微-介孔结构方沸石的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微‑介孔结构方沸石的制备方法，以白炭黑，偏铝酸钠，氢氧化钠为原料，不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂为导向剂，以去离子水做溶剂、洗涤剂，在反应釜中晶化反应、经淬冷、分离、洗涤、真空干燥、高温焙烧，制成多级孔方沸石，以提高多级孔方沸石的纯度，扩大多级孔方沸石的应用范围。此制备方法工艺先进，数据精确翔实，产物为白色粉体，产物纯度达99.8%，是先进的制备多级孔方沸石的方法。

【技术实现步骤摘要】
微-介孔结构方沸石的制备方法
本专利技术属于无机材料
，具体为一种微-介孔结构方沸石的制备方法。
技术介绍
方沸石是具有ANA拓扑结构，微孔三维孔道的微孔分子筛。它是铝硅酸盐沸石合成系统的常见副产品，但纯相也可以通过水热法或不含有机模板的方式人工合成。研究表明，方沸石在离子交换，废水处理和催化应用方面开发价值巨大，然而其孔径较小，孔道错综复杂，大分子反应物在孔道内扩散阻力较大，不利于反应中的物质传输，易导致积碳失活，使得单一微孔方沸石在实际应用中受到限制，故多级孔方沸石制备受到广泛关注。多级孔沸石分子筛的制备主要有后处理法、模板法两大类。后处理法通常是通过碱、酸处理或高温水蒸汽处理等方法脱除分子筛骨架元素，但是该法是以分子筛骨架结构破坏为代价实现的，因此在实践中受到限制。模板法分为硬模板法和软模板法两种，是硅铝物种通过模板剂自组装制备多级孔分子筛，然而硬模板法中纳米碳颗粒、介孔碳等模板剂的制备涉及到高能耗的碳化过程，且过程复杂，不利于规模化生产。软模板法是一种高效制备多级孔分子筛的方法。近年来，在诸多软模板中，双子季铵盐阳离子表面活性剂的使用受到广泛关注，因其特殊结构，良好的降解性，在多级孔分子筛的构筑中发挥有效的介孔导向作用。其中不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂的使用可以充当双功能导向剂的作用，因此本技术针对方沸石的特点，利用不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，制备多级孔方沸石。在现有合成方法中，反应条件要求高、原料利用率低、没有合成规律，此技术仍处于科学研究中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
的状况和不足，以白炭黑、偏铝酸钠、氢氧化钠为原料，不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂为导向剂，以去离子水做溶剂、洗涤剂，在反应釜中晶化反应、经淬冷、分离、洗涤、真空干燥、高温焙烧，制成多级孔方沸石，以提高多级孔方沸石的纯度，扩大多级孔方沸石的应用范围。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种微-介孔结构方沸石的制备方法，包括如下步骤：（1）化学物质材料使用的化学物质材料为：偏铝酸钠、氢氧化钠、去离子水、白炭黑、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其准备用量如下：偏铝酸钠：NaAlO20.630g氢氧化钠：NaOH0.480g白炭黑：SiO26.000g不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂：C33H72N2Br212.340g去离子水：H2O12.25mLC33H72N2Br2：不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其唯一分子结构式如下：（2）配置氢氧化钠溶液称取氢氧化钠0.48g、去离子水3mL，加入烧杯中，用搅拌器搅拌，搅拌时间30min，搅拌后成4mol/L的氢氧化钠水溶液；（3）制备多级孔方沸石①配置多级孔方沸石混合溶液量取去离子水9.25mL、氢氧化钠溶液1.75mL，称取偏铝酸钠0.63g、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂12.34g、白炭黑6g，加入到聚四氟乙烯容器中，采用集热式恒温磁力搅拌器恒温加热搅拌1h，加热温度25℃，搅拌转数200r/min，使混合物充分溶解，形成白色凝胶溶液；②恒温静置将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于电热器上，电热器加热温度50℃，加热时间为40h；③加热晶化将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭，然后将反应釜放入恒温箱中加热，加热温度140℃，恒温、静态晶化反应96h；④淬冷加热晶化反应结束后，关闭恒温箱，将反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃；⑤去离子水稀释、离心分离冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯容器内的混合浊液倒入烧杯中，加入去离子水600mL，在磁力搅拌器上搅拌30min，成稀释混合浊液；将稀释混合浊液置于离心分离管中，进行离心分离，离心分离转数5000r/min，分离时间15min，离心分离后留存固体沉淀物，弃去上清液；⑥清洗分散、离心分离将分离后的固体沉淀物置于烧杯中，加入去离子水500mL，然后置于超声波分散仪内，进行超声波清洗分散，超声波频率为40Hz，分散时间为30min；然后将分散溶液置于离心机的离心分离管中，进行离心分离，离心分离转数5000r/min，分离时间15min，离心分离后留存固体沉淀物，弃去上清液；清洗分散，离心分离重复进行3次；⑦真空干燥将固体沉淀物置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为100℃，真空度2Pa，干燥时间12h，干燥后得粉体产物；⑧真空焙烧多级孔方沸石的焙烧是在真空烧结炉内进行的，在加热、抽真空、氩气保护、外水循环冷却下完成；A、将固体沉淀物置于石英容器中，然后置于真空烧结炉内的工作台上；B、关闭真空烧结炉，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达5Pa；C、开启氩气瓶、氩气管，向炉内通入氩气，使炉内压强恒定在0.9MPa；D、开启外水循环冷却管，进行外水循环冷却；E、开启电阻加热器，加热温度550℃，进行焙烧，加热焙烧时间360min；F、冷却，焙烧后停止加热，石英容器内的产物，随炉冷却至25℃；G、冷却后得多级孔方沸石；（4）、研磨，过筛将焙烧后的粉体产物研磨，然后用200目筛网过筛；研磨、过筛反复进行，得终产物多级孔方沸石。