CN110582481A - 用沸石将氧化乙烯转化为单乙醇胺和乙二胺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将氧化乙烯转化为2‑氨基乙醇和/或乙烷‑1,2‑二胺和/或其中n≥1的式H2N‑[CH2CH2NH]n‑CH2CH2NH2的线性聚乙烯亚胺的方法,包括:(i)提供包含沸石材料的催化剂,该沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为四价元素且X为三价元素;(ii)提供包含氧化乙烯和氨的气体料流;(iii)使(i)中提供的催化剂与(ii)中提供的气体料流接触,以将氧化乙烯转化为2‑氨基乙醇和/或乙烷‑1,2‑二胺和/或线性聚乙烯亚胺。

Description

用沸石将氧化乙烯转化为单乙醇胺和乙二胺的方法
技术领域
本发明涉及一种将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或其中n≥1的式H2N-[CH2CH2NH]n-CH2CH2NH2的线性聚乙烯亚胺的方法,所述方法使用包含YO2和X2O3的沸石材料,其中Y为四价元素且X为三价元素。
引言
已知通过单乙醇胺(MEOA)的气相胺化合成乙烯胺的沸石催化剂。因此,US 4,918,233报道了使用稀土掺杂的MOR将单乙醇胺在26%MEOA转化率下以80%的选择性气相胺化为乙二胺(EDA)。CN 1962058 A涉及乙二胺的气相合成,其中单乙醇胺的胺化使用含有Zr、Nb、Mo或Sn中的一种与Zn或Fe的组合的丝光沸石催化剂。JP H0687797 A和JP H07247245 A分别涉及一种使用脱铝的丝光沸石催化剂使氨和单乙醇胺气相反应为乙二胺的方法。CN101215239 B中还描述了用P改性丝光沸石以由MEOA生产EDA和哌嗪衍生物。CN 101406845A描述了一种H型丝光沸石胺化催化剂及其制备。CN 102974393 A涉及一种再生改性沸石分子筛胺化催化剂的方法。CN 103007984 A要求保护一种制备胺化催化剂的方法。CN102233272 A和CN102190588 A一种通过单乙二醇(MEG)的催化胺化制备EDA的方法。
除这些以外,创立论文“Heterogeneous Transition Metal CatalyzedAmination of Aliphatic Diols”,Achim Fischer,Diss.ETH No 12978,1998论述了将单乙二醇和单乙醇胺分别转化为乙二胺的沸石催化的方法。WO2009/083580 A1涉及一种使用磺化四氟乙烯基含氟聚合物共聚物(Nafion)作为催化剂由氧化乙烯、乙二醇或乙醇胺的胺化制备乙烯胺的方法。US4918233涉及使用脱铝的丝光沸石催化剂由单乙醇胺和氨生产乙二胺。应注意所有上述方法涉及在液相中进行且需要使用高压的胺化方法。最后,CN101215239 A涉及乙二胺和氨基乙基哌嗪的联合制备,其中该方法涉及使用磷改性的丝光沸石催化剂。
尽管有可用的胺化单乙醇胺的方法,但仍需要提供由较简单原料开始制备乙二胺和/或线性聚乙烯亚胺的改进方法。
US 4,939,301和Feng,R.,Catalysis Communications 2010,第11卷,第15期,第1220-1223页分别报道了将氧化乙烯在液相中主要胺化为单乙醇胺以及二乙醇胺和三乙醇胺。然而,在液相反应中,可能无法避免形成二乙醇胺和三乙醇胺。此外,液相反应需要非常高的压力,因此需要特殊的安全措施和昂贵的设备。
另一方面,US 8309771 B2描述了一种由氧化乙烯生产乙二醇的气相方法。
DD 298 636 A5公开了通过使氧化乙烯和氨在气相中与具有pentasil型结晶硅酸盐的催化剂反应而合成乙二胺。
详述
因此,本发明的目的为提供一种生产单乙醇胺和乙二胺以及线性亚乙基胺的改进方法。因此,令人惊奇地发现当在沸石催化剂上在气相中进行转化时,由氧化乙烯和氨作为离析物开始,可以有效地产生乙二胺以及单乙醇胺作为产物。特别地,已经非常出乎意料地发现在气相中,沸石催化剂可允许氧化乙烯与氨以高转化率高选择性地反应成单乙醇胺和乙二胺,从而允许由简单原料生产其的相对容易且高效的方法。
因此,本发明涉及一种将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或其中n≥1的式H2N-[CH2CH2NH]n-CH2CH2NH2的线性聚乙烯亚胺的方法,包括:
(i)提供包含沸石材料的催化剂,所述沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为四价元素且X为三价元素;
(ii)提供包含氧化乙烯和氨的气体料流;和
(iii)使(i)中提供的催化剂与(ii)中提供的气体料流接触以将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或线性聚乙烯亚胺,其中n优选为1-8,更优选1-5,更优选1-4,更优选1-3,更优选1-2,其中更优选n=1。
对在本发明方法的(i)中所含的沸石材料本身而言,根据本发明不施加限制,使得在其中可以含有任何可设想的沸石材料。
此外,对(i)中的沸石材料的骨架结构而言,再次不施加特别的限制,使得沸石材料可以具有任何骨架结构。通常,可设想沸石材料的骨架结构为如下中的一种:ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFG、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFV、AFX、AFY、AHT、ANA、APC、APD、AST、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、-CHI、-CLO、CON、CSV、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、*-EWT、EZT、FAR、FAU、FER、FRA、GIS、GIU、GME、GON、GOO、HEU、IFO、IFR、-IFU、IFW、IFY、IHW、IMF、IRN、IRR、-IRY、ISV、ITE、ITG、ITH、*-ITN、ITR、ITT、-ITV、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JBW、JNT、JOZ、JRY、JSN、JSR、JST、JSW、KFI、LAU、LEV、LIO、-LIT、LOS、LOV、LTA、LTF、LTJ、LTL、LTN、MAR、MAZ、MEI、MEL、MEP、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、*MRE、MSE、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MVY、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NON、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OKO、OSI、OSO、OWE、-PAR、PAU、PCR、PHI、PON、POS、PSI、PUN、RHO、-RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RUT、RWR、RWY、SAF、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBN、SBS、SBT、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFS、*SFV、SFW、SGT、SIV、SOD、SOF、SOS、SSF、*-SSO、SSY、STF、STI、*STO、STT、STW、-SVR、SVV、SZR、TER、THO、TOL、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、UOS、UOV、UOZ、USI、UTL、UWY、VET、VFI、VNI、VSV、WEI、-WEN、YUG、ZON,包括其中两种或更多种的混合物。然而,根据本发明,优选(i)中的沸石材料选自具有MOR、MFI、MEL、FAU、CHA和/或GME骨架结构(包括其两种或更多种的组合)的沸石材料,其中优选沸石材料包含一种或多种具有MOR和/或MFI骨架结构的沸石,其中更优选沸石材料包含一种或多种具有MOR骨架结构的沸石,其中更优选沸石材料具有MOR和/或MFI骨架结构,其中更优选沸石材料具有MOR骨架结构。此外,优选沸石材料呈其煅烧状态,其中除非另有说明,否则沸石材料已在空气中在500℃下煅烧5小时。
对(ii)中提供的气体料流而言,对于其中所包含的氧化乙烯的量不施加限制,使得可以选择任何可设想量的氧化乙烯来进行本发明方法。优选(ii)中提供的气体料流含有量为0.05-10体积%,优选0.1-5体积%,更优选0.3-2.5体积%,更优选0.5-2体积%,更优选0.6-1.7体积%,更优选0.7-1.5体积%,更优选0.8-1.3体积%,更优选0.9-1.1体积%的氧化乙烯。
对(ii)中提供的气体料流而言,对于其中所包含的氨的量也不施加限制,使得可以选择任何可设想量的氨来进行本发明方法。优选(ii)中提供的气体料流含有量为5-90体积%,优选10-80体积%,更优选20-70体积%,更优选25-60体积%,更优选30-50体积%,更优选35-45体积%,更优选37-43体积%,更优选39-41体积%的氨。
因此,本发明优选涉及一种如下方法,该方法包括:(i)提供包含沸石材料的催化剂,所述沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为四价元素且X为三价元素,其中所述沸石材料具有MOR、MFI、MEL、FAU、CHA或GME骨架结构,优选MOR或MFI骨架结构,更优选MOR骨架结构,(ii)提供包含量为0.05-10体积%,优选0.1-5体积%,更优选0.3-2.5体积%,更优选0.5-2体积%,更优选0.6-1.7体积%,更优选0.7-1.5体积%,更优选0.8-1.3体积%,更优选0.9-1.1体积%的氧化乙烯和量为5-90体积%,优选10-80体积%,更优选20-70体积%,更优选25-60体积%,更优选30-50体积%,更优选35-45体积%,更优选37-43体积%,更优选39-41体积%的氨的气体料流,和(iii)使(i)中提供的催化剂与(ii)中提供的气体料流接触以将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或线性聚乙烯亚胺,其中n优选为1-8,更优选1-5,更优选1-4,更优选1-3,更优选1-2,其中更优选n=1。
对(ii)中提供的气体料流而言,对氧化乙烯与氨的摩尔比不施加限制。优选在(ii)中提供的气体料流中,氨:氧化乙烯摩尔比为5-70,优选10-60,更优选20-55,更优选25-50,更优选30-48,更优选35-45,更优选38-42。
对(ii)中提供的气体料流而言,所述气体料流可含有一种或多种其他气体。对一种或多种其他气体不施加限制,使得在气体料流中可含有任何化合物或元素周期表的元素,只要其呈气态条件。
作为一个替换方案,(ii)中提供的气体料流还包含氢气,其量优选为0.1-70体积%,更优选0.5-50体积%,更优选1-40体积%,更优选5-35体积%,更优选10-30体积%,更优选15-25体积%,更优选17-23体积%,更优选19-21体积%。
作为第二替换方案,(ii)中提供的气体料流包含1体积%或更少,优选0.5体积%或更少,更优选0.1体积%或更少,更优选0.05体积%或更少,更优选0.001体积%或更少,更优选0.0005体积%或更少,更优选0.0001体积%或更少的氢气。
此外,(ii)中提供的气体料流还可以含有惰性气体,其量优选为5-90体积%,更优选10-80体积%,更优选20-70体积%,更优选25-60体积%,更优选30-50体积%,更优选35-45体积%,更优选37-43体积%,更优选39-41体积%。就惰性气体本身而言,不施加限制,使得所述气体料流中可以包含任何气体,只要它对于氧化乙烯向2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或其中n≥1的式H2N-[CH2CH2NH]n-CH2CH2NH2的线性聚乙烯亚胺的转化是惰性的。优选惰性气体包含一种或多种选自稀有气体、N2和其两种或更多种的混合物,更优选选自He、Ne、Ar、N2和两种或更多种的混合物的气体,其中更优选惰性气体包含Ar和/或N2,优选N2,并且其中更优选惰性气体为Ar和/或N2,优选N2
此外,(ii)中提供的气体料流可以含有H2O。对于(ii)中提供的气体料流中的水含量,原则上不施加限制。优选(ii)中提供的气体料流含有量为5体积%或更少,更优选3体积%或更少,更优选1体积%或更少,更优选0.5体积%或更少,更优选0.1体积%或更少,更优选0.05体积%或更少,更优选0.01体积%或更少,更优选0.005体积%或更少,更优选0.001体积%或更少,更优选0.0005体积%或更少,更优选0.0001体积%或更少的水。
根据本发明,优选将(ii)中提供的气体料流在与催化剂在(iii)中接触之前加热。对(ii)中提供的气体料流在与催化剂在(iii)中接触之前的温度而言,原则上可以选择任何合适温度。因此,在与催化剂在(iii)中在该温度下接触之前,优选将(ii)中提供的气体料流加热至250-600℃,优选260-550℃,更优选260-500℃,更优选270-450℃,更优选270-400℃,更优选280-370℃,更优选280-350℃,更优选290-320℃,更优选290-310℃的温度。
