一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法

摘要

一种原位合成Fe/Al‑Beta沸石分子筛的方法，它涉及一种合成分子筛的方法。本发明目的是要解决现有Beta分子筛结晶度低、酸强度过高、作为酸性催化剂应用时会导致副反应发生、易发生积碳失活等问题，而采用后处理改性又会产生结构缺陷、降低其骨架稳定性等技术问题。一种原位合成Fe/Al‑Beta沸石分子筛的方法：一、以正硅酸乙酯、硝酸铁、硝酸铝、质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液、氢氧化钠和二次去离子水为原料制备初始凝胶；二、将初始凝胶先晶化，冷却后依次经过离心分离、洗涤和干燥，再焙烧，即得到Fe/Al‑Beta沸石分子筛。本发明主要用于制备纯相Fe/Al‑Beta分子筛。

权利要求

1.一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：一、制备初始凝胶：将正硅酸乙酯、硝酸铁、硝酸铝、质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液和氢氧化钠依次加入到二次去离子水中，在室温和500r/min～800r/min的转速下搅拌0.8h～1.2h，得到初始凝胶；所述正硅酸乙酯与硝酸铁的质量比为1:(0.01～0.08)；所述正硅酸乙酯与硝酸铝的质量比为1:(0.01～0.08)；所述正硅酸乙酯与质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液的质量比为1:(0.8～1.0)；所述正硅酸乙酯与氢氧化钠的质量比为1:(0.01～0.03)；所述正硅酸乙酯与二次去离子水的质量比为1:(0.5～0.7)；

二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为105℃～

125℃下晶化3d～4d，然后冷却至温度为20～25℃，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe部分同晶置换的Fe/Al-Beta沸石分子筛；

步骤二中所述Fe部分同晶置换的Fe/Al-Beta沸石分子筛中Fe的含量在1％～3％。

2.根据权利要求1所述的一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，其特征在于步骤二中所述离心分离具体操作参数如下：离心转速为4000r/min，离心分离时间为10min～

20min。

3.根据权利要求1所述的一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，其特征在于步骤二中所述干燥具体操作参数如下：干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为12h～24h。

4.根据权利要求1所述的一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，其特征在于步骤二中将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，在焙烧温度为500～600℃下焙烧6h～8h。

说明书

一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种合成分子筛的方法。

背景技术

[0002] Beta分子筛是一种具有BEA拓扑结构的硅铝酸盐沸石分子筛，具有三维十二元环交叉孔道，孔道尺寸为0.64×0.76nm。由于Beta分子筛具有独特的孔道结构和尺寸，在石油加工、石油化工、精细化工等领域具有广阔的应用前景。

[0003] 由于传统Beta硅铝酸盐分子筛本身具有较强的酸性，作为酸性催化剂易发生积碳失活，作为双功能催化剂的酸性载体应用于长碳链正构烷烃加氢异构化反应中也会加剧裂化副反应的发生，降低异构化产物的选择性。采用水蒸气或酸脱铝等后处理方法通过移除分子筛骨架铝原子可以在一定程度上降低其酸强度，但是这种改性方法不仅会产生大量的结构缺陷位，降低分子筛骨架结构的稳定性，而且采用酸处理改性的方法还存在重复性差、产生大量的酸性废水等问题。因此，在制备分子筛的初始凝胶中加入一定比例的硝酸铁作为铁源，采用原位合成技术合成Fe部分同晶取代分子筛骨架中铝原子的Fe/Al-Beta分子筛，由于硅铁桥羟基比硅铝桥羟基解离出的H+酸性更弱，因此，通过改变初始凝胶中铝源和铁源的比例，不仅可以方便地调变Fe部分取代的Fe/Al-Beta分子筛的酸强度及酸性位密度，而且可以合成出高结晶度、骨架结构稳定、酸性温和的纳米尺度的Fe/Al-Beta分子筛，用于酸催化反应可以有效地抑制裂化等副反应发生，减轻在分子筛酸性位上的积碳。李保山、张筱榕、王昊等人在CN 105253895 A中采用以Fe(II、III)离子为中心的配合物溶液作为铁源合成(Fe,Al)-Beta分子筛，但是所合成的样品酸量更多，合成样品所需的晶化温度更高，晶化时间更长，样品的结晶度较低，且为介孔材料。

发明内容

[0004] 本发明目的是要解决现有Beta分子筛结晶度低、酸强度过高、作为酸性催化剂应用时会导致副反应发生、易发生积碳失活等问题，而采用后处理改性又会产生结构缺陷、降低其骨架稳定性等技术问题，而提供一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法。

