CN117534083A - 一种低硅铝比的ssz-39分子筛的合成方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低硅铝比的SSZ‑39分子筛的合成方法及应用,合成方法包括以下步骤:S10:向碱性水溶液中依次加入模板剂、硅源、天然粘土和分子筛晶种,充分搅拌后形成初始混合凝胶;S20:将获得的初始凝胶溶液转移到反应釜中进行水热晶化处理;S30:待晶化完全后将所得到的晶化液经分离、洗涤、干燥处理后进行焙烧,即可得到纯相的SSZ‑39分子筛。所述分子筛晶种具有双六元环及八元环次级结构单元构型,且所述分子筛结构为AEI或CHA或FAU型。本发明所述分子筛合成方法提高了分子筛的产率,有效降低了生产成本,简化了工艺流程。所述SSZ‑39分子筛具有较大的比表面积和孔体积,在NH3‑SCR催化反应中表现出高效的催化活性和优秀的高温水热稳定性。
Description
技术领域
本发明属于分子筛领域,具体涉及一种低硅铝比的SSZ-39分子筛的合成方法及应用。
背景技术
目前,对于汽车尾气排放物中的NOx净化处理主要采用的是NH3选择性催化还原(NH3-SCR),该技术的关键是选择性能优异的催化剂;八元环硅铝SSZ-39分子筛是除了SSZ-13分子筛之外良好的SCR反应催化剂;根据文献报道,SSZ-39分子筛的催化性能甚至能够超越已经产业化的SSZ-13分子筛催化剂。
SSZ-39分子筛是AEI拓扑结构的硅铝系列分子筛,具有八元环的三维孔道结构;最初由Zones S I等在1997年以N-二(环)烷基-二甲基哌啶鎓阳离子为结构导向剂采用水热合成法合成;SSZ-39分子筛孔道结构有序、比表面积高、水热稳定性好,可作为甲醇制烯烃反应的催化剂;同时负载金属的SSZ-39分子筛展现出独特的选择还原反应(SCR)活性,对氮氧化物(NOx)有很好的还原处理性能,已经引起了广泛的关注,成为近年来研究的热点;此外,SSZ-39分子筛催化剂由于不含磷,是硅铝分子筛,克服了SAPO系列分子筛骨架容易坍塌等缺点,具有良好的工业应用前景。
我国的天然粘土资源储量丰富,价格低廉,在作为合成沸石分子筛原料方面展现出巨大的潜力。采用天然硅铝质粘土代替常规无机化学品为原料来制备沸石分子筛不仅缩短了分子筛的生产路线,还从源头上实现了分子筛的绿色化合成,因此逐渐受到人们的广泛关注。此外,开展以天然硅铝质粘土为原料的分子筛绿色合成路线,对沸石的绿色工业化合成,以及实现天然粘土资源的高附加值利用也具有重要的科学意义和应用价值。目前,研究者们以天然硅铝质粘土(如高岭土、累托土、硅藻土等)为全部或部分硅铝源已经合成了Y、ZSM-5、A、β等分子筛,然而采用天然粘土为主要原料来合成SSZ-39分子筛却少有研究报道。
现有技术中对于SSZ-39分子筛的合成方法基本都是通过采用昂贵的USY分子筛为原料来转化合成SSZ-39分子筛,这些合成方法普遍存在分子筛收率较低,比表面积相对较小,生产成本比较高,不利于大规模工业化生产的缺点,并且现有文献报道的SSZ-39分子筛的硅铝比范围相对较高,而本发明技术克服了现有技术存在缺点。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种通过使用天然粘土作为铝源和部分硅源并加入分子筛晶种来制备低硅铝比的SSZ-39分子筛的合成方法;
实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
一种低硅铝比的SSZ-39分子筛的合成方法,包括以下步骤:
向碱性水溶液中依次加入模板剂、硅源、天然粘土和分子筛晶种,充分搅拌后形成初始混合凝胶,将初始混合凝胶溶液转移到反应釜中进行水热晶化处理;待完全晶化后将所得到的晶化液经分离、洗涤、干燥处理后进行焙烧,得到低硅铝比的SSZ-39分子筛。
进一步的,包括以下步骤:
S10:向碱性水溶液中依次加入模板剂、硅源和天然粘土、AEI或CHA或FAU型等具有双六元环及八元环次级结构单元构型的分子筛作为晶种,充分搅拌后形成初始混合凝胶;
S20:将获得的初始凝胶溶液转移到反应釜中,进行水热晶化处理;
S30:待完全晶化后将所得到的晶化液经分离、洗涤、干燥处理后进行焙烧,得到目标SSZ-39分子筛。
进一步的,所述初始混合凝胶中Al2O3、SiO2、碱源、模板剂和水的摩尔比为(0.02-0.05):1:(0.5-1):(0.05-0.3):(10-45)。
进一步的,所述天然粘土为高岭土或蒙脱土;所述高岭土的硅铝氧化物摩尔比为1-5:1,所述蒙脱土的硅铝氧化物摩尔比为5-15:1。
进一步的,所述分子筛晶种具有双六元环及八元环次级结构单元构型,且分子筛结构为AEI或CHA或FAU型;所述分子筛晶种包括SSZ-39分子筛、SAPO-18分子筛、AlPO-18分子筛、SIZ-8分子筛、SSZ-13分子筛、HY分子筛、USY分子筛中的一种或几种;所述分子筛晶种的硅铝氧化物摩尔比为0.1-15:1;所述分子筛晶种的添加量为所述初始混合凝胶中所含SiO2的质量的1%-30%。
进一步的,合成的SSZ-39分子筛的硅铝氧化物摩尔比为5-18:1。
