CN1254436C - 一种球状窄粒径分布介孔分子筛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种球状窄粒径分布的介孔分子筛及制备方法,属于分子筛无机材料领域,具体涉及介孔分子筛MCM-41及制备方法,其特征在于是一种在超声波作用下合成的MCM-41介孔分子筛,产物结晶度比现有技术合成的MCM-41介孔分子筛提高10%~30%,晶体颗粒呈规整圆形,平均粒径为2μm,粒径分布窄,集中在1~4μm之间。其制备方法的特征在于在MCM-41分子筛的合成过程中引入超声波作用,晶化时间比现有技术缩短30%~50%,其具体合成工艺步骤为:以十六烷基三甲基溴化胺CTAB为模板剂,正硅酸乙酯TEOS为硅源,于酸性水溶液中晶化,将晶化得到的产物过滤、洗涤、干燥后在空气中焙烧以去除模板剂,即得到球状窄粒径分布的MCM-41介孔分子筛。
Description
一.技术领域
本发明涉及一种球状窄粒径分布介孔分子筛的制备方法,属于分子筛无机材料领域,具体涉及MCM-41介孔分子筛及制备方法。
二.背景技术
1992年,美国Mobil公司研究人员通过季铵盐型阳离子表面活性剂液晶分子模板存在下,二氧化硅的水热反应制备出孔径为1.5nm~10nm的介孔分子筛,其主要特征为:①具有规则的孔道结构;②孔径分布窄,孔径大小可以通过改变表面活性剂烷基链长来加以调节;③经过优化合成条件或后处理,可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性;④颗粒具有规则外形,且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性。新型介孔分子筛M41S族材料的问世,打破了沸石分子筛的传统概念和孔径限制,使分子筛材料的研究和应用进入一个新纪元,同时也使得新一代介孔催化材料成为催化界、材料界的研究热点,引起了各国研究人员的浓厚兴趣。在这族新型介孔分子筛材料中,MCM-41因其具有均匀的六方孔道排列,较高的热稳定性和潜在的催化性能而倍受关注。MCM-41分子筛独特的孔道结构及其孔径、硅铝比的可调节性能预示着这类物质在有机大分子的催化裂化、特殊化合物的合成方面具有巨大的应用前景。因此,这类物质自1992年出现以来,无论在其合成、结构、性能的改性研究方面还是在应用领域,都在不断取得新的进展,并且在逐渐缩小应用需求和性能之间的差距。
合成MCM-41介孔分子筛的方法有很多种,经典的合成方法是碱性条件下的水热晶化法,有关此方法的报道很多。霍启升等提出了强酸性介质中合成MCM-41介孔分子筛的方法,这种方法是经典的碱性体系合成方法的改进,合成条件变得更加温和而易于操作,表面活性剂的用量大大减少。此方法最大的特点是:强酸性介质、低温(室温可合成)、短的晶化时间和相对低的表面活性剂浓度。但是强酸性介质中合成的MCM-41样品的结晶度较碱性介质中合成MCM-41的相对要低,即不能在缩短晶化时间的同时提高结晶度。并且其颗粒分散不均匀,聚集现象较为明显,且粒径较大(其颗粒结构如图1所示)。
三.发明内容
本发明一种球状窄粒径分布介孔分子筛的制备方法的目的在于,公开一种超声波作用下合成的球状窄粒径分布MCM-41介孔分子筛制备方法的技术方案。
一种球状窄粒径分布介孔分子筛的制备方法,其特征在于在MCM-41分子筛的合成过程中引入频率为20kHz的超声波作用,使得MCM-41介孔分子筛的晶化时间比现有技术水热晶化法缩短30%~50%。具体工艺步骤为:
I.配制浓度为2.5~3.5mol/L的HCl溶液;
