[发明专利]以小分子模板剂合成厚度可控的FER沸石纳米片的方法

说明书

本发明涉及分子筛制备方法，旨在提供一种以小分子模板剂合成厚度可控的FER沸石纳米片的方法。包括：将四乙氧基硅烷、异丙醇铝和模板剂水溶液加入烧杯中，搅拌过夜，得到混合物；向混合物中加入氢氟酸，并蒸发除去乙醇和部分水，得到凝胶；将凝胶转移至反应釜中，置于烘箱中进行晶化反应；反应产物经过抽滤、洗涤和烘干后，得到FER沸石纳米片。本发明整个生产过程没有使用昂贵的表面活性剂剥层或辅助一步合成，减少了后处理过程带来的样品无定形化、操作复杂和价格昂贵的缺点。产品保持了良好的结晶度和纯度，还通过对模板剂分子碳链长度的调节实现FER沸石纳米片厚度的可控；具有较大的比表面积，广阔的硅铝比合成范围，具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于分子筛制备方法，特别涉及到厚度可控的FER沸石纳米片的合成方法。

背景技术

沸石，尤其是硅铝沸石，自发现以来便被广泛应用于石油化工、环境催化等领域。尽管沸石的微孔在催化过程中具有十分优异的择型性，但其相对较小尺寸的孔道也会严重影响反应物和产物的传质扩散，进而导致快速积碳和引发副反应。解决上述问题的有效方法包括通过缩短传质路径长度以降低扩散限制，沸石纳米片因其能大大缩短传质路径长度而受到广泛关注。如MFI和MEL沸石纳米片由于其在催化方面的重要应用价值而被大量研究与合成。近些年，许多不同拓扑结构的沸石纳米片也被相继合成出来。

FER沸石是一种具有二维孔道结构的高硅沸石，包括8元环和10元环由于其独特的微孔结构，FER沸石在诸如1-丁烯骨架异构化和二甲醚羰基化等反应中表现出优异的催化性能。为了合成FER沸石纳米片，诸多合成方法被相继开发出来。如使用PREFER为原料，使用表面活性剂辅助剥层可以得到含有大量单层结构的ITQ-6；以N,N-二乙基-2,6-二甲基哌啶作为小分子模板剂合成了6-8nm厚的FER沸石纳米片；以哌啶和表面活性剂为双模板可以合成100nm至2μm厚度可控的FER沸石纳米片。

但是，值得注意的是，尽管FER沸石纳米片的合成研究取得了长足进展的情况下，在100nm尺度以下实现FER沸石纳米片厚度的可控合成仍亟待解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供100nm尺度以下的FER沸石纳米片厚度控制的方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种以小分子模板剂合成厚度可控的FER沸石纳米片的方法，包括以下步骤：

(1)将四乙氧基硅烷(TEOS)、异丙醇铝和模板剂水溶液(OSDA)加入烧杯中，搅拌过夜，得到混合物；

(2)向混合物中加入氢氟酸，并蒸发除去乙醇和部分水，得到凝胶；

(3)将凝胶转移至反应釜中，置于烘箱中进行晶化反应；

(4)反应产物经过抽滤、洗涤和烘干后，得到FER沸石纳米片；

在上述步骤中控制各反应原料的添加量，使装入反应釜之前的凝胶中所含组分的摩尔比换算为：1.0SiO₂︰0.016～0.056Al₂O₃︰0.5模板剂︰1H₂O︰0.5HF；

所述模板剂是三甲基一乙基氢氧化铵(EtTMOH)、三甲基一丙基氢氧化铵(PrTMOH)、三甲基一丁基氢氧化铵(BuTMOH)、三甲基一戊基氢氧化铵(PenTMOH)、三甲基一己基氢氧化铵(HexTMOH)、三甲基一辛基氢氧化铵(OctTMOH)中的任意一种。

作为本发明的优选方案，在使用模板剂时，是以模板剂水溶液的形式加入烧杯中并进行混合的。

作为本发明的优选方案，步骤(2)中蒸发除去部分水时，如烘干过度使凝胶中水含量偏低，则需要向混合物中加入适量的水，使得晶化反应中水的用量符合所述反应原料添加量的比例。