一种多级孔Y型分子筛及其合成方法

摘要

本发明公开了一种多级孔Y型分子筛及其合成方法，包括以下步骤：步骤1，Y型分子筛结构导向剂的制备；步骤2，将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶；步骤3，向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇；步骤4，步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛。本发明通过将高分子聚合物PEG原位引入Y型分子筛的合成过程，使PEG嵌入分子筛的颗粒间，包覆在晶体中的PEG经过煅烧后会产生介孔，如此可以使所得Y型分子筛具有多级孔分布。

权利要求

1.一种多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，Y型分子筛结构导向剂的制备；

步骤2，将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶；

步骤3，向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇，聚乙二醇的加入量占凝胶总质量的1～

3％；

步骤4，步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到多级孔Y型分子筛；

其中，所述步骤2凝胶中各组分以氧化物计的摩尔比为：(1～30)Na2O:(2～20)SiO2:Al2O3:(200～400)H2O。

2.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，所述结构导向剂中的各组分以氧化物计的摩尔比为：(2～30)Na2O:(2～35)SiO2:Al2O3:(200～500)H2O。

3.根据权利要求2所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，所述结构导向剂的制备为将硅源、铝源、碱和水混合后陈化。

4.根据权利要求2所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，所述步骤2为将硅源、铝源和水混合，然后再加入步骤1制备的结构导向剂；结构导向剂中的Al2O3占步骤2凝胶中Al2O3的摩尔比为3％～10％。

5.根据权利要求4所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，步骤2中加入步骤

1制备的结构导向剂的温度为20～40℃，加入时间为1～4h。

6.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，步骤4中的老化温度为50～80℃，老化时间为6～16h。

7.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，步骤4中的水热晶化温度为90～130℃，水热晶化时间为12～36h。

8.根据权利要求1所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其特征在于，步骤4中的煅烧温度为500～650℃，煅烧时间为2‑24h。

9.权利要求1‑8任一项所述的多级孔Y型分子筛的合成方法得到的Y型分子筛。

说明书

一种多级孔Y型分子筛及其合成方法

技术领域

[0001] 本发明属于分子筛合成领域，涉及一种高分子聚合物辅助合成多级孔Y型分子筛的方法。

背景技术

[0002] 随着原油重质化和劣质化程度的加深，重质油的加工是今后的必然选择，而成品油的质量升级在不断加快。在此背景下，作为催化裂化、加氢裂化催化剂的重要活性组分的多级孔Y型分子筛具有重大的研究意义和良好的工业化应用前景。

[0003] Y型分子筛主要是多硅酸盐和铝酸盐在强碱性溶液中晶化而成。目前大部分沸石分子筛都沿用了经典的方法，即传统的水热合成，后期的超稳化可以产生多级孔，但是该过程存在过程复杂、不易重复等问题。针对多级孔Y型分子筛的合成进行了大量的研究，另外小晶粒的Y型分子筛也是未来的一个重要发展方向，受到越来越多的关注。

[0004] CN108793185A公开了一种通过在合成体系中添加高分子聚合物、硅铝源、有机结构导向剂等先形成前驱体溶胶凝胶，将凝胶制成干胶，再通过水蒸气辅助晶化得到纳米ZSM‑5分子筛的方法。该法合成的纳米ZSM‑5具有较高的结晶度、晶粒大小为10～100nm之间、含有介微孔结构等特点。该法避免了纳米级分子筛难以从母液中分离、废液排放量大等缺陷，是一种便捷高效、环境友好的合成路线，具有一定的工业化前景。但是该方法需要将前驱体溶胶凝胶制成干胶，再通过水蒸气辅助晶化，方法操作复杂不易进行。

[0005] CN108529641A公开了一种具有多级孔道的分子筛及其制备方法，属于分子筛合成技术领域。所述制备方法首先将硅源、铝源和水混合搅拌均匀，再将有机季铵盐模板剂逐滴加入并不断搅拌得到硅铝酸盐凝胶；然后将所述的硅铝酸盐凝胶转移至水热反应釜内，水热晶化。最后将水热晶化产物离心分离两次后干燥，即得到该发明的分子筛。制备得到的分子筛具有多级孔道结构，具体表现为微孔‑介孔结构。与现有技术相比，该发明得到的分子筛为一种新型的分子筛，在选择性吸附、催化等领域具有一定优势。但是该方法中分子筛的晶化时间比较长，晶化温度要求较高，较难实现。

