CN1737085A - 一种lta和fau分子筛纳米晶体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法。包括把铝源(或硅源)加入矿化剂和四甲基氢氧化铵(TMAOH),制成溶液;加入硅源(或铝源),搅拌均匀后,室温至100℃静态或搅拌下反应1-30天;晶化后离心分离或过滤三个步骤,最后洗涤干燥得到LTA和FAU分子筛纳米晶体。在配比(0.8-3.0)SiO2∶1Al2O3∶(0-20)(TMA)O2∶(0-7.5)Na∶(50-5000)H2O(或醇)的范围中合成LTA分子筛纳米晶体,在3.4SiO2∶(0.5-1.8)Al2O3∶(0-20)(TMA)O2∶(0-7.5)Na∶(50-5000)H2O(或醇)的范围内合成FAU分子筛纳米晶体。

Description

一种LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法
技术领域
本发明属于无机化学领域的有关分子筛材料的制备方法,具体涉及一种LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法。
背景技术
FAU和LTA分子筛广泛应用于催化、分离、离子交换等领域,现有的制备技术获得产品大多为粒度在1μm以上体相材料,这种粒度的分子筛不能够有效的发挥其特有的孔道特征,特别是在催化和离子交换领域的应用。分子筛应用于催化领域和离子交换领域时,期望具备以下特征:1)更大的外比表面积可以获得更多的活性中心;2)颗粒尺寸的减小有利于反应物和产物的扩散,使催化剂的效率更高,离子交换更容易发生;3)具有更多的孔道口,反应物不易堵塞孔道,有利于延长催化剂运转周期,使离子交换在孔道中进行的更加充分。
中国专利96102487.9报道了一种细晶粒A型沸石的制备方法,通过在合成过程中加入自己制备的导向剂,获得平均粒度小于1μm的A型沸石,该产品的钙吸附能力不小于320mg CaCO3/g无水沸石。这种方法制备过程简单,易实现大规模工业生产,但是获得的产品仅仅是小于1μm的体相材料,虽钙吸附能力较好,但沸石的颗粒度仍很大,达不到100nm以下。
中国专利200310111435.5报道了一种纳米A型分子筛的制备方法,通过引入超声波和微波联合作用,使生成的纳米晶体无法长大,从而获得了0.1~100nm的A型分子筛。采用这种方法制备纳米分子筛,具有速度快,产率高等优势,但是实现大规模工业生产比较困难。
本发明所提供的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,通过引入有机碱四甲基氢氧化铵和加入矿化剂,将晶体的平均尺寸降低至100nm以下,并且通过对硅源、铝源反应条件的选择可以根据需要调控产物的粒度,并且获得粒度均一的纳米材料。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种晶体的平均尺寸为100nm以下的FAU和LTA分子筛纳米晶体的制备方法。
具体的合成步骤为:
1.把铝源(或硅源)加入矿化剂和四甲基氢氧化铵(TMAOH),制成溶液;
2.加入硅源(或铝源),搅拌均匀后,室温至100℃静态或搅拌下反应1-30天;
3.晶化后离心分离或过滤,洗涤干燥得到LTA和FAU分子筛纳米晶体。
合成分子筛纳米晶过程中加入了有机胺四甲基氢氧化铵作为模板剂。上述步骤中的硅源为正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸丁酯、正硅酸甲酯、白炭黑、硅胶、硅溶胶、水玻璃中的一种或一种以上。铝源为铝粉、氢氧化铝、异丙醇铝、氯化铝、偏铝酸钠中的一种或一种以上。
上述步骤中的溶液可以为水溶液、醇溶液(乙醇、甲醇、乙二醇、丙醇)或醇水溶液。当铝源为铝粉时,铝粉加到矿化剂、四甲基氢氧化铵和水的溶液中搅拌溶解后,用0.2μm的滤膜过滤。矿化剂为钠盐,包括硝酸钠、硫酸钠、氯化钠、氟化钠或氢氧化钠。
上述步骤中两溶液混合后得到的反应溶液组成的配比为(0.8-3.0)SiO2∶1Al2O3∶(0.1-20)(TMA)O2∶(0-7.5)Na∶(50-5000)H2O(或醇)时,得到LTA分子筛纳米晶体,3.4SiO2∶(0.5-1.8)Al2O3∶(0.1-20)(TMA)O2∶(0-7.5)Na∶(50-5000)H2O(或醇)时得到FAU分子筛纳米晶体。
所得的产物,LTA分子筛纳米晶体的硅铝比为1.0-2.6,FAU分子筛纳米晶体的硅铝比为2.7-4.6。
本发明特点在于:通过引入四甲基氢氧化铵,将晶体的平均尺寸降低至100nm以下。部分或全部由钠盐提供碱金属离子,反应混合物中的碱度部分或全部由TMAOH的量来控制,钠盐由于改变溶液的离子常数并影响晶体的形貌,促进分子筛成核和提高产率。
