[发明专利]一种高分散含骨架Al的纳米MCM‑41分子筛的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种高分散含骨架Al的纳米MCM-41分子筛的制备方法。

背景技术

MCM-41新型介孔分子筛是一种有序介孔材料，由于具有六角形排列的一维孔道结构(2-50nm)、较大的比表面积、孔容等独特的孔道结构和表面特征、孔径可由长链烷基三甲基季铵盐的长链烷基的长度或由助剂如1，3，5-三甲基苯的加入量在1.8-10nm之间调变，突破了以往微孔分子筛孔径不超过1.2nm的限制，使其可用作催化剂、吸附剂或催化剂载体等，特别在重油加工和大分子参加的化学反应中有广阔的应用前景。因纯硅的MCM-41几乎是没有酸性的，晶格中缺乏活性组分，离子交换能力小，不具备催化反应能力，所以在合成MCM-41过程中直接引入其他杂原子进行改性，其中当掺杂Al原子后，MCM-41骨架中的Si就被Al所取代，生成具有酸中心的Al-MCM-41分子筛。

因纳米级介孔分子筛兼备纳米材料(三维粒径＜100nm)和介孔材料(孔径为2-20nm)的双重特点，显示出诸多有别于常规介孔材料的特异性能，近年来已成为材料、生物、催化等领域的研究热点。已报道纳米级介孔材料均为纯硅型如MCM-41、MCM-48、MSU-n以及HMS，而具有酸性的纳米级含铝介孔材料的研究报道很少，可能与纳米级硅铝介孔材料合成需采用特殊制备手段或需严格控制合成条件。

中国专利CN1257839C公开了一种以离子液体为模板剂制备Al-MCM-41介孔分子筛的方法，离子液体是溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑，以硅酸钠、硫酸铝、硫酸和水为原料经模板剂的制备、反应混合物的制备和水热晶化三步，再经过过滤、水洗、干燥和焙烧，制得Al-MCM-41介孔分子筛，该方法中使用的模板剂需要自己制备，成本高，不利于工业化应用。

Yao Nan利用有超声辅助的溶胶-凝胶途径制备了纳米级含铝介孔材料，然而目标产物中的介孔孔道是由极小的无定型纳米硅铝粒子紧密堆积而成，造成孔径分布较宽(2-11nm)且物化性能较之传统介孔材料较差(Yao Nan.Ultrasound as a tool to synthesize nano-sized silica-alumina catalysts with controlled mesoporous distribution by a novel sol-gel process[J].Catalysis Letters，2002，78(1/4)：37-41)。Liu Yu以Beta沸石纳米晶种为无机物种在淀粉的导向作用下得到了水热稳定和强酸性的纳米级硅铝孔道材料，且在异丙苯的裂解反应中显现出了优异的反应活性，但是，所得催化剂的孔径分布仍然较宽，且制备过程繁琐耗时(Liu Yu.Aluminosilicate nanoparticles for catalytic hydrocarbon cracking[J].Journal ofthe American Chemical Society，2003，125：2376-2377)。

综上所述，提供一种孔径小、分布均匀、高分散的Al-MCM-41纳米分子筛的制备方法具有重要意义。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种高分散含骨架Al的纳米MCM-41分子筛的制备方法，在水热条件下，以阳离子表面活性剂为模板剂，通过Al的引入制备含骨架Al的纳米MCM-41分子筛，该方法具有原料易得、操作简单、重复性好、该分子筛具有高分散、水热稳定性强、有序性好、比表面积高等特点。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种高分散含骨架Al的纳米MCM-41分子筛的制备方法，包括以下步骤：S1.将模板剂和铝源溶解于水得溶液a；S2.将溶液a中加入无机碱或氨溶液，调节pH至碱性，得溶液b；S3.在慢速搅拌的条件下，缓慢加入硅源于溶液b，得悬浊液；S4.将悬浊液老化，转入水热晶化釜中，在100-150℃温度下晶化10-48小时得晶化液；S5.将晶化液进行固液分离、干燥、550℃焙烧，即得。

上述的高分散含骨架Al的纳米MCM-41分子筛的制备方法，其中，步骤S1中所述溶解条件温度为0-80℃，该步骤的目的是使形成的分子筛形貌规则。

上述的一种高分散含骨架Al的纳米MCM-41分子筛的制备方法，其中，所述模板剂为C10-C20的长链季铵盐或季铵碱，优选十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氢氧化铵；所述铝源为铝溶胶、异丙醇铝、偏铝酸钠、硫酸铝或硝酸铝，优选为异丙醇铝或偏铝酸钠。