也比较低；CN 10033593C介绍的方法是将硅酸钠溶液加入到透光率＜30％的常规导向剂中，制得了一种透光率＞75％的改进导向剂溶液，合成NaY分子筛的晶粒大小为100-300nm，但是该方法易造成管路堵塞；USP 3516786中采用加入分散介质，如甲醇、乙醇、丙酮、二甲砜、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃等，合成出的分子筛晶粒尺寸为10-100nm，但是该方法生产成本高，且对环境造成了污染。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对目前NaY分子筛合成方法的不足，提供一种成本低、工艺简单、可直接合成高硅铝比的纳米NaY分子筛的合成方法。

[0006] 本发明提供的Y型分子筛的合成方法包括：

[0007] 1)制备摩尔组成为(8-40)Na2O∶Al2O3∶(8-40)SiO2∶(50-400)H2O的晶化导向剂，先向硅源中加入高碱度偏铝酸钠溶液，搅拌均匀后于室温下搅拌老化10-30h，再向其中加入低碱度偏铝酸钠溶液和H2O，搅拌均匀后，将混合物加入内衬聚四氟乙烯的反应釜中以10-50r/min旋转老化24-48h得到晶化导向剂；

[0008] 2)制备摩尔组成为(2-9)Na2O∶Al2O3∶(5-20)SiO2∶(50-400)H2O的硅铝凝胶，其中，导向剂中Al2O3的摩尔量占整个硅铝凝胶中Al2O3摩尔量的2-50％，优选2-10％：在搅拌的条件下，将硅源预热至40-80℃，然后向其中依次加入低碱度偏铝酸钠溶液及步骤1)制得的晶化导向剂，搅拌0.5-5h，然后加入酸性铝盐溶液及H2O，继续搅拌1-5h得到硅铝凝胶；

[0009] 3)硅铝凝胶分两步晶化，第一步于10-80℃晶化6-30h，优选80℃；第二步于90-120℃晶化4-60h，经离心洗涤至滤液pH值小于9，然后干燥得NaY分子筛。

[0010] 步骤1)所述晶化导向剂的摩尔配比优选(8-20)Na2O∶Al2O3∶(8-20)SiO2∶(100-350)H2O。

[0011] 步骤2) 所述 硅铝 凝胶 的 摩尔 配比 优选 (2-6)Na2O∶Al2O3∶ (8-12)SiO2∶(100-300)H2O。

[0012] 所述高碱度偏铝酸钠溶液的密度为1315-1377g/L，苛性比为10-12，等效的Al2O3浓度为38.6-46.4g/L；低碱度偏铝酸钠溶液的密度为1314-1509g/L，苛性比为2-3，等效的Al2O3浓度为157.3-235.9g/L。

[0013] 所述硅源为水玻璃，水玻璃中SiO2质量分数为18.94-20.30％，模数为2.8-3.0。

[0014] 所述的酸性铝盐溶液密度为1270-1284g/L，等效的Al2O3浓度为88-92g/L；所述酸性铝盐选自硫酸铝、氯化铝或硝酸铝，优选硫酸铝。

[0015] 步骤3)所述晶化过程为静态晶化或以10-50r/min旋转晶化。

[0016] 偏铝酸钠和酸性铝盐以及导向剂中的铝一起作为合成NaY分子筛的铝源。

[0017] 酸性铝盐与碱性的偏铝酸钠可用来调节总物料的碱度，二者的比例根据总物料的碱度要求来决定。本发明中的Na2O代表混合物的碱度，不包括被酸中和掉的部分。另外，也可通过添加酸或碱来调整碱度，但优选硫酸铝和偏铝酸钠作为铝源并根据二者的比例来调整碱度。

[0018] 使用本发明提供的方法合成的NaY分子筛硅铝比在5.0以上，平均粒径不超过100nm。该分子筛比表面积大，在转化大分子，减少产物的二次裂化及降低催化剂结焦等方面表现出比常规Y型分子筛更为优越的性能，其骨架硅铝比高，具有良好的热稳定性和水热稳定性，而且采用廉价的工业原料，无环境污染，具有工业应用前景。

附图说明

[0019] 图1为实施例1制备的NaY分子筛的X射线衍射图。

[0020] 图2为实施例1制备的NaY分子筛的扫描电镜照片。

具体实施方式

[0021] 以下通过具体实施例对本发明进行详细的说明，但本发明并不仅仅限于下述实施例。

[0022] 分子筛的结晶度根据RIPP146-90标准方法测定(《石油化工分析方法(RIPP试验方法)》，杨翠定等编，科学出版社，1990年出版)；骨架SiO2/Al2O3的测定方法是先按照RIPP145-90标准方法测得Y型分子筛的晶胞常数a0，再由下式计算得出：分子筛的平均粒径采用谢乐公式测定(《工业催化剂分析测
试表证》刘希尧等编著，烃加工出版社，1990年出版)；分子筛形貌和晶粒大小由扫描电镜测定。

[0023] 以下实施例和对比例中所用的NaOH、Al2(SO4)3.18H2O和水玻璃均购自北京化工厂。

[0024] 实施例1

[0025] 偏铝酸钠溶液的制备方法：将氢氧化钠溶解到去离子水中，然后均匀加入三水铝石，于140℃反应5h，待溶液冷却至室温，过滤后使用。根据实验需要可配制不同苛性比的偏铝酸钠溶液。

[0026] 1)晶化导向剂的制备：将51.57g高碱度偏铝酸钠溶液(ρ＝1330g/L，等效的Al2O3浓度为40.2g/L，苛性比为11.6)加入到89.75g水玻璃(SiO2的质量分数为19.68％，模数为2.91)中，搅拌均匀后于室温下搅拌老化24h，再向其中加入10.91g低碱度偏铝酸钠溶液(ρ＝1400g/L，等效的Al2O3浓度为192g/L，苛性比为2.5)及4.54g H2O，搅拌均匀后，将混合物转入内衬聚四氟乙烯的反应釜中以30r/min旋转老化24h，制得摩尔组成为10.66Na2O∶Al2O3∶9.8SiO2∶215H2O的晶化导向剂；

