一种快速合成SSZ-13沸石分子筛膜的方法

技术领域

本发明涉及分子筛膜技术领域，具体为一种快速合成SSZ-13沸石分子筛膜的方法。

背景技术

沸石分为天然沸石和人工沸石。其多孔的结构属于分子筛的范围内。分子筛具有均匀的分子尺度孔道和独特的吸附性能，利用气体分子扩散系数的差异和吸附性能的不同来实现气体分离。通过选择具有合适孔径的分子筛，不同气体分子在分子筛孔道中的扩散系数可以有几个数量级的差别，故可以获得极高的扩散选择性。同时，气体分子在分子筛晶体孔道中的选择性吸附也可以达到可观的选择性。分子筛也用作吸附、离子交换和催化等领域。

使用硅溶胶、硫酸铝、氢氧化钠、去离子水作为原料，以N,N，N-三甲基金钢烷氢氧化铵为模板剂，采用传统的水热法合成分子筛SSZ-13。该方式批量将物料置于反应容器中，经过长时间的反应后，物料获得的时间长，同时容易结晶生成粒度较大的晶体颗粒，需要进行破碎才能再次使用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种快速合成SSZ-13沸石分子筛膜的方法，解决了现有水热法合成分子筛获得分子筛速度慢的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种快速合成SSZ-13沸石分子筛膜的方法，包括以下步骤：

步骤一：配置SSZ-13的水相溶液；

步骤二：将水相溶液雾化喷送至高温高压的循环风道中，并且收集风道底部的汇流水；

步骤三：将汇流水保温保压静置，上层水再次喷送至循环风道，下层水在常温常压下，使用去离子水清洗，静置收集底部SSZ-13晶体；

步骤四：使用高岭土粉末和SSZ-13晶体混合，并加入去离子水搅拌呈浆状，然后喷涂于载体上，并进行烘干，获得筛膜的坯料；

步骤五：对坯料进行焙烧固化处理，获得筛膜。采用循环风道进行反应生产晶体，可连续分离出晶体，提高晶体的获取速度。

优选的，所述步骤一中水相溶液的成分为硅溶胶、硫酸铝、氢氧化钠、去离子水作为原料，以N,N,N-三甲基金钢烷氢氧化铵为模板剂。为常规生产SSZ-13的物料，其中各种物料的配比可以根据实际的工艺进行调整。

优选的，所述循环风道中的温度为300～400℃，压力为5～10个大气压。利用高温高压提高结晶反应的速度。

优选的，所述水相溶液雾化的水滴直径为1～10μm。利于物料在单个水滴中进行结晶，使得反应生成的SSZ-13粒度小，无需后续的破碎操作。

优选的，所述循环风道中压力在设定值下，实现正负两个大气压循环变化。即在温度不变的情况下，水的沸点水气压发生变化，当气压降低沸点降低，水滴开始蒸发，促使水滴中的物料结晶析出，同时促进SSZ-13的生成，当压力增大时，沸点升高，水蒸气凝集并滴落至循环风道的底部。

优选的，所述步骤三中，收集底部SSZ-13晶体后，其液体用于配置水相溶液。其清洗的溶液中残留有生产SSZ-13的物料，可降低物料的浪费，提高物料的利用率。

优选的，所述步骤四中，高岭土粉末和SSZ-13晶体的重量配比为1：30～60。高岭土粉的主要成分为铝的氧化物，通过少量的高岭土粉末混合在SSZ-13晶体中，在焙烧中烧结，提高所生成的筛膜的结构强度。

优选的，所述步骤五中，焙烧温度550～700℃，并在一个小时内缓缓升温至目标温度后，保温2～3h。缓缓升温，避免筛膜开裂损坏。

(三)有益效果

本发明提供了一种快速合成SSZ-13沸石分子筛膜的方法。具备以下有益效果：

1、本发明，采用了循环风道，在高温以及变化的压力过程中，促使SSZ-13的生成，并且生成的SSZ-13可以进行收集处理，获得SSZ-13的速度快。

2、本发明，将水相溶液进行雾化泵送至循环风道中，物料在单个水滴中反应，使得获得晶体的粒度小，可无需破碎操作。

3、本发明，将汇流的水收集分离SSZ-13后，可再次使用，大大提高了物料的利用率，降低生成成本。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本发明实施例提供一种快速合成SSZ-13沸石分子筛膜的方法，包括以下步骤：

步骤一：配置SSZ-13的水相溶液，相溶液的成分为硅溶胶、硫酸铝、氢氧化钠、去离子水作为原料，以N,N,N-三甲基金钢烷氢氧化铵为模板剂，为常规的制取SSZ-13晶体的物料，此处提供按照摩尔质量配比：硅溶胶：硫酸铝：氢氧化钠：去离子水：模板剂＝40：1：16：900：5，其实际的生成中，可以进行微调。

步骤二：将水相溶液雾化喷送至高温高压的循环风道中，即控制循环风道中的温度为300～400℃，压力为5～10个大气压，在高温高压下，促进结晶反应的速度，水相溶液在循环风道中雾化形成水滴直径控制为1～10μm，利于物料在单个水滴中生成，并且所获得SSZ-13晶体粒径小，无需后期的粉碎研磨等工序，在反应过程中确保循环风道中的水雾循环，同时循环风道中压力在设定值下，实现正负两个大气压循环变化，即水滴中的水气化蒸发，物料的浓度增大，促使SSZ-13晶体的生成，而压力增大时，水蒸气凝结，使得水珠体积增大，下落至循环风道的底部，可在循环风道的底部设置收集槽，收集风道底部的汇流水；

步骤三：将汇流水保温保压静置，即保持循环风道中温度和气压，上层水再次喷送至循环风道，使得物料再次进入循环风道继续反应，下层水在常温常压下，即下层水在气压降低时，水蒸发气化，留下SSZ-13晶体和物料的结晶，使用去离子水清洗，将可溶性的物料溶解，便可以静置收集底部SSZ-13晶体，收集底部SSZ-13晶体后，其液体用于配置水相溶液，将其液体的物料进行充分的使用，提高物料的利用率，降低生成成本；

步骤四：使用高岭土粉末和SSZ-13晶体混合，并加入去离子水搅拌呈浆状，高岭土粉末和SSZ-13晶体的重量配比为1：30～60，然后喷涂于载体上或者将载体浸润如浆料中，载体为筛膜的骨架，可以使用多孔的材质，并进行烘干，控制烘干的速度，避免开裂，获得筛膜的坯料；

步骤五：对坯料进行焙烧固化处理，获得筛膜，焙烧温度550～700℃，并在一个小时内缓缓升温至目标温度后，避免温升过快导致开裂，保温2～3h，同时焙烧的过程中也将模板剂去除，而加入的高岭土在焙烧的过程中出现瓷化，用于提高筛膜的硬度、强度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。