进一步的,所述硅源为硅溶胶、正硅酸四乙酯、硅酸钠、水玻璃中的一种或几种;所述硅源中SiO2的含量为10-40wt%。
进一步的,所述碱性水溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的一种或几种;所述碱性水溶液的浓度为0.5-40wt%。
进一步的,所述模板剂选用为氢氧化-N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓、氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓、氢氧化-N,N-二乙基-2-乙基哌啶鎓、氢氧化-N-乙基-N-甲基-2,6-二甲基哌啶鎓、四乙基氢氧化鏻、四丙基氢氧化鏻、四丁基氢氧化鏻中的一种或几种;所述模板剂为水溶液,浓度为20-40wt%。
进一步的,步骤S20中,所述水热晶化处理包括先在25-40℃晶化反应1-24h,之后在140-180℃的温度下晶化反应48h-72h;所述水热晶化处理的方式为动态晶化。
进一步的,步骤S30中,所述焙烧的温度为550-600℃,焙烧的时间为6-12h。
采用本发明提供的上述SSZ-39分子筛的合成方法所合成的SSZ-39分子筛用作NH3-SCR催化反应催化剂。
本发明提供的一种低硅铝比的SSZ-39分子筛的合成方法,通过采用价格低廉的天然粘土作为铝源和部分硅源,同时加入AEI或CHA或FAU型等具有双六元环及八元环次级结构单元构型的分子筛作为晶种起到结构导向的作用,通过促进凝胶中晶核的形成和缩短中间晶化阶段,可以对SSZ-39分子筛的合成起到辅助晶化的作用,有效抑制了杂晶的生成;此外,在凝胶制备过程中通过额外引入硅源可以有效调节产物分子筛的硅铝比,达到所合成的分子筛的硅铝比可控的目的。
本发明提供的制备方法所合成的SSZ-39分子筛为低硅铝比分子筛,且所合成的SSZ-39分子筛具有较高的相对结晶度,良好的晶体形貌与较大的比表面积和孔体积。
有益效果
(1)按照本发明提出的分子筛合成方法及对应的合成步骤制备出的分子筛为具有单一晶相且具有较高相对结晶度的SSZ-39分子筛,其相对结晶度可达80%以上。
(2)本发明一方面引入AEI等结构分子筛作晶种,有利于促进纯相SSZ-39分子筛的合成;另一方面使用价格低廉的天然粘土作为铝源和部分硅源,减少使用人工合成硅铝源,可以大大降低碳排放,并且通过额外引入硅源可以有效调节产物分子筛的硅铝比。
(3)本发明提供的制备方法在分子筛合成过程中大大缩短了晶化时间,有效地提高了分子筛的结晶度,并且加入的晶种可以起到结构导向的作用,从而降低了昂贵模板剂的使用量,与现有合成方法相比,提高了分子筛的产率,达到55~85%,有效降低了生产成本,简化了工艺流程。
(4)通过本发明所合成的SSZ-39分子筛是一种低硅铝比分子筛,其硅铝氧化物摩尔比为5-18。且所合成的SSZ-39分子筛具有良好的晶体形貌与较大的比表面积和孔体积。
(5)本发明通过采用价格低廉的天然粘土作为硅铝源,加入AEI等结构分子筛作晶种,可以有效调变凝胶组成和浓度,通过促进凝胶中晶核的形成和缩短中间晶化阶段,可以对SSZ-39分子筛的合成起到辅助晶化的作用,有效抑制了杂晶的生成并能够提高产物的相对结晶度,同时也降低了产物的硅铝比并适当调变了分子筛的孔容和比表面积等性质。
(6)本发明合成的低硅铝比的SSZ-39分子筛不仅具有高效的NH3-SCR催化活性,同时具有优秀的高温水热稳定性,因此具有一定的经济效益和环境效益,有利于工业放大应用。
附图说明
图1为由实施例1、2、3、4以及对比例1、2、3、4、5所制得的SSZ-39分子筛的XRD谱图;
图2为实施例1中制得的SSZ-39分子筛的SEM图;
图3为实施例2中制得的SSZ-39分子筛的SEM图;
图4为实施例3中制得的SSZ-39分子筛的SEM图;
图5为实施例4中制得的SSZ-39分子筛的SEM图;
图6为实施例5中制得的SSZ-39分子筛的SEM图;
图7为实施例6中制得的SSZ-39分子筛的SEM图;
图8为由实施例1、对比例1以及对比例2所合成的SSZ-39分子筛进行离子交换处理制备得到的具有相同铜含量的Cu-SSZ-39分子筛的SCR反应活性测试结果对比图;
图9为由实施例1所合成的SSZ-39分子筛与SSZ-13分子筛标准样品进行离子交换处理制备得到的具有相同铜含量的Cu-SSZ-39分子筛与Cu-SSZ-13分子筛的SCR反应活性测试结果对比图;
图10为由实施例1所合成的SSZ-39分子筛与SSZ-13分子筛标准样品进行离子交换处理制备得到的具有相同铜含量的Cu-SSZ-39分子筛与Cu-SSZ-13分子筛进行水热老化处理后的SCR反应活性测试结果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明;应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明;
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述;
实施例1:
首先称取9.0888g氢氧化钠与41.4999g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入42.9270g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入63.7939g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入3.6048g高岭土(硅铝氧化物摩尔比为2)反应2h,最后在搅拌状态下加入2.8968g的SAPO-18分子筛(硅铝氧化物摩尔比为0.5)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至30℃老化12h,再升温至170℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛Y1。
通过计算可得分子筛Y1的产率为83.67%,其中分子筛产率计算方法为:产率%=(经过焙烧后所得分子筛干粉的质量)*100/(初始混合凝胶中干基的总质量)。(以下产率计算方法与此相同)
实施例2:
首先称取8.3450g氢氧化钠与54.5220g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入42.9341g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入43.3814g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入11.7657g蒙脱土(硅铝氧化物摩尔比为9)反应2h,最后在搅拌状态下加入1.3519g的SSZ-39分子筛(硅铝氧化物摩尔比为12)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至30℃老化12h,再升温至170℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛Y2。
通过计算可得分子筛Y2的产率为82.25%。
实施例3:
首先称取7.3186g氢氧化钠与45.3098g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入38.3621g浓度为20wt%的四乙基氢氧化鏻的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入67.9930g水玻璃(浓度为26wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入1.8929g高岭土(硅铝氧化物摩尔比为2)反应2h,最后在搅拌状态下加入3.5134g的HY分子筛(硅铝氧化物摩尔比为5)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至35℃老化8h,再升温至160℃晶化72h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛Y3。
通过计算可得分子筛Y3的产率为80.68%。
实施例4:
首先称取12.2579g氢氧化钾与49.5400g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入37.2847g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入59.2899g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入2.5048g高岭土(硅铝氧化物摩尔比为2)反应2h,最后在搅拌状态下加入4.3248g的SSZ-13分子筛(硅铝氧化物摩尔比为10)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至35℃老化8h,再升温至160℃晶化72h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛Y4。
通过计算可得分子筛Y4的产率为84.06%。
实施例5:
首先称取8.0577g氢氧化钠与58.8294g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入34.8849g浓度为30wt%的四丁基氢氧化鏻的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入50.7096g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入8.4353g的蒙脱土(硅铝氧化物摩尔比为9)反应2h,最后在搅拌状态下加入1.9902g硅铝比为8的SSZ-39分子筛(硅铝氧化物摩尔比为12)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至30℃老化12h,再升温至170℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛Y5。