根据本发明,原则上对使催化剂与气体料流在(iii)中接触的条件不施加限制,条件为进行2-氨基乙醇向乙烷-1,2-二胺和/或线性聚乙烯亚胺的转化。对使催化剂与气体料流在(iii)中的接触而言,原则上可以施加任何合适的压力。因此,优选气体料流与催化剂在(iii)中的接触在0.05-20MPa,更优选0.1-10MPa,更优选0.3-5MPa。更优选0.5-3MPa,更优选0.6-2MPa,更优选0.7-1.5MPa,更优选0.8-1.3MPa,更优选0.9-1.1MPa的压力下进行。
对使催化剂与气体料流在(iii)中接触的气时空速(GHSV)而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想气时空速来进行本发明方法,条件为其包含在100-30,000h-1的范围内。优选使催化剂与气体料流在(iii)中的接触在500-20,000h-1,更优选1,000-15,000h-1,更优选2,000-10,000h-1,更优选3,000-8,000h-1,更优选4,000-6,000h-1,更优选4,500-5,500h-1,更优选4,800-5,200h-1的气时空速(GHSV)下进行。
对包含YO2和X2O3的沸石材料而言,对于YO2:X2O3的摩尔比不施加限制,使得原则上可以选择任何可设想的YO2:X2O3的摩尔比来进行本发明方法。优选YO2:X2O3摩尔比为4-100,更优选5-70,更优选6-50,更优选8-30,更优选10-20,更优选12-17,更优选13-15,更优选13.5-14.5。
根据本发明,沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为四价元素且X为三价元素。
对本发明方法中使用的具有MOR骨架结构的沸石材料的四价元素Y而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想的四价元素来进行本发明方法。优选沸石材料包含选自Si、Sn、Ti、Zr、Ge及其两种或更多种的混合物的四价元素Y,其中Y更优选为Si。
此外,对本发明方法中使用的具有MOR骨架结构的沸石材料的三价元素X而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想的三价元素来进行本发明方法。优选X选自Al、B、In、Ga及其两种或更多种的混合物,其中X更优选为Al和/或B,更优选Al。因此,特别优选的是沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为Si且X为Al。
因此,对沸石材料而言,特别优选其包含YO2和X2O3,其中Y为Si且X为Al,其中YO2和X2O3的摩尔比为4-100,更优选5-70,更优选6-50,更优选8-30,更优选10-20,更优选12-17,更优选13-15,更优选13.5-14.5,其中沸石材料具有MOR、MFI、MEL、FAU、CHA或GME骨架结构,优选MOR或MFI骨架结构,更优选MOR骨架结构。
根据本发明,沸石材料可以包含任何其他化学元素,条件为该元素可以形成一种或多种上文定义的骨架类型。优选沸石材料呈H形式并包含质子作为非骨架离子(extra-framework ion),其中以元素计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,更优选0.0001重量%或更少的非骨架离子为金属阳离子。然而,特别优选沸石材料的骨架结构包含Si、Al、O和H,其中至少99.0重量%,优选至少99.5重量%,更优选至少99.9重量%的沸石材料的骨架结构由Si、Al、O和H组成。
在本发明的含义内,“非骨架离子”是指包含在沸石材料的微孔中并补偿沸石骨架电荷的离子和/或离子化合物,其中根据本发明的优选含义,“非骨架离子”是指包含在沸石材料的微孔中并补偿沸石骨架电荷的阳离子和/或阳离子化合物。
根据本发明,沸石材料可以含有一种或多种金属离子M作为非骨架离子。优选一种或多种金属离子M选自碱土金属和/或过渡金属,更优选选自元素周期表的第4族和第6-11族的金属,优选选自第4族和第8-11族的金属,其中更优选一种或多种金属离子M选自Mg、Ti、Zr、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mo、Mn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au、Sn、Zn、Ca及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr,Cu,Zn及其两种或更多种的混合物,其中更优选沸石材料含有Cu和/或Zr,优选Cu作为非骨架离子。
在其中沸石材料含有非骨架离子的情况下,对于沸石材料中所含的非骨架离子的量不施加限制,使得原则上可以选择以元素计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为任何可设想量的M作为非骨架离子来进行本发明方法。优选沸石材料包含以元素计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为0.5-15重量%,优选1-12重量%,更优选1.3-9重量%,更优选1.5-7重量%,更优选1.8-5重量%,更优选2-4.5重量%,更优选2.3-4重量%,更优选2.5-3.7重量%,更优选2.6-3.5重量%,更优选2.7-3.3重量%,更优选2.9-3.1重量%的M作为非骨架离子。
此外,在其中沸石材料含有非骨架离子的情况下,对M:X2O3的摩尔比不施加限制,使得原则上可以选择任何可设想的沸石材料的M:X2O3摩尔比来进行本发明方法。优选M:X2O3摩尔比为0.05-2.5,优选0.1-2,更优选0.2-1.8,更优选0.3-1.5,更优选0.5-1.2,更优选0.7-1,更优选0.75-0.95,更优选0.8-0.9。
对沸石材料而言,优选其基本上不含Na,优选基本上不含Na或K,更优选基本上不含碱金属,更优选基本上不含碱金属或碱土金属。
在本发明的含义内,本发明中使用的“基本上”相对于沸石材料的骨架中所含的Na、K、碱金属或碱土金属的量表示以元素计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的Na、K、碱金属或碱土金属。
如上所述,根据本发明特别优选沸石材料具有MOR骨架结构。在其中沸石材料具有MOR骨架结构的情况下,晶粒具有特征性能如可以例如通过X射线衍射测量的平均粒度。特别地,可以测量沿着晶粒的002轴的平均粒度。对通过粉末X射线衍射测定的沿着晶粒的002轴的具有MOR骨架结构的沸石材料的平均粒度而言,根据本发明对于其测定通常不施加特别的限制。然而,根据本发明,优选根据US7,687,423 B2中公开的方法,特别是所述文献的第8栏第25-48行所述测定沿着晶粒的002轴的具有MOR骨架结构的沸石材料的平均粒度的值。然而,根据本发明,进一步优选通过粉末X射线衍射测定的沿晶粒的002轴的具有MOR骨架结构的沸石材料的平均粒度的值根据本申请的实验部分中所述的方法测定,其中值基于X射线衍射数据通过使用软件TOPAS 4.2拟合衍射峰宽测定,其中在使用如TOPAS 4.2用户手册(Bruker AXS GmbH, Rheinbrückenstr.49,76187Karlsruhe,德国)所述的基础参数方法的峰拟合期间考虑仪器增宽,导致仪器由样品增宽中分离出来,其中样品贡献度使用如下式所定义的单洛伦兹分布函数测定:
β=λ/(L·cosθ)
其中β为洛伦兹半宽度(FWHM),λ为所用CuKα辐射的X射线波长,L为晶粒尺寸,且θ为峰位置的散射角的一半。根据所述优选方法,002反射的晶粒尺寸通过由21°至24.2°(2θ)围绕002反射的局部数据精化而测定,其中具有不同晶粒尺寸的单峰模拟周围反射,其中数据使用0.02°(2θ)的步长以2-70°(2θ)的Bragg-Brentano几何收集。
根据本发明,优选通过粉末X射线衍射测定的沿着晶粒的002轴的沸石材料平均粒度为5±1nm至150±30nm,更优选10±1nm至100±15nm,更优选15±2nm至80±12nm,更优选20±2nm至70±1nm,更优选25±3nm至65±10nm,更优选30±3nm至60±9nm,更优选35±4nm至55±5nm,更优选40±4nm至50±5nm,更优选44±4nm至48±5nm。根据本发明特别优选通过粉末X射线衍射测定的沿着晶粒的002轴的沸石材料的粒度为45±5nm至47±5nm。对通过粉末X射线衍射测定的沿着晶粒的002轴的沸石材料的初级晶粒的平均粒度的值而言,应注意根据本发明,所述值应理解为含有以下偏差(取决于初级晶粒沿着002轴的尺寸),所述偏差在给定值后用“±”表示:
>100-200nm:20%(例如,对于150nm,±30nm)
>50-100nm:15%(例如,对于100nm,±15nm)
>5-50nm:10%(例如,对于50nm,±5nm)
2-5nm:20%(例如,对于5nm,±1nm)
对通过粉末X射线衍射测定的具有MOR骨架结构的沸石材料的初级晶粒的平均粒度而言,根据本发明就其测定而言不施加特别的限制。然而,根据本发明,优选通过粉末X射线衍射测定的具有MOR骨架结构的沸石材料的初级晶粒的平均粒度的值根据Scherrer方程测定。然而,根据本发明,进一步优选通过粉末X射线衍射测定的具有MOR骨架结构的沸石材料的初级晶粒的平均粒度的值根据本申请的实验部分中所述的方法测定,其中所述值基于X射线衍射数据通过使用软件TOPAS 4.2拟合衍射的峰宽测定,其中在使用如TOPAS 4.2用户手册(Bruker AXS GmbH, Rheinbrückenstr.49,76187 Karlsruhe,德国)所述的基础参数方法的峰拟合期间考虑仪器增宽,导致仪器由样品增宽中分离出来,其中样品贡献度使用如下式所定义的单洛伦兹分布函数测定:
β=λ/(L·cosθ)
其中β为洛伦兹半宽度(FWHM),λ为所用CuKα辐射的X射线波长,L为初级晶粒的平均粒度,且θ为峰位置的散射角的一半,其中数据使用0.02°(2θ)的步长以2-70°(2θ)的Bragg-Brentano几何收集。
根据本发明优选通过粉末X射线衍射测定的沸石材料的初级晶粒的平均粒度为5±1nm至100±15nm,优选初级晶粒的平均粒度为10±1nm至90±14nm,更优选20±2nm至85±13nm,更优选30±3nm至80±12nm,更优选35±4nm至75±11nm,更优选40±4nm至70±11nm,更优选45±5nm至65±10nm,更优选50±5nm至65±10nm。根据本发明特别优选通过粉末X射线衍射测定的沸石材料的初级晶粒的平均粒度为55±8nm至65±10nm。对通过粉末X射线衍射测定的沸石材料的初级晶粒的平均粒度的值而言,应注意根据本发明,所述值应理解为含有以下偏差(取决于初级晶粒的尺寸),其中所述偏差在给定值之后用“±”表示:
>100-200nm:20%(例如,对于150nm,±30nm)
>50-100nm:15%(例如,对于100nm,±15nm)
>5-50nm:10%(例如,对于50nm,±5nm)
2-5nm:20%(例如5nm为±1nm)。
如上所述,特别优选(i)中提供的催化剂包含具有MOR骨架结构的沸石材料。根据本发明,优选具有MOR骨架结构的沸石材料包含一种或多种选自以下的沸石:丝光沸石,UZM-14,[Ga-Si-O]-MOR,Ca-Q,LZ-211,莫里铅沸石(maricopaite),Na-D,RMA-1及其两种或更多种的混合物,其中优选沸石材料是UZM-14和/或丝光沸石,优选丝光沸石。
因此,对沸石材料而言,特别优选沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为Si并且X为Al,其中YO2和X2O3的摩尔比为4-100,更优选5-70,更优选6-50,更优选8-30,更优选10-20,更优选12-17,更优选13-15,更优选13.5-14.5,其中所述沸石材料具有MOR骨架结构,并且其中所述沸石材料包含一种或多种选自丝光沸石、UZM-14、[Ga-Si-O]-MOR、Ca-Q、LZ-211、莫里铅沸石、Na-D、RMA-1及其两种或更多种的混合物的沸石,其中优选沸石材料为UZM-14和/或丝光沸石,优选丝光沸石。
此外,对(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料而言,该沸石材料可具有MFI骨架结构。因此,优选(i)中提供的催化剂包含具有MFI骨架结构的沸石材料,其中具有MFI骨架结构的沸石材料优选包含一种或多种选自Silicalite、ZSM-5、[Fe-Si-O]-MFI、单斜晶H-ZSM-5、[Ga-Si-O]-MFI、[As-Si-O]-MFI、AMS-1B、AZ-1、Bor-C、Encilite、Boralite C、FZ-1、LZ-105、Mutinaite、NU-4、NU-5、TS-1、TSZ、TSZ-III、TZ-01、USC-4、USI-108、ZBH、ZKQ-1B、ZMQ-TB、不含有机物的ZSM-5及其两种或更多种的混合物,更优选选自ZSM-5、AMS-1B、AZ-1、FZ-1、LZ-105、NU-4、NU-5、TSZ、TSZ-III、TZ-01、USC-4、USI-108、ZBH、ZKQ-1B、ZMQ-TB及其两种或更多种的混合物的沸石,其中更优选沸石材料是ZSM-5。