[0006] CN101186311公开了以阳离子表面活性剂CTAB和非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚OP‑10的混合水溶液为模板，在碱性水热条件下合成出具有微孔‑介孔结构的Y/MCM‑48复合分子筛。该复合分子筛的微孔相Y沸石的骨架Si/Al比高于常规Y沸石，并且通过改变合成条件可以实现微孔相骨架Si/Al比及含量的可调。该法操作简单，重现性好，为开发出具有工业应用前景的新型催化剂提供了一些可选择的材料。该方法是采用多种模板机，制备出了Y型分子筛周围含有介孔结构的复合分子筛，不属于单一的沸石相。

[0007] CN103447073A公开了一种包含Y型分子筛的加氢裂化催化剂及其制备方法，该制备方法包括步骤1：合成含表面活性剂的改进型导向剂；步骤2：采用水热晶化法通过导向剂合成Y型分子筛；步骤3：进行洗涤、铵交换、焙烧，使NaY分子筛由钠型转为氢型。其中，合成含表面活性剂的导向剂的方法为：将表面活性剂溶于水中，形成溶液A；将碱、铝源加入到水中，搅拌至完全溶解，形成偏铝酸钠溶液B；在搅拌下将B溶液和硅源依次加入到A溶液中，搅拌均匀后，在5～60℃下静态/或动态陈化0.5～72小时制得含表面活性剂的导向剂。该专利主要是通过形成包含特定结构胶束的导向剂，然后利用该导向剂在晶化过程中形成硅铝比高的NaY分子筛，同时由于胶束在结构方面的导向作用，合成相对结晶度较高的NaY分子筛。

[0008] 目前大多数分子筛的合成都是采用水热法，其后处理过程流程复杂，不易重复，而且分子筛晶粒较大，合成具有多级孔的分子筛依然具有很大的挑战。

发明内容

[0009] 本发明的主要目的在于提供一种多级孔Y型分子筛及其合成方法，该方法得到Y型分子筛具有多级孔分布，并且制备方法简单，重复性好。

[0010] 为了达到上述目的，本发明提供了一种多级孔Y型分子筛的合成方法，包括以下步骤：

[0011] 步骤1，Y型分子筛结构导向剂的制备；

[0012] 步骤2，将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶；

[0013] 步骤3，向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇；

[0014] 步骤4，步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛。

[0015] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，所述结构导向剂中的各组分以氧化物计的摩尔比为：(2～30)Na2O:(2～35)SiO2:Al2O3:(200～500)H2O。

[0016] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，所述结构导向剂的制备为将硅源、铝源、碱和水混合后陈化。

[0017] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，所述步骤2为将硅源、铝源和水混合，然后再加入步骤1制备的结构导向剂；所述步骤2凝胶中各组分以氧化物计的摩尔比为：(1～30)Na2O:(2～20)SiO2:Al2O3:(200～400)H2O；结构导向剂中的Al2O3占步骤2凝胶中Al2O3的摩尔比为3％～10％。

[0018] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，步骤2中加入步骤1制备的结构导向剂的温度为20～40℃，加入时间为1～4h。

[0019] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，聚乙二醇的加入量占凝胶总质量的1～3％。

[0020] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，步骤4中的老化温度为50～80℃，老化时间为6～16h。

[0021] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，步骤4中的水热晶化温度为90～130℃，水热晶化时间为12～36h。

[0022] 本发明所述的多级孔Y型分子筛的合成方法，其中，步骤4中的煅烧温度为500～650℃，煅烧时间为2‑24h。

[0023] 为了达到上述目的，本发明还提供了上述的小晶粒多级孔Y型分子筛的合成方法得到的Y型分子筛。

[0024] 本发明的有益效果：

[0025] 本发明通过将高分子聚合物PEG原位引入Y型分子筛的合成过程，使PEG嵌入分子筛的颗粒间，包覆在晶体中的PEG经过煅烧后会产生介孔，如此可以使所得Y型分子筛具有多级孔分布。而且，本发明方法简单易操作，适于工业化生产。

附图说明

[0026] 图1是实施例1所得样品的XRD谱图。

[0027] 图2是实施例2所得样品的XRD谱图。

[0028] 图3是实施例3所得样品的XRD谱图。

[0029] 图4是实施例4所得样品的XRD谱图。

[0030] 图5是对比例1所得样品的XRD谱图。

具体实施方式

[0031] 以下便结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详述，以使本发明技术更易于理解、掌握。但是本发明并不局限于此。下属实施例中的所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂如无特殊说明，均可以从商业途径获得。

[0032] 本发明提供了一种多级孔Y型分子筛的合成方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤1，Y型分子筛结构导向剂的制备；

