[发明专利]一种薄片状ZSM-5分子筛的合成方法

说明书

本发明提供了一种薄片状ZSM‑5分子筛的合成方法，包括硅铝凝胶制备和后续晶化等步骤。本发明合成的分子筛为典型的MFI结构，结晶度高，具有薄片片状形貌。与现有技术相比，本发明最显著的优点在于合成过程中无需添加任何表面活性剂和预处理晶种等原料，合成过程极其简单，成本很低，对环境无污染等优点，因而可在工业中推广应用。因其具有特殊的薄片形貌，特别适用于需求较短扩散路径的反应。

技术领域

本发明涉及分子筛合成技术领域，尤其涉及一种薄片状ZSM-5分子筛的合成方法。

背景技术

美国Mobil公司于1972年首次合成出了ZSM-5分子筛(US3702886)。自问世以来，ZSM-5分子筛因其有序的三维孔道结构、较大的比表面积、较高的水热稳定性、可调变酸中心和可交换阳离子等优异性能，成为工业上应用最多的催化剂分子筛原粉之一。

不同形貌的ZSM-5分子筛会表现出不同的催化效果。其中，薄片状ZSM-5分子筛合成过程中晶核沿a轴和c轴方向生长速率较快，沿b轴方向生长速率较慢，最终长成(100)晶面和(101)晶面较小、(010)晶面较大的片状形貌。相对于常规形貌的ZSM-5分子筛，反应物分子可以通过很短的b轴直线孔道快速扩散，因而具有优异的催化性能和抗积碳性能。

现有技术中，薄片状ZSM-5分子筛的合成大多借助有机大分子季铵盐模板剂来辅助完成。专利文献CN102372283B中，采用选自草酸铵、乙酸铵、烷基苯磺酸钠、碳酸氢铵、磷酸氢铵和磷酸氢二钠中的至少一种作为阴离子表面活性剂合成出薄片状ZSM-5分子筛；专利文献CN103043681B 中，采用十六烷基三甲基溴化铵或聚氧乙烯辛基苯酚醚作为表面活性剂、正丁醇或正戊醇作为助表面活性剂合成出30nm厚的层状ZSM-5分子筛；专利文献CN103183358B 中，采用十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵插层合成出薄片状ZSM-5分子筛；专利文献CN103288100B中，采用十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂合成出片层结构堆积的ZSM-5分子筛；专利文献CN106006666A、CN106006667A和CN106006669A中，采用选自十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵的一种作为双亲性阳离子表面活性剂合成出纳米片层ZSM-5分子筛。专利文献CN105523569A中，采用含氮化合物哌啶、咪唑、二乙醇胺、乙酸铵、正丁胺、正己胺、甲胺、乙胺、尿素、三乙胺和乙二胺中至少一种作为添加剂合成出薄片状形貌ZSM-5分子筛。专利文献CN106587100A中，采用模板剂3,5-二甲基-N-丁基碘化吡啶合成出薄层片状ZSM-5分子筛。专利文献CN106006668A 中，摒弃对环境有污染的季铵盐，采用添加预处理晶种的方法合成出薄层片状ZSM-5分子筛。

综上可见，现有的薄片状ZSM-5分子筛合成技术大多采用添加有机大分子季铵盐、胺类物质的方法，此过程不仅合成成本较高，而且后续处理还会对环境产生污染。添加预处理晶种的方法，虽然合成过程污染较小，但得用强碱液处理晶种。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种薄片状ZSM-5分子筛的合成方法，该方法通过调节凝胶中水的含量，在不添加任何表面活性剂和晶种的条件下，仅采用ZSM-5分子筛工业合成的传统模板剂，合成出了薄片状ZSM-5分子筛，方法简单高效、成本低廉、经济环保。

本发明是通过以下技术方案来实现：

(1)将硅源和模板剂完全溶解于水中，得到混合均匀的溶液A；将铝源和酸碱调节剂完全溶解于水中，得到混合均匀的溶液B；将溶液A和溶液B混合均匀，得到凝胶C，其摩尔配比为Al₂O₃ : (45~1000)SiO₂ : (4~80)M₂O : (5~100)R : (2000~10000)H₂O，M表示Na或K，R表示模板剂；

(2)将凝胶C蒸发浓缩制得凝胶D，使凝胶D质量为凝胶C质量的80%~90%；