[发明专利]一种三维有序孔结构沸石分子筛及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维有序孔结构沸石分子筛及其制备方法，属于无机材料合成和催化领域。该沸石分子筛具有大孔结构，大孔孔道呈三维有序排列，大孔尺寸为50～700nm。将乙醇、HNO₃、正硅酸乙酯均匀混合，加入聚苯乙烯球，抽滤、干燥，得到SiO₂‑PS球复合材料；将SiO₂‑PS球复合材料加入到四丙基氢氧化铵水溶液中，抽滤、干燥后，加入一定量NaAlO₂，烘干；将所得干胶用蒸汽辅助晶化方法转变为分子筛，烘干、焙烧去除PS球模板，得到具有三维有序孔结构的沸石分子筛，该方法适用于制备ZSM‑5型，β型，及Y型等分子筛。该方法合成的三维有序孔结构沸石分子筛具有比表面积大、均一大孔、结晶度高，结构完整，酸性可调的特点，可用作催化、吸附、分离等功能材料。

技术领域

本发明属于无机材料合成和催化领域，具体涉及一种三维有序孔结构沸石分子筛及其制备方法。

背景技术

沸石分子筛是硅铝酸盐组成的多孔化合物，由TO₄四面体之间通过共享顶点而形成三维四配位骨架，骨架T原子通常为Si、Al原子。根据其骨架结构的不同，可分为ZSM-5，β，Y，X，SAPO等种类。分子筛由于具有大的比表面积、强酸性、独特的微孔孔道以及良好的水热和热稳定性，因此在小分子的有效捕获、择形催化、过渡态分子和产物分子的有效分离等方面具有广泛应用。但是常规沸石分子筛受限于自身的微孔孔道，在参与化学反应过程中存在巨大的传质阻力，从而在微孔孔道中造成积碳现象，限制沸石分子筛作为多相催化剂的应用。

为解决传统沸石分子筛材料面临的扩散问题，科学家们研究出一系列有序介孔结构的分子筛，其中最具代表性的是MCM-41和SBA-15硅基有序介孔分子筛。但介孔分子筛的非结晶骨架结构导致其水热稳定性较差、酸催化活性较低，无法满足工业催化反应的需要。通过将分子筛纳米化，缩短扩散通道也可以解决大分子的扩散问题，但却面临着纳米颗粒共有的缺点：材料稳定性差、分离困难、产率低等。

因此，开发兼具沸石分子筛的强酸催化活性和可降低传质阻力的多级孔结构的新型分子筛对于处理复杂气体组分吸附与分离、大分子传递与输送以及大分子多级反应等方面具有重要的意义。多级孔结构分子筛的设计不仅需要引入各级孔道，更重要的是各级孔道之间需要充分连接。到目前为止，制备具有合理结构以及高酸性强度的三维有序孔结构沸石分子筛仍然是一项挑战。

发明内容

本发明针对多级孔结构沸石分子筛现有技术上的不足，提供了一种三维有序孔结构沸石分子筛及其制备方法，其特征在于，该沸石分子筛具有大孔结构，大孔孔道呈三维有序排列，大孔尺寸为50～700nm；沸石分子筛的比表面积为100～800m²/g。

所述沸石分子筛为ZSM-5型分子筛、β型分子筛及Y型分子筛中的一种或多种，其中，所述ZSM-5型分子筛的Si/Al摩尔比为8:1～100:1；所述β型分子筛的Si/Al摩尔比为10:1～50:1；所述Y型分子筛的Si/Al摩尔比为4:1～30:1。

一种三维有序孔结构沸石分子筛的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)乙醇、0.3mol·L^-1的HNO₃和正硅酸乙酯按质量比例(1～20)：(0.2～5)：(1～30)混合，室温搅拌形成溶胶，加入聚苯乙烯(PS)球，充分浸润，抽滤、干燥，得到SiO₂-PS球复合材料，其中PS球的直径为50～700nm；