[0005] 一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的：

[0006] 一、制备初始凝胶：将正硅酸乙酯、硝酸铁、硝酸铝、质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液和氢氧化钠依次加入到二次去离子水中，在室温和400r/min～1000r/min的转速下搅拌0.5h～1.5h，得到初始凝胶；所述正硅酸乙酯与硝酸铁的质量比为1:(0.01～0.08)；所述正硅酸乙酯与硝酸铝的质量比为1:(0.01～0.08)；所述正硅酸乙酯与质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液的质量比为1:(0.8～1.0)；所述正硅酸乙酯与氢氧化钠的质量比为1:(0.01～0.03)；所述正硅酸乙酯与二次去离子水的质量比为1:(0.5～0.7)；

[0007] 二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为100℃～125℃下晶化2d～5d，然后冷却至温度为20～25℃，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe部分同晶置换的Fe/Al-Beta沸石分子筛。

[0008] 本发明优点：一、本发明在更加温和的晶化条件下合成低Fe含量，结晶度更高的微孔分子筛。二、本发明合成的纯相Fe/Al-Beta分子筛纳米晶呈现椭球状聚集体，其酸量及酸强度可以通过在较宽范围内改变初始凝胶中硝酸铁与硝酸铝的比例来方便地调变，使分子筛的酸性满足作为酸性催化剂的需要，作为催化剂在、石油加工、石油化工、精细化工等领域具有广泛的应用前景。

[0009] 本发明主要用于制备纯相Fe/Al-Beta分子筛。

附图说明

[0010] 图1是试验一制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图；

[0011] 图2是试验一制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片；

[0012] 图3是试验二制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图；

[0013] 图4是试验二制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片；

[0014] 图5是试验三制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图；

[0015] 图6是试验三制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片；

[0016] 图7是试验四制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图；

[0017] 图8是试验四制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片。

具体实施方式

[0018] 具体实施方式一：本实施方式是一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的：

[0019] 一、制备初始凝胶：将正硅酸乙酯、硝酸铁、硝酸铝、质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液和氢氧化钠依次加入到二次去离子水中，在室温和400r/min～1000r/min的转速下搅拌0.5h～1.5h，得到初始凝胶；所述正硅酸乙酯与硝酸铁的质量比为1:(0.01～0.08)；所述正硅酸乙酯与硝酸铝的质量比为1:(0.01～0.08)；所述正硅酸乙酯与质量分数为35％的四乙基氢氧化铵水溶液的质量比为1:(0.8～1.0)；所述正硅酸乙酯与氢氧化钠的质量比为1:(0.01～0.03)；所述正硅酸乙酯与二次去离子水的质量比为1:(0.5～0.7)；

[0020] 二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为100℃～125℃下晶化2d～5d，然后冷却至温度为20～25℃，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe部分同晶置换的Fe/Al-Beta沸石分子筛。

[0021] 本实施方式在更加温和的晶化条件下合成低Fe含量，结晶度更高的微孔分子筛。

[0022] 本实施方式合成的纯相Fe/Al-Beta分子筛纳米晶呈现椭球状聚集体，其酸量及酸强度可以通过在较宽范围内改变初始凝胶中硝酸铁与硝酸铝的比例来方便地调变，使分子筛的酸性满足作为酸性催化剂的需要，作为催化剂在、石油加工、石油化工、精细化工等领域具有广泛的应用前景。

[0023] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中在室温和500r/min～800r/min的转速下搅拌0.8h～1.2h。其他与具体实施方式一相同。

[0024] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中晶化温度为105～125℃。其他与具体实施方式一或二相同。

[0025] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中晶化时间为3d～4d。其他与具体实施方式一至三相同。

[0026] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述离心分离具体操作参数如下：离心转速为4000r/min，离心分离时间为10min～20min。其他与具体实施方式一至四相同。

[0027] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述干燥具体操作参数如下：干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为12h～24h。其他与具体实施方式一至五相同。

[0028] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，在焙烧温度为500～600℃下焙烧6h～8h。其他与具体实施方式一至六相同。

[0029] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中所述Fe部分同晶置换的Fe/Al-Beta沸石分子筛中Fe的含量在1％～3％。其他与具体实施方式一至七相同。

[0030] 本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

[0031] 采用下述试验验证本发明效果

[0032] 试验一：一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的：

[0033] 一、制备初始凝胶：将1.516g硝酸铝、0.404g硝酸铁、20.258g正硅酸乙酯、19.160g质量分数为35％四乙基氢氧化铵和0.217g氢氧化钠依次加入到12.741g二次去离子水中，在室温和800r/min的转速下搅拌1h，得到初始凝胶；

[0034] 二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为115℃下晶化5d，然后冷却至室温，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe/Al-Beta沸石分子筛。

[0035] 本试验步骤二中所述离心分离具体操作参数如下：离心转速为4000r/min，离心分离时间为15min。

[0036] 本试验步骤二中所述干燥具体操作参数如下：干燥温度为110℃，干燥时间为12h。

[0037] 本试验步骤二中将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，在焙烧温度为580℃下焙烧7h。