[0027] 2)按照3.29Na2O∶Al2O3∶9.8SiO2∶200H2O的摩尔配比，其中，导向剂中Al2O3的摩尔量占整个硅铝凝胶中Al2O3摩尔量的5％，制备硅铝凝胶：将盛有85.27g水玻璃(SiO2的质量分数为19.68％，模数为2.91)的容器于水浴中预热至80℃，然后在搅拌条件下，向其中依次加入9.83g低碱度偏铝酸钠溶液(ρ＝1400g/L，等效的Al2O3浓度为192g/L，苛性比为2.5)和上述制备的晶化导向剂7.84g，搅拌2h，然后加入22.02g硫酸铝溶液(ρ＝1280g/L，等效的Al2O3浓度为90g/L)及16.51g H2O，继续搅拌2h制得硅铝凝胶；

[0028] 3)将硅铝凝胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后先于80℃以30r/min旋转晶化10h，再于100℃以30r/min旋转晶化20h，快速冷却反应釜，晶化产物离心后于110℃下烘干后得NaY分子筛。

[0029] 对产物进行物化表征：测定该产品的相对结晶度、平均粒径及SiO2/Al2O3列于表1。产品的XRD谱图参见图1，产品的扫描电镜照片参见图2，得到的分子筛粒径小于100nm。
通过图1的XRD谱图可知，合成产品为NaY分子筛。

[0030] 实施例2

[0031] 1)晶化导向剂的配比、原料和制备方法同实施例1；

[0032] 2)硅铝凝胶的配比、原料和制备方法同实施例1；

[0033] 3)将制得的硅铝凝胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后于80℃以30r/min旋转晶化10h，再于90℃以30r/min旋转晶化20h，快速冷却反应釜，晶化产物经离心洗涤至滤液pH值小于9，将滤得固体产物于110℃下烘干。

[0034] 对产物进行物化表征：测定该产品的相对结晶度、平均粒径及SiO2/Al2O3列于表1。通过XRD谱图可知，合成产品为NaY分子筛。

[0035] 实施例3

[0036] 1)晶化导向剂的配比、原料和制备方法同实施例1；

[0037] 2)按照摩尔配比为3.3Na2O∶Al2O3∶9.8SiO2∶200H2O制备硅铝凝胶，其余与实施例1相同；

[0038] 3)将制得的硅铝凝胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后先于80℃静态晶化10h，再于100℃静态晶化22h，快速冷却反应釜，晶化产物经离心洗涤至滤液pH值小于9，将滤得固体产物于110℃下烘干。

[0039] 对产物进行物化表征：测定该产品的相对结晶度、平均粒径及SiO2/Al2O3列于表1。通过XRD谱图可知，合成产物为NaY分子筛。

[0040] 实施例4

[0041] 1)晶化导向剂的配比、原料和制备方法同实施例1；

[0042] 2)按照摩尔配比为3.2Na2O∶Al2O3∶9.8SiO2∶200H2O制备硅铝凝胶，其余与实施例1相同；

[0043] 3)将制得的硅铝凝胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后先于80℃静态晶化10h，再于100℃静态晶化24h，快速冷却反应釜，晶化产物经离心洗涤至滤液pH值小于9，将滤得固体产物于110℃下烘干。

[0044] 对产物进行物化表征：测定该产品的相对结晶度、平均粒径及SiO2/Al2O3列于表1。通过XRD谱图可知，合成产物为NaY分子筛。

[0045] 对比例1

[0046] 参照USP 3639099的方法合成NaY分子筛，具体步骤如下：

[0047] 在搅拌的条件下，将159.10g高碱度偏铝酸钠(Na2O质量分数为21.12％；苛性比为10.9)加入到228.96g水玻璃(SiO2质量分数为19.68％；模数为2.91)中，在室温下，密封，静置老化24h制得晶化导向剂，其配比为16Na2O∶Al2O3∶15SiO2∶320H2O。

[0048] 按照3.3Na2O∶Al2O3∶9.8SiO2∶200H2O的配比，将盛有138.14g水玻璃的容器于水浴中预热至80℃，然后在搅拌条件下，向水玻璃中依次加入9.63g低碱度偏铝酸钠溶液(Na2O质量分数为20％；苛性比为2.06)、上述制备的导向剂19.41g、56.66g硫酸铝溶液(ρ＝1220g/l；等效的Al2O3浓度为70g/l)及5.01gH2O，继续搅拌2h制得硅铝反应凝胶。其中导向剂中Al2O3的摩尔量占整个硅铝反应凝胶中Al2O3摩尔量的5％。

[0049] 将硅铝反应凝胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后先于80℃静态晶化10h，再于100℃静态晶化30h，快速冷却反应釜，晶化产物经离心洗涤至滤液pH值小于9，然后将滤得固体产物于110℃下烘干。

[0050] 产物进行物化表征：测定该产品的相对结晶度、平均粒径及SiO2/Al2O3列于表1。通过XRD谱图可知，合成产品为NaY分子筛。

[0051] 表1

[0052]实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
相对结晶度(％) 106.7 91.8 112.4 101.1 101.4
SiO2/Al2O3 5.18 5.19 5.05 5.18 4.83
平均粒径(nm) 81 71 83 88 428

[0053] 从表1可知，采用现有技术制备的NaY分子筛的平均粒径在400nm以上，而采用本发明提供的方法制备的NaY分子筛的平均粒径在100nm以下。