[发明专利]结晶金属磷酸盐、其制备方法和用途

说明书

本发明合成了命名为AlPO‑92的一种新的结晶微孔金属磷酸盐家族。这些金属磷酸盐由以下经验式表示C_c⁺A_a⁺M_m²⁺EP_xSi_yO_z其中M为二价骨架金属诸如镁，C为环状有机铵阳离子，A为无环有机铵阳离子，并且E为三价骨架元素诸如铝或镓。AlPO‑92组合物的特征在于新的独特ABC‑6网结构，并且具有适用于执行各种烃转化过程的催化特性，以及适用于在多种应用诸如吸附热泵中有效吸附水蒸气的特性。

背景技术

本发明涉及一种新型金属磷酸盐家族，统称为AlPO-92。它们由以下经验式表示：

C_c⁺A_a⁺M_m²⁺EP_xSi_yO_z

其中M为二价骨架金属诸如镁，C为环状有机铵阳离子，A为无环有机铵阳离子，并且E为三价骨架元素诸如铝或镓。

分子筛的类别包括结晶磷酸铝、磷酸硅铝或金属磷酸铝组合物，它们是微孔的并且由共角的AlO_4/2和PO_4/2四面体形成。1982年，Wilson等人首次报道了磷酸铝分子筛，即所谓的AlPO，它是具有许多与沸石相同的特性的微孔材料，但不含二氧化硅(参见美国专利号4,310,440)。随后，经由用SiO_4/2四面体替代PO_4/2⁺四面体以将电荷引入中性磷酸铝骨架，从而产生SAPO分子筛，如Lok等人所述(参见美国专利号4,440,871)。将骨架电荷引入中性磷酸铝的另一种方式是用[Me²⁺O_4/2]^2-四面体替代AlO_4/2^-四面体，以产生MeAPO分子筛(参见美国专利号4,567,029)。此外，还可以经由同时向骨架中引入SiO_4/2和[M²⁺O_4/2]^2-四面体来在基于AlPO的分子筛上引入骨架电荷，得到MeAPSO分子筛(参见美国专利号4,973,785)。

在各种工业方法中使用了多种天然存在和合成制备的分子筛。通过合成，这些分子筛经由水热合成制备，所述水热合成采用合适的Si、Al、P、金属源和结构导向剂诸如胺或有机铵阳离子。结构导向剂停留在分子筛的孔中，并且主要负责最终形成的特定结构。这些物质可以平衡与磷酸铝组合物中的硅或其他金属诸如Zn或Mg相关的骨架电荷，并且还可用作空间填料以稳定四面体骨架。特定的合成方案利用相同凝胶中的多种结构导向剂，以便引导多个笼或腔的形成。这已针对硅酸铝诸如UZM-5(US8747807)以及磷酸硅铝诸如STA-20(Turrina等人，《化学材料》，第29卷，第2180页，2017年(Turrina et al.，Chem.Mater.，29，2180(2017)))进行了证实。

分子筛的特征在于具有均匀尺寸的孔开口，具有显著的离子交换容量，并且能够可逆地解吸分散在晶体的整个内部空隙中的吸附相，但不显著地置换构成永久性分子筛晶体结构的任何原子。分子筛可用于分离应用，其中某些种类的混合液体或蒸气流被捕集在分子筛的孔内，并且排除其他种类的混合液体或蒸气流。分子筛还可用作烃转化反应的催化剂，所述烃转化反应可在外部表面上以及孔内的内部表面上发生。

如上所述，分子筛能够可逆地吸附和解吸某些分子，具体取决于被吸附物的尺寸和分子筛的内部孔结构。存在许多期望优选地以可逆方式吸附水蒸气的应用。一种此类应用是吸附热泵，它是可用于从余热或废热中回收能量的装置。因此，吸附热泵可用于以环境友好的方式最大化能量效率。分子筛由于它的高水蒸气容量而可成为用作吸附热泵中的水蒸气吸附剂的可用材料。对于吸附热泵中吸附剂的使用的描述可见于美国专利8,323,747，该专利全文以引用方式并入本文。