一种绿色节能合成Fe‑ZSM‑5分子筛的方法，其步骤为：（1）将反应原料硅酸钠、气相二氧化硅、四丙基溴化铵、氯化铵、铁盐和双氧水在研钵中混合均匀，并手工研磨15~20 min；将步骤（1）得到的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在50~80 ℃下低温预处理1~18 h，然后在180 ℃下高温晶化24~48 h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110 ℃下干燥150 min，得到分子筛原粉；（4）将步骤（3）获得的分子筛原粉在550 ℃下焙烧4 h即得到Fe‑ZSM‑5分子筛粉末。
A Green and Energy-saving Method for Synthesis of Fe-ZSM-5 Zeolite
【技术实现步骤摘要】
一种绿色节能合成Fe-ZSM-5分子筛的方法
本专利技术涉及铁基催化剂制备技术，具体涉及Fe-ZSM-5分子筛的合成技术。
技术介绍
沸石分子筛因具有独特的孔道结构、较强的酸性和高的水热稳定性，在吸附分离、催化和离子交换等领域得到了广泛的应用。ZSM-5沸石分子筛是Mobil公司开发的一种无机晶体材料，因具有规则的孔道结构、较强的酸性、较好的水热稳定性以及优异的选择性而被广泛地用作FCC催化剂助剂、甲醇制烯烃催化剂等领域。通过在ZSM-5分子筛骨架中引入Fe进行改性，可有效调变其酸性，并可用于作为NH3选择性催化还原NOx反应、合成气制烯烃反应以及苯酚羟基化等反应的催化剂。目前制备Fe-ZSM-5分子筛最常见的方法是水热法和后处理法，虽然成功将铁元素引入到分子筛骨架中，同时也存在许多缺陷，如在水热体系中采用大量的水作为溶剂，不仅产生大量的废水污染环境，在合成过程中会产生高的自生压力带来安全问题；后处理法操作繁琐，并且在制备介孔分子筛时高温焙烧后分子筛表面羟基减少很多，造成引入的铁含量相对较少，并且引入的铁物种多数集中在基体表面，合成效率较低。2012年，肖丰收教授研究小组报道了无溶剂条件下合成沸石分子筛的新路线。由于没有额外的水的加入，合成过程可在常压下进行，从而消除了水热合成中高压所带来的安全隐患。此外该合成路线还具有沸石产率高及废水产量少的优点。然而，与溶剂为介质的合成方法相比，无溶剂法合成分子筛通常是在较苛刻的条件下进行的，比如较高的晶化温度和较长的结晶时间。因此，开发一种绿色节能的Fe-ZSM-5分子筛合成方法迫在眉睫。2016年于吉红教授研究小组报道了芬顿试剂或紫外线照射产生的羟基自由基可以显著加速沸石的合成。在本专利中采用无溶剂法和芬顿试剂相结合来合成Fe-ZSM-5分子筛，不仅提高分子筛产率，避免水热法带来的安全及污染问题，更重要的是可以在较短的高温晶化时间内合成高结晶度的Fe-ZSM-5分子筛，达到了降低能耗的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种绿色节能合成Fe-ZSM-5分子筛的方法。本专利技术是一种绿色节能合成Fe-ZSM-5分子筛的方法，其步骤为：（1）将初始反应物：硅酸钠、气相二氧化硅、四丙基溴化铵、氯化铵、铁盐和双氧水在研钵中混合均匀，并研磨15~20min；（2）将步骤（1）得到的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在50~80℃下低温预处理1~18h，然后在180℃下高温晶化24~48h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110℃下干燥150min，得到分子筛原粉；（4）将步骤（3）获得的分子筛原粉在550℃下焙烧，焙烧4h，得到Fe-ZSM-5分子筛粉末；所述反应初始混合物的特定摩尔比为：Na2SiO3•9H2O:SiO2:TPABr:NH4Cl:Fe2O3:H2O2=(0.06-0.10):1:(0.12-0.20):(1.1-1.6):(0.02-0.10):(0.02-0.16)；其中气相二氧化硅以SiO2计，四丙基溴化铵以TPABr计，铁盐以Fe2O3计。与目前多数制备Fe-ZSM-5分子筛的方法相比，本专利技术的积极效果是提出一种无溶剂法和芬顿试剂相结合来合成高结晶度的Fe-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法。该方法可以使高温晶化时间明显缩短，降低能耗，在化学领域将具有更加广阔的工业应用前景。附图说明图1为本专利技术合成产物的XRD图，图2为本专利技术合成产物的SEM照片。具体实施方式本专利技术是一种绿色节能合成Fe-ZSM-5分子筛的方法，利用无溶剂法和芬顿试剂相结合，实现在较短的高温晶化时间条件下合成高结晶度的Fe-ZSM-5分子筛。其步骤为：（1）将初始反应物：硅酸钠、气相二氧化硅、四丙基溴化铵、氯化铵、铁盐和双氧水在研钵中混合均匀，并手工研磨15~20min；（2）将步骤（1）得到的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在50~80℃下低温预处理1~18h，然后在180℃下高温晶化24~48h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110℃下干燥150min，得到分子筛原粉；（4）将步骤（3）获得的分子筛原粉在550℃下焙烧，焙烧4h，得到Fe-ZSM-5分子筛粉末；所述反应初始混合物的特定摩尔比为：Na2SiO3•9H2O:SiO2:TPABr:NH4Cl:Fe2O3:H2O2=(0.06-0.10):1:(0.12-0.20):(1.1-1.6):(0.02-0.10):(0.02-0.16)。