根据本发明,(i)中提供的催化剂可以包含沸石材料,所述沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为Si且X为Al,其中YO2和X2O3的摩尔比为4-100,更优选5-70,更优选6-50,更优选8-30,更优选10-20,更优选12-17,更优选13-15,更优选13.5-14.5,其中所述沸石材料具有MFI骨架结构,并且其中所述沸石材料包含一种或多种选自Silicalite、ZSM-5、[Fe-Si-O]-MFI、单斜晶H-ZSM-5、[Ga-Si-O]-MFI、[As-Si-O]-MFI、AMS-1B、AZ-1、Bor-C、Encilite、Boralite C、FZ-1、LZ-105、Mutinaite、NU-4、NU-5、TS-1、TSZ、TSZ-III、TZ-01、USC-4、USI-108、ZBH、ZKQ-1B、ZMQ-TB、不含有机物的ZSM-5及其两种或更多种的混合物的沸石,更优选选自ZSM-5、AMS-1B、AZ-1、FZ-1、LZ-105、NU-4、NU-5、TSZ、TSZ-III、TZ-01、USC-4、USI-108、ZBH、ZKQ-1B、ZMQ-TB及两种或更多种的混合物的沸石,其中更优选沸石材料为ZSM-5。
此外,除了沸石材料之外,(i)中提供的催化剂还可以包含一种或多种金属氧化物和/或一种或多种准金属氧化物。对一种或多种金属氧化物和/或一种或多种准金属氧化物而言,不施加特别的限制,使得对于本发明方法,可以选择任何可设想的金属氧化物和/或准金属氧化物。优选除了沸石材料以外,(i)中提供的催化剂还包含一种或多种金属氧化物和/或一种或多种准金属氧化物,其中所述一种或多种金属氧化物和/或一种或多种准金属氧化物更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化镁及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-二氧化钛混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、二氧化硅-氧化镧混合氧化物、二氧化硅-氧化锆-氧化镧混合氧化物、氧化铝-二氧化钛混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化镧混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物、二氧化钛-氧化锆混合氧化物及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,更优选选自氧化铝、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,其中更优选除沸石材料之外,(i)中提供的催化剂还包含二氧化硅、氧化铝和/或氧化锆,优选氧化铝和/或氧化锆,更优选氧化铝。
对沸石材料而言,根据本发明优选(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料的骨架基本上不含磷,其中优选(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料基本不含磷,其中更优选(i)中提供的催化剂基本不含磷。在本发明的含义内,本发明中使用的“基本上”相对于于(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料的骨架中所含的磷的量表示以元素计且基于100重量%沸石材料中的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的磷的量。此外,在本发明的含义内,本发明中使用的“基本上”相对于(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料的骨架中所含的磷的量表示以元素计且基于100重量%沸石材料中的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的磷的量。在本发明的含义内,磷基本上不含于(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料的骨架中,优选不含于(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料中的定义包括元素磷以及含磷化合物。
此外,沸石材料可以在(i)中提供的催化剂在(iii)中与(ii)中提供的气体料流接触之前进行处理,特别是为了由其骨架结构至少部分地,特别是完全地移除X2O3。然而,根据本发明,优选沸石材料不在(i)中提供的催化剂在(iii)中与(ii)中提供的气体料流接触之前进行处理。因此,特别优选具有MOR骨架结构的沸石材料在(i)中提供的催化剂在(iii)中与(ii)中提供的气体料流接触之前始终不使具有MOR骨架结构的沸石材料经受由其骨架结构移除X2O3的处理,优选地经受由沸石材料移除X2O3的处理。
如上所述,特别优选沸石材料具有MOR骨架结构。对本发明方法中使用的具有MOR骨架结构的沸石材料的制备而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想具有MOR骨架结构的沸石材料来进行本发明方法。然而,根据本发明优选具有MOR骨架结构的沸石材料通过包括以下的方法制备:
(1)制备包含至少一种YO2来源、至少一种X2O3来源并且包含一种或多种有机模板作为结构导向剂的混合物;
(2)使(i)中制备的混合物结晶以获得具有MOR骨架结构的沸石材料;
(3)任选地分离(2)中获得的沸石材料;
(4)任选地洗涤(2)或(3)中获得的沸石材料;
(5)任选地干燥和/或煅烧(2)、(3)或(4)中获得的沸石材料;
(6)任选地使(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与H+离子交换;
(7)任选地使(2)、(3)、(4)、(5)或(6)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中沸石材料中所含的非骨架离子与选自碱土金属和/或过渡金属,优选选自元素周期表第4族和第6-11族的金属,更优选选自第4族和第8-11族的金属的一种或多种金属离子M交换,其中更优选一种或多种金属离子M选自Ti、Zr、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mo、Mn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Zn及其两种或更多种的混合物,其中更优选沸石材料中所含的非骨架离子与Cu和/或Zr,优选Cu离子交换;
(8)任选地干燥和/或煅烧(7)中获得的沸石材料。
在本发明的含义内,本申请中使用的术语“有机模板”表示适用于模板介导的沸石材料的合成,优选具有MOR型骨架结构的沸石材料的合成,甚至更优选适合于UZM-14和/或丝光沸石的合成的任何可设想的有机材料。
根据本发明,优选在(1)中制备的混合物中所含的一种或多种有机模板选自含四烷基铵的化合物和含四烷基的化合物,优选选自含四烷基铵阳离子R1R2R3R4N+的化合物和含四烷基阳离子R1R2R3R4P+的化合物,其中R1、R2、R3和R4彼此独立地表示任选取代和/或任选支化的(C1-C6)烷基,优选(C1-C5)烷基,更优选(C1-C4)烷基,更优选(C1-C3)烷基,甚至更优选任选取代的甲基或乙基,其中甚至更优选R1、R2、R3和R4表示任选取代的乙基,优选未取代的乙基。
进一步优选一种或多种含四烷基铵阳离子R1R2R3R4N+的化合物和/或一种或多种含四烷基阳离子R1R2R3R4P+的化合物为盐,优选一种或多种选自卤化物,优选氯化物和/或溴化物的盐,更优选氯化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐及其两种或更多种的混合物,更优选选自氯化物、氢氧化物、硫酸盐及其两种或更多种的混合物,更优选一种或多种含四烷基铵阳离子R1R2R3R4N+的化合物和/或一种或多种含四烷基阳离子R1R2R3R4P+的化合物为氢氧化物和/或溴化物,甚至更优选溴化物。
根据本发明,优选在(1)中制备的混合物中所含的一种或多种有机模板选自N,N,N,N-四(C1-C4)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C4)烷基化合物,优选选自N,N,N,N-四(C1-C3)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C3)烷基化合物,更优选选自N,N,N,N-四(C1-C2)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C2)烷基化合物,更优选选自N,N,N,N-四(C1-C2)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C2)烷基化合物,更优选选自N,N,N,N-四乙基铵化合物、N,N,N,N-四甲基铵化合物、N,N,N,N-四乙基化合物、N,N,N,N-四甲基化合物及其两种或更多种的混合物。根据本发明,特别优选一种或多种有机模板包含一种或多种N,N,N,N-四乙基铵或N,N,N,N-四乙基化合物,优选一种或多种N,N,N,N-四乙基铵化合物。
因此,根据本发明,优选将N,N,N,N-四乙基卤化铵和N,N,N,N-四乙基卤化中的一种或多种用作模板介导的具有MOR骨架结构的沸石材料的合成方法中的有机模板。因此,特别优选使用一种或多种N,N,N,N-四乙基氯化铵、N,N,N,N-四乙基溴化铵、N,N,N,N-四乙基氯化N,N,N,N-四乙基溴化及其两种或更多种的混合物。
对用于制备具有MOR骨架结构的沸石材料的根据(1)提供的混合物中的一种或多种有机模板与YO2的有机模板:YO2摩尔比而言,不施加特别的限制,使得原则上可选择任何可设想的有机模板:YO2摩尔比来进行制备具有MOR骨架结构的沸石材料的方法。因此,例如在根据(1)提供的混合物中的一种或多种有机模板与YO2的有机模板:YO2摩尔比可以为0.005-0.14,优选0.01-0.3,更优选0.02-0.2,更优选0.025-0.14,更优选0.03-0.1,更优选0.035-0.08,更优选0.04-0.06。然而,根据本发明,特别优选根据(1)提供的混合物中的一种或多种有机模板与YO2的有机模板:YO2摩尔比为0.045-0.055。
根据本发明,替换优选在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含沸石材料。此外,优选在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含种晶。在本发明的含义中(其中在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含沸石材料,优选基本上不含种晶),这表明在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物仅可含有沸石材料,优选仅可含有基于100重量%的混合物中所含的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的晶种。所述在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物中存在的沸石材料,优选晶种(如果有的话)的量在本发明的含义内也可以表示为“杂质”或“微量”。
优选在制备本发明方法中所用的具有MOR骨架结构的沸石材料的方法的(6)中,使沸石材料经受离子交换程序的步骤包括以下步骤:(6.a)将(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与NH4+离子交换;(6.b)煅烧在(6.a)中获得的离子交换沸石材料以获得H形式的沸石材料。
对(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的煅烧而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想的温度和/或持续时间来进行制备具有MOR骨架结构的沸石材料的方法。因此,例如在(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的煅烧可以在200-850℃,优选250-800℃,更优选300-750℃,更优选350-700℃,更优选400-650℃,更优选450-620℃,更优选500-600℃,更优选520-580℃的温度下进行。然而,根据本发明,特别优选在(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的煅烧在540-560℃的温度下进行。
此外,例如在(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的沸石材料的煅烧可以以间歇方式、半连续方式或连续方式进行。(6.b)中的煅烧通过将沸石材料加热至根据本申请所定义的任何特定和实施的实施方案的温度并将其在该温度下保持0.5-36小时,优选1-32小时,更优选2-28小时,更优选4-24小时,更优选6-20小时,更优选8-18小时,更优选10-14小时的持续时间。然而,根据本发明,特别优选(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的沸石材料的煅烧通过将沸石材料加热至给定温度并在该温度下保持11.5-12.5小时的持续时间而进行。此外,根据本发明,特别优选(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的煅烧在540-560℃的温度下进行11.5-12.5小时的持续时间。当以半连续或连续方式进行时,煅烧的持续时间对应于沸石材料在以半连续方式或连续方式操作的给定煅烧炉中的停留时间。
