[发明专利]一种空心球形IM-5分子筛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种IM-5分子筛及其合成方法，属于无机材料制备领域。 

背景技术

微孔分子筛材料具有规则的孔道、较大的表面积广泛应用于吸附、分离、化工、催化等领域。近年来，一些新型结构的分子筛材料已经不断被合成出来。 

IM-5分子筛是以双季铵盐为模板剂合成的一种新型沸石。IM-5分子筛与ZSM-5的孔道结构类似，拥有二维10MR交错孔道，且热稳定和水热稳定性较高，在石蜡裂化、正丁烯异构化、合成气制汽油等石油化工领域具有较强的催化应用前景。 

Journal of Molecular Catalysis A: Chemical，2000，162：175-189，以1,1'-(戊甲撑)二(1-甲基吡咯烷鎓)溴化物为模板剂，在添加溴化钠促进剂的条件下，175℃静态水热条件下得到IM-5分子筛。 

Journal of Catalysis 215 (2003) 151-170，以1,1'-(戊甲撑)二(1-甲基吡咯烷鎓)溴化物为模板剂，在160℃动态水热条件下得到IM-5分子筛。 

CN1234012A、CN11406120C公开了IM-5分子筛及其合成方法。通过添加额外的NU-88粉末为晶种，在170℃下水热晶化得到IM-5分子筛。 

通过研究上述文献合成的产物可知，现有技术所得IM-5分子筛在形貌上为二维棒状，棒的一般直径为50nm以上，长度一般为200-2000nm。 

分子筛材料除具有棒状、条状、块状或球状等形状外，目前空心球结构的分子筛的制备引起人们很大的兴趣。因为这种特殊的中空结构往往会引发材料的一些特殊的性能，尤其体现在催化、吸附、药物的控制释放、纳米光电等领域。 

目前分子筛空心球主要通过聚苯乙烯微球做模板，结合层层自组装及水热或气相转化晶化法制备。典型的相关文献有：Chem.Commun., 2000, 2161-2162和Adv. Mater. 2006, 18, 801-806。这种以聚合物微球为硬模板的制备分子筛空心球的方法，操作步骤繁琐、可控性较差，成本较高。 

CN101618336A利用炭黑粒子做模板，通过旋转水热晶化制备了MCM-22分子筛空心球。所用炭黑模板较聚苯乙烯微球模板来源广泛成本低廉，但由于炭黑粒子的不均匀性及颗粒尺寸一般在20微米以上，所得空心球的粒度较大，孔壁相应单薄，因此空心球容易破碎。 

可见，目前由分子筛空心球的合成一般采用聚合物微球及炭黑等硬模板来合成，可控性不强，硬模板的用量相对较多，烧除困难，同时模板的烧除会带来大量的环境污染物。 

发明内容

本发明提供了一种以软模板法合成IM-5分子筛空心球的方法。根据本发明的方法，在通常的制备IM-5分子筛的水热体系下，通过引入阳离子表面活性剂可获得IM-5分子筛空心球，空心球的壁由10-200nm的IM-5小晶粒构成。 

本发明空心球形IM-5分子筛，空心球的外径为2-10μm，空心球的壁由10-200nm的IM-5小晶粒构成，空心球壁厚为50-500nm。 

本发明空心球形IM-5分子筛的制备方法如下： 

（1）将碱源、模板剂、铝源、水、硅源和阳离子表面活性剂混合，在适宜温度下搅拌混合物生成溶胶；

（2）将步骤（1）的混合物在水热反应釜中升温至160-185℃水热晶化7-12天后，取出并分离固体产物，干燥后得到IM-5分子筛，其形态为空心球。

步骤（1）中，搅拌温度为20-70℃，优选为55-65℃，搅拌时间为1-24小时，优选为10-20小时。 

步骤（1）中，所述碱源为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂，优选为氢氧化钠。所述的模板剂为1,1'-(戊甲撑)二(1-甲基吡咯烷鎓)溴化物，英文名称为1,1'-(Pentamethylene)bis(1-methylpyrrolidinium)，结构式为： 

所述铝源为硝酸铝、氯化铝或硫酸铝，优选为硝酸铝。所述的硅源为白炭黑、硅酸、硅醇盐、硅溶胶或硅胶，优选为白炭黑。所述的表面活性剂为碳链长度为12-16的阳离子季铵盐，其对应的阴离子为溴离子或氯离子，优选为溴离子。碳链长度为12-16的阳离子季铵盐，包括但不限于十六烷基三甲基溴化铵，十四烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵。

步骤（1）中，反应混合物以下列物质计的摩尔配比为： 

SiO₂/Al₂O₃为40-70