本专利技术方法中所用的不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂的结构中，连接链中包含3个碳原子，双子季铵盐阳离子表面活性剂的连接链碳原子数为6个及以下的时候，在水热合成条件下，会发生霍夫曼消除重排的反应，正是由于这个结构特点，连接链断裂后会形成一个含有短疏水链的铵盐和一个长疏水链的铵盐，在分子筛的晶化合成过程中，分别发挥微孔模板剂的作用和介孔导向剂以及占位功能作用。本专利技术是针对多级孔方沸石制备难的情况，以白炭黑、偏铝酸钠、氢氧化钠、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂为原料，以去离子水做溶剂、洗涤剂，经配制溶液、反应釜晶化反应、恒温加热、淬冷、清洗分散、离心分离、洗涤、真空干燥、高温真空焙烧、研磨过筛、制成终产物多级孔方沸石，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，产物为白色粉体，产物纯度达99.8%，是先进的制备多级孔方沸石的方法。本专利技术设计合理，具有很好的市场应用及推广价值。附图说明图1表示多级孔方沸石X射线衍射强度谱图。图2表示多级孔方沸石形貌图。图3表示多级孔方沸石氮气吸附脱附等温线。图4表示多级孔方沸石根据NLDFT模型计算得到的孔径分布曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细说明。一种多级孔方沸石的制备方法，使用的化学物质材料为：偏铝酸钠、氢氧化钠、去离子水、白炭黑、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位偏铝酸钠：NaAlO20.630g±0.001g氢氧化钠：NaOH0.480g±0.001g白炭黑：SiO26.000g±0.001g不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂：C33H72N2Br212.340g±0.001g去离子水：H2O12.25mL±0.01mL氩气：Ar100000cm3±100cm3C33H72N2Br2：不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其唯一分子结构式如下：具体制备方法如下（1）、精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：偏铝酸钠：固态固体99.9%氢氧化钠：固态固体99.9%白炭黑：固态固体97%去离子水：液态液体99.9%不对称双子季铵盐阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微‑介孔结构方沸石的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、化学物质材料使用的化学物质材料为：偏铝酸钠、氢氧化钠、去离子水、白炭黑、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其准备用量如下：偏铝酸钠：NaAlO2

【技术特征摘要】
1.一种微-介孔结构方沸石的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、化学物质材料使用的化学物质材料为：偏铝酸钠、氢氧化钠、去离子水、白炭黑、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其准备用量如下：偏铝酸钠：NaAlO20.630g氢氧化钠：NaOH0.480g白炭黑：SiO26.000g不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂：C33H72N2Br212.340g去离子水：H2O12.25mLC33H72N2Br2：不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂，其唯一分子结构式如下：（2）、配置氢氧化钠溶液称取氢氧化钠0.48g、去离子水3mL，加入烧杯中，用搅拌器搅拌，搅拌时间30min，搅拌后成4mol/L的氢氧化钠水溶液；（3）、制备多级孔方沸石①配置多级孔方沸石混合溶液量取去离子水9.25mL、氢氧化钠溶液1.75mL，称取偏铝酸钠0.63g、不对称双子季铵盐阳离子表面活性剂12.34g、白炭黑6g，加入到聚四氟乙烯容器中，采用集热式恒温磁力搅拌器恒温加热搅拌1h，加热温度25℃，搅拌转数200r/min，使混合物充分溶解，形成白色凝胶溶液；②恒温静置将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于电热器上，电热器加热温度50℃，加热时间为40h；③加热晶化将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭，然后将反应釜放入恒温箱中加热，加热温度140℃，恒温、静态晶化反应96h；④淬冷加热晶化反应结束后，关闭恒温箱，将反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃；⑤去离子水稀释、离心分离冷却后打开反应釜，将聚四氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王诗瑶，谢鲜梅，贺博，田韧，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14