[發明專利]一種空心AFI型分子篩及其制備方法

有效

• 申請號: 201510258230.2
• 申請日: 2015-05-19
• 公開（公告）號: CN104944434B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 韓麗;姜新鴿;蘆天亮;衛冬燕;董賀新;王劍峰;徐軍;秦建昭;詹予忠;陳宜俍;常小玲;牛文軍;王百順
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C01B37/08
• 分類號: C01B37/08;C01B39/54
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明屬于磷酸鋁分子篩技術領域，具體涉及一種空心AFI型分子篩，同時還涉及一種空心AFI型分子篩的制備方法。

背景技術

分子篩是指具有均勻微孔且其孔徑與一般分子大小相當的一類物質。分子篩的應用非常廣泛，可以作高效干燥劑、選擇性吸附劑、催化劑、離子交換劑等，但是使用化學原料合成分子篩的成本很高。常用分子篩為結晶態的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，是由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子尺寸大小(通常為0.3～2nm)的孔道和空腔體系，因吸附分子大小和形狀不同而具有篩分大小不同的流體分子的能力。分子篩對物質的吸附來源于物理吸附(范德華力)，其晶體孔穴內部有很強的極性和庫侖場，對極性分子(如水)和不飽和分子表現出強烈的吸附能力。分子篩的篩分功能是由于其孔徑分布非常均一，只有分子直徑小于孔穴直徑的物質才可能進入分子篩的晶穴內部，通過吸附的優先順序和尺寸大小來區分不同物質的分子，所以被形象的稱為“分子篩”。

磷酸鋁分子篩材料是1982年由美國聯碳公司在水熱體系中以有機胺為模板劑首次成功合成的，它的出現不僅豐富了分子篩家族，而且打破了分子篩由硅氧四面體和鋁氧四面體組成的傳統觀念。AlPO₄-n系列分子篩骨架是由等量的鋁氧四面體和磷氧四面體組成，其晶體骨架呈電中性，表面無強酸中心，只具有弱的酸催化性能。磷酸鋁分子篩由鋁氧磷相互連接構成骨架，其中鋁離子除具有氧四面體配體外，還有氧五配體和氧六配體的結構，因此其結構在很大范圍內具有可調節性。

微孔催化材料磷酸鋁(AlPO₄-n)分子篩可作為催化劑、吸附劑被廣泛的應用于石油化工和精細化工領域，也可作為主體組裝具有納米材料的主客體材料、化學傳感器、光信息的存儲材料等等，因此AlPO₄-n的合成一直都是熱點。此外，分子篩的吸附、催化和分離性能在很大程度上取決于其形貌和尺寸，因此控制分子篩的形貌、尺寸及生成傾向性，對分子篩在吸附分離、工業催化、微光電器件以及藥物緩釋等方面的應用具有重大意義。

AlPO₄-n分子篩的傳統合成方法有水熱合成法和溶劑熱合成法，2004年，Cooper等第一次提出在具有溶劑和結構導向劑雙重作用的離子液體中離子熱法合成磷酸鋁分子篩。離子熱合成法使用蒸氣壓低、熱穩定性好的離子液體使反應可以在常壓下進行，消除反應過程中產生的高壓所帶來的安全隱患；此外，離子液體可循環利用。因此，離子熱法相比傳統合成法具有明顯的優勢。AlPO₄-5分子篩是AlPO₄-n分子篩中重要的一種。2013年，Khoo等在離子液體中無模板劑的條件下晶化90h合成出六邊形薄片AlPO₄-5分子篩，但晶化時間較長。

現有技術中，專利CN102101680A公開了一種三維交叉孔道磷酸鋁分子篩的合成方法，以咪唑基離子液體為溶劑，以離子液體和有機胺(三乙胺)為混合模板劑，在礦化劑(質量濃度為20-40％的氫氟酸)的作用下，將磷源(質量濃度50-85％的磷酸)和鋁源(異丙醇鋁)合成為LTA型微孔磷酸鋁分子篩；其中，咪唑基離子液體為1-丁基-3-甲基-溴化咪唑或1-丁基-3-乙基-溴化咪唑；咪唑基離子液體與鋁源(以Al₂O₃計)的摩爾比為2.5:100，磷源(以P₂O₅計)與鋁源(以Al₂O₃計)的摩爾比為0.7:4.0，有機胺與鋁源(以Al₂O₃計)的摩爾比為0.65:3.0。所得分子篩孔道結構符合國際分子篩協會(IZA)定義的LTA型分子篩的晶體結構，具有三維交叉孔道，八元環孔道以及SOD和超籠結構；其是實心顆粒，不具有空心結構。

發明內容

本發明的目的是提供一種空心AFI型分子篩。

本發明的第二個目的是提供一種空心AFI型分子篩的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

一種空心AFI型分子篩，是將離子液體、鋁源、磷源、氟源、水與模板劑混合后反應制得分子篩合成凝膠，再將分子篩合成凝膠經晶化處理后制成的空心晶化產物；其中，離子液體、鋁源以Al₂O₃計、磷源以P₂O₅計、氟源以F計、水與模板劑的摩爾比為(5～50):1:(1.8～4):(0～0.5):(0～10):(0.5～4)。