本方法合成的LTA和FAU纳米晶在催化剂、吸附剂和离子交换剂性能优越,由于其晶体尺寸均匀、形貌规则,在其它方面如主客体材料、光学等都能有很好的应用。
附图说明
下面的实例将对本合成LTA和FAU纳米分子筛的方面作进一步说明,实例中的部分照片列于说明书附图中。
图1:产品A1的XRD图谱;
图2:产品A11的XRD图谱;
图3:产品A6的TEM照片;
图4:产品A4的TEM照片;
图5:产品A13的TEM照片;
图6:产品A15的TEM照片。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详叙本发明的技术特点。
实施例一
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,反应液的配比为:3SiO2∶1.0Al2O3∶1.5(TMA)O2∶0.007NaCl∶276H2O。首先将Al粉+NaCl+TMAOH搅拌溶解,用0.2μm的滤膜过滤。TEOS滴加上述溶液,搅拌均匀后,继续在搅拌下老化两天。上述反应溶液装入150ml聚丙烯塑料瓶中,放入100℃烘箱,静态反应15天。晶化完全后,固体样品在8000转/分离心机上,离心40分钟进行分离,然后反复用去离子水、超声波洗涤和离心机分离,直到被分离的水的PH接近7,最后固体样品在80℃下干燥4小时。得到产品A1,颗粒大小为80nm。
实施例二
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,本实例除了反应液的配比为:2.8SiO2∶1.0Al2O3∶5.5(TMA)O2∶0.057NaCl∶600H2O外,其它同实施例一,得到产品A2,颗粒大小为100nm。
实施例三
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应原料改为异丙醇铝之外,其余均同实施例一。得到产品A3,颗粒大小为100nm。
实施例四
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应原料改为白炭黑之外,其余均同实施例一。得到产品A4,颗粒大小为90nm。
实施例五
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,除了反应液配比为3.65SiO2∶Al2O3∶1.23(TMA)O2∶0.43Na2O∶249H2O外,其它同实施例一,得到产品A5,颗粒大小为80nm。
实施例六
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,除了反应液配比为11.27SiO2∶1.82Al2O3∶13.5(TMA)O2∶0.3Na2O∶700H2O外,其它同实施例一,得到产品A6,颗粒大小为90nm。
实施例七
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,除了反应液配比为5.2SiO2∶Al2O3∶8.3(TMA)O2∶0.23Na2O∶400H2O外,其它同实施例一,得到产品A7,颗粒大小为130nm。
实施例八
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,反应液的配比为:0.3Na2O∶11.25SiO2∶1.8Al2O3∶13.4(TMA)2O∶700H2O。0.75克异丙醇铝、5.00克TMAOH·5H2O、0.6克1M的氢氧化钠溶液加入7.0克水,搅拌均匀至澄清,加入2.25克硅溶胶和2.0克水的溶液,继续搅拌一天,100℃晶化一天。其它后续处理同实施例一。得到产品A8,颗粒大小为50nm。
实施例九
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应液配比为:3.0SiO2∶1.0Al2O3∶1.5(TMA)O2∶0.2NaNO3∶276H2O外,其余均同实施例一。得到产品A9,颗粒大小为60nm。
实施例十
一种A型分子筛纳米晶体的制备方法,反应液的配比为:3SiO2∶1.0Al2O3∶1.5(TMA)O2∶0.007Na∶276乙醇。首先异丙醇铝+NaCl+TMAOH+乙醇搅拌溶解,用0.2μm的滤膜过滤。TEOS的乙醇溶液滴加上述溶液,搅拌均匀后,继续在搅拌下老化两天。上述反应溶液装入50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应中,放入65℃烘箱,静态反应10天。晶化完全后,固体样品在8000转/分离心机上,离心40分钟进行分离,然后反复用去离子水、超声波洗涤和离心机分离,直到被分离的水的PH接近7,最后固体样品在100℃下干燥4小时。得到产品A10,颗粒大小为65nm。
实施例十一
