[发明专利]一种超细纳米IM-5分子筛及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超细纳米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，且热稳定性和水热稳定性较高，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℃静态水热条件晶化10天得到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℃动态水热条件下晶化14天得到IM-5分子筛。

CN 1234012A、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8天得到高结晶度的IM-5分子筛。

通过研究上述文献合成的产物可知，所得IM-5分子筛在形貌上为二维棒状，棒的直径一般为80nm以上，长度一般为200-2000nm。因此，该棒状分子筛仅在一个维度上表现为纳米尺度，而在另一维度上为微米级或次微米级，分子筛的总体尺寸仍然较大。

然而，总所周知，降低分子筛的晶粒尺寸，使其达到纳米尤其是超细纳米级别，可以减少反应物或产物分子在分子筛晶体内的扩散阻力，是防止深度反应产生积碳的一种有效方法。而且随着分子筛颗粒尺寸的减小，晶粒的表面原子数与体相原子数之比迅速增大，从而显示出较强的体积效应、表面效应和量子尺寸效应，材料具有传质效率优良、高活性、高选择性等优点。

发明内容

本发明提供了一种超细晶粒IM-5分子筛及其合成方法。根据本发明的方法，通过向反应体系中加入有机聚合物和表面活性剂的协同作用，可以得到超细纳米IM-5分子筛棒状颗粒。

本发明超细纳米IM-5分子筛，颗粒为棒状，棒状颗粒的直径在15-50nm范围内，棒状颗粒的长度在50-150nm范围内。

本发明超细纳米IM-5分子筛的合成方法包括如下内容：

（1）将碱源、模板剂、铝源、水、硅源、聚乙二醇和表面活性剂在容器中混合，在适宜温度搅拌生成溶胶；

（2）将步骤（1）的混合物移至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，干燥后得到超细IM-5分子筛。

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3-12小时。

步骤（1）中，所述的碱源为氢氧化钠、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。所述的聚乙二醇，粘均分子量为2000-50000。所述的表面活性剂为碳链长度为12-16个碳的阳离子季铵盐，其对应的阴离子为溴离子或氯离子，优选为溴离子。所述的碳链长度为12-16个碳的阳离子季铵盐，包括但不仅限于十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵或十二烷基三甲基溴化铵。

步骤（1）中，反应混合物按以下物质计的摩尔配比为：

SiO₂/Al₂O₃为35-65

R/SiO₂为0.2-0.4，R指模板剂

H₂O/SiO₂为40-80

OH^-/SiO₂为0.4-0.75

聚乙二醇的用量以整个体系的重量计，含量为1%-6%

阳离子表面活性剂的用量以整个体系的重量计，含量为1%-3%。

步骤（2）中，水热晶化温度优选为165-175℃。水热晶化的压力为反应自生压力。