通过计算可得分子筛Y5的产率为85.18%。
实施例6:
首先称取6.8769g氢氧化钠与52.4538g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入36.1151g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入56.6279g硅酸钠的水溶液(浓度为20wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入8.9073g蒙脱土(硅铝氧化物摩尔比为9)反应2h,最后在搅拌状态下加入4.2031g的USY分子筛(硅铝氧化物摩尔比为6)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至35℃老化8h,再升温至160℃晶化72h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛Y6。
通过计算可得分子筛Y6的产率为82.78%。
对比例1:根据现有专利方法采用USY分子筛作为铝源和部分硅源来合成SSZ-39分子筛,其具体步骤如下:
首先称取4.6217g氢氧化钠与77.6194g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入24.0051g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下加入9.7687g的USY分子筛(硅铝氧化物摩尔比为6)反应2h,最后在搅拌状态下缓慢加入44.9519g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计),继续搅拌2h得到初始凝胶混合物,将凝胶混合物转移至具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在水热条件下升温至180℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛C1。
通过计算可得分子筛C1的产率为36.01%。
对比例2:根据现有专利方法采用USY分子筛作为铝源和部分硅源,加入分子筛晶种来合成SSZ-39分子筛,其具体步骤如下:
首先称取4.1382g氢氧化钠与90.6921g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入20.5012g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下加入10.8385g的USY分子筛(硅铝氧化物摩尔比为6)反应2h,继续在搅拌状态下缓慢加入34.8062g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,最后在搅拌状态下加入3.5150g的SAPO-18分子筛(硅铝氧化物摩尔比为0.5)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物,将凝胶混合物转移至具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在水热条件下升温至180℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛C2。
通过计算可得分子筛C2的产率为33.36%。
对比例3:采用天然粘土作为铝源和部分硅源,加入MOR型结构分子筛作晶种来合成SSZ-39分子筛,其具体步骤如下:
首先称取3.2199g氢氧化钠与66.2994g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入25.7821g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下加入2.5929g的高岭土(硅铝氧化物摩尔比为2)反应2h,继续在搅拌状态下缓慢加入63.0127g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,最后在搅拌状态下加入2.4657g的丝光沸石分子筛(硅铝氧化物摩尔比为11)晶种,搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至30℃老化12h,再升温至180℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛C3。
通过计算可得分子筛C3的产率为15.43%。
对比例4:采用天然粘土作为铝源和部分硅源,但未添加晶种来合成SSZ-39分子筛,其具体步骤如下:
首先称取5.5311氢氧化钠与55.4580g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入27.6255g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,再在搅拌状态下缓慢加入70.2073g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,继续在搅拌状态下加入2.1381g的高岭土(硅铝氧化物摩尔比为2),搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至30℃老化12h,再升温至170℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛C4。
通过计算可得分子筛C4的产率为33.83%。
对比例5:采用实施例1的原料组成与比例以及反应条件,但改变原料的添加顺序,其具体步骤如下:
首先称取9.0888g氢氧化钠与41.4999g去离子水混合均匀,室温搅拌0.5h,然后在搅拌状态下缓慢加入63.7939g硅溶胶(浓度为29wt%,以SiO2计)搅拌1h,再在搅拌状态下加入3.6048g高岭土(硅铝氧化物摩尔比为2)反应2h,继续在搅拌状态下缓慢加入42.9270g浓度为22wt%的氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓的水溶液搅拌1h,最后在搅拌状态下加入2.8968g的SAPO-18分子筛(硅铝氧化物摩尔比为0.5)晶种,继续搅拌2h得到初始凝胶混合物。将凝胶混合物转移至高压反应釜中,先升温至30℃老化12h,再升温至170℃晶化48h,冷却至室温,离心洗涤至中性,所得固体在110℃烘箱中干燥6h,将所得产物在马弗炉中550℃焙烧10h,即可得到白色粉末状SSZ-39分子筛C5。
通过计算可得分子筛C5的产率为41.58%。
具体的对实施例1-6与对比例1-5进行分析测试:
(1)XRD测试
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5所制备的SSZ-39分子筛的XRD谱图,由图中可以看出,样品均在2θ=9.5°,10.6°,13°,16.9°,20.8°附近出现特征衍射峰,同时对比例5所制备的分子筛在2θ=15.8°,18.3°,26°附近也出现明显特征衍射峰,由此可知由实施例1-4以及对比例1-4所合成的分子筛均为AEI拓扑结构的SSZ-39分子筛,而由对比例5所合成的分子筛具有AEI与ANA两种晶相,并且通过计算可以得出实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4及对比例5所得样品的相对结晶度,具体结果如下表1所示。其中样品的相对结晶度计算方法为:相对结晶度%=(实验样品分别在2θ=9.5°,16.9°,20.8°附近的XRD特征衍射峰高之和)*100/(市售标准SSZ-39分子筛样品分别在2θ=9.5°,16.9°,20.8°附近的XRD特征衍射峰高之和)
表1.XRD测试结果统计表
样品名称 | 相对结晶度(%) |
Y1 | 85.35 |
Y2 | 93.28 |
Y3 | 96.89 |
Y4 | 90.22 |
C1 | 73.52 |
C2 | 69.30 |
C3 | 61.67 |
C4 | 75.69 |
C5 | 42.85 |
由上表1中的数据可以看出,由实施例1、实施例2、实施例3、实施例4所制备的样品的相对结晶度要明显高于由对比例1、对比例2、对比例3、对比例4及对比例5所制得的样品的相对结晶度,由此说明,本发明所制备的SSZ-39分子筛具有单一晶相,并且具有较高的相对结晶度。
(2)SEM测试
图2-7对应于为本发明实施例1-6所制备的SSZ-39分子筛的扫描电镜图,由图中可以看出,制得的SSZ-39分子筛形貌清晰、颗粒分明,晶粒形状呈立方体或长方体结构。
(3)BET测试
对本发明实施例1-6及对比例1-4所合成的SSZ-39分子筛进行BET分析测试,结果如表2所示。
表2.BET测试结果统计表
样品名称 | 总比表面积(m2/g) | 总孔体积(cm3/g) |
Y1 | 772.34 | 0.30 |
Y2 | 771.82 | 0.29 |
Y3 | 775.67 | 0.31 |
Y4 | 772.77 | 0.29 |
Y5 | 781.83 | 0.30 |
Y6 | 769.58 | 0.29 |
C1 | 630.72 | 0.26 |
C2 | 571.09 | 0.24 |
C3 | 502.11 | 0.23 |
C4 | 587.89. | 0.24 |
由表2中的数据可以看出,由实施例1-6所制备的SSZ-39分子筛的比表面积和孔体积要明显高于对比例1-4所制备的SSZ-39分子筛的比表面积和孔体积,由此可以说明本发明通过采用天然粘土作为铝源与部分硅源,并加入分子筛晶种的方法制备得到的SSZ-39分子筛具有较大的比表面积和孔体积,有助于提高其催化反应性能。
(4)XRF测试
对本发明实施例1-6及对比例1-4所合成的SSZ-39分子筛进行XRF分析测试,结果如表3所示。
表3.XRF测试结果统计表
由表3的数据可以看出,由实施例1-6所制备的SSZ-39分子筛的硅铝比要低于对比例1-4所制备的SSZ-39分子筛的硅铝比,由此可以说明本发明所制备的SSZ-39分子筛为低硅铝比的分子筛。
(5)SCR催化活性测试
