[發明專利]一種納米KFI分子篩的合成方法

在審

• 申請號: 202011491407.0
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112479225A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 楊江峰;劉佳奇;唐軒;李晉平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B39/48
• 分類號: C01B39/48;B82Y40/00
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明屬于分子篩合成技術領域，公開了一種合成納米KFI分子篩的方法，將氫氧化鋁、氫氧化鉀、蒸餾水的混合物加熱攪拌至清澈透明，室溫冷卻得到A溶液；將固體硝酸鍶溶解于蒸餾水中，然后加入環糊精和硅溶膠并攪拌均勻得到B溶液；然后將A溶液和B溶液混合均勻，得到前驅凝膠；再將制備的前驅凝膠轉移至高壓反應釜中，在烘箱中加熱晶化，然后冷卻至室溫，得到的固體產物經洗滌、干燥得到納米KFI分子篩。本發明采用環糊精為模板劑來合成納米沸石分子篩，成本低廉、操作簡單、反應間短等優點，所合成的納米KFI分子篩除包含豐富的微孔外，還有非常明顯的介孔分布，是一種優良的多級孔材料。該納米沸石在催化、吸附和分離等方面將具有很重要的實用價值。

技術領域

本發明屬于化學合成技術領域，涉及一種分子篩的合成方法，具體是一種納米KFI分子篩的合成方法。

背景技術

KFI型沸石的骨架結構由t-grc和t-pau結構單元組成，包含α和γ籠，每個α籠通過扁平的8元環面連接到六個γ籠，每個γ籠連接到兩個α籠和另外四個γ籠，該沸石在1966年由Kerr首次合成。KFI型骨架中的這兩種不同類型的籠對于不同的氣體分子可能具有不同的吸附特性；此外，與AFY、BPH和LTA等沸石相比，KFI型沸石在高的吸附容量和高的氣體混合物選擇性之間達到了最佳平衡，是一種性能優良的分子篩吸附劑。然而大多數合成的沸石，像以往研究報道的ZK-5沸石一樣，其粒徑均在微米級別，表面積較低并且擴散路徑較長，存在對氣體的吸附容量較低、對直徑較大的甲烷傳質速率較慢的問題。一種優良的吸附劑要兼顧以下三者：高的選擇性、高的吸附量以及快的傳質速率。因此，致力于在保持沸石原有的主體微孔基礎之上，探索合適的策略將常規微米級沸石制備得到納米級沸石，來緩解擴散限制以提升傳質是非常有價值的研究，所謂“主體微孔”即實現氣體吸附分離重要的“場所”。

近年來，添加模板劑制備納米沸石已經成為最受關注的新方向之一。有機模板劑可以在分子篩的合成過程中接枝在沸石晶核表面，以限制晶核在后續的晶化過程中進一步長大從而形成顆粒大小均勻的納米分子篩。例如，根據Chem Mater, 2018, 30(8): 2750-2758的披露，賴氨酸的氨基可以在MFI型沸石的外表面與硅烷醇形成氫鍵，限制晶體的生長速度，從而制備出納米尺寸的沸石。根據Dalton Trans, 2018, 47(29): 9861-9870的披露，十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）陽離子可以在沸石晶核周圍形成疏水層，并調節可溶性硅酸鋁物質的供應，從而獲得600 nm大小的SAPO-34晶體。Wen等人使用有機硅烷作為生長抑制劑，通過共價Si-O-Si鍵和氫鍵作用制備了小尺寸的具有微孔和中孔結構的ZSM-5沸石（Ind Eng Chem Res, 2018, 57(2): 446-455）。另外，其他有機物，例如：1,2,3-己三醇，聚乙二醇，月桂醇聚氧乙烯醚，亞甲基藍都作為晶體生長抑制劑用于制備不同尺寸大小的沸石。然而，大多數報道的尺寸減小的沸石晶體仍在亞微米范圍內，能夠制備得到納米尺寸沸石的實例仍然很少且采用的模板劑價格昂貴，對環境污染大。

發明內容

針對現有納米級沸石合成技術中存在亞納米尺寸難控、模板劑價格昂貴、對環境污染大等問題，本發明公開了一種納米KFI分子篩的合成方法，具有操作簡單、價格低廉等優點，可以解決納米KFI沸石合成過程中的困難。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種合成納米KFI分子篩的方法，包括以下步驟：

（1）制備A溶液

將氫氧化鋁、氫氧化鉀、蒸餾水的混合物加熱攪拌至清澈透明，室溫冷卻得到A溶液；

（2）制備B溶液

在室溫條件下，將固體硝酸鍶溶解于蒸餾水中，然后加入環糊精和硅溶膠并攪拌均勻得到B溶液；

（3）制備前驅凝膠

將A溶液和B溶液混合均勻，得到前驅凝膠；

（4）制備納米KFI分子篩

將步驟（3）制備的前驅凝膠轉移至高壓反應釜中，在烘箱中加熱晶化，然后冷卻至室溫，得到的固體產物經洗滌、干燥得到納米KFI分子篩。