[发明专利]分子筛离子交换方法、离子交换型稀土分子筛的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及分子筛催化材料制备领域，公开了一种分子筛在微波条件下与稀土水溶液进行离子交换的方法和离子交换型稀土分子筛的制备方法及其在制备稀土分子筛中的应用。本发明提供的分子筛离子交换方法包括：在微波条件下，使含有钠型分子筛和稀土元素离子的溶液中的稀土元素离子与钠离子进行离子交换反应，得到离子交换后的稀土分子筛的步骤，其中，所述微波条件包括：以微波功率为0.01‑100KW、微波升温时间为1‑300min升温至交换温度181‑260℃，并在该温度下保持1‑720min。根据本发明提供的一种分子筛离子交换方法具有一次离子交换度高、交换周期短、能耗低、清洁环保的效果。

技术领域

本发明涉及分子催化材料制备技术领域，具体地涉及一种在微波条件下，使含有钠型分子筛和稀土元素离子的溶液中的稀土元素离子与钠离子进行离子交换的方法和离子交换型稀土分子筛的制备方法及其在制备稀土分子筛中的应用。

背景技术

分子筛(又称沸石)具有规则而均匀的孔道、排列整齐的空穴以及分子尺寸相近的孔径，且表面性能具有可调变性，因此其在吸附、分离、催化、和离子交换等众多领域中有着广泛的应用。由于分子筛内的抗衡阳离子具有可交换性，从而使得离子交换后的分子筛在热稳定性、吸附性能和催化性能等方面发生显著的改变。其中一类重要的离子交换型稀土分子筛(例如：REY)具有良好的水热稳定性能，因此在石油化工领域得以广泛应用，其作为催化剂活性组分在催化裂化、烯烃聚合、烷基化、加氢裂解、催化重整、以及芳烃异构化等催化反应过程中展现出优异的催化性能。

随着分子筛合成方法和改性手段的不断进步，分子筛工业生产的规模也逐渐扩大。目前工业上制备分子筛一般采用水热法，通常情况下水热法制备的分子筛阳离子为钠离子，但是在实际应用中，需要根据具体情况，将其中的钠离子交换为其它阳离子，如氢离子、钾离子、稀土金属离子等，从而使其具有特定的催化功能。

分子筛的离子交换通常在水溶液中进行，工业生产时一般在真空带式过滤机上或交换釜中以罐交方式完成交换。随着国家和地方政府对企业外排废水的要求日益严格，分子筛离子交换工艺产生的废液的处理成本也逐年升高，企业因此面临着巨大的环保压力和经济压力。为提高离子交换度，降低分子筛中的残余钠含量，一般采用多次交换和高温焙烧交替进行的方式来实现，即采用“两交一焙”或“两交二焙”的工艺进行生产。

由于稀土金属离子在水溶液中以水合金属离子形式存在，而水合金属离子半径较大，在离子交换过程中不能进入Y型分子筛的方钠石笼(又称β笼)和六方柱笼中，因而难以与其中的Na⁺完成交换，须经过高温焙烧把β笼中的Na⁺迁移出来后再进行交换，但高温焙烧会影响分子筛的晶体结构。因此，用传统制备工艺制备稀土分子筛存在离子交换效率低、交换时间长、生产工艺流程长、生产成本偏高等问题。为使稀土离子只经一次交换即可达到工业所需的交换度，研究人员曾尝试采用过热压交换法，但长时间的高温、高压交换条件不仅增加了生产能耗，而且还会不同程度地破坏分子筛的晶体结构。因此，开发高效的离子交换工艺已成为当今分子筛行业的研究热点。

CN101069863A公开了一种多级串联流化床轮流切换分子筛离子交换工艺，在该工艺中，通过使用多个串联的交换柱，将含待交换离子的交换液依次流过各交换柱，并按顺序轮流切换，从而实现交换离子高利用率地连续生产。这种多级串联方式虽然提高了交换液利用率，但是存在设备维护繁琐等问题，且难以实现大规模的工业应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统分子筛离子交换方法及稀土分子筛生产制备中一次离子交换度不高、交换周期长、生产工艺流程长等问题，提供一种分子筛离子交换方法和离子交换型稀土分子筛的制备方法，并将其应用于稀土分子筛的制备，该方法具有一次离子交换度高、交换周期短、能耗低、清洁环保的效果。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种分子筛离子交换方法，该方法包括：在微波条件下，使含有钠型分子筛和稀土元素离子的溶液中的稀土元素离子与钠离子进行离子交换反应，得到离子交换后的稀土分子筛的步骤，