其中气相二氧化硅以SiO2计，四丙基溴化铵以TPABr计，铁盐以Fe2O3计。以上所述合成方法，Na2SiO3•9H2O（SiO220wt%）和气相二氧化硅（SiO2100wt%）为硅源，结构导向剂为四丙基溴化铵（98%），铁源为Fe(NO3)3•9H2O或FeCl3或FeSO4，双氧水（H2O230wt%）为产生自由基的原料。以上所述合成方法，在较短的高温晶化时间内合成高结晶度的Fe-ZSM-5分子筛催化剂。以下的实施例对本专利技术做进一步说明，但具体实施操作并不局限于实施例中。实施例1：Fe-ZSM-5分子筛的合成：（1）将反应原料按照摩尔比Na2SiO3•9H2O:SiO2:TPABr:NH4Cl:Fe(NO3)3•9H2O:H2O2=0.088:1:0.16:1.345:0.04:0.02称量好倒入研钵中，并手工研磨15~20min至混合均匀；（2）将研磨后的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在80℃下低温预处理18h，然后在180℃下高温晶化24h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110℃下干燥150min，得到分子筛原粉；（4）分子筛原粉在550℃下焙烧4h，得到Fe-ZSM-5分子筛粉末，经XRD检测，其相对结晶度为102%。实施例2：Fe-ZSM-5分子筛的合成：（1）将反应原料按照摩尔比Na2SiO3•9H2O:SiO2:TPABr:NH4Cl:Fe(NO3)3•9H2O:H2O2=0.088:1:0.16:1.345:0.04:0.048称量好倒入研钵中，并手工研磨15~20min至混合均匀；（2）将研磨后的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在80℃下低温预处理18h，然后在180℃下高温晶化24h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110℃下干燥150min，得到分子筛原粉；（4）分子筛原粉在550℃下焙烧4h，得到Fe-ZSM-5分子筛粉末，经XRD检测，其相对结晶度为133%。实施例3：Fe-ZSM-5分子筛的合成：（1）将反应原料按照摩尔比Na2SiO3•9H2O:SiO2:TPABr:NH4Cl:Fe(NO3)3•9H2O:H2O2=0.088:1:0.16:1.345:0.04:0.08称量好倒入研钵中，并手工研磨15~20min至混合均匀；（2）将研磨后的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在80℃下低温预处理18h，然后在180℃下高温晶化24h；（3）晶化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种绿色节能合成Fe‑ZSM‑5分子筛的方法，其特征在于，其步骤为：（1）将初始反应物：硅酸钠、气相二氧化硅、四丙基溴化铵、氯化铵、铁盐和双氧水在研钵中混合均匀，并研磨15~20 min；（2）将步骤（1）得到的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在50~80 ℃下低温预处理1~18 h，然后在180 ℃下高温晶化24~48 h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110 ℃下干燥150 min，得到分子筛原粉；（4）将步骤（3）获得的分子筛原粉在550 ℃下焙烧，焙烧4 h，得到Fe‑ZSM‑5分子筛粉末；所述反应初始混合物的特定摩尔比为：Na2SiO3•9H2O: SiO2: TPABr: NH4Cl: Fe2O3: H2O2=(0.06‑0.10): 1: (0.12‑0.20): (1.1‑1.6): (0.02‑0.10): (0.02‑0.16)；其中气相二氧化硅以SiO2计，四丙基溴化铵以TPABr计，铁盐以Fe2O3计。
【技术特征摘要】
1.一种绿色节能合成Fe-ZSM-5分子筛的方法，其特征在于，其步骤为：（1）将初始反应物：硅酸钠、气相二氧化硅、四丙基溴化铵、氯化铵、铁盐和双氧水在研钵中混合均匀，并研磨15~20min；（2）将步骤（1）得到的混合物转移至聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜内，先在50~80℃下低温预处理1~18h，然后在180℃下高温晶化24~48h；（3）晶化反应结束流水冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇离心洗涤，直至上层液澄清为止，在110℃下干燥150min，得到分子筛原粉；（4）将步骤（3）获得的分子筛原粉在550℃下焙烧，焙烧4h，得到Fe-ZSM-5分子筛粉末；所述反应初始混合物的特定摩尔比为：Na2SiO3•9H2O:SiO2:TPABr:NH4Cl:Fe2O3:H2O2=(0.06-0.10):1:(...
【专利技术属性】
技术研发人员：季东，韩泽宇，赵新红，李贵贤，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62
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