[发明专利]一种利用原位碳化模板合成有序介孔ZSM-5的方法

说明书

本发明属于ZSM‑5分子筛的合成方法技术领域，具体涉及一种利用原位碳化模板合成有序介孔ZSM‑5的方法，包括以下步骤：步骤一，制备SBA‑15/P123复合物和MCF‑P123复合物；步骤二，分别对SBA‑15/P123复合物和MCF‑P123复合物进行碳化；步骤三，蒸汽辅助结晶化法合成有序介孔ZSM‑5。该合成方法将未除P123模板的SBA‑15进行原位两步碳化，即硫酸预碳化和氩气900度高温碳化，使内部的P123软模板最大程度地碳化成介孔有序的硬模板，经浸渍TPAOH溶液和蒸汽辅助晶化后，最后空气煅烧除碳，得到了两种具有不同介孔大小的结晶有序介孔ZSM‑5分子筛。

技术领域

本发明属于分子筛合成技术领域，具体涉及一种利用原位碳化模板合成有序介孔ZSM-5的方法。

背景技术

分子筛具有尺寸和形状筛分作用，被广泛应用于催化、炼油、吸附、分离等多个领域，并被做成各种产品如离子交换剂、挥发性有机化合物(VOC)的吸附剂、光电器件、传感器、药物胶囊、护肤品等等。在催化反应中，以分子筛为主要催化剂的甲醇制烯烃、催化裂解、加氢等反应，实现了由煤炭或天然气经甲醇生产基本有机化工原料，为解决能源危机提供了有效途径。

影响分子筛催化性能的主要因素有分子筛的拓扑结构、酸性、扩散速率和催化测试条件等。拓扑结构指的是孔口或笼的大小、有无边带，酸性指的是酸量和酸位点分布，扩散速率指的是晶体尺寸、有无介孔，催化测试条件指的是温度和空速。因此探讨如何提高低碳烯烃的选择性和减少积炭的生成以延长催化剂的使用寿命，将对于实际工业生产具有很大的指导意义。合成同时具有微孔-介孔甚至大孔多级结构的层状分子筛，将会提高催化活性，减少空间/扩散限制。此外，二级孔隙为活跃成分的沉积和有机基团的功能化提供了充足的空间。然而，二级表面的出现阻断了晶体骨架的连续性，骨架连通性变低，Si-OH浓度增加。最终，层状分子筛与传统分子筛相比，在酸性、亲疏水性、空间限制效应、形状选择性和水热稳定性方面显示了并不那么“沸石化”的行为。但是，二级表面并不是无定型的，这赋予了介孔分子筛一系列新颖的特征。目前已经开发了很多合成介孔分子筛的方法。

与传统的沸石相比，在微孔沸石中引入二级孔道可以缩短扩散通道并暴露更多的酸性位点，从而有望改善催化剂的催化性能，如活性和选择性等。介孔分子筛的合成策略有软模板法(如表面活性剂、大分子聚合物等)、硬模板法(碳材料等固体)、蒸汽辅助干凝胶转化法(SAC)、酸/碱刻蚀脱Al/Si等，也可以将多种合成方法相结合。在这些合成方法中，在硬模板中进行限域合成能够获得均匀的介孔和可控的晶体尺寸，这在其他合成方法中不太容易得到。无定形前驱体在由硬模板围成的有限空间内形成沸石晶体，固体模板在沸石晶化后通过煅烧或酸洗可以很容易地除去。

尽管近些年来在寻求新颖的合成多级孔道沸石的方法上取得了巨大进展，但是仍然面临很大的挑战。新的合成方法必须满足以下要求：可以用于合成具有多种结构和组成的分子筛类型、层状分子筛的特性可调、成本低廉、简单易行。未来的发展方向有可能是多种方法相结合，比如酸和碱双步骤脱铝、脱硅与表面活性剂组装相结合等。此外，在二级孔内掺杂其他的活性物种还没有被充分研究，比如可以开发活性物种高度分散的多功能层状分子筛。此外，尽管很多工作将层状分子筛进行放大合成，并做成适用于工业反应器的形状和尺寸，但是经济成本仍然是目前绝大多数合成策略的瓶颈。例如，脱除骨架原子会造成分子筛质量的巨大损失，硬模板合成在分子筛结晶之后被完全破坏，而双模板合成所使用的介孔模板剂价格高昂。因此，有必要优化合成策略以达到尽量降低成本和获取最优异的催化性能之间的平衡。