本发明属于分子筛制备方法，特别涉及一种无有机模板剂晶种法合成高硅kfi沸石分子筛的方法。
背景技术：
：kfi沸石分子筛是barrer于1948年发现的第一个小孔沸石分子筛拓扑结构，具有三维八元环孔道结构，孔径为0.39nm，被研究应用于co2捕获，co2和ch4的选择分离，nox选择性催化还原反应(nh3-scr)及甲醇制烯烃反应(mto)。kfi最早由barrer及kerr通过无模板方法合成，产物硅铝比为2-2.5；1990年verduijn用sr 及k 成功合成了硅铝比为3.0的kfi；1996年schulz用18-冠-6作为有机模板剂，sr 及k 作为无机模板剂得到了硅铝比为4.0的kfi；2018年kim采用k 和na 作为无机模板剂成功通过fau沸石分子筛转晶得到硅铝比为4.1的kfi并将其应用于scr反应，且发现其具有良好的水热稳定性；2019年kamimura用晶种法，sr 及k 作为无机模板剂成功合成了硅铝比4.1的kfi。但是，上述现有技术需要采用有害的冠醚作为有机模板剂，这大大提高了生产成本。并且，焙烧除去有机模板剂又会产生大量有害的气体，易造成环境污染。即便使用有机模板剂得到kfi产物，其硅铝比仍只有4左右。而采用无有机模板剂合成kfi沸石分子筛，需要用到昂贵的sr 作为无有机模板剂。采用k ,na 作为无有机模板剂则需要以高硅fau为原料，这同样大大提高了kfi沸石分子筛的合成成本。氨气选择性还原技术(nh3-scr)是当前最有使用前景的汽车尾气nox的控制手段，但作为nh3-scr消除nox的沸石分子筛除了活性高以外还需要有较好的水热稳定性，而提高水热稳定性最有效的方法发就是在分子筛骨架中引入硅。基于上述技术现状，有必要提出无有机模板剂合成高硅kfi沸石分子筛的方法。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种无有机模板剂晶种法合成高硅kfi沸石分子筛的方法。为解决技术问题，本发明的解决方案是：提供一种无有机模板剂晶种法合成高硅kfi沸石分子筛的方法，包括以下步骤∶将铝源溶于去离子水中，搅拌至澄清；然后依次加入含钠碱源和钾源，搅拌；继续添加硅源，搅拌2～3小时；将混合溶液移至反应釜中，加入kfi沸石分子筛晶种，搅拌10分种；在140-180℃的温度下晶化4-15天，反应完成后，用去离子水洗涤固体产物，在80℃干燥12小时以上，最终得到高硅kfi沸石分子筛；控制各原料的添加量，使sio2∶al2o3∶na2o∶k2o∶h2o的摩尔比范围为12-20∶1∶0.36-1.44∶9.5-16.6∶320。本发明中，最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为4-5.1。本发明中，所述的硅源为硅溶胶；铝源为偏铝酸钠；碱源为氢氧化钠；钾源为硝酸钾。本发明中，控制kfi沸石分子筛晶种和硅源的添加量，使晶种占sio2质量的5％。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、无有机模板剂合成高硅kfi沸石分子筛的方法，不涉及任何有机模板剂，仅涉及廉价的k 和na ，大大降低了生产成本，并且避免了焙烧除去有机模板剂的步骤，减少了废气排放，在实际化工生产领域具有重要意义。2、与
背景技术：
相比，本发明最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为4-5.1，能够大幅度提高了沸石分子筛的水热稳定性：在10％水和10％空气条件下，在850℃条件下处理16小时后仍能保持78.3％的结构，且水热老化后的催化剂能具有优异的反应性能。附图说明图1：无有机模板剂合成高硅kfi沸石分子筛方法合成产品的xrd谱图。图2：无有机模板剂合成高硅kfi沸石分子筛方法合成产品的扫描电镜照片。具体实施方式实施例1：首先，将0.248g偏铝酸钠溶于3.83g去离子水中，搅拌至澄清溶液；依次加入0.05g氢氧化钠和2.5g硝酸钾，搅拌；继续添加3.17g硅溶胶(质量分数31.5％)，搅拌2～3小时；将混合溶液移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，加入0.05gkfi沸石分子筛晶种，搅拌10分钟；在140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.6na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％；最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.1。经x射线衍射分析其结构为kfi沸石分子筛(图1)，而且通过扫描电镜照片(图2)可以看出所合成的产品呈现立方体块状。实施例2：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.03g，硝酸钾2.5g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.36na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.1。实施例3：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.08g，硝酸钾2.5g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.96na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为4.8。实施例4：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.12g，硝酸钾2.5g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶1.44na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为4.5。实施例5：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾2.0g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.6na2o∶9.5k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.1。