LTA型磷酸铝分子筛的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，包括以下步骤：S100，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀，反应后得到目标溶胶，其中，所述铝源为尖晶石或水滑石；S200，将所述目标溶胶晶化后得到前驱体；S300，将所述得到的前驱体洗涤后烘干；S400，将所述烘干后的前驱体进行焙烧，得到LTA型磷酸铝分子筛。本发明专利技术采用离子热合成法来制备LTA型磷酸铝分子筛，大大加快了LTA型磷酸铝分子筛的合成速率；并且，本发明专利技术采用自尖晶石或水滑石作为铝源，大大缩短了晶化时间，降低了生产成本，为LTA型磷酸铝分子筛的产业化奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子筛的合成，特别是涉及一种快速合成LTA型磷酸铝分子筛的方法。
技术介绍
LTA(由国际分子筛协会定义的一种分子筛的晶体结构)型磷酸铝分子筛具有三维交叉孔道，其骨架结构由磷氧四面体和铝氧四面体交替链接而成，整体呈电中性，广泛应用于分离和催化等领域。LTA型磷酸铝分子筛可采用传统的水热合成法或溶剂合成法进行制备，也可采用离子热合成法进行制备。与传统的水热合成法或溶剂合成法相比，离子热合成法具有以下优势：离子液体不容易挥发，使得反应可在常压下进行，消除了传统合成方法中由于高压所带来的安全隐患；离子液体可以兼做模板剂，且离子液体种类繁多，为成新型的磷酸铝分子筛提供了良好的平台；离子液体可回收利用，符合绿色化学的要求。鉴于上述优势，离子热合成法在近年来备受关注。但是，现有技术中利用离子热合成法制备LTA型磷酸铝分子筛时，通常需要较长的晶化时间，通常为4小时以上，严重影响了LTA型磷酸铝分子筛的合成效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，大大缩短了晶化时间，提高了LTA型磷酸铝分子筛的合成效率。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，包括以下步骤：S100，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀，反应后得到目标溶胶，其中，所述铝源为尖晶石或水滑石；S200，将所述目标溶胶晶化后得到前驱体；S300，将所述得到的前驱体洗涤后烘干；S400，将所述烘干后的前驱体进行焙烧，得到LTA型磷酸铝分子筛。在其中一个实施例中，步骤S200中，晶化温度为：280℃～350℃，晶化时间≤5min。在其中一个实施例中，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀包括以下步骤：a.将铝源加入到咪唑基离子液体中，并搅拌均匀；b.将磷源的水溶液缓慢滴加至步骤a得到的混合物中，并搅拌均匀；c.向步骤b得到的混合物中加入模板剂，并搅拌均匀；d.向步骤c得到的混合物中加入矿化剂，并搅拌均匀。在其中一个实施例中，所述磷源的水溶液中，所述磷源的质量百分比为50％～90％。在其中一个实施例中，步骤b中，所述磷源的水溶液的滴加速度为5ml/min～10ml/min。在其中一个实施例中，所述模板剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氯化铵和四甲基溴化铵中的至少一种。在其中一个实施例中，所述咪唑基离子液体为1-丁基-3-甲基溴化咪唑离子液体和1-丁基-3-甲基氯化咪唑离子液体中的至少一种；所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢铵和磷酸氢二铵中的至少一种；所述矿化剂为氟化氢、氟化钾和氟化钠中的至少一种。在其中一个实施例中，步骤S100中，以所述铝源中的Al2O3的量计：所述咪唑基离子液体与所述铝源的摩尔比为5～100:1，所述磷源与所述铝源的摩尔比为2～8:1，所述模板剂与所述铝源的摩尔比为1～4:1，所述矿化剂与所述铝源的摩尔比为1～2:1。在其中一个实施例中，将所述前驱体洗涤之前，还包括以下步骤：将所述晶化后得到的前驱体置于室温下的去离子水中快速冷却。在其中一个实施例中，所述前驱体的焙烧温度为500℃～550℃，焙烧时间为1h～5h，焙烧气氛为空气。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用离子热合成法来制备LTA型磷酸铝分子筛，大大加快了LTA型磷酸铝分子筛的合成速率；并且，本专利技术采用尖晶石或水滑石作为铝源，在合成LTA型磷酸铝分子筛时，其晶化机理也完全不同于现有技术中离子热合成LTA型磷酸铝分子筛的晶化机理，以尖晶石为例，尖晶石与磷源反应生成无定形相的磷酸铝，无定形相的磷酸铝在模板剂和矿化剂的作用下能够快速堆积成LTA型磷酸铝分子筛的初级形貌，从而大大缩短了晶化时间，提高了LTA型磷酸铝分子筛的合成效率，降低了生产成本，为LTA型磷酸铝分子筛的产业化奠定了基础。