在该方法大规模进行的情况下,煅烧优选以半连续方式或连续方式进行,更优选以连续方式进行。甚至更优选地,(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的沸石材料的煅烧以连续方式以0.2-50.0kg沸石材料/小时,优选0.5-2.0kg沸石材料/小时的速率进行。可用于该优选的连续煅烧的可设想设备包括例如带式煅烧炉和/或旋转煅烧炉,其中优选使用旋转煅烧炉。
然而,根据本发明,特别优选如果使在(7)中获得的与一种或多种金属离子M离子交换的沸石材料经受热处理如干燥和/或煅烧,则所述处理不涉及540℃或更高的温度,优选不涉及520℃或更高,更优选500℃或更高,更优选450℃或更高,更优选400℃或更高,更优选350℃或更高,更优选300℃或更高,更优选250℃或更高,更优选200℃的温度。根据本发明,特别优选不使在(7)中获得的与一种或多种金属离子M离子交换的沸石材料经受150℃或更高的温度。因此,根据所述特别优选的实施方案,不使在(7)中获得的与一种或多种金属离子M离子交换的沸石材料经受如本申请的任何具体和优选的实施方案所定义的根据(8)的煅烧。
根据本发明,优选在(7)中,对沸石材料进行离子交换,以获得以一种或多种元素M计算且基于100重量%的沸石材料中所含的YO2为0.5-15重量%,优选1-12重量%,更优选1.3-9重量%,更优选1.5-7重量%,更优选1.8-5重量%,更优选2-4.5重量%,更优选2.3-4重量%,更优选2.5-3.7重量%,更优选2.6-3.5重量%,更优选2.7-3.3重量%的沸石材料中的一种或多种金属离子M的负载量。根据本发明,特别优选在(7)中,对沸石材料进行离子交换,以获得2.9-3.1重量%的沸石材料中的一种或多种金属离子M的负载量。
对用于制备具有MOR骨架结构的沸石材料的元素Y而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想的四价元素来进行制备具有MOR骨架结构的沸石材料的方法。因此,优选Y选自Si、Sn、Ti、Zr、Ge及其两种或更多种的组合。然而,根据本发明,特别优选Y为Si。
根据本发明,优选至少一种YO2来源包含一种或多种选自二氧化硅、硅酸盐及其混合物的化合物,优选选自热解法二氧化硅、二氧化硅水溶胶、反应性无定型固体二氧化硅、硅胶、硅酸、水玻璃、偏硅酸钠水合物、倍半硅酸盐、二硅酸盐、胶态二氧化硅、硅酸酯、四烷氧基硅烷及其两种或更多种的混合物的化合物,更优选选自热解法二氧化硅、二氧化硅水溶胶、硅胶、硅酸、水玻璃、胶态二氧化硅、硅酸酯、四烷氧基硅烷及其两种或更多种的混合物的化合物,更优选选自热解法二氧化硅、二氧化硅水溶胶、硅胶、胶态二氧化硅及其两种或更多种的混合物的化合物,更优选选自热解法二氧化硅、硅胶、胶态二氧化硅及两种或更多种的混合物的化合物,更优选至少一种YO2来源选自热解法二氧化硅、胶态二氧化硅及其混合物。根据本发明,特别优选将热解法二氧化硅用作YO2来源。
对用于制备具有MOR骨架结构的沸石材料的元素X而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想的三价元素来进行制备具有MOR骨架结构的沸石材料的方法。因此,例如X可以选自Al、B、In、Ga及其两种或更多种的组合。然而,根据本发明,特别优选X为Al。
根据本发明,优选至少一种X2O3来源包含一种或多种铝盐,优选碱金属的铝酸盐,其中碱金属优选选自Li、Na、K、Rb和Cs,其中更优选碱金属为Na和/或K,并且其中甚至更优选碱金属为Na。
对在(1)中制备的混合物的YO2:X2O3摩尔比而言,不施加特别的限制,使得原则上可以选择任何可设想的YO2:X2O3摩尔比来进行制备本发明方法中所用的具有MOR骨架结构的沸石材料的方法。因此,例如在(1)中制备的混合物的YO2:X2O3摩尔比可以为2-50,优选4-40,更优选6-35,更优选10-30,更优选13-25,更优选15-23,更优选17-22。根据本发明,特别优选在(1)中制备的混合物的YO2:X2O3摩尔比为19-21。
根据本发明,优选在(1)中制备的混合物还包含含有一种或多种溶剂的溶剂体系,其中该溶剂体系优选包含一种或多种选自极性质子溶剂及其混合物,优选选自正丁醇、异丙醇、丙醇、乙醇、甲醇、水及其混合物,更优选选自乙醇、甲醇、水及其混合物的溶剂,其中更优选溶剂体系包含水。根据本发明,特别优选使用水,优选去离子水作为溶剂体系。
根据本发明,进一步优选当在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板时,并且当在(1)中制备的混合物包含水作为溶剂体系时,在(1)中制备的混合物的H2O:YO2摩尔比为5-100,优选10-80,更优选20-70,更优选25-65,更优选30-60,更优选35-55,更优选37-50,更优选39-47。特别优选当在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板时,并且当在(1)中制备的混合物包含水作为溶剂体系时,(1)中制备的混合物的H2O∶YO2摩尔比为40-45。
根据本发明,优选在(1)中制备的混合物还包含一种或多种碱金属(AM),优选一种或多种碱金属选自Li、Na、K、Cs及其混合物,更优选在(1)中制备的混合物还包含Na和/或K,优选Na作为碱金属AM。
当在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板时,对在(1)中制备的混合物中的碱金属与YO2的AM:YO2摩尔比而言,没有特别的限制,使得对于本发明方法中所用的制备具有MOR骨架结构的沸石材料的方法,可以选择任何可设想的AM:YO2的摩尔比。因此,例如当在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板时,在(1)中制备的混合物中的碱金属与YO2的AM:YO2摩尔比可以为0.01-3,优选0.05-2.5,更优选0.1-2,更优选0.2-1.5,更优选0.3-1.2,更优选0.35-1,更优选0.4-0.9,更优选0.45-0.8,更优选0.5-0.7。然而,根据本发明,特别优选当在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板时,在(1)中制备的混合物中的碱金属与YO2的AM:YO2摩尔比为0.55-0.65。
对(2)中的结晶而言,不施加特别的限制,使得对于制备具有MOR骨架结构的沸石材料的方法,原则上可以选择任何可设想的结晶条件。
因此,例如(2)中的结晶可涉及加热(1)中制备的混合物,优选加热至75-220℃,更优选90-210℃,更优选110-205℃,更优选130-200℃,更优选140-195℃,更优选150-190℃,更优选155-185℃,更优选160-180℃的温度。然而,根据本发明,特别优选步骤(2)中的结晶涉及将(1)中制备的混合物加热至165-175℃的温度。
此外,例如(2)中的结晶可以在自生压力下,优选在溶剂热条件下进行。然而,根据本发明,特别优选(2)中的结晶在水热条件下进行。
根据本发明,优选当在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板时,(2)中的结晶涉及将在(1)中制备的混合物加热50-115h,更优选60-95h,更优选65-85h,更优选70-80h,更优选70-78h,更优选75-77h。
根据本发明,优选在(2)中结晶的具有MOR骨架结构的沸石材料为丝光沸石。
根据本发明,优选在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含磷。
在本发明的含义内,本发明中使用的“基本上”相对于在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物中所含的磷的量表示以元素计且基于100重量%混合物中的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的磷的量。在本发明的含义内,在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物中基本上不含磷的定义包括元素磷以及含磷化合物。
根据本发明,优选在(2)中获得的沸石材料的骨架基本上不含磷,更优选在(2)中获得的沸石材料基本上不含磷。
在本发明的含义内,本发明中使用的“基本上”相对于在(2)中获得的沸石材料的骨架中所含的磷的量表示以元素计且基于100重量%沸石材料中的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的磷的量。此外,在本发明的含义内,本发明中使用的“基本上”相对于在(2)中获得的沸石材料中所含的磷的量表示以元素计且基于100重量%沸石材料中的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,甚至更优选0.0001重量%或更少的磷的量。在本发明的含义内,在(2)中获得的沸石材料的骨架中,优选在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物中基本上不含磷的定义包括元素磷以及含磷化合物。
因此,根据本发明,特别优选具有MOR骨架结构的沸石材料通过包括以下步骤的方法制备:
(1)制备包含至少一种YO2来源(其中Y优选为Si)、至少一种X2O3来源(其中X优选为Al)并且包含一种或多种N,N,N,N-四乙基氯化铵、N,N,N,N-四乙基溴化铵、N,N,N,N-四乙基氯化N,N,N,N-四乙基溴化及其两种或更多种的混合物作为结构导向剂的混合物;
(2)使(i)中制备的混合物结晶以获得具有MOR骨架结构的沸石材料,其中结晶优选包括将(1)中制备的混合物加热至75-220℃的温度,其中优选结晶在水热条件下进行,其中结晶优选涉及将在(1)中制备的混合物加热50-115h;
(3)任选地分离(2)中获得的沸石材料;
(4)任选地洗涤(2)或(3)中获得的沸石材料;
(5)任选地干燥和/或煅烧(2)、(3)或(4)中获得的沸石材料;
(6)任选地使(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与H+离子交换;
(7)任选地使(2)、(3)、(4)、(5)或(6)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中沸石材料中所含的非骨架离子与选自碱土金属和/或过渡金属,优选选自元素周期表第4族和第6-11族的金属,更优选选自第4族和第8-11族的金属的一种或多种金属离子M离子交换,其中更优选一种或多种金属离子M选自Ti、Zr、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mo、Mn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Zn及其两种或更多种的混合物,其中更优选沸石材料中所含的非骨架离子与Cu和/或Zr,优选Cu离子交换;
(8)任选地干燥和/或煅烧(7)中获得的沸石材料。
根据本发明,对(7)中获得的沸石材料的任何处理,特别是通过加热的处理没有限制。然而,优选不使在(7)中获得的沸石材料经受540℃或更高,更优选520℃或更高,更优选500℃或更高,更优选450℃或更高,更优选400℃或更高,更优选350℃或更高,更优选300℃或更高,更优选250℃或更高,更优选200℃,更优选150℃或更高的温度。
根据本发明,对于可在本发明方法中使用的催化剂中提供具有MOR骨架结构的沸石材料的形式没有特别的限制。因此,沸石材料可以原样使用,或者可以与其他组分一起使用。因此,根据本发明方法,优选沸石材料以模制品形式包含在本发明方法中使用的催化剂中。因此,根据本发明,优选根据本申请中描述的任何特定的优选实施方案的制备沸石材料的优选方法还包括:
(9)使(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)或(8)中获得的沸石材料与一种或多种粘合剂混合;
(10)捏合在(9)中获得的混合物;
(11)模制在(10)中获得的捏合混合物以获得一种或多种模制品;和
(12)干燥和/或煅烧在(11)中获得的一种或多种模制品。
对可与在(7)或(8)中获得的沸石材料混合的一种或多种粘合剂而言,不施加特别的限制,使得原则上可以使用任何合适的粘合剂。因此,例如一种或多种粘合剂可以选自无机粘合剂,其中根据本发明,优选一种或多种粘合剂包含一种或多种金属氧化物和/或准金属氧化物的来源或一种或多种石墨来源,其中一种或多种金属氧化物和/或准金属氧化物的来源优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化镁及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-二氧化钛混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、二氧化硅-氧化镧混合氧化物、二氧化硅-氧化锆-氧化镧混合氧化物、氧化铝-二氧化钛混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化镧混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物、二氧化钛-氧化锆混合氧化物及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,更优选选自氧化铝、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,其中更优选一种或多种粘合剂包含一种或多种二氧化硅、氧化铝、氧化锆和/或石墨的来源,一种或多种粘合剂优选包含一种或多种氧化铝和/或氧化锆的来源,优选氧化铝的来源,其中更优选粘合剂由一种或多种氧化铝和/或氧化锆的来源组成,优选由一种或多种氧化铝的来源组成,其中更优选粘合剂包含氧化铝和/或氧化锆,优选氧化铝,其中更优选粘合剂由氧化铝和/或氧化锆组成,优选由氧化铝组成。
