一种通过紫外光辐射辅助合成分子筛的方法技术

一种通过紫外光辅射辅助合成分子筛的方法，属于分子筛合成技术领域。其是将硅源、铝源及其他反应物称好后转移到石英容器中，通过紫外光辐射(功率密度20～80w/m2)，在一定反应温度下进行晶化反应，晶化产物洗涤干燥后得到A型、X型、N型、Silicalite-1型、Beta型、Y型、ZSM-5型、MOR型或SAPO-34型分子筛。本发明专利技术可快速得到结晶度较好的硅铝分子筛，相较于传统方法而言，可一定程度上降低反应物碱度及温度，并可加速分子筛的合成过程。这大大的降低生产成本，具有一定的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种通过紫外光辐射辅助合成分子筛的方法
本专利技术属于分子筛合成
，具体涉及一种通过紫外光辅射辅助合成分子筛的方法。
技术介绍
从上个世纪40年代开始，分子筛以其规则的孔道及笼结构使其在催化、客体分子吸附及离子交换方面表现出了优异的性质及应用。目前世界上大部分的石油都是采用沸石分子筛作为催化剂进行汽化裂化的。由于分子筛研究与工业发展息息相关，分子筛新的合成路线的探索成为现代科学工作者研究的重点。而作为沸石分子筛的代表，硅铝分子筛的人工合成大部分是采用高温高压(60-200℃)水热法在高碱条件下合成的，该方法由于高碱条件的制约，从而对工业反应器要求较高，并产生大量高碱废水，不利于节能减排。而另外一种需要采用氟化物作为矿化剂，虽然可一定程度上降低初始凝胶的碱度，然而氟化物的存在使得分子筛结晶时间变长，另外氟化物较强的腐蚀性及挥发性使得该方法一直在工业应用方面遇到瓶颈。目前在分子筛合成方法上除了上述两种以外，其他还有例如微波法、化学气相沉积法、超声波法等等，然而这些方法反应特殊，不易控制，无法实现规模化生产应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述分子筛制备方法的缺点以合成A型、X型、N型、Silicalite-1分子筛为例，提供一种设计合理、工艺可行、操作简便的紫外光辐射辅助合成经典分子筛的方法。本专利技术为解决上述技术问题所述的一种通过紫外光辅射辅助合成分子筛的方法，其特征在于：将制备得到的分子筛初始凝胶在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，从而通过紫外光辅射辅助合成分子筛。紫外光可以激发体系中产生羟基自由基，引发自由基反应，从而在较低温度和较低碱度的条件下加速分子筛的合成。具体的，包括如下几种具体的方法。合成A型分子筛：将硅源、氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液A；将铝源与氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液B；将溶液B缓慢加入溶液A中，得到A型分子筛初始凝胶，搅拌1～3小时后，将其转入石英器皿中，在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，晶化温度为25～40℃，反应时间为8h～36h；晶化反应产物冷却至25～30℃后用去离子水洗至pH＝8～9，最后在50～80℃空气中干燥，得到A型分子筛粉末。所述硅源为硅酸钠或正硅酸乙酯，铝源为偏铝酸钠(Al2O3>41wt％)，在不同晶化温度时，25～30℃下添加的反应原料的有效成分的摩尔比为SiO2：Al2O3：H2O：Na2O＝1：0.47～0.55：60.70～65.82：2.82～4.18；而在35～40℃条件下晶化的反应原料的有效成分的摩尔比为SiO2：Al2O3：H2O：Na2O＝1：0.46～0.55：110～220：14～16。在其余温度时，可参考现有比例范围内调节H2O和NaOH用量即可。合成X型分子筛：将硅源、氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液A；将铝源与氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液B,将溶液B缓慢加入溶液A中，得到X型分子筛初始凝胶，搅拌1～3小时后，将其转入石英器皿中，在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，晶化温度为25～30℃，晶化时间为24h～36h；晶化反应产物用去离子水洗至pH值为8～9，在50～80℃空气中干燥，得到X型分子筛粉末。所述硅源为硅酸钠，铝源为偏铝酸钠(Al2O3>41wt％)，反应原料的有效成分摩尔比为SiO2：Al2O3：H2O：Na2O＝1：0.22～0.28：77.52～86.70：9.36～10.05；合成N型分子筛：将硅源、氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液A；将铝源与氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液B，将溶液B缓慢加入溶液A中，得到N型分子筛初始凝胶，搅拌1小时后，将其转入石英器皿中，在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，晶化温度25～30℃，晶化时间为24h～36h；晶化反应产物用去离子水洗至pH值为8～9，在50～80℃空气中干燥，得到N型分子筛粉末。