[发明专利]一种空心AFI型分子筛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磷酸铝分子筛技术领域，具体涉及一种空心AFI型分子筛，同时还涉及一种空心AFI型分子筛的制备方法。

背景技术

分子筛是指具有均匀微孔且其孔径与一般分子大小相当的一类物质。分子筛的应用非常广泛，可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等，但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3～2nm)的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。分子筛对物质的吸附来源于物理吸附(范德华力)，其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子(如水)和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。分子筛的筛分功能是由于其孔径分布非常均一，只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛的晶穴内部，通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同物质的分子，所以被形象的称为“分子筛”。

磷酸铝分子筛材料是1982年由美国联碳公司在水热体系中以有机胺为模板剂首次成功合成的，它的出现不仅丰富了分子筛家族，而且打破了分子筛由硅氧四面体和铝氧四面体组成的传统观念。AlPO₄-n系列分子筛骨架是由等量的铝氧四面体和磷氧四面体组成，其晶体骨架呈电中性，表面无强酸中心，只具有弱的酸催化性能。磷酸铝分子筛由铝氧磷相互连接构成骨架，其中铝离子除具有氧四面体配体外，还有氧五配体和氧六配体的结构，因此其结构在很大范围内具有可调节性。

微孔催化材料磷酸铝(AlPO₄-n)分子筛可作为催化剂、吸附剂被广泛的应用于石油化工和精细化工领域，也可作为主体组装具有纳米材料的主客体材料、化学传感器、光信息的存储材料等等，因此AlPO₄-n的合成一直都是热点。此外，分子筛的吸附、催化和分离性能在很大程度上取决于其形貌和尺寸，因此控制分子筛的形貌、尺寸及生成倾向性，对分子筛在吸附分离、工业催化、微光电器件以及药物缓释等方面的应用具有重大意义。

AlPO₄-n分子筛的传统合成方法有水热合成法和溶剂热合成法，2004年，Cooper等第一次提出在具有溶剂和结构导向剂双重作用的离子液体中离子热法合成磷酸铝分子筛。离子热合成法使用蒸气压低、热稳定性好的离子液体使反应可以在常压下进行，消除反应过程中产生的高压所带来的安全隐患；此外，离子液体可循环利用。因此，离子热法相比传统合成法具有明显的优势。AlPO₄-5分子筛是AlPO₄-n分子筛中重要的一种。2013年，Khoo等在离子液体中无模板剂的条件下晶化90h合成出六边形薄片AlPO₄-5分子筛，但晶化时间较长。

现有技术中，专利CN102101680A公开了一种三维交叉孔道磷酸铝分子筛的合成方法，以咪唑基离子液体为溶剂，以离子液体和有机胺(三乙胺)为混合模板剂，在矿化剂(质量浓度为20-40％的氢氟酸)的作用下，将磷源(质量浓度50-85％的磷酸)和铝源(异丙醇铝)合成为LTA型微孔磷酸铝分子筛；其中，咪唑基离子液体为1-丁基-3-甲基-溴化咪唑或1-丁基-3-乙基-溴化咪唑；咪唑基离子液体与铝源(以Al₂O₃计)的摩尔比为2.5:100，磷源(以P₂O₅计)与铝源(以Al₂O₃计)的摩尔比为0.7:4.0，有机胺与铝源(以Al₂O₃计)的摩尔比为0.65:3.0。所得分子筛孔道结构符合国际分子筛协会(IZA)定义的LTA型分子筛的晶体结构，具有三维交叉孔道，八元环孔道以及SOD和超笼结构；其是实心颗粒，不具有空心结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心AFI型分子筛。

本发明的第二个目的是提供一种空心AFI型分子筛的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种空心AFI型分子筛，是将离子液体、铝源、磷源、氟源、水与模板剂混合后反应制得分子筛合成凝胶，再将分子筛合成凝胶经晶化处理后制成的空心晶化产物；其中，离子液体、铝源以Al₂O₃计、磷源以P₂O₅计、氟源以F计、水与模板剂的摩尔比为(5～50):1:(1.8～4):(0～0.5):(0～10):(0.5～4)。