根据本发明,优选将(iii)中获得的气体料流中所含的氧化乙烯和/或2-氨基乙醇由所述气体料流中分离并再循环至(ii)。
本发明通过以下实施方案和如所示的从属关系和回引获得的各实施方案的组合来进一步说明。特别地,应注意在提及一系列实施方案的每种情况中,例如就术语如“实施方案1-4中任一个的方法”而言,意指对本领域技术人员而言,明确公开该范围中的每一个实施方案,即本领域技术人员应理解该术语的措辞与“实施方案1、2、3和4中任一个的方法”同义。
1.一种将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或其中n≥1的式H2N-[CH2CH2NH]n-CH2CH2NH2的线性聚乙烯亚胺的方法,包括:
(i)提供包含沸石材料的催化剂,所述沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为四价元素且X为三价元素;
(ii)提供包含氧化乙烯和氨的气体料流;
(iii)使(i)中提供的催化剂与(ii)中提供的气体料流接触以将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或线性聚乙烯亚胺。
其中n优选为1-8,更优选1-5,更优选1-4,更优选1-3,更优选1-2,其中更优选n=1。
2.实施方案1的方法,其中在(i)中,所述沸石材料选自具有MOR、MFI、MEL、FAU、CHA和/或GME骨架结构(包括其两种或更多种的组合)的沸石材料,其中优选沸石材料包含一种或多种具有MOR和/或MFI骨架结构的沸石,其中更优选沸石材料包含一种或多种具有MOR骨架结构的沸石,其中更优选沸石材料具有MOR和/或MFI骨架结构,其中更优选沸石材料具有MOR骨架结构。
3.实施方案1或2的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有量为0.05-10体积%,优选0.1-5体积%,更优选0.3-2.5体积%,更优选0.5-2体积%,更优选0.6-1.7体积%,更优选0.7-1.5体积%,更优选0.8-1.3体积%,更优选0.9-1.1体积%的氧化乙烯。
4.实施方案1-3中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有量为5-90体积%,优选10-80体积%,更优选20-70体积%,更优选25-60体积%,更优选30-50体积%,更优选35-45体积%,更优选37-43体积%,更优选39-41体积%的氨。
5.实施方案1-4中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流中的氨:氧化乙烯的摩尔比为5-70,优选10-60,更优选20-55,更优选25-50,更优选30-48,更优选35-45,更优选38-42。
6.实施方案1-5中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流还含有0.1-70体积%,优选0.5-50体积%,更优选1-40体积%,更优选5-35体积%,更优选10-30体积%,更优选15-25体积%,更优选17-23体积%,更优选19-21体积%的氢气。
7.实施方案1-6中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有1体积%或更少,优选0.5体积%或更少,更优选0.1体积%或更少,更优选0.05体积%或更少,更优选0.001体积%或更少,更优选0.0005体积%或更少,更优选0.0001体积%更少的氢气。
8.实施方案1-7中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流还含有量为5-90体积%,优选10-80体积%,更优选20-70体积%,更优选25-60体积%,更优选30-50体积%,更优选35-45体积%,更优选37-43体积%,更优选39-41体积%的惰性气体。
9.实施方案8的方法,其中所述惰性气体包含一种或多种选自稀有气体、N2及其两种或更多种的混合物,优选选自He、Ne、Ar、N2及其两种或更多种的混合物的气体,其中更优选惰性气体包含Ar和/或N2,优选N2,并且其中更优选惰性气体为Ar和/或N2,优选N2
10.实施方案1-9中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有量为5体积%或更少,优选3体积%或更少,更优选1体积%或更少,更优选0.5体积%或更少,更优选0.1体积%或更少,更优选0.05体积%或更少,更优选0.01体积%或更少,更优选0.005体积%或更少,更优选0.001体积%或更少,更优选0.0005体积%或更少,更优选0.0001体积%或更少的H2O。
11.实施方案1-10中任一项的方法,其中在(iii)中与催化剂在该温度下接触之前,将(ii)中提供的气体料流加热至250-600℃,优选260-550℃,更优选260-500℃,更优选270-450℃,更优选270-400℃,更优选280-370℃,更优选280-350℃,更优选290-320℃,更优选290-310℃的温度。
12.实施方案1-11中任一项的方法,其中在(iii)中催化剂与气体料流的接触在0.05-20MPa,优选0.1-10MPa,更优选0.3-5MPa,更优选0.5-3MPa,更优选0.6-2MPa,更优选0.7-1.5MPa,更优选0.8-1.3MPa,更优选0.9-1.1MPa的压力下进行。
13.实施方案1-12中任一项的方法,其中在(iii)中催化剂与气体料流的接触在100-30,000h-1,优选500-20,000h-1,更优选1,000-15,000h-1,更优选2,000-10,000h-1,更优选3,000-8,000h-1,更优选4,000-6,000h-1,更优选4,500-5,500h-1,更优选4,800-5,200h-1的气体时空速(GHSV)下进行。
14.实施方案1-13中任一项的方法,其中所述沸石材料显示4-100,优选5-70,更优选6-50,更优选8-30,更优选10-20,更优选12-17,更优选13-15,更优选13.5-14.5的YO2:X2O3摩尔比。
15.实施方案1-14中任一项的方法,其中Y选自Si、Sn、Ti、Zr、Ge及其两种或更多种的混合物,其中Y优选为Si。
16.实施方案1-15中任一项的方法,其中X选自Al、B、In、Ga及其两种或更多种的混合物,其中X优选为Al和/或B,更优选Al。
17.实施方案1-16中任一项的方法,其中所述沸石材料呈H形式并且包含质子作为非骨架离子,其中以元素计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为0.1重量%或更少,优选0.05重量%或更少,更优选0.001重量%或更少,更优选0.0005重量%或更少,更优选0.0001重量%或更少的非骨架离子为金属阳离子。
18.实施方案1-17中任一项的方法,其中所述沸石材料包含一种或多种金属离子M作为非骨架离子,其中所述一种或多种金属离子M选自碱土金属和/或过渡金属,更优选选自元素周期表第4族和第6-11族的金属,优选选自第4族和第8-11族的金属,其中更优选一种或多种金属离子M选自Mg、Ti、Zr、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mo、Mn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au、Sn、Zn、Ca及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Zn及两种或更多种的混合物,其中更优选沸石材料含有Cu和/或Zr,优选Cu作为非骨架离子。
19.实施方案18的方法,其中所述沸石材料含有以元素计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为0.5-15重量%,优选1-12重量%,更优选1.3-9重量%,更优选1.5-7重量%,更优选1.8-5重量%,更优选2-4.5重量%,更优选2.3-4重量%,更优选2.5-3.7重量%,更优选2.6-3.5重量%,更优选2.7-3.3重量%,更优选2.9-3.1重量%的M作为非骨架离子。
20.实施方案18或19的方法,其中所述沸石材料的M:X2O3摩尔比为0.05-2.5,优选0.1-2,更优选0.2-1.8,更优选0.3-1.5,更优选0.5-1.2,更优选0.7-1,更优选0.75-0.95,更优选0.8-0.9。
21.实施方案1-20中任一项的方法,其中所述沸石材料基本上不含Na,优选基本上不含Na或K,更优选基本上不含碱金属,更优选基本上不含碱金属或碱土金属。
22.实施方案1-21中任一项所述的方法,其中沿着晶粒的002轴的具有MOR骨架结构的沸石材料的平均粒度通过粉末X-射线衍射测定为5±1nm至150±30nm,其中沿着晶粒的002轴的沸石材料的粒度优选为10±1nm至100±15nm,更优选在15±2nm至80±12nm,更优选20±2nm至70±11nm,更优选25±3nm至65±10nm,更优选30±3nm至60±9nm,更优选35±4nm至55±5nm,更优选40±4nm至50±5nm,更优选44±4nm至48±5nm,更优选45±5nm至47±5nm。
23.实施方案1-22中任一项的方法,其中通过粉末X射线衍射测定的具有MOR骨架结构的沸石材料的初级晶粒的平均粒度为5±1nm至100±15nm,其中优选初级晶粒的平均粒度为10±1nm至90±14nm,更优选20±2nm至85±13nm,更优选30±3nm至80nm±12nm,更优选35±4nm至75±11nm,更优选40±4nm至70±11nm,更优选45±5nm至65±10nm,更优选50±5nm至65±10nm,更优选55±8nm至65±10nm。
24.实施方案1-23中任一项的方法,其中(i)中提供的催化剂包括具有MOR骨架结构的沸石材料,其中具有MOR骨架结构的沸石材料优选包括一种或多种选自丝光沸石、UZM-14、[Ga-Si-O]-MOR、Ca-Q、LZ-211、莫里铅沸石、Na-D、RMA-1及其两种或更多种的混合物的沸石,其中优选沸石材料为UZM-14和/或丝光沸石,优选丝光沸石。
25.实施方案1-24中任一项的方法,其中(i)中提供的催化剂包括具有MFI骨架结构的沸石材料,其中具有MFI骨架结构的沸石材料优选包括一种或多种选自Silicalite、ZSM-5、[Fe-Si-O]-MFI、单斜晶H-ZSM-5、[Ga-Si-O]-MFI、[As-Si-O]-MFI、AMS-1B、AZ-1、Bor-C、Encilite、Boralite C、FZ-1、LZ-105、Mutinaite、NU-4、NU-5、TS-1、TSZ、TSZ-III、TZ-01、USC-4、USI-108、ZBH、ZKQ-1B、ZMQ-TB、不含有机物的ZSM-5及其两种或更多种的混合物的沸石,更优选选自ZSM-5、AMS-1B、AZ-1、FZ-1、LZ-105、NU-4、NU-5、TSZ、TSZ-III、TZ-01、USC-4、USI-108、ZBH、ZKQ-1B、ZMQ-TB及其两种或更多种的混合物的沸石,其中更优选沸石材料是ZSM-5。
26.实施方案1-25中任一项的方法,其中(i)中提供的催化剂除所述沸石材料之外还包含一种或多种金属氧化物和/或一种或多种准金属氧化物,其中所述一种或多种金属氧化物和/或一种或多种准金属氧化物优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化镁及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-二氧化钛混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、二氧化硅-氧化镧混合氧化物、二氧化硅-氧化锆-氧化镧混合氧化物、氧化铝-二氧化钛混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化镧混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物、二氧化钛-氧化锆混合氧化物及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,更优选选自氧化铝、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,其中更优选(i)中提供的催化剂除沸石材料外还包含二氧化硅、氧化铝和/或氧化锆,优选氧化铝和/或氧化锆,更优选氧化铝。
27.实施方案1-26中任一项的方法,其中在(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料的骨架基本上不含磷,其中优选在(i)中提供的催化剂中所含的沸石材料基本上不含磷,其中更优选(i)中提供的催化剂基本上不含磷。
28.实施方案1-27中任一项的方法,其中在(iii)中使(i)中提供的催化剂与(ii)中提供的气体料流接触之前,始终不使具有MOR骨架结构的沸石材料经受处理以由其骨架结构移除X2O3,并且优选经受处理以由沸石材料移除X2O3
