[发明专利]SAPO-34分子筛的合成方法及应用

说明书

本发明涉及催化材料合成领域，公开了一种SAPO‑34分子筛的合成方法及应用，该合成方法包括方式一：采用水热合成法：将含有磷源、铝源、硅源、模板剂和水的初始凝胶混合物A进行水热晶化，然后固液分离、洗涤、干燥；以及包括方式二：采用磷铝干胶液相转化法：将含有磷源、铝源和水的混合物A进行老化，然后干燥，制得磷铝干胶，并将含有磷铝干胶、硅源、模板剂和水的初始凝胶混合物B进行晶化，然后固液分离、洗涤、干燥；其中，所述模板剂为N‑甲基‑4‑羟基哌啶。本发明合成的SAPO‑34分子筛可以用于酸催化反应，如含氧化合物转化制低碳烯烃反应，尤其是甲醇转化制低碳烯烃反应。本发明合成的SAPO‑34分子筛还可用于CH₄、CO₂气体的吸附分离。

技术领域

本发明涉及催化材料合成领域，具体地说，涉及一种SAPO-34分子筛的合成方法及应用。

背景技术

SAPO-34分子筛是美国联合碳化物公司于1984年开发的一种新型硅磷铝分子筛(US4440871)。SAPO-34分子筛的拓扑结构为菱沸石型(CHA)，骨架由SiO₄、AlO₄^-和PO₄⁺四面体连接而成，其骨架组成可在一定范围内变化，一般n(Si)n(P)n(Al)。其空间群为R-3m，属三方晶系，具有由双六元环按照ABC方式堆积而成的八元环椭球形笼(cha笼)和三维交叉孔道结构，笼大小为1.0nm×0.67nm×0.67nm，孔径大小为0.38nm×0.38nm，属于小孔分子筛。

由于SAPO-34分子筛具有适宜的孔径大小、孔道结构、酸强度以及良好的热稳定性、水热稳定性等优点，使其在气体吸附分离、各类烃转化催化领域表现出良好的应用性质，尤其是在甲醇转化制低碳烯烃(MTO)中对乙烯、丙烯有很高的选择性，表现出了优异的催化性能，目前已经成为MTO工艺过程的首选催化剂。

SAPO-34分子筛一般采用水热合成法，即以水为溶剂，称取一定量的硅源、磷源、铝源、模板剂和去离子水，并按照一定的顺序将物料混合均匀，在密闭高压釜内晶化合成。其中，常用硅源包括白炭黑、硅溶胶和固体硅胶等；铝源包括拟薄水铝石、氢氧化铝和异丙醇铝等；磷源普遍采用质量分数为85％的磷酸。常用的模板剂包括二乙胺(DEA)、三乙胺(TEA)、吗啉(MOR)、四乙基氢氧化铵(TEAOH)、异丙胺(i-PrNH₂)、二正丙胺(Pr₂NH)、哌嗪、正丁胺、N-甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺等及它们的混合物。一般认为，模板剂在分子筛合成过程中起结构导向、电荷匹配、骨架填充作用，模板剂的选择对于合成分子筛的结构、元素组成、形貌和物化性质会产生一定的影响，并进而影响其催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有别于现有技术的SAPO-34分子筛的合成方法以及该SAPO-34分子筛的应用。

本发明的发明人首次以N-甲基-4-羟基哌啶为模板剂，采用水热合成法和磷铝干胶液相转化法均合成出了纯相SAPO-34分子筛。所合成的SAPO-34分子筛应用于酸催化反应和气体吸附分离中均表现出良好的性能。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种SAPO-34分子筛的合成方法，其中，所述合成方法包括下述方式一和方式二：

所述方式一采用水热合成法，包括如下步骤：

(1)提供一种初始凝胶混合物A，所述初始凝胶混合物A含有磷源、铝源、硅源、模板剂和水；

(2)将所述初始凝胶混合物A进行晶化；

(3)将晶化产物进行固液分离，将得到的固相用去离子水洗涤至中性并干燥以及可选的焙烧；

所述方式二采用磷铝干胶液相转化合成法，包括如下步骤：

(1)提供一种混合物A，所述混合物A含有磷源、铝源和水，