[发明专利]一种有序介孔ZSM-5分子筛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料和催化剂制备领域，具体涉及一种具有有序介孔的ZSM-5分子筛的制备方法。

背景技术

能源在一个国家的经济发展中起着命脉作用。石油资源作为一种传统能源，对于人类生存和社会经济的发展起到了重要作用。然而，随着原油的日趋重质化和劣质化，重油轻质催化裂化、加氢裂化等是重油深加工制备轻质油的重要加工过程。因此我们对催化剂的转化效率提出了更高的要求。微孔沸石材料由于其规则排列的微孔孔道和高度晶化的墙壁以及大量均匀分布的活性位点被广泛应用于石油炼制和石油化工领域。然而，传统微孔沸石催化剂的孔径较小（<1.0nm）的缺点使得催化过程中分子扩散受到影响，同时微孔分子筛的孔径尺寸限制了较大分子进入其孔道与活性中心接触，从而限制了催化反应的有效进行。因此，开发具有更大孔道的沸石材料引起了人们的重视。有序介孔材料如MCM-41、SBA-15等具有均一的、有序排列的介孔孔道（2～50nm），其较大的孔道有利于重油分子和产物的扩散，但是由于介孔材料的无定型骨架导致其酸性非常低，同时其水热稳定性也较差。这些缺点使得介孔材料在石油催化领域中的应用受到限制。因此，有必要设计出具有有序介孔即有序多级孔体系来增强沸石催化活性位点的可接近性，以提高催化效率。

专利CN 101723403A公开了一种介孔与微孔多级孔复合的ZSM-5分子筛的制备方法，其特征是在分子筛的原始混合凝胶中加入多糖类化合物或其衍生物作为介孔造孔剂，在晶体生长过程中会包裹造孔剂，经过焙烧除去造孔剂后可制得含介孔-微孔的分子筛，其介孔范围在5～100nm，介孔较小，并且介孔的大小受造孔剂颗粒大小的限制。

专利CN 1596150A报道了一种将含有微孔的分子筛负载于含中孔的无机氧化物载体上，从而得到同时含有中孔和微孔的材料。此方法可以制得具有理想孔大小的分子筛，而且金属氧化物可以任选，扩大分子筛的催化领域，但是此方法工艺也较为复杂。

专利CN200410019886.0公开了用水玻璃和硫酸铝等廉价硅铝源合成含有ZSM-5沸石初级结构单元的介孔分子筛的方法，自组装成具有ZSM-5沸石初级结构单元的介孔MCM-41分子筛，此方法虽然合成了ZSM-5，具有一定的水热稳定性。但是ZSM-5中含有MCM-41，得到的其实是ZSM-5和MCM-41的混合分子筛，分子筛的催化效果和选择性远远不如单纯的ZSM-5。

而在本发明中有序介孔硅源能够完全转化成ZSM-5。所得到的分子筛催化剂具有高的比表面积和水热稳定性，良好的扩散和特殊的分子筛择形性的能力，是一种高效催化剂。

发明内容

本发明提供了一种有序介孔与微孔多级孔复合的ZSM-5分子筛，主要解决以往技术中存在反应物不易与活性位点以及在具有活性位点的沸石微孔中的扩散路径较长，影响其扩散速率及传质速率。

本发明还提供上述分子筛的制备方法。

本发明合成一种具有有序介微孔多级孔的ZSM-5分子筛，SiO₂/Al₂O₃摩尔比为20～∞，优选摩尔比为50～250。材料包含具有0.2～2nm微孔，2～50nm有序介孔，可用于苯烷基化等芳烃转化与处理过程的工业生产中。

本发明制备的具有有序介孔结构的ZSM-5分子筛，制备方法包括如下步骤：

（1）表面活性剂与碱或者酸混匀，加入无机硅源，10～100℃下静置12～48小时，形成有序介孔氧化硅分子筛；

所述的表面活性剂选自阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂或者非离子表面活性剂；无机硅源的硅元素与模板剂的用量比为0.02～0.1mol：1g；

所述无机硅源为硅酸、硅酸钠、正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯中的一种或几种；所述的铝源为异丙醇铝、硫酸铝、氧化铝、偏铝酸钠、硝酸铝、拟薄水铝石中的一种或几种。所述的表面活性剂为高级脂肪酸盐、磺酸盐、P123、P126、F127或长链烷基三甲基溴化铵等；所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种；所述的酸是乙酸、盐酸、硝酸、硫酸中的一种或几种；

（2）以合成的有序介孔氧化硅分子筛为硅源，在结构导向剂的协同作用下，和铝源冷凝回流(冷凝回流的温度为80～100℃)；所述的结构导向剂选自正丁胺、乙二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵；铝源的铝元素与结构导向剂的摩尔比为5～40：1，反应体系中结构导向剂的浓度为0.02～0.2mol/L；