图8为由本发明实施例1所合成的SSZ-39分子筛Y1与对比例1以及对比例2所合成的SSZ-39分子筛C1、C2进行离子交换处理制备,得到的具有相同铜含量的Cu-SSZ-39分子筛的SCR反应活性测试结果对比图,由图中可以看出,通过实施例1制得的Cu-SSZ-39分子筛具有更加优异的SCR催化活性。
图9为由本发明实施例1所合成的SSZ-39分子筛Y1与SSZ-13分子筛标准样品C0进行离子交换处理制备得到的具有相同铜含量的Cu-SSZ-39分子筛与Cu-SSZ-13分子筛的SCR反应活性测试结果对比图,由图中可以看出,通过实施例1制得的Cu-SSZ-39分子筛的SCR催化活性要明显优于Cu-SSZ-13分子筛。
图10为由本发明实施例1所合成的SSZ-39分子筛Y1与SSZ-13分子筛标准样品C0进行离子交换处理制备得到的具有相同铜含量的Cu-SSZ-39分子筛与Cu-SSZ-13分子筛进行水热老化处理后的SCR反应活性测试结果对比图,由图中可以看出,通过实施例1制得的Cu-SSZ-39分子筛经过水热老化处理后的SCR催化活性仍然比水热老化处理后的Cu-SSZ-13分子筛要高。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点;本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内;本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种低硅铝比的SSZ-39分子筛的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
向碱性水溶液中依次加入模板剂、硅源、天然粘土和分子筛晶种,充分搅拌后形成初始混合凝胶,将初始混合凝胶溶液转移到反应釜中进行水热晶化处理;待完全晶化后将所得到的晶化液经分离、洗涤、干燥处理后进行焙烧,得到低硅铝比的SSZ-39分子筛。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述初始混合凝胶中Al2O3、SiO2、碱源、模板剂和水的摩尔比为(0.02-0.05):1:(0.5-1):(0.05-0.3):(10-45)。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述天然粘土为高岭土或蒙脱土;所述高岭土的硅铝氧化物摩尔比为1-5:1,所述蒙脱土的硅铝氧化物摩尔比为5-15:1。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述分子筛晶种具有双六元环及八元环次级结构单元构型,且所述分子筛结构为AEI或CHA或FAU型;所述分子筛晶种包括SSZ-39分子筛、SAPO-18分子筛、AlPO-18分子筛、SIZ-8分子筛、SSZ-13分子筛、HY分子筛、USY分子筛中的一种或几种;所述分子筛晶种的硅铝氧化物摩尔比为0.1-15:1;所述分子筛晶种的添加量为所述初始混合凝胶中所含SiO2的质量的1%-30%。
5.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,合成的SSZ-39分子筛的硅铝氧化物摩尔比为5-18:1。
6.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述硅源为硅溶胶、正硅酸四乙酯、硅酸钠、水玻璃中的一种或几种;所述硅源中SiO2的含量为10-40wt%。
7.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述碱性水溶液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中的一种或几种;所述碱性水溶液的浓度为0.5-40wt%。
8.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述模板剂为氢氧化-N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓、氢氧化-N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓、氢氧化-N,N-二乙基-2-乙基哌啶鎓、氢氧化-N-乙基-N-甲基-2,6-二甲基哌啶鎓、四乙基氢氧化鏻、四丙基氢氧化鏻、四丁基氢氧化鏻中的一种或几种;所述模板剂为水溶液,浓度为20-40wt%。
9.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述水热晶化处理包括先在25-40℃晶化反应1-24h,之后在140-180℃的温度下晶化反应48h-72h;所述水热晶化处理的方式为动态晶化;所述焙烧的温度为550-600℃,焙烧的时间为6-12h。
10.一种NH3-SCR催化反应催化剂,其特征在于,由权利要求1~9任一项所述方法制备而成。
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