[0034] 步骤2，将步骤1制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶；

[0035] 步骤3，向步骤2制得的凝胶中加入聚乙二醇；

[0036] 步骤4，步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛。

[0037] 本发明对Y分子筛结构导向剂的制备不作特殊限定，本领域常规的制备Y分子筛结构导向剂的方法均可用于本申请导向剂的制备。在本发明一实施方式中，导向剂的制备包括将硅源、铝源、碱和水混合均匀后进行陈化，其中，导向剂中各组分以氧化物计的摩尔比优选为：(2～30)Na2O:(2～35)SiO2:Al2O3:(200～500)H2O。本发明对导向剂中所用硅源、铝源和碱不作特别限定，例如，硅源可以为水玻璃等，铝源可以为高碱偏铝酸钠等，碱可以为NaOH等。

[0038] 步骤2为将上述制备的结构导向剂与硅源、铝源和水混合制成凝胶，优选的技术方案为将硅源、铝源和水混合，然后再加入上述制备的结构导向剂。同样，本发明对制备分子筛过程中所用到的硅源、铝源不作特别限定，硅源例如为水玻璃中，铝源例如为十八合水硫酸铝，高碱偏铝酸钠。作为优选的技术方案，本发明所得凝胶中各组分以氧化物计的摩尔比为：(1～30)Na2O:(2～20)SiO2:Al2O3:(200～400)H2O；结构导向剂中的Al2O3占步骤2凝胶中Al2O3的摩尔比为3％～10％。其中，步骤2凝胶中Al2O3包括导向剂中的Al2O3和在分子筛制备过程中通过铝源引入的Al2O3。

[0039] 其中，步骤2中硅源、铝源和水混合后，优选将体系温度调整到20～40℃，然后再加入结构导向剂，加入结构导向剂的时间优选持续1～4h。

[0040] 然后，在步骤2得到的凝胶中加入聚乙二醇，聚乙二醇的加入量优选占凝胶总质量的1～3％。本发明通过在凝胶中加入聚乙二醇，可以使聚乙二醇原位引入Y型分子筛的合成过程，使聚乙二醇嵌入分子筛的颗粒间，包覆在晶体中的聚乙二醇经过后续煅烧后会产生介孔，如此可以使所得Y型分子筛具有多级孔分布。同时，聚乙二醇的引入可以阻止分子筛晶粒的增长，降低分子筛晶粒的尺寸。

[0041] 在导向剂中引入聚乙二醇并不能得到多级孔分子筛，在导向剂中引入聚乙二醇是通过形成包含特定结构胶束的导向剂，然后利用该导向剂在晶化过程中形成硅铝比高的NaY分子筛，同时由于胶束在结构方面的导向作用，合成相对结晶度较高的NaY分子筛。引入的PEG分子并不能进入分子筛骨架，所以并不能得到多级孔分子筛。

[0042] 本发明对聚乙二醇不作特别限定，市售聚乙二醇即可。

[0043] 最后，将步骤3得到的混合物经过老化、水热晶化和煅烧后得到小晶粒多级孔Y型分子筛，老化温度优选为50～80℃，老化时间优选为6～16h；水热晶化温度优选为90～130℃，水热晶化时间优选为12～36h；煅烧温度优选为500～650℃，煅烧时间优选为2‑24h。

[0044] 由此，本发明通过一种条件温和、简便高效的合成方法，可以得到具有多级孔的Y型分子筛，并且可以通过该方法调变Y型分子筛的晶粒尺寸。

[0045] 本发明采用XRD测定样品的晶相结构，采用扫描电镜(SEM)测定样品的晶貌结构，采用BET测定样品的比表面积与孔道结构。本发明中样品的相对结晶度，是指原位晶化产品中2θ为23.5°的衍射峰的峰面积与标样2θ为23.5°的衍射峰的峰面积的比值。标样分子筛为中国石油兰州石化提供的样品，其结晶度定为100％。

[0046] 采用Metromeritics美国生产的ASAP2020M全自动吸附仪于液氮温度下测定样品的吸脱附等温线，采用Brunauer‑Emmett‑Teller(BET)方程根据相对压力0.05‑0.25之间的吸附平衡等温线计算样品的比表面积，采用t‑plot模型区分样品的内表面积和外表面积；采用静态容量法测定孔体积和孔径分布，从而计算孔结构参数。

[0047] 原料来源：水玻璃、高碱偏铝酸钠等原料均为工业品，来自中国石油兰州石化公司，高分子聚合物PEG等均为市售。

[0048] 导向剂1合成：水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶，其物料的摩尔配比为：16Na2O:17SiO2:Al2O3:320H2O，在50℃下老化6h得到。