29.实施方案1-28中任一项的方法,其中具有MOR骨架结构的沸石材料通过包括以下的方法制备:
(1)制备包含至少一种YO2来源、至少一种X2O3来源并且包含一种或多种有机模板作为结构导向剂的混合物;
(2)使(i)中制备的混合物结晶以获得具有MOR骨架结构的沸石材料;
(3)任选地分离(2)中获得的沸石材料;
(4)任选地洗涤(2)或(3)中获得的沸石材料;
(5)任选地干燥和/或煅烧(2)、(3)或(4)中获得的沸石材料;
(6)任选地使(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与H+离子交换;
(7)任选地使(2)、(3)、(4)、(5)或(6)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中沸石材料中所含的非骨架离子与选自碱土金属和/或过渡金属,优选选自元素周期表第4族和第6-11族的金属,更优选选自第4族和第8-11族的金属的一种或多种金属离子M离子交换,其中更优选一种或多种金属离子M选自Ti、Zr、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mo、Mn、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Sn、Zn、Ca、Mg及其两种或更多种的混合物,更优选选自Zr、Cu、Zn及其两种或更多种的混合物,其中更优选沸石材料中所含的非骨架离子与Cu和/或Zr,优选Cu离子交换;
(8)任选地干燥和/或煅烧(7)中获得的沸石材料。
30.实施方案29的方法,其中在(1)中制备的混合物中所含的一种或多种有机模板选自含四烷基铵的化合物和含四烷基的化合物,优选选自含四烷基铵阳离子R1R2R3R4N+的化合物和含四烷基阳离子R1R2R3R4P+的化合物,其中R1、R2、R3和R4彼此独立地表示任选取代和/或任选支化的(C1-C6)烷基,优选(C1-C5)烷基,更优选(C1-C4)烷基,更优选(C1-C3)烷基,甚至更优选任选取代的甲基或乙基,其中甚至更优选R1、R2、R3和R4表示任选取代的乙基,优选未取代的乙基。
31.实施方案30的方法,其中一种或多种含四烷基铵阳离子R1R2R3R4N+的化合物和/或一种或多种含四烷基阳离子R1R2R3R4P+的化合物为盐,优选一种或多种选自卤化物,优选氯化物和/或溴化物的盐,更优选氯化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐及其两种或更多种的混合物,更优选选自氯化物、氢氧化物、硫酸盐及其两种或更多种的混合物的盐,其中更优选一种或多种含四烷基铵阳离子R1R2R3R4N+的化合物和/或一种或多种含四烷基阳离子R1R2R3R4P+的化合物为氢氧化物和/或溴化物,甚至更优选溴化物。
32.实施方案29-31中任一项的方法,其中在(1)中制备的混合物中包含的一种或多种有机模板选自N,N,N,N-四(C1-C4)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C4)烷基化合物,优选选自N,N,N,N-四(C1-C3)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C3)烷基化合物,更优选选自N,N,N,N-四(C1-C2)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C2)烷基化合物,更优选选自N,N,N,N-四(C1-C2)烷基铵和N,N,N,N-四(C1-C2)烷基化合物,更优选选自N,N,N,N-四乙基铵化合物、N,N,N,N-四甲基铵化合物、N,N,N,N-四乙基化合物、N,N,N,N-四甲基化合物及其两种或更多种的混合物,其中甚至更优选一种或多种有机模板包含一种或多种N,N,N,N-四乙基铵或N,N,N,N-四乙基化合物,优选一种或多种N,N,N,N-四乙基铵化合物。
33.实施方案29-32中任一项的方法,其中在根据(1)提供的混合物中,一种或多种有机模板与YO2的有机模板:YO2的摩尔比为0.005-0.14,优选0.01-0.3,更优选0.02-0.2,更优选0.025-0.14,更优选0.03-0.1,更优选0.035-0.08,更优选0.04-0.06,更优选0.045-0.055。
34.实施方案29-33中任一项的方法,其中在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含沸石材料,其中优选在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含晶种。
35.实施方案29-34中任一项的方法,其中在(6)中,使所述沸石材料经受离子交换程序的步骤包括以下步骤:
(6.a)将(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与NH4+离子交换;
(6.b)煅烧在(6.a)中获得的经离子交换的沸石材料以获得H形式的沸石材料。
36.实施方案35的方法,其中(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的煅烧在200-850℃,优选250-800℃,更优选300-750℃,更优选350-700℃,更优选400-650℃,更优选450-620℃,更优选500-600℃,更优选520-580℃,更优选540-560℃的温度下进行。
37.实施方案35或36的方法,其中(5)、(6.b)、(8)和/或(12)中的沸石材料的煅烧通过将沸石材料煅烧0.5-36h,优选1-32h,更优选2-28h,更优选4-24h,更优选6-20h,更优选8-18h,更优选10-14h,更优选11.5-12.5h的持续时间来进行。
38.实施方案29-37中任一项的方法,其中在(7)中,对沸石材料进行离子交换,以使负载量以一种或多种元素M计且基于100重量%沸石材料中所含的YO2为0.5-15重量%,优选1-12重量%,更优选1.3-9重量%,更优选10.5-7重量%,更优选1.8-5重量%,更优选2-4.5重量%,更优选2.3-4重量%,更优选2.5-3.7重量%,更优选2.6-3.5重量%,更优选2.7-3.3重量%,更优选2.9-3.1重量%的沸石材料中的一种或多种金属离子M。
39.实施方案29-38中任一项的方法,其中Y选自Si、Sn、Ti、Zr、Ge及其两种或更多种的组合,其中Y优选为Si。
40.实施方案29-39中任一项的方法,其中所述至少一种YO2来源包含一种或多种选自二氧化硅、硅酸盐及其混合物的化合物,优选选自热解法二氧化硅、二氧化硅水溶胶、反应性无定型固体二氧化硅、硅胶、硅酸、水玻璃、偏硅酸钠水合物、倍半硅酸盐、二硅酸盐、胶态二氧化硅、硅酸酯、四烷氧基硅烷及其两种或更多种的混合物的化合物,更优选选自热解法二氧化硅、二氧化硅水溶胶、硅胶、硅酸、水玻璃、胶态二氧化硅、硅酸酯、四烷氧基硅烷及其两种或更多种的混合物的化合物,更优选选自热解法二氧化硅、二氧化硅水溶胶、硅胶、胶态二氧化硅及其两种或更多种的混合物的化合物,更优选选自热解法二氧化硅、硅胶、胶态二氧化硅及其两种或更多种的混合物的化合物,其中更优选至少一种YO2来源选自热解法二氧化硅、胶态二氧化硅及其混合物,其中更优选将热解法二氧化硅用作YO2来源。
41.实施方案29-40中任一项的方法,其中X选自Al、B、In、Ga及其两种或更多种的组合,其中X优选为Al。
42.实施方案29-41中任一项的方法,其中所述至少一种X2O3来源包含一种或多种铝盐,优选碱金属的铝酸盐,其中所述碱金属优选选自Li、Na、K、Rb和Cs,其中更优选碱金属为Na和/或K,并且其中甚至更优选碱金属为Na。
43.实施方案29-42中任一项的方法,其中在(1)中制备的混合物的YO2:X2O3摩尔比为2-50,优选4-40,更优选6-35,更优选10-30,更优选13-25,更优选15-23,更优选17-22,更优选19-21。
44.实施方案29-43中任一项的方法,其中在(1)中制备的混合物还包含含有一种或多种溶剂的溶剂体系,其中所述溶剂体系优选包含一种或多种选自极性质子溶剂及其混合物,优选选自正丁醇、异丙醇、丙醇、乙醇、甲醇、水及其混合物,更优选选自乙醇、甲醇、水及其混合物的溶剂,其中更优选溶剂体系包含水,且其中更优选水用作溶剂体系,优选去离子水。
45.实施方案44的方法,其中在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板,并且其中在(1)中制备的混合物包含水作为溶剂体系,其中在(1)中制备的混合物的H2O:YO2摩尔比优选为5-100,优选10-80,更优选20-70,更优选25-65,更优选30-60,更优选35-55,更优选37-50,更优选39-47,更优选40-45。
46.实施方案29-45中任一项的方法,其中在(1)中制备的混合物还包含一种或多种碱金属(AM),优选一种或多种选自Li、Na、K、Cs及其混合物的碱金属,其中更优选在(1)中制备的混合物还包含Na和/或K,更优选Na作为碱金属AM。
47.实施方案46的方法,其中在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板,并且其中在(1)中制备的混合物中的碱金属与YO2的AM:YO2摩尔比为0.01-3,优选0.05-2.5,更优选0.1-2,更优选0.2-1.5,更优选0.3-1.2,更优选0.35-1,更优选0.4-0.9,更优选0.45-0.8,更优选0.5-0.7,更优选0.55-0.65。
48.实施方案29-47中任一项的方法,其中(2)中的结晶涉及加热在(1)中制备的混合物,优选加热至75-220℃,更优选90-210℃,更优选110-205℃,更优选130-200℃,更优选140-195℃,更优选150-190℃,更优选155-185℃,更优选160-180℃,更优选165-175℃的温度。
49.实施方案29-48中任一项的方法,其中(2)中的结晶在自生压力下,优选在溶剂热条件下,更优选在水热条件下进行。
50.实施方案29-49中任一项的方法,其中在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物包含一种或多种有机模板,并且其中(2)中的结晶涉及将(1)中制备的混合物加热50-115小时,更优选60-95小时,更优选65-85小时,更优选70-80小时,更优选70-78小时,更优选75-77小时。
51.实施方案29-50中任一项的方法,其中在(2)中结晶的具有MOR骨架结构的沸石材料为丝光沸石。
52.实施方案29-51中任一项的方法,其中在(1)中制备并在(2)中结晶的混合物基本上不含磷。
53.实施方案29-52中任一项的方法,其中在(2)中获得的沸石材料的骨架基本上不含磷,其中优选在(2)中获得的沸石材料基本上不含磷。
54.实施方案29-53中任一项的方法,其中不使在(7)中获得的沸石材料经受540℃或更高,更优选520℃或更高,更优选500℃或更高,更优选450℃或更高,更优选400℃或更高,更优选350℃或更高,更优选300℃或更高,更优选250℃或更高,更优选200℃,更优选150℃或更高的温度。
55.实施方案29-54中任一项的方法,该方法进一步包括:
(9)使(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)或(8)中获得的沸石材料与一种或多种粘合剂混合;
(10)捏合在(9)中获得的混合物;
(11)模制在(10)中获得的捏合混合物以获得一种或多种模制品;和
(12)干燥和/或煅烧在(11)中获得的一种或多种模制品。
56.实施方案55的方法,其中一种或多种粘合剂选自无机粘合剂,其中一种或多种粘合剂优选包含一种或多种金属氧化物和/或准金属氧化物的来源或一种或多种石墨来源,其中一种或多种金属氧化物和/或准金属氧化物的来源优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化镁及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-二氧化钛混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、二氧化硅-氧化镧混合氧化物、二氧化硅-氧化锆-氧化镧混合氧化物、氧化铝-二氧化钛混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化镧混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物、二氧化钛-氧化锆混合氧化物及其两种或更多种的混合物和/或混合氧化物,更优选选自二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝混合氧化物、二氧化硅-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,更优选选自氧化铝、氧化铝-氧化锆混合氧化物、氧化铝-氧化锆-氧化镧混合氧化物及其两种或更多种的混合物,其中更优选一种或多种粘合剂包含一种或多种二氧化硅、氧化铝、氧化锆和/或石墨的来源,一种或多种粘合剂优选包含一种或多种氧化铝和/或氧化锆的来源,优选氧化铝的来源,其中更优选粘合剂由一种或多种氧化铝和/或氧化锆来源组成,优选由一种或多种氧化铝的来源组成,其中更优选粘合剂包括氧化铝和/或氧化锆,优选氧化铝,其中更优选粘合剂由氧化铝和/或氧化锆组成,优选由氧化铝组成。