所述硅源为硅酸钠，铝源为偏铝酸钠(Al2O3>41wt％)，反应原料的有效成分摩尔比为SiO2：Al2O3：H2O：Na2O＝1：0.33～0.43：77.52～86.70：10.05～11.21；合成Silicalite-1分子筛：将硅源、模板剂和水按一定比例混合搅拌12～24小时至硅源完全水解，得到Silicalite-1初始凝胶，将其转入石英器皿中，在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，晶化温度为60～70℃，晶化时间为36h～90h。晶化反应产物后用去离子水离心洗至中性，在50～80℃空气中干燥，得到Silicalite-1分子筛粉末；再在500～600℃空气中焙烧5～6小时，即得到Silicalite-1分子筛。所述硅源为正硅酸乙酯，模板剂为四丙基氢氧化铵TPAOH，反应原料的有效成分摩尔比为SiO2：H2O：TPAOH＝25～31：450～1021：8.2～9；与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：紫外光作为一种常见的光化学媒介，由于其简单易行常常被用于现代工业生产过程中，比如光刻蚀、光固化、光老化等等。如果能利用紫外光的能量通过激发反应体系中自由基从而引发自由基反应，使得进一步影响分子筛的合成过程，可以在一定程度上降低反应体系温度及碱度，为未来工业化生产分子筛探索出成本低，高效，安全的合成路线及产品。目前在分子水平理解分子筛的合成过程还处于争论阶段，然而总体来讲该过程会包含Si-O-Si键的解聚与围绕模板剂重新自组装，在这一过程中氢氧根离子或者F离子都会亲核进攻Si原子，从而得到五配位硅进而弱化Si-O键，促进Si-O-Si键的解聚，并产生相应带电分子片段围绕模板剂自组装。紫外光可以激发体系中产生羟基自由基，而羟基自由基具有比氢氧根离子更强的亲核进攻能力，从而促进Si-O-Si键的解聚，同时产生带有单电子的硅氧自由基，该自由基具有较强的缩聚能力，使得分子筛在整个合成过程中表现出加速效果。由于自由基反应所需的能量比常规反应能量低，所以，采用紫外光辐射辅助合成分子筛所需的反应温度较低，并且可以一定程度上替代氢氧根离子的作用，降低反应体系碱度，从而很大程度上降低分子筛合成成本，具有一定的工业应用价值。附图说明图1：本专利技术室温制备A型分子筛的XRD谱图。图2：本专利技术40℃制备A型分子筛的XRD谱图。图3：本专利技术制备X型分子筛的XRD谱图。图4：本专利技术制备N型分子筛的XRD谱图。图5：本专利技术制备Silicalite-1分子筛的XRD谱图。图6：本专利技术快速低温制备Silicalite-1分子筛的XRD谱图。图7：本专利技术室温制备A型分子筛的SEM谱图。图8：本专利技术40℃制备A型分子筛的SEM谱图。图9：本专利技术制备X型分子筛的SEM谱图。图10：本专利技术制备N型分子筛的SEM谱图。图11：本专利技术制备Silicalite-1分子筛的SEM谱图。图12：本专利技术快速低温制备Silicalite-1分子筛的SEM谱图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1本实施例给出了紫外光辐射下A型分子筛室温合成的制备方法：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过紫外光辅射辅助合成分子筛的方法，其特征在于：将制备得到的分子筛初始凝胶在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，从而通过紫外光辅射辅助合成分子筛。

【技术特征摘要】
1.一种通过紫外光辐射辅助合成分子筛的方法，其特征在于：将硅源、氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液A；将铝源与氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液B；将溶液B缓慢加入溶液A中，得到A型分子筛初始凝胶，搅拌1～3小时后，将其转入石英器皿中，在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，晶化温度为25～40℃，晶化时间为8h～36h；晶化反应产物冷却至25～30℃后用去离子水洗至pH＝8～9，最后在50～80℃空气中干燥，得到A型分子筛粉末；所述硅源为硅酸钠或正硅酸乙酯，铝源为偏铝酸钠，其中Al2O3>41wt％；在25～30℃下添加的反应原料的有效成分的摩尔比为SiO2：Al2O3：H2O：Na2O＝1：0.47～0.55：60.70～65.82：2.82～4.18；在35～40℃条件下晶化的反应原料的有效成分的摩尔比为SiO2：Al2O3：H2O：Na2O＝1：0.46～0.55：110～220：14～16。2.一种通过紫外光辐射辅助合成分子筛的方法，其特征在于：将硅源、氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液A；将铝源与氢氧化钠和水按一定比例混合搅拌2～4小时，得到溶液B；将溶液B缓慢加入溶液A中，得到X型分子筛初始凝胶，搅拌1～3小时后，将其转入石英器皿中，在功率密度20～80w/m2的紫外光辐射下进行晶化，晶化温度为25～30℃，晶化时间为24h～36h；晶化反应产物用去离子水洗至pH值为8～9，在50～80℃空气中干燥，得到X型分子筛粉末；所述硅源为硅酸钠，铝源为偏铝酸钠，其中Al2O3>41wt％，反应原料的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：于吉红，冯国栋，程鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22