[0049] 导向剂2合成：水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶，其物料的摩尔配比为：15Na2O:14SiO2:Al2O3:220H2O，在45℃下老化8h得到。

[0050] 导向剂3合成：水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶，其物料的摩尔配比为：18Na2O:20SiO2:Al2O3:400H2O，在32℃下老化8h得到。

[0051] 导向剂4合成：水玻璃、高碱偏铝酸钠、去离子水、NaOH配制凝胶，其物料的摩尔配比为：20Na2O:25SiO2:Al2O3:450H2O，在60℃下老化4h得到。

[0052] 实施例1：

[0053] 室温条件下，将4g的PEG溶于20mL去离子水中，搅拌1.5h，得到溶液A；8.5g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水，缓慢滴加到40.5g水玻璃中，再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液，搅拌1h得到混合物B；在35℃水浴锅内，将8.2g导向剂1加入到B中，搅拌0.5h后再加入12g溶液A，再混合搅拌2h，得到凝胶C；将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，110℃条件下晶化16h，反应结束后，将所得到的样品洗涤至中性，在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h，得到产物多级孔Y型分子筛，记做PY‑1。

[0054] 实施例2：

[0055] 室温条件下，将2g的PEG溶于20mL去离子水中，搅拌1.5h，得到溶液A；8.5g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水，缓慢滴加到40.5g水玻璃中，再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液，搅拌1h得到混合物B；在35℃水浴锅内，将8.2g导向剂2加入到B中，搅拌0.5h后再加入11g溶液A，再混合搅拌2h，得到凝胶C；将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，110℃条件下晶化24h，反应结束后，将所得到的样品洗涤至中性，在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h，得到产物多级孔Y型分子筛，记做PY‑2。

[0056] 实施例3：

[0057] 室温条件下，将4g的PEG溶于20mL去离子水中，搅拌1.5h，得到溶液A；8.5g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水，得到硫酸铝溶液；40.5g水玻璃中，缓慢加入硫酸铝溶液，再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液，搅拌1h得到混合物B；在35℃水浴锅内，将8.2g导向剂3加入到B中，混合搅拌2h，再加入12g溶液A，得到凝胶C；将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，110℃条件下晶化20h，反应结束后，将所得到的样品洗涤至中性，在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h，得到产物多级孔Y型分子筛，记做PY‑3。

[0058] 实施例4：

[0059] 室温条件下，将4g的PEG溶于20mL去离子水中，搅拌1.5h，得到溶液A；6.4g十八合水硫酸铝溶于20mL去离子水，得到硫酸铝溶液；36.5g水玻璃中缓慢加入硫酸铝溶液，再加入10.5g高碱偏铝酸钠溶液，搅拌1h得到混合物B；在35℃水浴锅内，将7.0g导向剂4加入到B中，再混合搅拌1h后，再加入12g溶液A，得到凝胶C；将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，110℃条件下晶化18h，反应结束后，将所得到的样品洗涤至中性，在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h，得到产物多级孔Y型分子筛，记做PY‑4。

[0060] 对比例1：

[0061] 对比例1与实施例1的物料配比、导向剂的种类及其他合成条件一致，只是在合成体系中不加入PEG。

[0062] 室温条件下，将8.5g十八合水硫酸铝溶于30mL去离子水，缓慢滴加到40.5g水玻璃中，再加入9.6g高碱偏铝酸钠溶液，搅拌1h得到混合物B；在35℃水浴锅内，将8.2g导向剂1加入到B中，再混合搅拌2h，得到凝胶C；将凝胶C装入聚四氟乙烯内衬的晶化釜中，110℃条件下晶化16h，反应结束后，将所得到的样品洗涤至中性，在90℃条件下烘干、550℃条件下煅烧4h，得到产物多级孔Y型分子筛，记做DY‑1。

[0063] 表1实施例和对比例的产物的物性参数

[0064]

[0065] 由表1结果可知，本发明使用高分子聚合物PEG合成的分子筛均具有较高的结晶度；本发明方法中，在分子筛晶化过程中，部分PEG分子会嵌入分子筛晶粒内，形成一定的介孔；PEG的加入量越多，包裹在分子筛晶内的PEG就越多，煅烧后产生的介孔就越多；同时，PEG的加入有利于缩小分子筛晶粒的尺寸。

[0066] 图1‑4分别是实施例1‑4所得样品的XRD谱图，图5是对比例1所得样品的XRD谱图。从图1‑5可知，本发明方法合成的分子筛具有八面沸石特征衍射峰，且强度较强，基线平稳，无杂峰，使用高分子聚合物PEG合成出来的分子筛具有良好的结晶度。

[0067] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。