II.在磁力搅拌作用下,按照反应物料摩尔比为1.0TEOS∶x HCl∶y CTAB∶334 H2O配制溶液,其中,18.8<x<26.25,0.21<y<0.30,加料顺序为先向步骤1所配制的HCl溶液中加入模板剂十六烷基三甲基溴化胺CTAB,待完全溶解后停止搅拌,再向所得的澄清溶液中加入正硅酸乙酯TEOS;
III.将步骤II所得混合溶液放入超声波清洗槽中,超声波输出功率设定为200~500w,晶化1~4h,将合成得到的产物过滤、洗涤、干燥;
IV.将步骤III所得固体粉末,在空气中于500~600℃下焙烧5~8h即得到晶体颗粒呈规整圆形,平均粒径为2μm,粒径分布窄,集中在1~4μm之间球状窄粒径分布的MCM-41介孔分子筛。
本发明的优点在于在超声波作用下合成球状窄粒径分布的MCM-41介孔分子筛,晶化时间比现有技术水热晶化法缩短30%~50%,产物结晶度比现有技术水热晶化法合成的MCM-41介孔分子筛提高10%~30%,晶体颗粒呈规整圆形,平均粒径为2μm,粒径分布窄,集中在1~4μm之间。
四.附图说明
图1为按现有技术水热晶化法制备的MCM-41介孔分子筛的扫描电镜图(SEM)。
图2为实施方式1合成的MCM-41样品的特征X光衍射图(XRD)。
图3为实施方式1合成的MCM-41样品的扫描电镜图(SEM)。
五.具体实施方式
实施方式1:
配制3M的HCl溶液,量取360ml,在磁力搅拌器的均匀搅拌下,加入4.5g十六烷基三甲基溴化胺CTAB,待完全溶解后停止搅拌,加入25ml正硅酸乙酯TEOS,将此混合溶液置于超声波清洗槽中,在超声波输出功率为460w的条件下晶化2h,将合成得到的样品过滤、洗涤、干燥,将干燥后的固体粉末在空气中于560℃下焙烧6h去除模板,即得到球状窄粒径分布的MCM-41介孔分子筛。
实施方式2:
配制2.5M的HCl溶液,量取360ml,在磁力搅拌器的均匀搅拌下,加入3.8gCTAB,待完全溶解后停止搅拌,加入25ml TEOS,将此混合溶液置于超声波清洗槽中,在超声波输出功率为220w的条件下晶化1h,将合成得到的样品过滤、洗涤、干燥,将干燥后的固体粉末在空气中于600℃下焙烧5h去除模板,即得到球状窄粒径分布的MCM-41介孔分子筛。
实施方式3:
配制3.5M的HCl溶液,量取360ml,在磁力搅拌器的均匀搅拌下,加入5.0gCTAB,待完全溶解后停止搅拌,加入20ml TEOS,将此混合溶液置于超声波清洗槽中,在超声波输出功率为360w的条件下晶化2h,将合成得到的样品过滤、洗涤、干燥,将干燥后的固体粉末在空气中于530℃下焙烧8h去除模板,即得到球状窄粒径分布的MCM-41介孔分子筛。
Claims (1)
1.一种球状窄粒径分布介孔分子筛MCM-41的制备方法,其特征在于在MCM-41分子筛的合成过程中引入频率为20kHz的超声波作用,具体工艺步骤为:
I.配制浓度为2.5~3.5mol/L的HCl溶液;
II.在磁力搅拌作用下,按照反应物料摩尔比为1.0TEOS∶xHCl∶yCTAB∶334H2O配制溶液,其中,18.8<x<26.25,0.21<y<0.30,加料顺序为先向所配制的HCl溶液中加入模板剂十六烷基三甲基溴化胺CTAB,待完全溶解后停止搅拌,再向所得的澄清溶液中加入正硅酸乙酯TEOS;
III.将步骤II所得混合溶液放入超声波清洗槽中,超声波输出功率设定为200~500w,晶化1~4h,将合成得到的产物过滤、洗涤、干燥;
IV.将步骤III所得固体粉末,在空气中于500~600℃下焙烧5~8h即得到晶体颗粒呈规整圆形,平均粒径为2μm,粒径分布窄,集中在1~4μm之间的球状窄粒径分布MCM-41介孔分子筛。
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