实施例6：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾2.98g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.6na2o∶14.2k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.1。实施例7：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾3.5g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.6na2o∶16.6k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.1。实施例8：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾2.5g，硅溶胶3.17g，150℃晶化10天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.6na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.0。实施例9：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.248g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾2.5g，硅溶胶3.17g，180℃晶化4天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶16sio2∶al2o3∶0.6na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.0。实施例10：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.329g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾3.5g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶12sio2∶al2o3∶0.6na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为4.0。实施例11：各反应物及晶种的加料顺序及搅拌时间同实例1，各物料的量分别为偏铝酸钠0.196g，去离子水3.83g，氢氧化钠0.05g，硝酸钾3.5g，硅溶胶3.17g，140℃晶化15天即完全晶化，反应完成后，将反应产物用去离子水洗涤，并在80℃干燥12小时以上。反应原料的摩尔配比如下∶20sio2∶al2o3∶0.6na2o∶11.8k2o∶320h2o；晶种的加入量为sio2质量的5％。最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为5.1。性能测定取0.5g实例1的沸石分子筛、硅铝比为4的kfi沸石分子筛作为对比样。分别于1.0mol/l的硝酸铵溶液中进行铵离子交换，然后过滤、洗涤、烘干；重复2～3次，完成铵离子交换；将完成铵离子交换的分子筛加至0.05mol/l的乙酸铜溶液中，在50℃下搅拌2小时；过滤、洗涤、烘干后，再重复一次铜离子交换；然后转至马弗炉中，在500℃空气条件下焙烧4小时，得到cu-kfi催化剂及cu-kfi对比样；取0.25gcu-kfi催化剂及cu-kfi对比样，分别在管式固定床反应器中进行水热处理：在10％水和10％空气条件下，850℃处理16小时；处理后冷却至室温。水热处理后的催化剂相对于水热处理前催化剂的结晶度(100％)如下表：样品编号相对结晶度％cu-kfi催化剂78.3cu-kfi对比样52.4以上性能测试说明本发明无有机模板剂合成的高硅kfi沸石分子筛具有极佳的水热稳定性。以上所述，仅是本发明的几种实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例。但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种无有机模板剂晶种法合成高硅kfi沸石分子筛的方法，其特征在于，包括以下步骤∶
将铝源溶于去离子水中，搅拌至澄清；然后依次加入含钠碱源和钾源，搅拌；继续添加硅源，搅拌2～3小时；将混合溶液移至反应釜中，加入kfi沸石分子筛晶种，搅拌10分种；在140-180℃的温度下晶化4-15天，反应完成后，用去离子水洗涤固体产物，在80℃干燥12小时以上，最终得到高硅kfi沸石分子筛；控制各原料的添加量，使sio2∶al2o3∶na2o∶k2o∶h2o的摩尔比范围为12-20∶1∶0.36-1.44∶9.5-16.6∶320。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最终产物高硅kfi沸石分子筛的硅铝比为4-5.1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅源为硅溶胶。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铝源为偏铝酸钠。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱源为氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的钾源为硝酸钾。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制kfi沸石分子筛晶种和硅源的添加量，使晶种占sio2质量的5％。
技术总结本发明涉及分子筛制备方法，旨在提供一种无有机模板剂晶种法合成高硅KFI沸石分子筛的方法。包括∶将铝源溶于去离子水中，搅拌至澄清；然后加入含钠碱源、钾源、硅源，搅拌混合后移至反应釜中，加入KFI沸石分子筛晶种后进行晶化反应；洗涤、干燥固体产物，得到分子筛产品。本发明不涉及任何有机模板剂，仅涉及廉价的K 和Na ，大大降低了生产成本，并且避免了焙烧除去有机模板剂的步骤，减少了废气排放，在实际化工生产领域具有重要意义。最终产物的硅铝比为4‑5.1，能够大幅度提高了沸石分子筛的水热稳定性：在10％水和10％空气条件下，在850℃条件下处理16小时后仍能保持78.3％的结构，且水热老化后的催化剂能具有优异的反应性能。
技术研发人员：吴勤明;韩世超;王亮
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2020.02.05
技术公布日：2020.06.09