[0038] 图1是试验一制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图，从图1可见，只有在2θ为7.83°，11.75°，14.08°，21.68°，22.65°，25.53°，27.13°和29.72°处具有Beta分子筛拓扑结构的特征衍射峰，说明得到纯相的Fe/Al-Beta分子筛。

[0039] 图2是试验一制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片，从图2可见，本试验制得的Fe/Al-Beta分子筛纳米晶为椭球状的聚集体。

[0040] 试验二：一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的：

[0041] 一、制备初始凝胶：将1.137g硝酸铝、0.808g硝酸铁、20.258g正硅酸乙酯、19.160g质量分数为35％四乙基氢氧化铵和0.217g氢氧化钠依次加入到12.741g二次去离子水中，在室温和800r/min的转速下搅拌1h，得到初始凝胶；

[0042] 二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为115℃下晶化5d，然后冷却至室温，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe/Al-Beta沸石分子筛。

[0043] 本试验步骤二中所述离心分离具体操作参数如下：离心转速为4000r/min，离心分离时间为15min。

[0044] 本试验步骤二中所述干燥具体操作参数如下：干燥温度为110℃，干燥时间为12h。

[0045] 本试验步骤二中将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，在焙烧温度为580℃下焙烧7h。

[0046] 图3是试验二制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图；从图3可以看出，只有在2θ为7.83°，11.75°，14.08°，21.68°，22.65°，25.53°，27.13°和29.72°处具有Beta分子筛的特征衍射峰，说明得到纯相的Fe/Al-Beta分子筛。

[0047] 图4是试验二制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片，从图4可见，本试验制得的Fe-Beta分子筛纳米晶为椭球状的聚集体。

[0048] 试验三：一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的：

[0049] 一、制备初始凝胶：将0.758g硝酸铝、1.212g硝酸铁、20.258g正硅酸乙酯、19.160g质量分数为35％四乙基氢氧化铵和0.217g氢氧化钠依次加入到12.741g二次去离子水中，在室温和800r/min的转速下搅拌1h，得到初始凝胶；

[0050] 二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为115℃下晶化5d，然后冷却至室温，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe/Al-Beta沸石分子筛。

[0051] 本试验步骤二中所述离心分离具体操作参数如下：离心转速为4000r/min，离心分离时间为15min。

[0052] 本试验步骤二中所述干燥具体操作参数如下：干燥温度为110℃，干燥时间为12h。

[0053] 本试验步骤二中将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，在焙烧温度为580℃下焙烧7h。

[0054] 图5是试验三制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图，从图5可以看出，只有在2θ为7.83°，11.75°，14.08°，21.68°，22.65°，25.53°，27.13°和29.72°处具有Beta分子筛的特征衍射峰，说明得到纯相的Fe/Al-Beta分子筛。

[0055] 图6是试验三制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片，从图6可见，本试验制得的Fe/Al-Beta分子筛为椭球状纳米晶的聚集体。

[0056] 试验四：一种原位合成Fe/Al-Beta沸石分子筛的方法，具体是按以下步骤完成的：

[0057] 一、制备初始凝胶：将0.379g硝酸铝、1.616g硝酸铁、20.258g正硅酸乙酯、19.160g质量分数为35％四乙基氢氧化铵和0.217g氢氧化钠依次加入到12.741g二次去离子水中，在室温和800r/min的转速下搅拌1h，得到初始凝胶；

[0058] 二、晶化：将初始凝胶置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜中，在温度为115℃下晶化5d，然后冷却至室温，得到晶化产物，晶化产物依次经过离心分离、洗涤和干燥，得到干燥后产物，将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，即得到Fe/Al-Beta沸石分子筛。

[0059] 本试验步骤二中所述离心分离具体操作参数如下：离心转速为4000r/min，离心分离时间为15min。

[0060] 本试验步骤二中所述干燥具体操作参数如下：干燥温度为110℃，干燥时间为12h。

[0061] 本试验步骤二中将干燥后产物放入马弗炉中焙烧，在焙烧温度为580℃下焙烧7h。

[0062] 图7是试验四制备的Fe/Al-Beta分子筛的XRD谱图，从图7可见，只有在2θ为7.83°，11.75°，14.08°，21.68°，22.65°，25.53°，27.13°和29.72°处具有Beta分子筛的特征衍射峰，说明得到纯相的Fe/Al-Beta分子筛。

[0063] 图8是试验四制备的Fe/Al-Beta分子筛的SEM照片，从图8可见，本试验制得的Fe/Al-Beta分子筛纳米晶为椭球状的聚集体。

[0064] 表1

[0065]