57.实施方案1-56中任一项的方法,其中将(iii)中获得的气体料流中所含的氧化乙烯和/或2-氨基乙醇与所述气体料流分离并再循环至(ii)。
实施例
样品的晶粒尺寸使用X射线衍射通过使用软件TOPAS 4.2拟合衍射峰宽测定。在使用如TOPAS 4.2用户手册(Bruker AXS GmbH,Rheinbrückenstr.49,76187Karlsruhe,德国)所述的基础参数方法的峰拟合期间考虑仪器增宽。这导致仪器由样品增宽中分离出来。样品贡献度使用如下式所定义的单洛伦兹分布函数测定:
β=λ/(L·cosθ)
其中β为洛伦兹半宽度(FWHM),λ为所用CuKα辐射的X射线波长,L为晶粒尺寸,且θ为峰位置的散射角的一半。
具有MOR骨架类型的样品中的002反射的晶粒尺寸通过由21°至24.2°(2θ)围绕002反射的局部数据精化而测定。具有不同晶粒尺寸的单峰模拟周围的反射。
数据使用0.02°(2θ)的步长以2-70°(2θ)的Bragg-Brentano几何收集。
实施例1:铜丝光沸石的合成
在5升塑料烧杯中,将120g热解法二氧化硅(CAB-O-SIL M5,Sigma-Aldrich)悬浮于900g去离子水中。向该悬浮液中加入52.04g四乙溴化铵(TEABr,Aldrich)在161.7g去离子水中的混合物。将所得混合物在200rpm的搅拌速度下搅拌1h。然后,加入36.5g氢氧化钠薄片(NaOH,Sigma-Aldrich)在161.7g去离子水中的混合物。然后将所得混合物在300rpm的搅拌速度下搅拌1.5小时。随后,加入188.6g去离子水,然后加入15.66g铝酸钠(NaAlO2,Sigma-Aldrich)在188.6g去离子水中的混合物。然后将所得混合物在200rpm的搅拌速度下搅拌1小时。测得混合物的pH值为12.2。形成凝胶,将其陈化过夜。
然后使显示出摩尔组成为0.28Na2O:0.048Al2O3:SiO2:44.5H2O:0.13TEABr的合成凝胶在压力密闭容器中在170℃下在以250rpm的搅拌速度的搅拌下结晶72小时。然后,将所得产物以固体形式滤出并用去离子水洗涤,直到洗涤水的电导率达到小于150μs的值。然后将固体在90℃的空气中干燥12小时。随后,将固体在空气中以每分钟3.5℃的加热速率加热至90℃,然后在该温度下放置2h。然后将固体以每分钟1.5℃的加热速率加热至120℃,然后在该温度下放置2h。然后将固体以4.5℃/min的加热速率加热至550℃,并在所述温度下放置12h。产率为82g。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,4.9g铝,3.2g钠和37g硅。
测得BET表面积为404m2/g。测得产物的结晶度为90%。
由所得产物的X射线衍射图可以看出,所获得的沸石材料显示出MOR骨架结构为单晶相,其中测得由X射线衍射数据计算出的平均晶体尺寸为59nm,且测得沿晶粒的002轴的平均晶体尺寸为46nm。
在2升搅拌装置中,将70g硝酸铵作为水溶液(10重量%NH4NO3)放置,加入70g沸石材料,并将所得混合物在80℃下搅拌2h。然后将沸石材料滤出并用630g蒸馏水洗涤。丢弃滤液,然后将含有70g硝酸铵的新的10重量%水溶液置于搅拌装置中,向其中加入洗涤的沸石材料,并将所得混合物再次在80℃下搅拌2h。然后滤出沸石材料,并用630g蒸馏水重新洗涤。然后将经洗涤的材料在120℃下干燥5小时,随后以2℃/min的加热速率在500℃下煅烧5小时。然后重复整个程序,得到63.4gH型沸石材料。
根据元素分析,所得样品具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,5.0g铝,0.01g钠和38g硅。
测得BET表面积为474m2/g。
将1.5升0.01M乙酸铜(II)水溶液(3g,在1.5升中)置于2升搅拌装置中,然后加入25gH型沸石材料,并在室温下搅拌混合物20小时。然后将沸石材料滤出,并丢弃滤液。然后将1.5升0.01M乙酸铜(II)水溶液(3g,在1.5升中)的新溶液置于2升搅拌装置中,并向其中加入沸石材料,并将混合物在室温下搅拌20小时。然后将沸石材料滤出,丢弃滤液,并将沸石材料再次加入1.5升0.01M乙酸铜(II)水溶液(3g,在1.5升中)的新溶液中并在室温下搅拌20小时。然后通过离心将所得产物与溶液分离,丢弃溶液,然后将沸石材料悬浮于1.25升蒸馏水中。然后通过离心由溶液分离沸石材料,丢弃洗涤水,并将蒸馏水洗涤程序重复3次以洗涤沸石材料。然后将沸石材料在110℃下干燥24小时,从而提供24.4g铜交换的沸石材料。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,4.8g铝(0.096mol),2.6g铜(0.041mol)和35g硅。
测得BET表面积为371m2/g。
实施例2:H-丝光沸石的合成
在搅拌设备中,将2.4kg热解法二氧化硅(CAB-O-SIL M5,Sigma-Aldrich)悬浮于18kg去离子水中。向该悬浮液中加入1.04kg四乙基溴化铵(TEABr,Aldrich)在1.04kg去离子水中的溶液。将所得混合物在150rpm的搅拌速度下搅拌1h。然后,加入0.73kg氢氧化钠薄片(NaOH,Sigma-Aldrich)在3.5kg去离子水中的溶液。然后将所得混合物在180rpm的搅拌速度下搅拌1.5h。随后,加入0.31kg铝酸钠(NaAlO2,Sigma-Aldrich)在4kg去离子水中的溶液,以及使用3kg去离子水洗涤含有先前溶液的容器。然后将所得混合物以180rpm的搅拌速度搅拌1小时。测得所得凝胶的pH值为13.1。然后将凝胶陈化过夜。
然后将显示出摩尔组成为0.5Na2O:0.0475Al2O3:SiO2:44.5H2O:0.125TEABr的合成凝胶在压力密闭容器中在200rpm的搅拌下加热至170℃并在以相同速度的进一步搅拌下在170℃下在该温度下保持84小时。然后,将pH为12.5的所得产物作为固体滤出,并分别用50升去离子水洗涤5次,直到洗涤水的电导率达到85μS的值。然后将滤饼加热至100℃,并在滤饼上通入氮气料流16小时而在该温度下干燥。如此获得了1.667kg结晶材料,然后将其在550℃下煅烧12h,从而获得了1.533kg白色粉末。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,5.3g铝,3.2g钠和35g硅。
测得BET表面积为400m2/g。测得产物的结晶度为93%。
由图1中显示的所得产物的X射线衍射图可以看出,所得沸石材料显示出MOR骨架结构为单晶相。测得由X射线衍射数据计算出的晶粒的平均晶体尺寸为57.5nm。
在搅拌装置中,将650g硝酸铵作为在5.85kg蒸馏水中的溶液(10重量%NH4NO3)放置,将650g经煅烧的沸石材料加入该溶液中,并将所得混合物在搅拌下加热至80℃并在该温度下保持2小时。然后将沸石材料滤出,丢弃滤液,然后将含有650g硝酸铵的新的10重量%的水溶液置于搅拌装置中,向其中加入滤出的沸石材料,并将所得混合物再次在80℃下搅拌2小时。然后将沸石材料滤出并用12升蒸馏水洗涤。然后将洗涤的材料在120℃下干燥5小时,随后在500℃下煅烧5小时,得到白色粉末。
根据元素分析,所得样品具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,5.4g铝,0.1g钠和40g硅。
然后将含有650g硝酸铵的新10重量%水溶液置于搅拌装置中,并将煅烧的粉末加入该溶液中,此后将所得混合物在搅拌下加热至80℃并在该温度下保持2小时。然后将沸石材料滤出并用12升蒸馏水洗涤。然后将洗涤的材料在120℃下干燥5小时,随后在500℃下煅烧5小时以提供H型沸石材料。
根据元素分析,所得样品具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,5.0g铝(0.185mol),0.01g钠和38g硅(1.36)。
测得BET表面积为438m2/g。
实施例3:根据US 7,687,423B2的UZM-14-B的合成
在2升塑料烧杯中,提供91g热解法二氧化硅(CAB-O-SIL M5,Sigma-Aldrich)。在一个单独的塑料烧杯中,称取960g去离子水并在搅拌下加入15.63g氢氧化钠(NaOH,Sigma-Aldrich),11.28g铝酸钠(NaAlO2,Sigma-Aldrich)和12.65g四乙基溴化铵(TEABr,Aldrich),并将混合物进一步搅拌直至实现其完全溶解。然后将该溶液在搅拌下加入含有热解法二氧化硅的烧杯中以提供粘稠凝胶,将其进一步搅拌2小时。然后将显示出摩尔组成为0.2Na2O:0.051Al2O3:SiO2:39.5H2O:0.045TEABr的如此获得的合成凝胶(1.07kg)分布于几个压力密闭容器中,然后在搅拌速度为300rpm的搅拌下在150℃下结晶76小时。然后将所得产物以固体形式滤出,用去离子水洗涤并干燥,然后进行以下步骤:在氮气气氛下以2℃/分钟的加热速率将固体加热至540℃,然后将材料在所述温度下煅烧2小时,然后在该温度下在空气中继续煅烧额外5小时。产率为59.1g。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,4.7g铝,2.8g钠和38g硅。
测得BET表面积为416m2/g。测得产物的结晶度为80%。
由图1中显示的所得产物的X射线衍射图可以看出,所得沸石材料显示出MOR骨架结构为单晶相。测得由X射线衍射数据计算出的平均晶体尺寸为47.5nm,并且测得沿着晶粒的002轴的平均晶体尺寸为33nm。
在2升搅拌装置中,将溶于450g蒸馏水中的50g硝酸铵作为水溶液(10重量%NH4NO3)放置,加入50g沸石材料,并将所得混合物在80℃下搅拌2小时。然后将沸石材料滤出,然后将含有溶于450g蒸馏水中的50g硝酸铵的新的10重量%的水溶液置于搅拌装置中,向其中加入滤出的沸石材料,并将所得混合物再次在80℃下搅拌2小时。然后将沸石材料滤出并用蒸馏水洗涤直到洗涤水不含硝酸盐。然后将洗涤的材料在120℃下干燥4小时,然后在空气中在500℃下煅烧5小时。然后重复整个程序,得到40.8gH型沸石材料。
根据元素分析,所得样品具有每100g物质测得的以下含量:4.2g铝,<0.01g钠和38g硅。
测得BET表面积为486m2/g。测得产物的结晶度为71%,且测得由X射线衍射数据计算出的平均晶体尺寸为47nm,测得沿晶粒的002轴的平均晶体尺寸为33nm。
对比例1:含磷的H-丝光沸石的合成
将100g由实施例2得到的沸石材料置于烧杯中,然后向其中加入溶于100ml蒸馏水中的19.64g磷酸(85%)的溶液,并用刮刀将所得混合物均化。短时间后,混合物变粘,随后在110℃的干燥箱中干燥12小时。然后将干燥的混合物在空气中以2℃/min的速度加热至500℃,然后在该温度下煅烧5小时,得到106.5g含磷的H-丝光沸石。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,4.3g铝,4.1g磷和36g硅。
测得BET表面积为141m2/g。
对比例2:含磷的铜丝光沸石的合成
将900g蒸馏水置于5L烧杯中,并在搅拌下向其中加入120g二氧化硅(CAB-O-SILM5)以形成悬浮液。然后将溶于161.7g蒸馏水中的52.04g四乙基溴化铵(TEABr)的溶液加入该悬浮液中,并将所得混合物在200rpm下搅拌1h。然后向其中加入溶于161.7g蒸馏水中的36.5gNaOH的溶液,并将混合物在300rpm下搅拌1.5h。然后在搅拌下将188.6g蒸馏水加入混合物中,然后加入溶于188.6g蒸馏水中的15.66g NaAlO2的溶液,并将所得混合物在200rpm下搅拌1h。所得凝胶的pH值为12.2,并放置过夜以使其陈化。然后将陈化的凝胶置于高压釜中,并在搅拌(250rpm)下在170℃下结晶72小时。过滤所得固体产物,并用蒸馏水洗涤至电中性(<150μS)。然后将固体在空气中在90℃下干燥2小时,然后在120℃下干燥2小时,然后将干燥的材料以4.5℃/min的速度加热至550℃,然后在该温度下煅烧12小时,得到50.5gH-丝光沸石。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,4.7g铝,3.1g钠和34g硅。
将溶于405g蒸馏水中的45g硝酸铵的溶液置于混合装置中,并在搅拌下向其中加入45g H-丝光沸石。然后将混合物加热至80℃并在该温度下搅拌2小时。然后将溶液替换为溶于405g蒸馏水中的45g硝酸铵的新鲜溶液,并在80℃下再搅拌2小时。然后再次用溶于405g蒸馏水中的45g硝酸铵的新鲜溶液替换溶液,并在80℃下再搅拌2小时,然后再次替换溶液,并在80℃下再搅拌2小时。然后固体通过抽滤分离,并用蒸馏水洗涤直至其不含硝酸盐。然后将所得固体在120℃下干燥5小时,随后以2℃/分钟的速率加热至500℃,并在该温度下煅烧5小时,以提供40.6g经铵交换的丝光沸石。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,5.1g铝,0.03g钠和39g硅。
将1.5升0.01M乙酸铜(II)在蒸馏水中的溶液置于2L圆底烧瓶中,并在搅拌下向其中加入15g经铵交换的丝光沸石,然后将混合物在室温下搅拌20小时。然后将溶液替换为新鲜的乙酸铜(II)的蒸馏水溶液(0.01M),然后将混合物再搅拌2小时,然后再次将溶液交换为新鲜的乙酸铜(II)的蒸馏水溶液(0.01M)并搅拌20小时。通过离心分离固体产物,然后将其悬浮于750ml蒸馏水中,然后使其通过离心分离。用蒸馏水的洗涤步骤和通过离心分离重复3次,然后将固体产物在110℃下干燥24小时,以提供14.4g H-丝光沸石。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:4.7g铝,2.6g铜和35g硅。
