[发明专利]一种多级孔ZSM-5分子筛及制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种多级孔ZSM‑5分子筛及其制备方法，和作为催化剂催化2,5‑呋喃二甲醇与一元醇醚化制备2,5‑呋喃二甲醇二甲基醚的方法中的应用。该多级孔ZSM‑5分子筛的介孔孔径2～6nm，介孔孔容0.4～0.6mL/g。还涉及其制备方法及其作为催化剂在2,5‑呋喃二甲醇与一元醇醚化反应中的应用。

技术领域

本申请涉及一种多级孔ZSM-5分子筛及其制备方法，和作为催化剂催化2,5-呋喃二甲醇与一元醇醚化制备2,5-呋喃二甲醇二甲基醚的方法中的应用，属于分子筛领域。

背景技术

2,5-呋喃二甲醇二甲基醚(BMMF)具有高的能量密度和良好的燃油混合性，是一种潜在的燃油添加剂。目前，有关5-羟甲基糠醛(HMF)与甲醇、乙醇等醇类醚化制备单醚糠醛的研究已有广泛报道，但分子中残留的醛基分子极大地降低了分子的稳定性。BMMF是先由HMF选择性加氢制备成2,5-呋喃二甲醇(BHMF)，后者再与甲醇经醚化反应制备而成。相比于单醚糠醛(HMF直接与甲醇醚化)，BMMF不仅具有更高的稳定性，还具有更宽的碳数范围和更广的应用范围。固体酸催化剂，特别是分子筛，被广泛用于催化BHMF与一元醇醚化反应制备2,5-呋喃二甲醇二烷基醚(BAMF)。文献【Applied Catalysis A:General 481，49-53(2014)】报道了ZSM-5分子筛、Beta分子筛和Amberlyst-15催化2,5-呋喃二甲醇与甲醇醚化制备2,5-呋喃二甲醇二甲基醚的性能，其中ZSM-5分子筛表现出了较高的催化活性，2,5-呋喃二甲醇二甲基醚产率达到了70％。尽管研究者对ZSM-5分子筛硅铝比、反应物料配比、反应温度、反应时间等因素进行了优化，但2,5-呋喃二甲醇二甲基醚的产率仍难以提升。复杂的产物体系不仅易导致催化剂失活，也将给产品的后续分离带来诸多困难，进而极大地增加产品的生产成本。

因此，开发一种可有效应用于2,5-呋喃二甲醇与甲醇醚化反应制备2,5-呋喃二甲醇二甲基醚的高性能催化剂，实现高的2,5-呋喃二甲醇二甲基醚产率和优异的催化剂稳定性是十分有意义的。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种多级孔ZSM-5分子筛，该分子筛为多级孔，具有优异的稳定性，在催化剂领域具有良好的应用前景。

所述的多级孔ZSM-5分子筛，其特征在于，所述多级孔ZSM-5分子筛含有介孔；

所述介孔的平均孔径为2～6nm，介孔孔容为0.4～0.6mL/g。

优选地，所述多级孔ZSM-5分子筛的粒径为200～400nm，比表面积为400～600m²/g。

优选地，所述多级孔ZSM-5分子筛的硅铝比(Si/Al的原子比)范围下限选自10、12、13、15、18、20、25、26、30、31、35、40、44或45，上限选自47、50、55、60、65、70、75、80、85、90、93、95或100。更优选地，所述多级孔ZSM-5分子筛的硅铝比(Si/Al的原子比)＝20～100。最优选地，所述多级孔ZSM-5分子筛的硅铝比(Si/Al的原子比)＝30～100。

本申请的另一个方面，提供了一种所述的多级孔ZSM-5分子筛的制备方法，该方法简单、能耗低、适合工业化生产。

所述的多级孔ZSM-5分子筛的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将含有硅源、铝源、模板剂和醇类化合物的原料制成干凝胶；

2)将干凝胶置于含有水的反应釜内晶化；

3)晶化结束后，所得固体经洗涤、干燥，即得所述多级孔ZSM-5分子筛。

优选地，所述硅源包括十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。