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应液配比为:3.4SiO2∶1.7Al2O3∶2.3(TMA)O2∶0.34Na2SO4∶1000H2O外,其它同实施例一,得到产品A11,颗粒大小为80nm。
实施例十二
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,3.4SiO2∶1.0Al2O3∶2.3(TMA)O2∶0.1NaNO3∶300H2O,首先异丙醇铝+NaNO3+TMAOH搅拌溶解,30%硅溶胶滴加上述溶液,搅拌均匀后,继续在搅拌下室温老化七天。晶化后,固体样品在10000转/分离心机上,离心40分钟进行分离,然后反复用去离子水、超声波洗涤和离心机分离,直到被分离的水的PH接近7,最后固体样品在80℃下干燥4小时。得到产品A12,颗粒大小为60nm。
实施例十三
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,反应液的配比为:0.15Na2O∶5.5(TMA)2O∶2.3Al2O3∶10SiO2∶570H2O。TMAOH·5H2O加入到异丙醇铝的水溶液,搅拌均匀至澄清后,加入硅溶胶(30%),继续搅拌30分钟,装入聚四氟乙烯内衬的反应釜,100℃2天。其它后续处理同实施例一。得到产品A13,颗粒大小为80nm。
实施例十四
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,除了硅源改为TEOS外,其它和实施例十相同。得到产品A14,颗粒大小为60nm。
实施例十五
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应液配比为:3.54SiO2∶Al2O3∶2.46(TMA)O2∶0.04Na2O∶370H2O外,其它同实施例一,得到产品A15,颗粒大小为80nm。
实施例十六
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应液配比为:3.63SiO2∶1.7Al2O3∶1.576(TMA)O2∶0.045Na2O∶250H2O外,其它同实施例一,得到产品A16,颗粒大小为80nm。
实施例十七
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应液配比为:10SiO2∶2.4Al2O3∶5.5(TMA)O2∶0.16Na2O∶550H2O外,其它同实施例一,得到产品A17,颗粒大小为60nm。
实施例十八
一种FAU型分子筛纳米晶体的制备方法,本实施例除了反应液配比为:3.4SiO2∶Al2O3∶2.46(TMA)O2∶0.32Na2O∶380H2O∶13.6EtOH外,其它同实施例一,得到产品A18,颗粒大小为85nm。

Claims (7)

1、一种LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其步骤为:
(1)把铝源或硅源加入矿化剂和四甲基氢氧化铵,制成溶液;
(2)加入硅源或铝源,搅拌均匀后,室温至100℃静态或搅拌下反应1-30天;
(3)晶化后离心分离或过滤,洗涤干燥得到LTA和FAU分子筛纳米晶体。
2、如权利要求1所述的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其特征在于:硅源为正硅酸乙酯、正硅酸丁酯、正硅酸甲酯、白炭黑、硅胶、硅溶胶、水玻璃中的一种或一种以上。
3、如权利要求1所述的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其特征在于:铝源为铝粉、氢氧化铝、异丙醇铝、氯化铝、偏铝酸钠中的一种或一种以上;当铝源为铝粉时,铝粉加到矿化剂、四甲基氢氧化铵和水的溶液中搅拌溶解后,用0.2μm的滤膜过滤。
4、如权利要求1所述的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其特征在于:溶液是水溶液、醇溶液或醇水溶液。
5、如权利要求4所述的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其特征在于:醇溶液是乙醇、甲醇、乙二醇或丙醇。
6、如权利要求1所述的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其特征在于:矿化剂为钠盐。
7、如权利要求5所述的LTA和FAU分子筛纳米晶体的制备方法,其特征在于:矿化剂是硝酸钠、硫酸钠、氯化钠、氟化钠或氢氧化钠。
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