将10g H-丝光沸石置于烧杯中,然后向其中加入溶于4ml蒸馏水中的6.53g磷酸的溶液,并用刮刀将所得混合物均化。短时间后,混合物变粘,随后在110℃的干燥箱中干燥12小时。然后将干燥的混合物在空气中以2℃/min的速率加热至500℃,然后在该温度下煅烧5小时,以得到14.4g的含磷的H-丝光沸石。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,3.3g铝,1.9g铜,12.3g磷和24.8g硅。
实施例4:H-ZSM-5的合成
Na-ZSM-5合成
首先在2m3反应器中引入79.61kg去离子水。在搅拌(70rpm)下向水中加入411.15kg四丙基氢氧化铵水溶液(TPAOH;40重量%)。将该悬浮液再搅拌10分钟。将8.2kg的固体NaOH在搅拌下以2.5kg份数缓慢加入,在每份数后将体系混合5分钟。接下来,将29.25kg三异丙醇铝加入该悬浮液中,并将体系再搅拌1小时。最后,加入538,19kg胶态二氧化硅(Ludox AS-40),然后加入额外的10kg去离子水。将合成混合物在室温下再搅拌1小时,然后将反应器用氮气冲洗并将压力降低至-900毫巴。此后,将反应器在11小时内加热至170℃。水热合成在70rpm搅拌下于170℃下进行72小时。在结晶后,将合成混合物冷却至30℃。将该悬浮液转移至较大的容器中,其中通过加入10重量%硝酸水溶液将悬浮液的pH调节至7±0,5。将pH调节的悬浮液在70rpm下再搅拌30分钟。通过过滤分离沸石,并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤水的电导率<200μS。然后将滤饼在120℃下干燥96小时。将干燥的材料在空气中煅烧至550℃并保持6小时,以获得BET表面积为390m2/g的煅烧ZSM-5沸石,并通过X射线衍射测定其结晶度为94%。
将250kg去离子水加入400L反应器中,并在搅拌(150rpm)下加入25kg硝酸铵。将悬浮液加热至80℃,然后加入25kg煅烧沸石。将混合物在80℃下再搅拌1小时。此后,将反应混合物冷却并使用压滤机过滤,并用水洗涤直至洗涤水中的电导率<200μS。然后重复离子交换过程以获得铵交换的ZSM-5。将第二次铵离子交换过程后获得的滤饼在120℃下干燥10小时,然后在空气中于500℃下煅烧5小时(加热速率2℃/min),以获得H-ZSM-5。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,1.6g铝,<0.01g钠和43g硅。
测得BET表面积为408m2/g。
实施例5:用H-丝光沸石和氧化锆粘合剂制备成型体
将50g由实施例2得到的H-丝光沸石在捏合机中与2.5g Walocel(Wolf WalsrodeAG PUFAS Werk KG)和28.95g ZrOH(OAc)3(Fa.Aldrich;20%ZrO2)混合5分钟,此后在捏合下加入45ml蒸馏水,并将混合物进一步捏合(总捏合时间为45分钟)。然后由捏合的混合物形成直径为2mm的挤出物,然后将挤出物以3℃/min的加热速率加热至120℃,然后在该温度下干燥6小时,此后将挤出物以2℃/min的加热速率进一步加热至500℃,然后在该温度下在空气中煅烧5小时。得到42.3g挤出物,显示420g/L的堆积重量。
实施例6:用H-丝光沸石和氧化铝粘合剂制备成型体
将50g由实施例2得到的H-丝光沸石在捏合机中与12.5g勃姆石氧化铝(Pural SB,20%ZrO2;Sasol)混合5分钟。然后与10ml蒸馏水一起加入1.88ml硝酸(65%),再将混合物捏合10分钟,然后加入2.5g Walocel(Wolf Walsrode AG PUFAS Werk KG),然后加入30毫升水,然后将混合物进一步捏合(总捏合时间为45分钟)。然后由捏合的混合物形成直径为2mm的挤出物,然后将挤出物以3℃/min的加热速率加热至120℃,然后在该温度下干燥6小时,此后将挤出物以2℃/min的加热速率进一步加热至500℃,然后在该温度下在空气中煅烧5小时。得到35.7g挤出物,显示420g/L的堆积重量和16.3N的切割硬度。
实施例7:Zr-MFI的合成
将568.75g原硅酸四乙酯(TEOS;Merck)置于装有搅拌装置的圆底烧瓶中,并在借助滴液漏斗的搅拌下,在30分钟内向其中缓慢加入30.87g 70重量%的丙醇Zr(IV)在1-丙醇中的溶液(Al-drich)。然后将500g四丙基氢氧化铵(TPAOH)和500g蒸馏水加入混合物中,并将所得混合物搅拌1小时。然后,为了移除所形成的丙醇,在95℃下蒸馏出368.6g的含有丙醇的馏出物,然后将混合物冷却至室温,并且将369g对应于已移除的馏出物的重量的蒸馏水加入反应混合物中。然后将混合物转移至高压釜中,并在175℃下结晶48小时。然后将所得反应混合物用相同体积的水稀释,此后使用5%HNO3将所得混合物的pH调节至pH=7.5,并且将所得沉淀通过离心滤出。将所得固体在110℃下干燥24小时,然后以2℃/min的速度加热至500℃,并在该温度下煅烧5小时。
根据元素分析,所得产物具有每100g物质测得的以下含量:<0.1g碳,3.5g锆和43g硅。
测得BET表面积为517m2/g。
实施例8:催化剂测试
将待测试的沸石材料分别与3重量%石墨混合,并通过摇振和混合均化,如果需要,使用研钵和研杵。然后将均化的混合物使用根据沸石施加10-40kN的力的直径为13mm的造粒工具套件造粒,以获得稳定的颗粒,从而获得稳定的目标级分,其中获得的颗粒高度为2-3mm且直径为13mm。然后将如此获得的颗粒用研钵和研杵预粉碎,并通过1000μm分析筛进行筛分。重复压碎和筛分,以使用合适分析筛和研杵获得粒径为315-500μm的所需目标级分,并其中通过在筛分工具(例如Retsch AS 200)上筛分或通过手动筛分移除细粉(<315μm)。
将该气体蒸气料流供入填充有1cm3尺寸为315-500μm的催化剂颗粒的反应器中。催化剂床的直径为4mm且长度为80mm。由于催化剂床的直径小,它是等温的。在催化剂床之前,将气体蒸气料流通过使其通过惰性床加热至反应温度。催化剂床和惰性床均在外部加热至反应温度。在催化剂床的下游,将产物料流稀释并冷却至250℃。在更下游,其组成由在线GC测量。
通过将离析物与内标(IS)的比值参照通过分析旁通管中的气体蒸气料流所获得的相同比值来计算结果。因此,还要考虑未检测到的产品(高沸物,焦炭)。下式给出了详细的程序:
转换:X(离析物)=1-c(离析物)/c(IS)/(c(离析物_旁路)/c(IS-旁路))
产率:Y(产物)=c(产物)/c(IS)/(c(离析物_旁路)/c(IS-旁路))
选择性:S(产物)=Y(产物)/X(离析物)
对于标准实验,选择以下测试条件:5000h-1的气时空速(GHSV),1体积%的氧化乙烯浓度和10巴的压力。除主要离析物氧化乙烯外,气体料流由如下组成:40体积%的氨和1体积%的甲烷作为内标,其余部分为氮气。将催化剂在氮气中加热至300℃的反应温度,然后将气体进料切换至测试条件。由实施例1-7和对比例1和2进行的催化测试获得的结果显示于下表1中,其中单乙醇胺和乙二胺的相应产率和氧化乙烯的转化率分别以%表示。关于实施例1获得的结果,所示值由2次不同的运行获得。
表1:分别由实施例1-7和对比例1和2获得的由样品催化的氧化乙烯和氨的反应获得的结果。
由表1中显示的结果可以看出,使用本发明催化剂可以在氧化乙烯的高转化率下获得高产率的单乙醇胺和乙二胺。就此而言,与实施例2和3中的MOR沸石催化剂相比,在实施例1中向MOR沸石催化剂中加入铜不仅导致乙二胺的选择性的改善,而且特别导致了氧化乙烯转化率的显著提高。另一方面,在对比例1和2中,向MOR沸石催化剂中加入磷,即使在对比例2中在铜的存在下,实际上也没有转化成单乙醇胺或乙二胺。
另一方面,将粘合剂用于MOR沸石催化剂导致了不同的结果,这取决于所用粘合剂的类型。因此,当在实施例6的MOR沸石催化剂中使用氧化铝作为粘合剂时,观察到氧化乙烯转化率的显著提高,而单乙醇胺和乙二胺的产率基本保持不变。另一方面,在实施例5的MOR沸石催化剂中使用氧化锆作为粘合剂导致单乙醇胺的产率以及乙二胺和单乙醇胺的总产率的极大增加,但是损害了乙二胺的产率,其减少了一半以上。
关于实施例4的MFI沸石催化剂,单乙醇胺的产率明显高于实施例2和3的MOR沸石催化剂的产率。另一方面,对于实施例4的MFI沸石催化剂,乙二胺的产率非常低。另一方面,即使与MOR沸石催化剂相比,实施例7的实施例的Zr掺杂的MFI沸石也显示出非常高的氧化乙烯转化率,其中与实施例4的MFI沸石催化剂相比,观察到一定的乙二胺产率,但是损害了单乙醇胺的产率,该产率稍低。
因此,总而言之,令人惊讶地发现,根据本发明提供了高活性和选择性的催化剂,其允许将氧化乙烯直接胺化为乙二胺和单乙醇胺。
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Claims (15)

1.一种将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或其中n≥1的式H2N-[CH2CH2NH]n-CH2CH2NH2的线性聚乙烯亚胺的方法,包括:
(i)提供包含沸石材料的催化剂,所述沸石材料包含YO2和X2O3,其中Y为四价元素且X为三价元素;
(ii)提供包含氧化乙烯和氨的气体料流;
(iii)使(i)中提供的催化剂与(ii)中提供的气体料流接触以将氧化乙烯转化为2-氨基乙醇和/或乙烷-1,2-二胺和/或线性聚乙烯亚胺。
2.权利要求1的方法,其中在(i)中,所述沸石材料选自由如下组成的组:具有MOR、MFI、MEL、FAU、CHA和/或GME骨架结构的沸石材料,包括其两种或更多种的组合。
3.权利要求1或2的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有量为0.05-10体积%的氧化乙烯。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有量为5-90体积%的氨。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流还含有量为0.1-70体积%的氢气。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法,其中在(ii)中提供并在(iii)中与催化剂接触的气体料流含有1体积%或更少的氢气。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法,其中将在(ii)中提供的气体料流加热至250-600℃的温度,然后在(iii)中在该温度下与催化剂接触。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法,其中Y选自由如下组成的组:Si、Sn、Ti、Zr、Ge及其两种或更多种的混合物。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中X选自由如下组成的组:Al、B、In、Ga及其两种或更多种的混合物。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法,其中所述沸石材料呈H形式并且包含质子作为非骨架离子,其中0.1重量%或更少的非骨架离子以元素计且基于100重量%的沸石材料中包含的YO2为金属阳离子。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法,其中所述沸石材料基本上不含Na。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法,其中沿着晶粒的002轴的具有MOR骨架结构的沸石材料的平均粒度由通过粉末X射线衍射测定为5±1nm至150±30nm。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法,其中具有MOR骨架结构的沸石材料通过包括以下的方法制备:
(1)制备包含至少一种YO2来源、至少一种X2O3来源并且包含一种或多种有机模板作为结构导向剂的混合物;
(2)使(i)中制备的混合物结晶以获得具有MOR骨架结构的沸石材料;
(3)任选地分离(2)中获得的沸石材料;
(4)任选地洗涤(2)或(3)中获得的沸石材料;
(5)任选地干燥和/或煅烧(2)、(3)或(4)中获得的沸石材料;
(6)任选地使(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与H+离子交换;
(7)任选地使(2)、(3)、(4)、(5)或(6)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中沸石材料中所含的非骨架离子与选自碱土金属和/或过渡金属的一种或多种金属离子M离子交换;
(8)任选地干燥和/或煅烧(7)中获得的沸石材料。
14.根据权利要求13的方法,其中在(6)中使沸石材料经受离子交换程序的步骤包括以下步骤:
(6.a)使在(2)、(3)、(4)或(5)中获得的沸石材料经受离子交换程序,其中将沸石材料中所含的非骨架离子与NH4 +离子交换;
(6.b)煅烧在(6.a)中获得的经离子交换的沸石材料以得到H形式的沸石材料。
15.根据权利要求1-14中任一项的方法,其中将在(iii)中获得的气体料流中包含的氧化乙烯和/或2-氨基乙醇与所述气体料流分离并再循环至(ii)。
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