[发明专利]一种介孔沸石的合成方法

说明书

本发明涉及一种利用单壁碳纳米角作为结构模板合成介孔沸石的方法。该材料可以作为催化剂、吸附剂、化学活性物质(如金属颗粒)载体、液相或气相分离材料等应用于石油化工、精细化工等化学工业，还可以用于废气、废水处理等环境工程。

技术领域

本发明涉及一种利用单壁碳纳米角作为结构模板合成介孔沸石的方法。该材料可以作为催化剂、吸附剂、化学活性物质(如金属颗粒)载体、液相或气相分离材料等应用于石油化工、精细化工等化学工业，还可以用于废气、废水处理等环境工程，属于材料、化工、环保领域。

背景技术

沸石结晶由于具有大量微孔、高比表面积、良好的化学和热稳定性、机械强度，被广泛应用于离子交换、吸附、分离、传感器和催化等工程领域。然而由于沸石结晶的孔道尺寸较小，在大分子反应中，物质的传质速率受到很大程度的限制，且在反应过程中很容易产生积碳现象，使催化剂的寿命大大缩短，严重限制了其在大分子催化反应中的应用。沸石结晶的微孔还会引起反应系统较高的压力降，产生高能耗。1992年Mobil公司首次合成了有序介孔材料如MCM-41，弥补了沸石结晶的不足，为大分子反应提供有利的空间构型，但是由于该系列材料的介孔壁为无定形结构，水热稳定性较差，且酸性较弱，限制了其催化等领域的实际应用。

若在沸石结晶中引入介孔，既保持了原有的比表面积大、表面酸性强、水热稳定性好等优点，也由于介孔的引入大大提高了反应物和产物在催化剂内部的扩散速率，减少积碳，从而降低失活速率。目前，在沸石结晶中引入介孔的方法主要有：硬模板法，软模板法和后处理法。已报道的硬模板有碳微粒、碳纳米管、碳纤维、碳气凝胶、聚合物气凝胶、介孔碳和碳酸钙微粒等。也有一些研究者采用表面活性剂、阳离子聚合物、有机硅烷等软模板合成介孔沸石的报道。另外，沸石结晶还可以通过酸处理或碱处理等后处理方法产生一些介孔，但是后处理法制备的介孔沸石，对结晶的结构破坏性较大且孔径范围较宽。

现有技术中制备的介孔沸石的介孔孔径较大、孔径分布范围较宽、介孔不均匀，如以碳溶胶和聚合物溶胶为结构模板制备的沸石的介孔大小约为7-25纳米，以碳纳米管或纳米碳纤维为结构模板制备的沸石的介孔大小约为12-40纳米，而以碱后处理法得到的沸石的介孔大小约为5-35纳米(Y.Tao et al.,Chem.Rev.2006,106,896-910)。

发明内容

本发明的目的是提供一种介孔沸石的制备方法以及由该方法制备得到的介孔沸石，所述介孔沸石的介孔孔径小、孔径分布范围窄。

本发明目的是通过如下技术方案实现：

一种介孔沸石的制备方法，其中，以单壁碳纳米角作为模板合成介孔沸石。

根据本发明，所述单壁碳纳米角(single wall carbon nanohorns，SWCNHs)直径为2-5纳米，长度为10-50纳米，且端部为封闭的锥形结构。单壁碳纳米角通常以直径为50-500纳米的球形聚集体存在。由于单壁碳纳米角可以采用激光烧蚀(laser ablation)法制备，不需要催化剂，因此，单壁碳纳米角能大量制备、且能得到高纯度的产品。此外，同单壁碳纳米管相比，其生物兼容性更好。

根据本发明，所述的制备方法优选包括：将硅源和/或铝源、碱(例如NaOH)、溶剂(例如水或有机溶剂)、以及任选的微孔结构模板剂，与单壁碳纳米角混合，进行水热合成反应，得到沸石/单壁碳纳米角的混合体，将其分离、燃烧去除单壁碳纳米角后，得到以单壁碳纳米角为模板的介孔沸石。

根据本发明，所述硅源可使用现有技术中制备沸石所用的任意硅源，例如正硅酸乙酯、水玻璃、硅胶、二氧化硅、石英砂、含硅矿物、粉煤灰等。所述铝源可使用现有技术中制备沸石所用的任意硅源，例如异丙醇铝、硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、氢氧化铝、铝酸钠、偏铝酸钠等。

在本发明的一个实施方式中，制备介孔沸石Silicalite-1的具体方法包括：