[发明专利]一种介孔锆基分子筛催化剂的制备装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔锆基分子筛催化剂的制备装置及制备方法，具体涉及一种利用无水无氧装置处理锆源后一步合成锆基介孔分子筛材料的方法；属于催化剂的制备技术领域。

背景技术

介孔锆基材料具有发达的酸性和碱性表面活性中心，而且兼具氧化性和还原性，因此此类催化剂材料对催化、吸附、分离等有独特的效果。其除了可以作催化剂外，还是优良的催化剂载体，所以在能源领域（包括石油化工、天然气化工、废油脂利用等）具有巨大的应用价值。

合成锆基催化剂材料的方法已经有许多报道，有采用高价的有机锆源（丙醇锆、氯氧锆等），也有采用廉价的无机锆源（硫酸锆、硝酸锆等）。其中李瑞丰团队采用无机硝酸锆设计出多种合成锆硅介孔分子筛的方法（CN100496722 C、CN100447085C、CN100447091C），制备出的催化剂具有超强酸性、热稳定性强、孔道规整、比表面积大等优点。但实验中为了使用廉价的硝酸锆作锆源，而硝酸锆易吸水形成含结晶水的结构如Zr(NO₃)₄·3H₂O、Zr(NO₃)₄·5H₂O等，使得合成过程中合成条件的控制比较困难，常出现密实的氧化锆结块，而导致介孔材料的含量比例低。如此造成高效的介孔锆分子筛催化剂材料催化效率降低，从而影响其在反应中的应用。若能将结晶水硝酸锆先行处理得到不受水影响的锆源，进而合成介孔锆基催化剂材料，将能得到高效、稳定的催化剂，开辟真正的应用领域。

发明内容

本发明旨在提供一种介孔锆基分子筛催化剂的制备装置及制备方法，其目的在于解决硝酸锆易吸水造成无法合成介孔材料的问题，提供一种利用无水无氧装置处理结晶水硝酸锆合成锆基介孔催化剂材料，通过真空处理无机锆源的方法，从而实现简便、易得的制备介孔锆基分子筛催化剂的方法。

本发明提供了一种介孔锆基分子筛催化剂的制备装置，包括双排管、原料处理器、合成器、晶化釜，双排管下方分别设有五个交换阀门，双排管一端连接惰性气体或氮气，另一端连接抽真空装置，原料处理器上端连接第四交换阀门，底部设有电加热套，原料处理器出口连接水气收集器，水气收集器与第五交换阀门连接；合成器上端连接第二交换阀门，合成器上的加料漏斗连接第三交换阀门，合成器下部设有磁力搅拌器；晶化釜上部连接第一交换阀门，晶化釜外侧设有加热套，晶化釜另一侧通过导料管连接合成器。

本发明提供了一种介孔锆基分子筛催化剂的制备方法，采用上述制备装置，包括以下步骤：

I．首先将Zr(NO₃)₄∙nH₂O加入到原料处理器中，在150~220℃真空处理1~5h，使过程中产生棕红色的气体或水蒸汽进入水气收集器中被吸收，当不再产生红色的气体或水蒸汽时停止抽真空，通惰性气体（氩气或氦气）或氮气保护下并降温；

II．将共聚物P123加入到合成器中，再加入浓度为1mol/L的硫酸，并在40℃下搅拌3~5h直到完全溶解后，再将步骤I制备的锆源通过加料漏斗在通惰性气体或氮气的情况下缓慢震荡加入到合成器中，继续搅拌3-5h后移入晶化釜中密封；

每1-10gP123使用硫酸40-60mL，所述Zr(NO₃)₄∙nH₂O与P123的摩尔比为32-47：1；

III．将密封的晶化釜在80~120℃下晶化36~60h，晶化后取出产物，冷却至室温，抽滤、并用95%乙醇洗涤数次后，在室温下自然干燥；

IV．干燥后的固体产物在400~700℃下静态空气流中焙烧5~10h后得到介孔氧化锆分子筛催化剂。

优选地，所述介孔氧化锆分子筛催化剂的制备方法包括以下步骤：

I．首先将Zr(NO₃)₄∙nH₂O加入到原料处理器中，在150~200℃真空处理2~4h，使过程中产生棕红色的气体或水蒸汽进入水气收集器中被吸收，当不再产生红色的气体或水蒸汽时停止抽真空，通惰性气体或氮气保护下并降温；

II．将共聚物P123加入到合成器中，再加入浓度为1mol/L的硫酸，并在40℃下搅拌3~4h直到完全溶解后，再将步骤I制备的锆源通过加料漏斗在通惰性气体或氮气的情况下缓慢震荡加入到合成器中，继续搅拌3-5h后移入晶化釜中密封；