附图说明图1为本专利技术实施例1中得到的LTA型磷酸铝分子筛的X射线衍射图谱；图2为本专利技术实施例1中得到的LTA型磷酸铝分子筛的扫描电镜图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术的LTA型磷酸铝分子筛的合成方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，采用离子热合成法，包括以下步骤：S100：将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀，反应后得到目标溶胶，其中，铝源选自尖晶石或水滑石。本步骤的目的为形成磷酸铝溶胶，即目标溶胶。其中，铝源和磷源分别为合成磷酸铝提供Al元素和P元素，铝源和磷源在混合过程中发生反应生成无定形的磷酸铝；模板剂为磷酸铝的重排提供结构模板；矿化剂则用于加速反应进程，促进LTA型分子筛的形成。具体地，本专利技术中，所使用的咪唑基离子液体为沸点较高的离子液体，优选为1-丁基-3-甲基溴化咪唑离子液体和1-丁基-3-甲基氯化咪唑离子液体中的至少一种；所使用的磷源为含磷的化合物，优选为磷酸、磷酸铵、磷酸氢铵和磷酸氢二铵中的至少一种；所使用的矿化剂为含氟的化合物，优选为氟化氢、氟化钠和氟化钾中的至少一种；模板剂为有机胺，优选为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氯化铵和四甲基溴化铵中的至少一种。本专利技术对于咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂的混合顺序没有特殊的要求，例如，可以在咪唑基离子液体中依次加入铝源、磷源、模板剂和矿化剂，也可以在咪唑基离子液体中同时加入铝源、磷源、模板剂和矿化剂；并且，铝源、磷源、模板剂和矿化剂可以以固体的形式直接加入，也可以以液体或溶液的形式加入。较佳地，作为一种可实施方式，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀包括以下步骤：a.将铝源加入到咪唑基离子液体中，并搅拌均匀；b.将磷源的水溶液缓慢滴加至步骤a得到的混合物中，并搅拌均匀；c.向步骤b得到的混合物中加入模板剂，并搅拌均匀；d.向步骤c得到的混合物中加入矿化剂，并搅拌均匀。上述方式中，首先在咪唑基离子液体中加入铝源，然后加入磷源，磷源和铝源反应生成无定形的磷酸铝，再依次加入模板剂和矿化剂，使无定形的磷酸铝进行结构重排，为后续晶化提供基础，该加入顺序能够最大程度的优化反应过程，避免了不必要的反应，减少了杂质的生成量，提高了磷酸铝的纯度及合成速率。较佳地，为了降低咪唑基离子液体的粘度，同时使各个组分混合更均匀，反应更充分，在步骤a～d中，将盛放有反应物的容器加热至80℃～120℃下进行搅拌，且搅拌时间优选为20min～30min。在加入磷源的过程中，为了使得磷源与铝源的反应更充分，产物分布更均匀，磷源以水溶液的形式缓慢滴加至铝源与咪唑基离子的混合物中，优选地，磷源的水溶液中，磷源的质量百分比为50％～90％。进一步地，上述步骤b中，磷源的水溶液的滴加速率为5ml/min～10ml/min。该速率能够较好的控制磷源在铝源与咪唑基离子液体中的扩散速率，使得磷源与铝源能够缓慢反应形成磷酸铝，增加了反应的均匀性，有利于形成磷酸铝溶胶，避免了沉淀的生成。S200，将步骤S100得到的目标溶胶晶化后得到前驱体。该步骤为目标溶胶的晶化，一定温度下，磷酸铝在模板剂和矿化剂的作用下进行结构重排和定型，形成LTA型分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀，反应后得到目标溶胶，其中，所述铝源为尖晶石或水滑石；S200，将所述目标溶胶晶化后得到前驱体；S300，将所述得到的前驱体洗涤后烘干；S400，将所述烘干后的前驱体进行焙烧，得到LTA型磷酸铝分子筛。

【技术特征摘要】
1.一种LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀，反应后得到目标溶胶，其中，所述铝源为尖晶石或水滑石；S200，将所述目标溶胶晶化后得到前驱体；S300，将所述得到的前驱体洗涤后烘干；S400，将所述烘干后的前驱体进行焙烧，得到LTA型磷酸铝分子筛。2.根据权利要求1所述的LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，其特征在于，步骤S200中，晶化温度为：280℃～350℃，晶化时间≤5min。3.根据权利要求1所述的LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，其特征在于，将咪唑基离子液体、铝源、磷源、模板剂和矿化剂混合均匀包括以下步骤：a.将铝源加入到咪唑基离子液体中，并搅拌均匀；b.将磷源的水溶液缓慢滴加至步骤a得到的混合物中，并搅拌均匀；c.向步骤b得到的混合物中加入模板剂，并搅拌均匀；d.向步骤c得到的混合物中加入矿化剂，并搅拌均匀。4.根据权利要求3所述的LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，其特征在于，所述磷源的水溶液中，所述磷源的质量百分比为50％～90％。5.根据权利要求3所述的LTA型磷酸铝分子筛的合成方法，其特征在于，步骤b中，所述磷源的水溶液的滴加速度为5ml/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，韩韶昌，孙忠强，张建，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33